FAAS és GFAAS

A jelenleg rendelkezésre álló nyomelem-összetételi adatok becslések szerint 80%-a FAAS-elemzések eredménye, nedves vagy száraz hamvasztásos mintaelőkezelés után. A FAAS egyszerű, robusztus és könnyen alkalmazható eszköz az emésztett anyagok elemzésére, és a kalibrálás jellemzően vizes standardok segítségével végezhető el. A kimutatási határértékek a sub-ppm tartományban vannak, így ez a módszer az elemek széles körére (beleértve a Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn elemeket) alkalmas különböző mintamátrixokban. Kérjük, vegye figyelembe, hogy a Na és a K meghatározása leggyakrabban lángemissziós spektroszkópiával történik, nem pedig abszorpcióval egy AAS-rendszerben.

A GFAAS szub-ppb kimutatási képességet biztosít μL méretű mintainjekciókkal egy platformot tartalmazó grafitcsőbe, amelyet ellenállással magas (pl. 2700 °C) hőmérsékletre melegítenek a minta porlasztásához. Az 1990-es években a Slavin által létrehozott úgynevezett STPF (stabilizált hőmérsékletű platform kemence) körülményeket szinte általánosan elfogadták. Az STPF-körülmények (1) platformporlasztást, (2) mátrixmódosítást, (3) gyors fűtést (1500 °C s-1 vagy több), (4) pirolitikusan bevont csöveket, (5) gyors digitális elektronikát, (6) integrált abszorbancia-mérést (csúcsterület), (7) argont (stop-flow a porlasztás során) és (8) Zeeman (vagy Smith-Hieftje) háttérkorrekciót igényelnek. Az e kritériumok figyelembevételével kifejlesztett módszerek megkönnyítik az egyszerű kvantitációt vizes standardok felhasználásával külső kalibrációs görbék készítéséhez, a legtöbb esetben minimalizálva a mátrix interferenciahatásokat és csökkentve az addíciós módszer alkalmazásának szükségességét. A fontos analitikai számok közé tartozik az érzékenység/jellemző tömeg, a kimutatási határ, a pontosság és a precizitás.

A táplálkozásban végzett nyomelem-elemzések területe az egyik legérdekesebb terület. A nyomelemek az enzimek, vitaminok, hormonok és fehérjetartalmú szövetek szerkezeti összetevőiként szolgálnak. A nyomelem szelén segít a betegségek és a környezeti kockázatok elleni védekezési mechanizmusban. A szelén a legígéretesebb nyomelem, amely potenciálisan részt vesz az immunválaszokban. A króm több enzimrendszer kofaktora, és szükséges az inzulinreceptorok kölcsönhatásához. Következésképpen FAAS segítségével kutatást végeztek nyolc élelmiszer-kategória (gabonafélék, bab, zöldségek, zöldségek, gyümölcsök, fűszerek és fűszerek, szárított gyümölcsök és ehető virágok) Se- és Cr-tartalmának felmérésére. A mintákat három sav kombinációjával nedvesen hamvasztották, és a mintákat FAAS-analízissel elemezték 196 nm-en (Se) és 425 nm-en (Cr) levegő-acetilén láng segítségével. Összesen 190 mintát elemeztek, és a vizsgálatból arra a következtetésre jutottak, hogy a szárított gyümölcsök Cr-tartalma a legmagasabb (15-43,5 μg/100 g), a babé pedig a legmagasabb Se-tartalommal rendelkezik (48,7-02,5 μg/100 g). A FAAS a közelmúltban hasznosnak bizonyult az étkészletekben lévő Pb ellenőrzésében is, ahol a túlzott szintek fokozott kockázatot jelenthetnek a magzatokra, a gyermekekre és a felnőttekre nézve. Az 1992-ben két hónap alatt vizsgált importált kerámia étkészletek 0,9%-ánál és a hazai kerámia étkészletek 2,5%-ánál a tányérokra, csészealjakra és evőeszközökre vonatkozó 3 ppm-es megengedett határértéket meghaladó koncentráció volt kimutatható. A munka során a Hivatalos Analitikai Kémikusok Szövetségének hivatalos 973.32-es módszerét alkalmazták. A FAAS-t a Behrend College (Erie, PA) tudósai használták a rozsdamentes acél főzőedények, mint a Ni, Cr és Fe jelentős lenyelhető forrásának értékelésére. A nikkel lenyelése potenciálisan veszélyes, mivel a Ni allergiás dermatitiszhez kapcsolódó egészségügyi problémákat okoz. Ezzel szemben a Cr és a Fe alapvető tápanyagok, és a rozsdamentes acél (jellemzően 18% Cr, 8% Ni és 70-73% Fe) jelentős forrást jelenthet. A minta előkészítése 5%-os ecetsav (Fisher) hozzáadásával történt, mind hidegen, mind forrázva, minden edényben 5 percig. Ezután az ecetsavat FAAS segítségével és a gyártó szabványos feltételei szerint elemeztük. Mindhárom elem mérhető szintjét meghatározták, és csak a Ni volt elég magas (0,0-0,1 mg Ni/nap) ahhoz, hogy egészségügyi veszélyt jelentsen, ami ahhoz az ajánláshoz vezetett, hogy a Ni-re érzékeny betegek kerüljék a rozsdamentes acél főzőedényeket, és hogy az ipar térjen át a Ni nélküli készítményekre.

Amint azt az előző példák is bizonyítják, a FAAS egy hatékony technika, de nem mindig biztosítja a szükséges érzékenységet a rendkívül alacsony koncentrációban jelen lévő nyomelemek meghatározásához. Ez akkor vált nyilvánvalóvá, amikor a Svéd Nemzeti Élelmiszerügyi Hivatal egy módszert kívánt kidolgozni a Pb, Cd, Zn, Cu, Fe, Cr és Ni meghatározására száraz élelmiszerekben 450 °C-on történő száraz hamvasztás után. Felismerve, hogy az olyan elemekkel, mint a Pb, Cr és Ni valószínüleg szennyeződhetnek, gondosan ügyeltek arra, hogy az elemzésekhez kapcsolódó összes műanyag edényt savval mossák. A FAAS-t választották a Zn (213,9 nm levegő-acetilén, oxidáló), a Cu (324,7 nm levegő-acetilén, oxidáló) és a Fe (Fe 248,3 nm nitrogén-oxid-acetilén, oxidáló) esetében. Az alacsonyabb koncentrációk miatt a Pb, Cd, Cr és Ni esetében GFAAS-t használtunk. A feltételeket a megfelelő rezonancia vonal használata alapján optimalizálták, de mind a négy elem esetében nem volt olyan műszeres feltételrendszer, amely elfogadhatónak bizonyult. Az ólmot platformporlasztással elemezték, míg a Cd-t bevonat nélküli csőben, a Cr-t és a Ni-t pedig szabványos pirolitcsőben mértük. Sajnos az STPF körülmények alkalmazásának mellőzése korlátozta a módszer képességeit, és a legtöbb együttműködő laboratóriumban az addíciók módszerére volt szükség ahhoz, hogy elfogadhatóan pontos eredményeket kapjunk.

A GFAAS kiváló módszer a Pb közvetlen meghatározására gázmentesített kólaitalokban. A legújabb jelentések szerint azonban a kloridok és egyéb mátrixinterferenciák csökkentése érdekében lantánoldattal hígított kóla GFAAS-elemzései a pontos eredmények eléréséhez az addíciós módszer alkalmazását igényelték. Ha a szerzők in situ oxigénes hamuzást végeztek volna, és Pd-t vagy magnézium-nitráttal kombinált Pd-t használtak volna mátrixmódosítóként, minden mátrixinterferencia-hatás kiküszöbölhető lett volna. Valószínű, hogy a háttérrel kapcsolatos legnagyobb problémát a cukor (szén) okozta, amelyet a termikus előkezelési lépés során oxigénhamu segítségével el lehetett volna távolítani – ami lehetővé tette volna a vizes kalibrációs standardok használatát, nem pedig az adalékolási módszer alkalmazását. A cukrokat és szirupokat közvetlenül elemezték, miután ∼1 g cukrot 10 ml 5%-os salétromsavra hígítottak, és a termikus előkezelési lépésben oxigénes hamvasztást alkalmaztak. A műszeres GFAAS kimutatási határa (DL) 10 pg volt, ami 0,9 ng g-1 módszer DL-jének felel meg. A kutatók gyakran alkalmaznak ötletes megközelítéseket a GFAAS teljesítményének javítására. Ez történt a La élelmiszer- és vízmintákban történő meghatározására irányuló stratégia kidolgozásakor is. A problémát az jelenti, hogy a La erős affinitással rendelkezik a grafithoz, ami karbidképződéshez és memóriahatásokhoz vezet. Bár a grafitot továbbfejlesztették ennek csökkentése érdekében, a cső tantál- vagy volfrámfóliával való kibélelése kiküszöbölheti a grafittal való fizikai érintkezést, és nagyobb érzékenységet eredményezhet. A volfrámmal bélelt cső a La esetében 7,8 ng-os kimutatási határt és 8,1 ng-os jellemző tömeget biztosított. A pontosság jobb volt, mint 10% RSD, és az átlagos pontosság 90±10% volt. A GFAAS-t az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatalának kutatói sikeresen használták a csecsemő- és enterális tápszerekben lévő Se meghatározására. A módszer a minta forró lemezen történő feltárását alkalmazza magnézium-nitrát-szénsav hozzáadása után. A hevítést követően az emésztett anyagokat szárazra párolták, majd 500 °C-os muffinba helyezték 30 percre a teljes elhamvasztás érdekében. A hamut HCl-ben (5:1) feloldva és az oldatot 60 °C-on 20 percig tartva az összes Se-t Se4+ -vá alakítjuk. A Se4 +-t ezt követően aszkorbinsavval Se0-vá redukáltuk, majd membránszűrőn gyűjtöttük, amelyet mikrohullámú feltárással salétromsavban feltártunk. Az emésztést és hígítást követően a Se-t GFAAS segítségével határoztuk meg. A Se visszanyerési tartománya 85-127% volt, és az elemzett referenciaanyagok a Se tekintetében a hitelesített tartományba estek. A munkát egy kereskedelmi rendszerrel végezték, amely csak deutérium háttérkorrekcióval volt felszerelve. A csúcsmagasság és a csúcsterület mérése egyaránt pontos eredményeket adott, ha a mátrix módosításához nikkel-nitrátot használtak. Végezetül a GFAAS hasznosnak bizonyult a Cr és a Mo meghatározására orvosi élelmiszerekben. Mind a nedves, mind a száraz hamvasztás elfogadhatónak bizonyult, és a kimutatási határértékek a Cr esetében 0,24 ng mL-1, a Mo esetében pedig 0,67 ng mL-1 voltak. Mindkét elemet közvetlenül a polcról lehetett meghatározni, és egyik sem igényelte mátrixmódosító használatát. A Mo és a Cr esetében 1650 és 1600 °C-os optimális hamvasztási hőmérsékletet találtak. Az ideális porlasztási hőmérséklet 2400, illetve 2650 °C volt, és minden elemzett standard referenciaanyag a hitelesített koncentrációtartományon belüli eredményeket adott.