Preparation of Mixed Foods for Trace Metals Analysis

Preparation of Mixed Foods for Trace Metals Analysis

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.
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 SPD. 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% HNO3
• 0.0250, 0.0375, 0.0500, 0.0625, 0.0750 ppm de
As, Cd, Hg, and Pb
o Mezcla de Estándares en 2% HNO3
• 0.320, 0.960, 1.64, 2.32, 3.00 ppm B
• 1.52, 6.12, 10.76, 15.36, 20.00 ppm Mg
• 12.00, 65.20, 118.4, 171.6, 225.2 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
• 0.0120, 0.132, 0.256, 0.376, 0.500 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.
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 HNO3, 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 HNO3 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 e l
Discover SP-D con 10 mL of HNO3 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)
Temp de
Digest (°C)
MARS 6
con Vasos MARSXpress de 75-mL
Orgánico
25
20
210
Discover SP-D con
vasos de 35-mL
Orgánico
5
5
210
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
1200 W
Plasma Flow
15 L/min
Auxiliary Flow
1.5 L/min
Nebulizer Flow
0.90 L/min
Instrument Stabilization Delay
15 seconds
Sample Uptake Delay
30 seconds
Pump Rate
12 RPM
Replicates
3
Replicate Read Time
100 seconds
Rinse Time
30 seconds (2% HNO3)
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 99
– 108%, y en el Discover SP-D las recuperaciones de elementos volátiles fue de 100 – 115%. 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 101 – 104%.
La Desviación Relativa Estándar (RSD) fue menor de 3% para todos los metales en el MARS 6 menos 5% que en el Discover SPD. Como se observa en los datos de recuperación, no hubo pérdida de los metales volátiles o no volátiles.
Tabla 2.
Tabla 1.
MARS 6 Resultados de recuperación
(en ppm) de 2.50 ppm Hg, As, Cd, y Pb
Discover SP–D Resultados de Recuperación
(en ppm) de 2.50 ppm Hg, As, Cd, y Pb
Hg
As
Cd
Pb
Carne Molida 1
2.867
2.655
2.526
2.603
Carne Molida 2
2.825
2.566
2.545
2.570
2.275
Carne Molida 3
2.890
2.688
2.548
2.550
2.283
Promedio
2.861
2.636
2.540
2.574
95.30
91.32
% Recuperación
114.43
105.45 101.59
102.97
2.02
0.67
0.72
RSD
1.15
2.39
0.47
1.04
2.600
2.628
2.319
2.224
Queso 1
2.828
2.541
2.577
2.608
2.624
2.695
2.355
2.342
Queso 2
2.790
2.418
2.531
2.501
Queso 3
2.515
2.631
2.263
2.296
Queso 3
2.929
2.564
2.632
2.615
Promedio
2.580
2.651
2.312
2.287
Promedio
2.88
2.5076 2.580
2.5745
% Recuperación
103.19
106.05 92.49
91.49
% Recuperación
113.96
100.31 103.20
102.99
RSD
2.22
1.43
2.00
2.60
RSD
2.52
3.13
1.96
2.48
Rodaja de Jamón 1
2.614
2.457
2.382
2.223
Rodaja de Jamón 1
2.704
2.662
2.549
2.486
1
Rodaja de Jamón 2
2.644
2.499
2.386
2.231
Rodaja de Jamón 2
2.908
2.504
2.5890
2.601
Rodaja de Jamón 3
2.649
2.527
2.394
2.283
Rodaja de Jamón 3
2.824
2.707
2.516
2.486
2.551
2.524
Hg
As
Cd
Pb
Carne Molida 1
2.717
2.445
2.367
2.272
Carne Molida 2
2.701
2.541
2.399
2.302
Carne Molida 3
2.687
2.468
2.382
Promedio
2.702
2.485
2.383
% Recuperación
108.07
99.38
RSD
0.55
Queso 1
Queso 2
Promedio
2.636
2.494
2.387
2.246
Promedio
2.812
2.624
% Recuperación
105.43
99.77
95.50
89.83
% Recuperación
112.48
104.97 102.05
100.97
RSD
0.72
1.42
0.26
1.45
RSD
3.65
4.06
2.63
1.43
Conclusión
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 90 -106% con un RSD de
3%.
El Discover SP-D mostró un rango de recuperación de 85-101% 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
B
Muestra 1
34.4
Mn
P
14060
Ca
12.1
Cu
Fe
Mg
71.1
5503
71.5
5539
69.7
5394
Muestra 2
34.4
13988
12.2
Muestra 3
33.8
13786
11.8
Promedio
34.2
13945
12.1
70.8
5479
Valor Certificado
37.6
15270
12.2
75.9
5180
% Recuperación 90.94
RSD
1.07
91.32
98.78
93.23
105.77
1.02
1.48
1.38
1.37
Zn
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
B
Ca
Cu
Fe
Mg
Mn
P
Zn
Muestra 1
4587
19.5
175.3
1473
49.1
3888
150.8
Muestra 2
4422
18.9
169.0
1428
47.4
3762
145.4
Muestra 3
4527
19.7
175.4
1482
49.2
3902
150.0
Promedio
4512
19.4
173.2
1461
48.6
3851
148.7
Valor Certificado
4900
20.3
177.1
1578
51
3782
152.3
% Recuperación
92.08
95.43
97.82
92.59 95.22
101.82
97.65
RSD
1.85
2.04
2.15
1.97
2.00
1.96
2.02
CEM Corporation
United States
Tel: (800) 726-3331 [USA & Canada]
e-mail: [email protected]
www.cem.com
FRANCE
CEM µWave S.A.S.
Tel: (33-1) 69 35 57 80
e-mail: [email protected]
www.cemfrance.fr
GERMANY
CEM GmbH
Tabla 4.
Tel: (49) 2842-9644-0
e-mail: [email protected]
www.cem.de
Discover SP–D Resultados de Recuperación con Materiales de Referencia NIST (en ppm)
SRM 1570a – Trazas de Elementos en Hojas de Espinaca
B
Ca
Cu
Muestra 1
33.9
12866
Muestra 2
36.1
Muestra 3
Promedio
Valor Certificado
Mn
P
10.7
66.9
5024
13343
11.3
69.8
5252
36.5
12952
10.8
67.2
5105
35.5
13054
10.9
67.9
5127
37.6
15270
12.2
75.9
5180
85.48
89.75
89.52
98.97
1.95
3.06
2.40
2.26
% Recuperación 94.41
RSD
3.92
Fe
Mg
Zn
Tel +353 (0)1 885 1752
Email: [email protected]
www.cemmicrowave.co.uk
ITALY
CEM S.R.L.
Tel: (39) 35-896224
e-mail: [email protected]
www.cemmicroonde.it
SRM 1849 – Fórmula Nutricional Infante/Adulto
B
IRELAND
CEM Technology (Ireland) Ltd
Ca
Cu
Fe
Mg
Mn
P
Zn
Muestra 1
4666
18.4
167.8
1550
46.9
3813
145.0
Muestra 2
4594
17.8
165.8
1526
46.1
3757
143.1
Muestra 3
4695
18.1
167.4 1545
46.9
3816
144.8
Promedio
4652
18.1
167.0 1540
46.6
3795
144.3
Valor Certificado
4900
20.3
177.1 1578
51
3782
152.3
% Recuperación
94.93
89.04
94.30
97.62
91.44
100.35
94.75
RSD
1.13
1.66
0.64
0.82
0.97
0.87
0.73
JAPAN
CEM Japan K.K.
Tel: +03-5368-2507
e-mail: [email protected]
www.cemjapan.jp
UNITED KINGDOM
CEM Microwave Technology Ltd.
Tel: (44) 1280-822873
e-mail: [email protected]
www.cemmicrowave.co.uk