FAAS e GFAAS
Si stima che l’80% di tutti i dati attualmente disponibili sulla composizione degli alimenti in tracce siano il risultato di analisi FAAS dopo un pretrattamento del campione a umido o a secco. Il FAAS è uno strumento semplice, robusto e facile da implementare per l’analisi dei digest, e la calibrazione può essere in genere realizzata utilizzando standard acquosi. I limiti di rilevamento sono nell’intervallo sub-ppm, rendendo questo metodo adatto a una vasta gamma di elementi (compresi Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn) in varie matrici di campioni. Si prega di notare che Na e K sono più spesso determinati utilizzando la spettroscopia a emissione di fiamma piuttosto che l’assorbimento su un sistema AAS.
GFAAS fornisce capacità di rilevamento sub-ppb con iniezioni di campioni di dimensioni μL in una piattaforma contenente tubo di grafite che viene riscaldato resistivamente a temperature elevate (ad esempio 2700 °C) per l’atomizzazione del campione. Negli anni ’90, le cosiddette condizioni STPF (stabilized temperature platform furnace) stabilite da Slavin sono state quasi universalmente adottate. Le condizioni STPF richiedono l’uso di (1) atomizzazione della piattaforma, (2) modifica della matrice, (3) riscaldamento rapido (1500 °C s-1 o più), (4) tubi rivestiti piroliticamente, (5) elettronica digitale veloce, (6) misure integrate di assorbanza (area di picco), (7) argon (stop-flow durante l’atomizzazione), e (8) correzione di fondo Zeeman (o Smith-Hieftje). I metodi sviluppati con questi criteri in mente faciliteranno la quantificazione diretta usando standard acquosi per fare curve di calibrazione esterne, nella maggior parte dei casi minimizzando gli effetti di interferenza della matrice e riducendo la necessità di usare il metodo delle aggiunte. I dati analitici importanti includono la sensibilità/massa caratteristica, il limite di rilevazione, l’accuratezza e la precisione.
Il campo delle analisi degli oligoelementi nella nutrizione è una delle aree più interessanti. Gli oligoelementi servono come componenti strutturali di enzimi, vitamine, ormoni e tessuti contenenti proteine. L’oligoelemento selenio aiuta nel meccanismo di difesa contro le malattie e il rischio ambientale. Il selenio è l’oligoelemento più promettente potenzialmente coinvolto nelle risposte immunitarie. Il cromo è un cofattore per diversi sistemi enzimatici ed è necessario per l’interazione del recettore dell’insulina. Di conseguenza, la ricerca è stata condotta utilizzando FAAS per valutare il contenuto di Se e Cr di otto categorie di alimenti (cereali, fagioli, verdure, verdure, frutta, condimenti e spezie, frutta secca e fiori commestibili). I campioni sono stati inceneriti con una combinazione di tre acidi e sono stati analizzati con FAAS a 196 nm (Se) e 425 nm (Cr) utilizzando una fiamma aria-acetilene. Un totale di 190 campioni sono stati analizzati e dallo studio è stato concluso che la frutta secca ha il più alto contenuto di Cr (15-43.5 μg per 100 g) e che i fagioli hanno il più alto contenuto di Se (48.7-02.5 μg per 100 g). FAAS anche recentemente dimostrato utile nel monitoraggio di Pb in stoviglie dove livelli in eccesso può fornire un aumento del rischio per feti, bambini e adulti. Un totale di 0,9% di stoviglie in ceramica importate e 2,5% di stoviglie in ceramica domestica, valutato nel corso di 2 mesi nel 1992, aveva livelli superiori al limite di 3 ppm consentito per piatti, piattini e posate. Questo lavoro ha comportato l’uso del metodo ufficiale 973.32 dell’Associazione dei chimici analitici ufficiali. Il FAAS è stato utilizzato dagli scienziati del Behrend College (Erie, PA) per valutare le pentole in acciaio inossidabile come fonte significativa di Ni, Cr e Fe per l’ingestione. L’ingestione di nichel è potenzialmente pericolosa poiché il Ni è implicato con problemi di salute legati alla dermatite allergica. Al contrario, Cr e Fe sono nutrienti essenziali e acciaio inossidabile (in genere 18% Cr, 8% Ni e 70-73% Fe) può fornire una fonte significativa. La preparazione del campione ha comportato l’aggiunta di acido acetico 5% (Fisher), sia freddo che bollito, in ogni recipiente per 5 min. Successivamente, l’acido acetico è stato analizzato utilizzando FAAS e le condizioni standard dei produttori. Livelli misurabili di tutti e tre gli elementi sono stati determinati con solo Ni essere abbastanza alto (0.0-0.1 mg Ni al giorno) per porre una minaccia per la salute, portando a una raccomandazione che i pazienti sensibili Ni evitare pentole in acciaio inox e che l’industria passare a una formulazione non-Ni.
Come evidenziato dagli esempi precedenti, FAAS è una tecnica potente, ma non può sempre fornire la sensibilità necessaria per la determinazione di elementi in tracce presenti a concentrazioni estremamente basse. Questo è diventato evidente quando l’amministrazione alimentare nazionale svedese ha deciso di sviluppare un metodo per la determinazione di Pb, Cd, Zn, Cu, Fe, Cr e Ni in prodotti alimentari secchi dopo incenerimento a secco a 450 °C. Rendendosi conto che la contaminazione con elementi come Pb, Cr e Ni è probabile, è stata presa cura di lavare con acido tutta la plastica associata alle analisi. Il FAAS è stato scelto per Zn (213,9 nm aria-acetilene, ossidante), Cu (324,7 nm aria-acetilene, ossidante) e Fe (Fe 248,3 nm ossido nitroso-acetilene, ossidante). A causa delle concentrazioni più basse, il GFAAS è stato utilizzato per Pb, Cd, Cr e Ni. Le condizioni sono state ottimizzate in base all’uso della linea di risonanza appropriata, ma nessun set di condizioni strumentali si è dimostrato accettabile per tutti e quattro gli elementi. Il piombo è stato analizzato utilizzando l’atomizzazione a piattaforma, mentre il Cd è stato misurato in un tubo non rivestito e Cr e Ni sono stati misurati in un tubo pirolitico standard. Sfortunatamente, il mancato utilizzo delle condizioni STPF ha limitato le capacità del metodo e il metodo delle aggiunte è stato richiesto dalla maggior parte dei laboratori collaboratori per ottenere risultati ragionevolmente accurati.
Il GFAAS è un metodo eccellente per la determinazione diretta del Pb nelle bevande di cola degassate. Rapporti recenti indicano, tuttavia, che le analisi GFAAS di cola diluito con una soluzione di lantanio per ridurre i cloruri e altre interferenze matrice richiesto l’uso del metodo di aggiunte per ottenere risultati accurati. Se gli autori avessero fatto l’incenerimento con ossigeno in situ, e avessero usato Pd o Pd combinato con nitrato di magnesio come modificatore della matrice, tutti gli effetti di interferenza della matrice avrebbero potuto essere rimossi. È probabile che il problema maggiore con il fondo fosse dovuto allo zucchero (carbonio) che avrebbe potuto essere rimosso durante la fase di pretrattamento termico usando l’incenerimento con ossigeno – permettendo l’uso di standard di calibrazione acquosi piuttosto che richiedere il metodo delle aggiunte. Gli zuccheri e gli sciroppi sono stati analizzati direttamente dopo aver diluito ∼1 g di zucchero per 10 mL di acido nitrico al 5% e utilizzando l’incenerimento con ossigeno nella fase di pretrattamento termico. I limiti di rilevamento strumentale GFAAS (DL) erano di 10 pg, corrispondenti a un metodo DL di 0,9 ng g-1. I ricercatori spesso usano approcci ingegnosi per migliorare le prestazioni GFAAS. Questo è stato il caso dello sviluppo di una strategia per la determinazione di La in campioni di cibo e acqua. Il problema è che il La ha una forte affinità per la grafite, portando alla formazione di carburi ed effetti di memoria. Anche se la grafite è stata migliorata per ridurre questo fenomeno, il rivestimento del tubo con fogli di tantalio o tungsteno può eliminare il contatto fisico con la grafite e portare ad una maggiore sensibilità. Il tubo rivestito in tungsteno ha fornito un limite di rilevamento di 7,8 ng e una massa caratteristica di 8,1 ng per La. Le precisioni erano migliori del 10% RSD e l’accuratezza media era del 90±10%. Il GFAAS è stato utilizzato dai ricercatori della US Food and Drug Administration per determinare con successo il Se nelle formule infantili e enterali. Il metodo utilizza la digestione del campione su una piastra calda dopo l’aggiunta di nitrato di magnesio e acido nitrico. Dopo il riscaldamento, i digest sono stati evaporati a secco e posti in una muffola a 500 °C per 30 minuti per completare l’incenerimento. Tutto il Se è stato convertito in Se4 + sciogliendo la cenere in HCl (5:1) e mantenendo la soluzione a 60 °C per 20 minuti. Il Se4 + è stato successivamente ridotto a Se0 con acido ascorbico e raccolto su un filtro a membrana che è stato digerito in acido nitrico utilizzando la digestione a microonde. Dopo la digestione e la diluizione, il Se è stato determinato mediante GFAAS. L’intervallo di recupero per il Se era 85-127% e i materiali di riferimento analizzati rientravano nell’intervallo certificato per il Se. Il lavoro è stato eseguito su un sistema commerciale dotato solo di una correzione del fondo di deuterio. Le misurazioni dell’altezza del picco e dell’area del picco hanno fornito entrambi risultati accurati quando si è utilizzato il nitrato di nichel per la modifica della matrice. Infine, il GFAAS si è dimostrato utile per la determinazione di Cr e Mo negli alimenti medici. Sia l’incenerimento a umido che quello a secco si sono dimostrati accettabili e i limiti di rilevamento sono stati di 0,24 ng mL-1 per Cr e 0,67 ng mL-1 per Mo. Entrambi gli elementi potevano essere determinati direttamente dallo scaffale e nessuno dei due richiedeva l’uso di un modificatore di matrice. Sono state trovate temperature di incenerimento ottimali di 1650 e 1600 °C per Mo e Cr, rispettivamente. Le temperature di atomizzazione ideali erano 2400 e 2650 °C, rispettivamente, e tutti i materiali di riferimento standard analizzati hanno fornito risultati entro l’intervallo di concentrazione certificato.