FAAS and GFAAS

現在利用できる微量元素食品組成データの80%は、ウェットアッシングまたはドライアッシングサンプル前処理後のFAAS分析の結果と推定しています。 FAASは消化物の分析において、シンプルで堅牢、かつ導入しやすいツールであり、校正は通常、水系標準物質を用いて行うことができる。 検出限界はサブ ppm の範囲であり、この方法は様々な試料マトリックス中の幅広い元素（Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Zn を含む）に適しています。

GFAAS は、試料を微粒化するために抵抗加熱されたグラファイトチューブにμLサイズの試料を注入し、サブppbの検出能力を提供します。 1990年代には、Slavinによって確立されたいわゆるSTPF（stabilized temperature platform furnace）条件がほぼ一般的に採用された。 STPF条件では、（1）プラットフォームアトマイズ、（2）マトリックス修飾、（3）急速加熱（1500 ℃ s-1以上）、（4）パイロライトコーティングチューブ、（5）高速デジタルエレクトロニクス、（6）統合吸光測定（ピーク面積）、（7）アルゴン（アトマイズ中のストップフロー）、（8）ゼーマン（またはスミス-ヒエフティ）バックグラウンド補正が必要とされている。 これらの基準を念頭に置いて開発されたメソッドは、外部検量線を作成するために水性標準を使用してストレートに定量することが容易になり、ほとんどの場合、マトリックス干渉の影響を最小限に抑え、添加法を使用する必要性を減らすことができます。 重要な分析数値としては、感度/特性質量、検出限界、精度、精密度などがあります。

栄養学における微量元素分析の分野は、最も興味深い分野の1つです。 微量元素は、酵素、ビタミン、ホルモン、タンパク質を含む組織の構造成分としての役割を担っています。 微量元素のセレンは、病気や環境リスクに対する防御機構に役立っています。 セレンは、免疫反応に関与する可能性のある微量元素として、最も有望視されています。 クロムは、いくつかの酵素系の補酵素であり、インスリン受容体の相互作用に必要である。 そこで、8つの食品カテゴリー（穀類、豆類、野菜、青菜、果物、調味料と香辛料、ドライフルーツ、食用花）のSeとCr含有量をFAASで評価する研究が行われました。 試料は3種類の酸を組み合わせて湿式灰化し、空気-アセチレン炎を用いて196 nm (Se) と425 nm (Cr) でFAAS分析した。 合計190のサンプルが分析され、この研究から、ドライフルーツはCr含有量が最も高く（100gあたり15-43.5μg）、豆はSe含有量が最も高い（100gあたり48.7-02.5μg）ことが結論付けられました。 また、FAASは食器に含まれる鉛のモニタリングにも有用であることが最近判明した。過剰な鉛は胎児、子供、成人へのリスクを増大させる可能性がある。 1992年に2ヶ月間にわたって評価された輸入陶器食器の0.9％と国産陶器食器の2.5％で、皿、茶托、平皿の許容値である3ppmを超える濃度が検出されたのです。 この作業には、公定分析化学者協会公定法973.32が使用されました。 FAASは、ベーレンド大学（ペンシルベニア州エリー）の科学者が、ステンレス製調理器具がNi、Cr、Feの重要な摂取源であると評価するために使用しました。 Niはアレルギー性皮膚炎に関連する健康問題に関与しているため、ニッケルの摂取は潜在的に危険です。 逆に、CrとFeは必須栄養素であり、ステンレス鋼（通常18%Cr、8%Ni、70-73%Fe）は重要な供給源となる可能性があります。 試料の調製には、5%酢酸（Fisher社製）を冷温および沸騰状態で、各容器に5分間添加した。 次に、酢酸をFAASとメーカーの標準条件を用いて分析した。 3つの元素すべてについて測定可能なレベルが決定されましたが、Niだけは健康を脅かすほど高く（0.0～0.1mg Ni/日）、Niに敏感な患者はステンレス調理器具を避け、業界は非Ni製剤に切り替えるよう勧告されました

これまでの例で明らかなように、FAASは強力な技術ですが、極低濃度にある微量元素の定量には必要ない感度になることがあります。 このことは、スウェーデン国立食品局が450℃での乾式灰化後の乾燥食品中のPb、Cd、Zn、Cu、Fe、Cr、Niの定量法の開発に着手した際に明らかになりました。 Pb、Cr、Ni などの元素が混入している可能性があるため、分析に使用するすべてのプラスチック器具を酸で洗浄するなどの配慮がなされています。 Zn (213.9 nm air-acetylene, oxidizing), Cu (324.7 nm air-acetylene, oxidizing), Fe (Fe 248.3 nm nitrous oxide-acetylene, oxidizing) は FAAS を選択し た。 Pb, Cd, Cr, Ni は濃度が低いため，GFAAS を用いた。 条件は適切な共鳴線の使用に基づいて最適化されたが、4元素すべてにおいて1組の装置条件が受け入れられるとは限らない。 鉛はプラットフォーム霧化法で分析し、Cdは非コーティング管で、CrとNiは標準パイロリティック管で測定した。 残念なことに、STPF条件を使用しないことは、この方法の能力を制限し、合理的に正確な結果を得るために、ほとんどの共同研究室で添加の方法が必要とされた。

GFAAS は、脱気したコーラ飲料中の鉛の直接定量に優れた方法として役立つ。 しかし、最近の報告では、塩化物や他のマトリックス干渉を減らすためにランタン溶液で希釈したコーラのGFAAS分析では、正確な結果を得るために添加法を使用する必要があったことが示されています。 もし著者らがin situ酸素灰化法を行い、マトリックス調整剤としてPdまたは硝酸マグネシウムと組み合わせたPdを使用していれば、すべてのマトリックス干渉の影響を取り除くことができたはずである。 バックグラウンドの最大の問題は、糖（炭素）に起因すると思われます。この糖は、酸素アッシングを用いた熱前処理の段階で除去することができたので、添加法を必要とせず、水性校正標準を使用することができました。 砂糖とシロップは、1gの砂糖を10mLの5%硝酸で希釈し、熱処理工程で酸素灰化した後、直接分析されました。 装置のGFAAS検出限界（DL）は10 pgであり、0.9 ng g-1のメソッドDLに相当します。 GFAASの性能を向上させるために、研究者はしばしば創意工夫を凝らす。 食品および水試料中のLaを定量するための戦略を開発する際にも、このことが当てはまりました。 問題は、Laがグラファイトと強い親和性を持ち、炭化物の形成やメモリー効果につながることである。 これを低減するためにグラファイトを改良しているが、チューブにタンタルやタングステン箔をライニングすれば、グラファイトとの物理的な接触をなくし、感度の向上につながる。 タングステンライニング管では、Laの検出限界は7.8ng、特性質量は8.1ngであった。 精度は10%RSDより良好で、平均精度は90±10%であった。 GFAASは米国食品医薬品局（FDA）の研究者によって、乳児用および経腸栄養剤中のSeの測定に使用されています。 この方法では、硝酸マグネシウム-硝酸を添加した後、ホットプレート上で試料を分解します。 加熱後、消化物を蒸発乾固し、500℃のマッフルに30分間入れて完全に灰化しました。 灰を塩酸（5:1）に溶かし、その溶液を60℃で20分間保持することにより、すべてのSeをSe4 +に変換することができる。 その後、Se4 +をアスコルビン酸でSe0に還元し、マイクロ波消化を利用して硝酸で消化したメンブレンフィルターに回収した。 消化と希釈の後、GFAASを用いてSeを定量した。 Seの回収率は85-127%で、分析した標準物質はSeの認証範囲内であった。 この作業は、重水素バックグラウンド補正のみを備えた市販のシステムで行われました。 ピーク高さとピーク面積の測定は、マトリックス修飾に硝酸ニッケルを使用した場合、両方とも正確な結果を提供しました。 最後に、GFAASは医療用食品中のCrとMoの測定に有用であることが証明されました。 湿式灰化および乾式灰化の両方が許容できることが証明され、検出限界はCrが0.24 ng mL-1、Moが0.67 ng mL-1でした。 両元素とも棚から直接測定でき、どちらもマトリックス調整剤を使用する必要はありませんでした。 MoとCrの最適な灰化温度はそれぞれ1650℃と1600℃であることが分かりました。 理想的な霧化温度はそれぞれ2400℃と2650℃であり、分析したすべての標準物質は認証濃度範囲内の結果を提供した

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