FAAS ja GFAAS

Arviolta 80 % kaikista tällä hetkellä saatavilla olevista elintarvikkeiden hivenainekoostumustiedoista on FAAS-analyysien tulosta, kun näytteet on esikäsitelty joko märkä- tai kuivatuhkaamalla. FAAS on yksinkertainen, vankka ja helppokäyttöinen väline mädätteiden analysointiin, ja kalibrointi voidaan tyypillisesti suorittaa käyttämällä vesistandardeja. Havaitsemisrajat ovat alle ppm:n luokkaa, joten menetelmä soveltuu monenlaisten alkuaineiden (mukaan lukien Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn) analysointiin erilaisissa näytematriiseissa. Huomaa, että Na ja K määritetään useimmiten käyttämällä liekki-emissiospektroskopiaa eikä absorptiota AAS-järjestelmässä.

GFAAS tarjoaa sub-ppb:n havaitsemisominaisuudet μL:n kokoisilla näyteinjektioilla alustan sisältävään grafiittiputkeen, joka kuumennetaan korkeisiin (esim. 2700 °C) lämpötiloihin näytteen atomisointia varten. Slavinin luomat niin sanotut STPF-olosuhteet (stabilized temperature platform furnace) otettiin 1990-luvulla lähes yleisesti käyttöön. STPF-olosuhteet edellyttävät (1) alustan atomisointia, (2) matriisin modifiointia, (3) nopeaa lämmitystä (1500 °C s-1 tai enemmän), (4) pyrolyyttisesti päällystettyjä putkia, (5) nopeaa digitaalielektroniikkaa, (6) integroituja absorbanssimittauksia (piikkien pinta-ala), (7) argonia (pysäytysvirta atomisoinnin aikana) ja (8) Zeemanin (tai Smith-Hieftjen) tausta-aineiston korjausta. Näiden kriteerien mukaisesti kehitetyt menetelmät helpottavat suoraviivaista kvantifiointia käyttämällä vesistandardeja ulkoisten kalibrointikäyrien laatimiseksi, mikä useimmissa tapauksissa minimoi matriisin interferenssivaikutukset ja vähentää tarvetta käyttää lisäysmenetelmää. Tärkeät analyyttiset tunnusluvut ovat herkkyys/ominaismassa, toteamisraja, tarkkuus ja täsmällisyys.

Ravitsemuksen hivenaineanalyysit ovat yksi mielenkiintoisimmista aloista. Hivenaineet toimivat entsyymien, vitamiinien, hormonien ja proteiinia sisältävien kudosten rakenneosina. Hivenaine seleeni auttaa puolustusmekanismissa sairauksia ja ympäristöriskejä vastaan. Seleeni on lupaavin hivenaine, joka mahdollisesti osallistuu immuunivasteisiin. Kromi on useiden entsyymijärjestelmien kofaktori, ja sitä tarvitaan insuliinireseptorin vuorovaikutukseen. Näin ollen FAAS-menetelmällä tehtiin tutkimus kahdeksan elintarvikeryhmän (viljat, pavut, vihannekset, kasvikset, vihannekset, hedelmät, mausteet ja mausteet, kuivatut hedelmät ja syötävät kukat) Se- ja Cr-pitoisuuden arvioimiseksi. Näytteet tuhkattiin märkänä käyttäen kolmen hapon yhdistelmää, ja näytteet analysoitiin FAAS-analyysillä 196 nm:ssä (Se) ja 425 nm:ssä (Cr) ilma-asetyleeniliekkiä käyttäen. Yhteensä 190 näytettä analysoitiin, ja tutkimuksen perusteella todettiin, että kuivattujen hedelmien Cr-pitoisuus on korkein (15-43,5 μg/100 g) ja papujen Se-pitoisuus on korkein (48,7-02,5 μg/100 g). FAAS on äskettäin osoittautunut hyödylliseksi myös Pb:n seurannassa ruokailuvälineissä, joissa liian korkeat pitoisuudet voivat aiheuttaa lisääntyneen riskin sikiöille, lapsille ja aikuisille. Kahden kuukauden aikana vuonna 1992 arvioiduista maahantuoduista keraamisista astiastoista 0,9 prosentissa ja kotimaisista keraamisista astiastoista 2,5 prosentissa pitoisuudet ylittivät lautasille, lautasmaljoille ja aterimille sallitun 3 ppm:n rajan. Tässä työssä käytettiin Association of Official Analytical Chemists Official Method 973.32 -menetelmää. Behrend Collegen (Erie, PA) tutkijat käyttivät FAAS-menetelmää arvioidakseen ruostumattomasta teräksestä valmistettuja keittoastioita merkittävänä Ni:n, Cr:n ja Fe:n lähteenä nieltäväksi. Nikkelin nauttiminen on potentiaalisesti vaarallista, koska Ni liittyy allergiseen ihottumaan liittyviin terveysongelmiin. Sitä vastoin Cr ja Fe ovat välttämättömiä ravintoaineita, ja ruostumaton teräs (tyypillisesti 18 % Cr, 8 % Ni ja 70-73 % Fe) voi olla merkittävä lähde. Näytteiden valmisteluun kuului 5-prosenttisen etikkahapon (Fisher) lisääminen sekä kylmänä että keitettynä jokaiseen astiaan 5 minuutin ajaksi. Seuraavaksi etikkahappo analysoitiin FAAS:lla ja valmistajan vakio-olosuhteissa. Kaikista kolmesta alkuaineesta määritettiin mitattavissa olevat pitoisuudet, joista vain Ni oli niin korkea (0,0-0,1 mg Ni päivässä), että se aiheutti terveysriskin, mikä johti suositukseen, että Ni-herkät potilaat välttäisivät ruostumattomasta teräksestä valmistettuja keittoastioita ja että teollisuus siirtyisi käyttämään muita kuin Ni:tä sisältäviä valmisteita. Tämä kävi ilmi, kun Ruotsin elintarvikevirasto alkoi kehittää menetelmää Pb:n, Cd:n, Zn:n, Cu:n, Fe:n, Cr:n ja Ni:n määrittämiseksi kuivista elintarvikkeista sen jälkeen, kun ne oli tuhkattu 450 °C:ssa. Koska Pb:n, Cr:n ja Ni:n kaltaisten alkuaineiden aiheuttama kontaminaatio on todennäköistä, kaikki analyyseihin liittyvät muoviesineet pestiin hapolla. FAAS valittiin Zn:n (213,9 nm ilma-asetyleeni, hapettava), Cu:n (324,7 nm ilma-asetyleeni, hapettava) ja Fe:n (Fe 248,3 nm typpioksidi-asetyleeni, hapettava) osalta. Pb:n, Cd:n, Cr:n ja Ni:n osalta käytettiin pienempien pitoisuuksien vuoksi GFAAS-menetelmää. Olosuhteet optimoitiin sopivan resonanssilinjan käytön perusteella, mutta mikään instrumenttiolosuhteiden sarja ei osoittautunut hyväksyttäväksi kaikille neljälle alkuaineelle. Lyijy analysoitiin käyttäen alustasumutusta, kun taas Cd mitattiin päällystämättömässä putkessa ja Cr ja Ni mitattiin tavanomaisessa pyroliittiputkessa. Valitettavasti STPF-olosuhteiden käyttämättä jättäminen rajoitti menetelmän mahdollisuuksia, ja useimmissa yhteistyölaboratorioissa tarvittiin lisäysmenetelmää kohtuullisen tarkkojen tulosten saamiseksi.

GFAAS toimii erinomaisena menetelmänä Pb:n suoraan määrittämiseen kaasuttomista kolajuomista. Viimeaikaiset raportit osoittavat kuitenkin, että lantaaniliuoksella laimennetun kolajuoman GFAAS-analyysit kloridien ja muiden matriisihäiriöiden vähentämiseksi edellyttivät lisäysmenetelmän käyttöä tarkkojen tulosten saamiseksi. Jos kirjoittajat olisivat tehneet in situ happituhkauksen ja käyttäneet Pd:tä tai Pd:tä yhdistettynä magnesiumnitraattiin matriisin muokkaajana, kaikki matriisin interferenssivaikutukset olisi voitu poistaa. On todennäköistä, että suurin ongelma taustan kanssa johtui sokerista (hiili), joka olisi voitu poistaa termisen esikäsittelyvaiheen aikana happituhkauksen avulla, jolloin olisi voitu käyttää vesipitoisia kalibrointistandardeja eikä tarvittu lisäysmenetelmää. Sokerit ja siirapit on analysoitu suoraan sen jälkeen, kun ∼1 g sokeria on laimennettu 10 ml:aan 5-prosenttista typpihappoa ja termisessä esikäsittelyvaiheessa on käytetty happituhkaa. Instrumentaalinen GFAAS-havaitsemisraja (DL) oli 10 pg, mikä vastaa menetelmän DL-arvoa 0,9 ng g-1. Tutkijat käyttävät usein nerokkaita lähestymistapoja parantaakseen GFAAS:n suorituskykyä. Näin tapahtui kehitettäessä strategiaa La:n määrittämiseksi elintarvike- ja vesinäytteistä. Ongelmana on, että La:lla on voimakas affiniteetti grafiittiin, mikä johtaa karbidien muodostumiseen ja muistivaikutuksiin. Vaikka grafiittia on parannettu tämän vähentämiseksi, putken vuoraus tantaali- tai volframikalvolla voi poistaa fyysisen kosketuksen grafiitin kanssa ja lisätä herkkyyttä. Volframilla vuoratun putken havaitsemisraja oli 7,8 ng ja La:n ominaismassa 8,1 ng. Tarkkuus oli parempi kuin 10 % RSD, ja keskimääräinen tarkkuus oli 90 ± 10 %. Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeviraston tutkijat ovat käyttäneet GFAAS:ia menestyksekkäästi Se:n määrittämiseen äidinmaidonkorvikkeista ja enteraalisista kaavoista. Menetelmässä käytetään näytteen pilkkomista kuumalevyllä magnesiumnitraatti-typpihapon lisäämisen jälkeen. Kuumennuksen jälkeen mädätteet haihdutettiin kuiviksi ja asetettiin 500 °C:n muhviin 30 minuutiksi täydellisen tuhkan muodostumisen varmistamiseksi. Kaikki Se muunnetaan Se4+:ksi liuottamalla tuhka HCl:ään (5:1) ja pitämällä liuosta 60 °C:ssa 20 minuutin ajan. Tämän jälkeen Se4 + pelkistettiin Se0:ksi askorbiinihapolla ja kerättiin kalvosuodattimelle, joka mädätettiin typpihapossa mikroaaltomädätyksen avulla. Pilkkomisen ja laimentamisen jälkeen Se määritettiin GFAAS:lla. Se:n saantoalue oli 85-127 prosenttia, ja analysoidut vertailumateriaalit kuuluivat sertifioidulle Se:n määritysalueelle. Työ suoritettiin kaupallisella järjestelmällä, jossa oli ainoastaan deuteriumtaustakorjaus. Sekä piikin korkeuden että piikin pinta-alan mittaukset antoivat tarkkoja tuloksia käytettäessä nikkelinitraattia matriisimodifikaationa. Lopuksi GFAAS on osoittautunut hyödylliseksi Cr:n ja Mo:n määrittämisessä lääkinnällisistä elintarvikkeista. Sekä märkätuhkaus että kuivatuhkaus osoittautuivat hyväksyttäviksi, ja havaitsemisrajat olivat Cr:n osalta 0,24 ng ml-1 ja Mo:n osalta 0,67 ng ml-1. Molemmat alkuaineet voitiin määrittää suoraan hyllystä, eikä kummassakaan tarvittu matriisimodifiointiainetta. Optimaalisiksi tuhkauslämpötiloiksi Mo:n osalta todettiin 1650 °C ja Cr:n osalta 1600 °C. Ihanteelliset sumutuslämpötilat olivat 2400 °C ja 2650 °C, ja kaikki analysoidut standardivertailumateriaalit antoivat tuloksia sertifioidulla pitoisuusalueella.