FAAS i GFAAS

Oszacowano, że 80% wszystkich obecnie dostępnych danych o składzie pierwiastków śladowych w żywności jest wynikiem analiz FAAS po wstępnej obróbce próbki metodą spopielania na mokro lub spopielania na sucho. FAAS jest prostym, solidnym i łatwym do wdrożenia narzędziem do analizy produktów fermentacji, a kalibracja może być zazwyczaj przeprowadzona przy użyciu wodnych wzorców. Granice wykrywalności są w zakresie sub-ppm, co sprawia, że metoda ta jest odpowiednia dla szerokiego zakresu pierwiastków (w tym Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn) w różnych matrycach próbek. Należy pamiętać, że Na i K są najczęściej oznaczane przy użyciu spektroskopii emisji płomienia, a nie absorpcji w systemie AAS.

GFAAS zapewnia zdolność wykrywania sub-ppb z próbkami wielkości μL wstrzykiwanymi do zawierającej platformę grafitowej rurki, która jest rezystywnie ogrzewana do wysokich (np. 2700 °C) temperatur w celu rozpylenia próbki. W latach 90-tych XX wieku, tak zwane warunki STPF (stabilized temperature platform furnace) ustanowione przez Slavina zostały prawie powszechnie przyjęte. Warunki STPF wymagają zastosowania (1) atomizacji platformy, (2) modyfikacji matrycy, (3) szybkiego ogrzewania (1500 °C s-1 lub więcej), (4) rur pokrytych pirolitycznie, (5) szybkiej cyfrowej elektroniki, (6) zintegrowanego pomiaru absorbancji (powierzchnia piku), (7) argonu (stop-flow podczas atomizacji) oraz (8) korekcji tła Zeemana (lub Smitha-Hieftjego). Metody opracowane z uwzględnieniem tych kryteriów ułatwią prostą kwantyfikację przy użyciu wzorców wodnych do wykonania zewnętrznych krzywych kalibracyjnych, w większości przypadków minimalizując efekty interferencji matrycy i zmniejszając potrzebę stosowania metody dodatków. Liczby analityczne o znaczeniu obejmują czułość/masę charakterystyczną, granicę wykrywalności, dokładność i precyzję.

Dziedzina analiz pierwiastków śladowych w żywieniu jest jednym z najbardziej interesujących obszarów. Pierwiastki śladowe służą jako składniki strukturalne enzymów, witamin, hormonów i tkanek zawierających białka. Pierwiastek śladowy selen pomaga w mechanizmach obronnych przed chorobami i zagrożeniami środowiskowymi. Selen jest najbardziej obiecującym pierwiastkiem śladowym potencjalnie zaangażowanym w reakcje immunologiczne. Chrom jest kofaktorem dla kilku systemów enzymatycznych i jest wymagany do interakcji z receptorem insuliny. W związku z tym przeprowadzono badania z wykorzystaniem FAAS w celu oceny zawartości Se i Cr w ośmiu kategoriach żywności (zboża, fasola, warzywa, zielenina, owoce, przyprawy, owoce suszone i kwiaty jadalne). Próbki spopielono na mokro przy użyciu kombinacji trzech kwasów i poddano analizie FAAS przy długości fali 196 nm (Se) i 425 nm (Cr) przy użyciu płomienia powietrzno-acetylenowego. W sumie przeanalizowano 190 próbek i na podstawie badań stwierdzono, że suszone owoce mają najwyższą zawartość Cr (15-43,5 μg na 100 g), a fasola ma najwyższą zawartość Se (48,7-02,5 μg na 100 g). FAAS okazał się również ostatnio przydatny w monitorowaniu Pb w naczyniach obiadowych, gdzie nadmierne poziomy mogą stanowić zwiększone ryzyko dla płodów, dzieci i dorosłych. W sumie 0,9% importowanych ceramicznych naczyń obiadowych i 2,5% krajowych ceramicznych naczyń obiadowych, ocenianych w ciągu 2 miesięcy w 1992 roku, miało poziomy przekraczające dopuszczalny limit 3 ppm dla talerzy, spodków i sztućców. W ramach tej pracy zastosowano metodę 973.32 Stowarzyszenia Urzędowych Chemików Analitycznych. FAAS został wykorzystany przez naukowców z Behrend College (Erie, PA) do oceny naczyń ze stali nierdzewnej jako znaczącego źródła Ni, Cr i Fe do spożycia. Spożycie niklu jest potencjalnie niebezpieczne, ponieważ Ni jest związany z problemami zdrowotnymi związanymi z alergicznym zapaleniem skóry. Odwrotnie, Cr i Fe są niezbędne składniki odżywcze i stali nierdzewnej (typowo 18% Cr, 8% Ni i 70-73% Fe) może stanowić znaczące źródło. Przygotowanie próbki polegało na dodaniu do każdego naczynia 5% kwasu octowego (Fisher), zarówno zimnego, jak i gotowanego, przez 5 min. Następnie kwas octowy analizowano metodą FAAS w standardowych warunkach podanych przez producenta. Mierzalne poziomy wszystkich trzech elementów zostały określone z tylko Ni jest wystarczająco wysoki (0.0-0.1 mg Ni dziennie), aby stanowić zagrożenie dla zdrowia, co doprowadziło do zalecenia, że wrażliwe na Ni pacjentów uniknąć naczynia ze stali nierdzewnej i że przemysł przejść do nonNi formulation.

Jak wynika z poprzednich przykładów, FAAS jest potężny technika, ale nie zawsze może zapewnić niezbędną czułość do oznaczania pierwiastków śladowych obecnych w bardzo niskich stężeniach. Stało się to oczywiste, gdy Szwedzka Krajowa Administracja Żywności podjęła się opracowania metody oznaczania Pb, Cd, Zn, Cu, Fe, Cr i Ni w suchych środkach spożywczych po spopieleniu na sucho w temperaturze 450 °C. Zdając sobie sprawę, że istnieje prawdopodobieństwo zanieczyszczenia pierwiastkami takimi jak Pb, Cr i Ni, zadbano o to, aby wszystkie naczynia z tworzyw sztucznych związane z analizami zostały umyte kwasem. FAAS wybrano dla Zn (213,9 nm powietrze-acetylen, utlenianie), Cu (324,7 nm powietrze-acetylen, utlenianie) i Fe (Fe 248,3 nm podtlenek azotu-acetylen, utlenianie). Ze względu na niższe stężenia, dla Pb, Cd, Cr i Ni zastosowano metodę GFAAS. Warunki zostały zoptymalizowane w oparciu o wykorzystanie odpowiedniej linii rezonansowej, ale żaden zestaw warunków instrumentalnych nie okazał się możliwy do przyjęcia dla wszystkich czterech pierwiastków. Ołów analizowano z zastosowaniem atomizacji platformowej, podczas gdy Cd mierzono w niepowlekanej rurce, a Cr i Ni w standardowej rurce pirolitycznej. Niestety, brak zastosowania warunków STPF ograniczył możliwości metody, a metoda dodatków była wymagana przez większość współpracujących laboratoriów w celu uzyskania w miarę dokładnych wyników.

GFAAS służy jako doskonała metoda do bezpośredniego oznaczania Pb w odgazowanych napojach typu cola. Ostatnie doniesienia wskazują jednak, że analizy GFAAS napojów typu cola rozcieńczonych roztworem lantanu w celu redukcji chlorków i innych zakłóceń matrycy wymagały zastosowania metody dodatków w celu uzyskania dokładnych wyników. Gdyby autorzy przeprowadzili spopielanie tlenowe in situ i zastosowali Pd lub Pd w połączeniu z azotanem magnezu jako modyfikator matrycy, wszystkie efekty interferencji matrycy mogłyby zostać usunięte. Prawdopodobnie największy problem z tłem wynikał z obecności cukru (węgla), który mógł zostać usunięty podczas wstępnej obróbki termicznej z zastosowaniem spopielania tlenowego – co pozwoliłoby na zastosowanie wodnych wzorców kalibracyjnych, a nie wymagało stosowania metody addytywnej. Cukry i syropy analizowano bezpośrednio po rozcieńczeniu ∼1 g cukru w 10 mL 5 % kwasu azotowego i zastosowaniu spopielania tlenowego na etapie wstępnej obróbki termicznej. Instrumentalne granice wykrywalności GFAAS (DL) wynosiły 10 pg, co odpowiada DL dla metody 0,9 ng g-1. Naukowcy często stosują pomysłowe podejścia, aby poprawić wydajność GFAAS. Tak było w przypadku opracowywania strategii oznaczania La w próbkach żywności i wody. Problem polega na tym, że La ma silne powinowactwo do grafitu, co prowadzi do tworzenia się węglików i efektów pamięciowych. Chociaż grafit został ulepszony, aby zmniejszyć to, wyłożenie rury z tantalu lub wolframu folii może wyeliminować fizyczny kontakt z grafitem i prowadzić do zwiększenia czułości. Wyłożona wolframem rura zapewniła granicę wykrywalności 7,8 ng i charakterystyczną masę 8,1 ng dla La. Dokładność była lepsza niż 10% RSD, a średnia dokładność wynosiła 90±10%. GFAAS był używany przez naukowców z US Food and Drug Administration do skutecznego oznaczania Se w preparatach dla niemowląt i preparatach dojelitowych. Metoda ta wykorzystuje trawienie próbki na gorącej płycie po dodaniu azotanu magnezu z kwasem cytrynowym. Po podgrzaniu, próby były odparowywane do sucha i umieszczane w muflach o temperaturze 500 °C na 30 minut w celu całkowitego spopielenia. Cały Se przekształca się w Se4 + poprzez rozpuszczenie popiołu w HCl (5:1) i utrzymywanie roztworu w temperaturze 60 °C przez 20 min. Następnie Se4 + redukowano do Se0 za pomocą kwasu askorbinowego i zbierano na filtrze membranowym, który trawiono w kwasie azotowym za pomocą trawienia mikrofalowego. Po wytrawieniu i rozcieńczeniu, Se oznaczono przy użyciu GFAAS. Zakres odzysku dla Se wynosił 85-127%, a analizowane materiały odniesienia mieściły się w certyfikowanym zakresie dla Se. Praca została wykonana na komercyjnym systemie wyposażonym jedynie w deuterową korekcję tła. Pomiary wysokości i powierzchni piku dostarczyły dokładnych wyników przy zastosowaniu azotanu niklu do modyfikacji matrycy. Wreszcie, GFAAS okazał się przydatny do oznaczania Cr i Mo w żywności medycznej. Zarówno spopielanie na mokro, jak i spopielanie na sucho okazały się akceptowalne, a granice wykrywalności wynosiły 0,24 ng mL-1 dla Cr i 0,67 ng mL-1 dla Mo. Oba pierwiastki mogły być oznaczane bezpośrednio z półki i żaden z nich nie wymagał użycia modyfikatora matrycy. Optymalne temperatury spopielania wynosiły 1650 i 1600 °C, odpowiednio dla Mo i Cr. Idealne temperatury rozpylania wynosiły odpowiednio 2400 i 2650 °C, a wszystkie analizowane standardowe materiały odniesienia dawały wyniki w certyfikowanym zakresie stężeń.