Preparación de Muestras Mixtas de Alimentos para el Análisis de Trazas de Metales Usando los Sistemas de CEM MARS 6 y Discover SP-D

Transcripción

1 Preparación de Muestras Mixtas de Alimentos para el Análisis de Trazas de Metales Usando los Sistemas de CEM MARS 6 y Discover SP-D Resumen Un análisis rápido y preciso de alimentos es esencial para garantizar la seguridad y calidad del suministro de alimentos. Como la instrumentación espectroscópica ha mejorado y reducido los límites de detección, CEM ha logrado avances en la tecnología de preparación de muestras por microondas para simplificar la técnica y para asegurar digestiones completas. Existen varios tipos de muestras de alimentos y estándares de referencia se prepararon para el análisis elemental usando los Sistemas MARS 6 y Discover SP-D, ambos fabricados por CEM Corporation. Las muestras y los estándares referenciales fueron digestados en cada uno de los sistemas, diluido, y analizado, usando plasma de acoplamiento de espectroscopia de emisión óptica (ICP-OES), con resultados buenos de recuperación. Recuperación de datos para las muestras de alimentos y estándares de referencia preparados en cada sistema se presenta para múltiples elementos de interés incluyendo mercurio, arsénico, cadmio y plomo. Introducción Con la globalización del comercio, se ha convertido cada vez más importante en los últimos años la seguridad del suministro de alimentos, ya que ha habido numerosos casos de contaminación de metales. Esto ha llevado a una mayor demanda de mejores técnicas de análisis y bajos límites de detección de los elementos de interés. Estudios recientes han demostrado que la absorción incluso de bajas concentraciones de algunos metales puede tener efectos adversos sobre el cuerpo humano. En concentraciones más bajas, los síntomas de la intoxicación por metales pueden incluir dolor abdominal y nauseas. En concentraciones más altas, la contaminación de metales puede conducir a encefalopatía, cáncer y daños en el sistema esquelético y los órganos internos. Por lo tanto, la necesidad de análisis más avanzados y control de calidad posterior de los niveles de metales en alimentos es crucial. Los fabricantes y laboratorios de alimentos analizan más muestras y trabajan para llegar a límites de detección más bajos..en respuesta los fabricantes de instrumentos, como proveedores de ICP-OES e ICP-MS, han desarrollado sofisticadas plataformas fáciles de usar que permiten un mayor rendimiento y análisis simultáneo de múltiples elementos en periodos más cortos de tiempo. Sin embargo, la mayoría de las muestras de alimentos requieren alguna forma de preparación de muestras antes del análisis final. En el análisis clásico de alimentos, la matriz orgánica se incinera (generalmente en una mufla a temperatura controlada) y el residuo inorgánico resultante se digesta con un ácido débil. Otro procedimiento utiliza el calentamiento de la matriz orgánica con ácidos concentrados en una plancha de calentamiento. Con cualquier procedimiento, existe el riesgo de perder los elementos volátiles y ambos requieren de mucho tiempo. La introducción de sistemas de microondas de preparación de las muestras a mediados de 1980 disminuyó significativamente los tiempos de digestión, pero los sistemas tradicionales de microondas requieren organizar el análisis de matrices similares de muestras que van de 2 a 14 muestras. Estos lotes de muestras en grupos pueden inhibir la producción de muestras considerablemente. La introducción del Sistema de Preparación MARS6 y Discover SP-D, CEM aborda las limitaciones de los sistemas tradicionales de digestión por lotes de microondas y las opciones que ofrece a la industria, que antes no estaban disponibles. Ambo sistemas están diseñados para proporcionar una muestra completamente digestada que no requiere una etapa de filtración. Un sistema opera en un formato secuencial y el otro opera con grandes lotes de muestras simultáneamente.

2 Ambos minimizan la mano de obra en la preparación de muestras en alimentos por digestión ácida y aumenta el rendimiento. Este trabajo incluirá la discusión de la preparación de la digestión por microondas y las recuperaciones de analitos a partir de varios tipos de muestras de alimentos con normas de referencia las cuales fueron preparados para el análisis elemental mediante los Sistemas MARS 6 y el Discover SP-D. Las muestras y los estándares de referencias fueron digestados en cada sistema, se diluyó y se analizó, usando un espectrofotómetro de emisión de plasma óptico (ICP-OES) con buenos resultados de recuperación. La recuperación de datos para la muestra de alimentos y patrones de muestra preparados en cada sistema se presenta para varios alimentos de interés como el mercurio, Arsénico, cadmio y plomo. Preparación de la Muestra Cinco tipos de muestras se prepararon para análisis: NIST SRM1570a Traza de Elementos en Espinaca, NIST SRM 1849 Formula Nutricional Infantil/Adulto, y tres productos de un supermercado local carne picada, jamón y quedo cheddar. Estas muestras se dividieron en dos grupos idénticos: uno para ser digestado en el MARS6 y otro en el Discover SP- D. El NIST SRMs fue digestado sin ninguna preparación. Para los productos de venta al por menor digestados en el MARS 6, 1 g de cada muestra se congeló con nitrógeno líquido y se molieron con un molino analítico para asegurar una muestra homogénea. Se utilizó un tamaño de muestra de 0.25 g en el Discover SP-D las muestras del mismo modo se congelaron con nitrógeno líquido y se molieron. Las muestras molidas se congelaron antes de usar. Reactivos Acido Nítrico grado análisis de trazas Estándares de Calibración o Mezcla de Estándares en 2% HNO , , , , ppm de As, Cd, Hg, and Pb o Mezcla de Estándares en 2% HNO , 0.960, 1.64, 2.32, 3.00 ppm B 1.52, 6.12, 10.76, 15.36, ppm Mg 12.00, 65.20, 118.4, 171.6, ppm P 0.200, 1.16, 2.12, 3.04, 4.00 ppm Zn 0.040, 0.520, 1.04, 1.52, 2.00 ppm Mn 0.080, 1.08, 2.04, 3.04, 4.00 ppm Fe , 0.132, 0.256, 0.376, ppm Cu Solución de Adición 2.50 ppm de As, Cd, Hg, y Pb Instrumentación El primer set de muestra fue digestado con el CEM MARS 6 con Tecnología One Touch, una serie de funciones inteligentes ayudan a automatizar el proceso de digestión. Sensores integrados en el piso de la cavidad identifican el número de muestras a digestar, así como el tipo de vasos. Usando ésta información, junto con el método elegido por el usuario, el MARS 6 a continuación calcula la potencia exacta necesaria para completar la digestión. A continuación el sistema de control PowerMAX aplica ésta energía con el fin de procesar hasta 40 muestras reproducibles y segura en menos de 45 minutos. Además, la precisión de la entrega de potencia permite la mezcla de los tipos de muestra y proporciona al sistema la capacidad de manejar el aumento y el rendimiento. Con el fin de maximizar el tamaño de la muestra y el rendimiento, utilizando vasos MARSXpress de 75-mL en un tornamesa de 40-posiciones. El MARS 6 proporciona hasta 1800W de potencia de microondas, lo que permite una mejor digestión de grandes lotes de muestras. Los Vasos MARSXpress cuentan con un sencillo diseño de 3 partes.

3 El segundo set de muestras fue digestado con el Discover SP-D, microondas solo con sistema secuencial disponible. Mediante el procesamiento de cada muestra individualmente, el sistema puede ejecutar diferentes tipos de muestras y matrices de ácidas con condiciones de digestiones programadas individualmente para cada muestra. Esencialmente, cada vaso es un vaso control con presión y temperatura monitoreada, asegurando las digestiones más reproducibles. El Discover SP-D solo requiere una fuente de alimentación de 110V y aire comprimido. El aire enfría rapidamente el vaso después de la digestión para que muchas muestras puedan ser digestadas individualmente en 10 minutos o menos incluyendo el enfriamiento. Las muestras fueron digestadas en vasos Pyrex de 35-mL con una tapa a presión utilizando el método descrito a continuación. Las muestras digestadas y diluídas se analizaron con un ICP-OES 720. Discover SP-D con autosampler para funcionamientos sin vigilancia, incluso durante la noche. Discover SP-D ofrece el más fácil de los vasos. Procedimiento Analítico Para los productos de alimentos al por menor, con una masa de 1.0 g de muestra, 9 ml de HNO 3, y 1 ml de 2.50 ppm de solución añadida en los vasos MARSXpress de 75-mL. Para vasos de 35-mL e n e l Discover SP-D, 9 ml de HNO 3 y 1 ml de a 2.50 ppm de solución de muestra añadida de 0.25 g. Los vasos se taparon inmediatamente al adicionar los reactivos. Para las muestras de NIST SMR, una masa de 1.00 g se adicionó en el vaso MARSXpress de 75-mL y 0.25 g se adicionó en el vaso de 35-mL e n el Discover SP-D con 10 ml of HNO 3 introduciendo cada vaso. Los vasos se taparon inmediatamente después de adicionar los Reactivos. Los métodos fueron creados en el MARS 6 y el Discover SP-D. Las condiciones de digestión fueron las siguientes: Tipo de Muestra Tiempo de Rampa(min) Tiempo de Mant (min) Las muestras se enfriaron a temperatura ambiente y se diluyó con agua desionizada 50.0 ml para análisis ICP-OES, usando las siguientes condiciones de análisis. RF Power Plasma Flow Auxiliary Flow Nebulizer Flow Instrument Stabilization Delay Sample Uptake Delay Pump Rate 1200 W 15 L/min 1.5 L/min 0.90 L/min 15 seconds 30 seconds 12 RPM Replicates 3 Temp de Digest ( C) Replicate Read Time 100 seconds MARS 6 con Vasos MARSXpress de 75-mL Discover SP-D con vasos de 35-mL Orgánico Orgánico Rinse Time 30 seconds (2% HNO 3 )

4 Resultados Los resultados del estudio de recuperación de productos alimenticios se muestran en las siguientes tablas: Resultados de Recuperación en el MARS 6 (en ppm) de 2.50 ppm Hg, As, Cd, y Pb y en el Discover SP-D con Resultados de Recuperación (en ppm) de 2.50 ppm Hg, As, Cd, y Pb. Los resultados en la Tabla 1 y 2 son de metales volátiles y no-volátiles en carne molida, queso, y rodaja de jamón. El mercurio y el arsénico (metales volátiles) son comúnmente analizados. En el MARS 6, la recuperación de mercurio y arsénico fue de %, y en el Discover SP-D las recuperaciones de elementos volátiles fue de %. Cadmio y plomo se analizaron en el MARS 6 la recuperación fue de 89 96%. En el Discover SP-D las recuperaciones de cadmio y plomo fueron de %. La Desviación Relativa Estándar (RSD) fue menor de 3% para todos los metales en el MARS 6 menos 5% que en el Discover SP- D. Como se observa en los datos de recuperación, no hubo pérdida de los metales volátiles o no volátiles. Tabla 1. MARS 6 Resultados de recuperación (en ppm) de 2.50 ppm Hg, As, Cd, y Pb Tabla 2. Discover SP D Resultados de Recuperación (en ppm) de 2.50 ppm Hg, As, Cd, y Pb Hg As Cd Pb Hg As Cd Pb Carne Molida Carne Molida Carne Molida Carne Molida Carne Molida Carne Molida Promedio Promedio % Recuperación % Recuperación RSD RSD Queso Queso Queso Queso Queso Queso Promedio Promedio % Recuperación % Recuperación RSD RSD Rodaja de Jamón Rodaja de Jamón Rodaja de Jamón Rodaja de Jamón Rodaja de Jamón Rodaja de Jamón Promedio Promedio % Recuperación % Recuperación RSD RSD

5 Como se demuestra en los resultados de la digestión los materiales de referencia (NIST) (se muestran en las Tablas 3 y 4), MARS6 y el Discover SP-D son muy adecuados para la digestión de las muestras que contienen varios metales sobre un gran intervalo de concentración. El MARS6 mostró un rango de recuperación de % con un RSD de 3%. El Discover SP-D mostró un rango de recuperación de % con un RSD de 4%. Tabla 3. MARS 6: Resultados de Recuperación con Materiales de Referencia NIST (en ppm) SRM 1570a Traza de Elementos en Hojas de Espinaca Muestra Muestra Muestra Promedio Valor Certificado % Recuperación RSD Conclusión Las pruebas para detectar la contaminación de metales pesados seguirán siendo cruciales para mantener la seguridad del suministro de alimentos y un análisis simple, rápido y preciso es esencial. Mejoras en los equipos de espectrofotometría han necesitado similares avances tecnológicos en la preparación de muestras. Tanto el MARS 6 como el Discover SP-D son muy adecuados para la preparación de una amplia variedad de matrices de alimentos y ofrecer una opción verdadera en la instrumentación basadas en el flujo de las muestras de laboratorio. Cada sistema proporciona importantes ahorros de tiempo y opera en gran medida, sin vigilancia, liberando a los analistas a asistir a las otras áreas. Además, ambos sistemas reducen significativamente el uso de ácido en comparación con la plancha de calentamiento. Con muestras digestadas en recipientes sellados, se evita la contaminación cruzada y la recuperación incluso de elementos volátiles es posible. Como se demuestra por los datos anteriores, la recuperación del analitos es precisa y reproducible. SRM 1849 Fórmula Nutricional Infante/Adulto Muestra Muestra Muestra Promedio Valor Certificado % Recuperación RSD Tabla 4. Discover SP D Resultados de Recuperación con Materiales de Referencia NIST (en ppm) SRM 1570a Trazas de Elementos en Hojas de Espinaca Muestra Muestra Muestra Promedio Valor Certificado % Recuperación RSD SRM 1849 Fórmula Nutricional Infante/Adulto Muestra Muestra Muestra Promedio Valor Certificado % Recuperación RSD CEM Corporation United States Tel: (800) [USA & Canada] info@cem.com FRANCE CEM µwave S.A.S. Tel: (33-1) info.fr@cem.com GERMANY CEM GmbH Tel: (49) info@cem.de IRELAND CEM Technology (Ireland) Ltd Tel +353 (0) info.ireland@cem.com ITALY CEM S.R.L. Tel: (39) info.srl@cem.com JAPAN CEM Japan K.K. Tel: info@cemjapan.jp UNITED KINGDOM CEM Microwave Technology Ltd. Tel: (44) info.uk@cem.com