Подобряване на скоростта, чувствителността и точността на анализа на бебешка храна с троен квадруполен ICP-MS

Храната съдържа изобилие от хранителни елементи, като калций, калий и фосфор, които са от съществено значение за правилното функциониране и растеж на тялото. Наред с тях храната може да съдържа и замърсители с тежки метали като арсен, живак и олово. Тези токсични елементи могат да се появят или естествено (в резултат на абсорбирането им от почвата, в която се отглежда храната), или да бъдат въведени чрез замърсяване по време на производството и могат да причинят отрицателни ефекти върху човешкото здраве. Децата са особено уязвими към тези токсини поради ниското си телесно тегло и недостатъчно развита имунна система. Проучване показа, че ежедневното излагане на дори малки количества токсични елементи могат да доведат до отслабване на мозъчната функция и други негативни дългосрочни ефекти при децата.

Въз основа на тези опасения за здравето е от съществено значение да можете точно да определяте нивата на различни елементи в храните, предназначени за бебета и малки деца, за да се гарантира, че те са безопасни за консумация. В тази статия ние очертаваме текущите разпоредби относно замърсяването с тежки метали и как тройната квадруполна индуктивно свързана плазмена масспектрометрия (ICP-MS) може да помогне за количественото определяне както на хранителните вещества, така и на токсините, за да отговаря на тези разпоредби и да поддържа човешкото здраве.

Значението на точното и чувствително определяне

За защита на потребителите има строги ограничения за количествата токсични елементи в храните. Те варират в различните държави и съществуват няколко регламента за определяне на тези ограничения: например Федерален закон за храните, лекарствата и козметиката (FDCA) в САЩ и GB-2762-2017 в Китай. Поради уязвимостта на кърмачетата специфичните европейски разпоредби EC 609/2013 и ЕО 1881/2006 са определили много ниски граници за арсен, олово и кадмий в храните за бебета и малки деца. Тези по-строги разпоредби се очаква да бъдат приети в световен мащаб, както е илюстрирано от Закон за безопасност на бебешките храни от 2021 гкойто предлага изключително ниски нива на елементи като олово и живак.

В световен мащаб най-ниските настоящи граници за токсични елементи, определени в горепосочените разпоредби, са 10 μg kg-1 за арсен, 5 μg kg-1 за кадмий и олово и 2 μg kg-1 за живак. При такива ниски граници (които вероятно ще намалеят допълнително) са необходими високочувствителни техники, за да се гарантира, че пробите отговарят на разпоредбите и да се защитят потребителите. Освен това храната е много сложна матрица с много различни компоненти. Следователно аналитичните методи трябва да могат да откриват и коригират всякакви смущения, причинени от тази матрица на пробата, за да могат наистина да определят количествено точните нива на токсини в бебешката храна.

Фалшивият положителен проблем

Единичният квадруполен ICP-MS е общоприета стандартна техника за анализиране на хранителни вещества и токсични елементи в храната. Този подход рутинно осигурява елементарен анализ в широк диапазон от проби и улеснява висока производителност на проби чрез бързо сканиране на проби. При използване на тази техника обаче могат да възникнат фалшиви положителни резултати в данните, което намалява доверието в резултатите. Например молибден и волфрам в пробите могат да се образуват 95мо16О+ и 186У16О+ смущения в ICP, които причиняват фалшиви положителни резултати за 111CD и 202Hg. Докато подходът за дискриминация на кинетичната енергия обикновено може да се използва за намаляване на ефекта от многоатомни смущения, този подход е по-малко ефективен за тези смущения с маси, по-големи от 100 amu. В допълнение, получаването на точни резултати с единичен квадруполен ICP-MS може да отнеме много време, тъй като трябва да се използват множество режими на работа за измерване на всички елементи. Следователно, техники, които имат подобрена чувствителност и точност, са от съществено значение за изпълнение на регулаторните изисквания за ефективност.

Подобрен анализ с троен квадруполен ICP-MS

Тройният квадруполен ICP-MS е обещаващ подход, който може да преодолее недостатъците на единичния квадруполен ICP-MS, като предлага много предимства, когато се използва за откриване на бебешка храна. Най-вече, техниката е много чувствителна и точна, тъй като има подобрени възможности за отстраняване на смущения в сравнение с единична квадруполна ICP-MS. Това е така, защото може да работи с газ от клетка за сблъсък/реакция на кислород, който премахва MoO+ и WO+ смущения върху Cd и Hg, споменати по-рано (както и премахване 40Ар35кл+ намеса на 75As), като по този начин елиминира фалшивите положителни резултати. Техниката има подобен линеен динамичен диапазон като единичен квадруполен ICP-MS, като е в състояние да измерва от 0,005 μg kg-1 до 100 000 μg kg-1 за основните елементи, което означава, че всички целеви елементи могат да бъдат анализирани в един цикъл без допълнителни стъпки на разреждане или калибриране. Въпреки това, използването на един режим на работа означава, че методът може да постигне висока точност за по-малко време.

Точни и чувствителни резултати

Наскоро беше разработен един единствен метод за анализът на 30 елемента (както токсични, така и хранителни), присъстващи в бебешките храни, използвайки троен квадруполен ICP-MS (Таблица 1). По този метод бяха анализирани десет различни налични в търговската мрежа проби от бебешка храна, включително мляко на прах, пюрета и зърнени храни.

Граници на откриване под 1 μg L-1 са постигнати за 29 от анализираните елементи и 1,5 μg L-1 за калций. Минималната граница на количествено определяне (MLOQ) на As, Cd, Hg и Pb в реални проби беше поне 70% по-ниска от глобалните регулаторни граници, което показва изключителната чувствителност на метода и годността му за бъдещи строги разпоредби. Определени са валидността и точността на метода, даващи резултати между 85–120% от сертифицираната концентрация. Накрая бяха постигнати отлични времена на работа от 1 минута 19 секунди на проба, което дава производителност на пробата, сравнима с тази на единичния квадруполен ICP-MS метод.

Маса 1: Състави от десет различни проби от бебешка храна, анализирани чрез троен квадруполен ICP-MS. Стойностите на токсичните тежки метали As, Cd, Hg и Pb (в синьо) са в μg kg-1а всички останали стойности са в mg kg-1.

Подобряване на безопасността на бебешката храна

Тройният квадруполен ICP-MS е ценен инструмент за анализиране на множество основни хранителни вещества и вредни тежки метали в бебешката храна в един анализ. Методът е точен, чувствителен и бърз, което го прави идеален за лаборатории за изпитване с висока производителност. Този подход ще подпомогне лабораториите да определят количествено тези елементи, за да отговарят на все по-строги изисквания, както сега, така и в бъдеще, и да гарантират безопасността на храните за деца и бебета за поколения напред.

За авторите:

д-р Суканя Сенгупта е специалист по приложения за ICP-OES и ICP-MS в Thermo Fisher Scientific.

д-р Даниел Кучер е продуктов специалист за ICP-MS в Thermo Fisher Scientific.

Leave a Comment