Determination of Arsenic Species in Apple Juice by LC-ICP-MS Analysis

Význam tématu

Arzen se v přírodním prostředí vyskytuje v různých formách, jejichž toxicita se výrazně liší. Zatímco neorganický arzenit (As III) je vysoce toxický, organické formy, jako arsenobetaine nebo dimethylarsinová kyselina, jsou méně škodlivé. Analýza speciation arzenových forem v potravinách, zejména v ovocných šťávách, je klíčová pro hodnocení bezpečnosti a splnění regulačních požadavků, například akčních hladin FDA pro neorganický arzen v jablečném džusu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem aplikace bylo demonstrovat, jak pomocí online propojení kapalinové chromatografie (LC) a hmotnostního spektrometru s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS) lze separovat a kvantifikovat šesti klíčových forem arzenových sloučenin v komerčně dostupném jablečném džusu. Studie hodnotila citlivost, přesnost a reprodukovatelnost metody při monitorování akčních hladin stanovených FDA.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci a detekci arzenových forem byla použita tato soustava:

• Kapalinová chromatografie: Nexera™ HPLC (Shimadzu)
• Kolona: Sigma-Aldrich Discovery HS F5 (250 mm × 4,6 mm, 5 µm) s ochrannou kolonkou Shim-pack™ GIST (G), metal-free
• Mobilní fáze: 0,1 % kyselina mravenčí s 1 % methanolu a 0,025 % tetramethylamoniak­hydroxidu, průtok 0,75 mL/min, teplota kolony 40 °C, objem injekce 10 µL, doba analýzy 6 min
• Stabilizátor kolony: vodný roztok 0,085 % kyseliny fosforečné a 0,085 % kyseliny mravenčí, kolona propláchnuta minimálně 2 h před měřením
• Hmotnostní spektrometrie: ICPMS-2040/2050 Series (Shimadzu), RF výkon 1,2 kW, plyny – plasma 9 L/min, pomocný 1,1 L/min, nosný 0,85 L/min, kolizní plyn helium, mikrotorch, cyklonová komora
• Software: LabSolutions™ ICPMS TRM pro řízení LC i ICP-MS a zpracování dat
• Příprava vzorku: 2 mL jablečného džusu, přidáno 0,1 mL 100 mmol/L kyseliny fosforečné, doplněno na 10 mL 0,15 mol/L HNO₃
• Kalibrační roztoky: 0,2–1 µg/L forem As III, As V, MMA, DMA, AsB, AsC v 0,15 mol/L HNO₃

Hlavní výsledky a diskuse

Detekční limity metody (3σ) se pohybovaly v rozmezí 0,02–0,04 µg/L, což potvrzuje vynikající citlivost pro stopové koncentrace arzenových forem. Ve vzorcích jablečného džusu byly zjištěny koncentrace 0,08 µg/L As V a 0,18 µg/L As III, organické formy MMA a DMA na hranici detekce, AsB a AsC nedetekovatelné. Výkonnost metody byla ověřena pomocí spike-recovery testů, s výtěžností 101–106 % pro všechny analyty.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoce selektivní separace šesti arzenových forem v jediné analýze
• Citlivost pod 0,1 µg/L splňuje požadavky na monitorování potravinových kontaminantů
• Kompletní automatizace analýzy a zpracování dat díky integrovanému softwaru
• Rychlý analytický cyklus (6 min na vzorek) vhodný pro rutinní kontroly kvality

Budoucí trendy a možnosti využití

V dalším vývoji lze očekávat širší rozšíření LC-ICP-MS pro speciataci dalších toxických prvků v různých matricích (voda, půda, potraviny). Potenciál má miniaturizace separačních kolon a využití pokročilých procesů datové analýzy pro rychlou identifikaci a kvantifikaci. Integrace s on-line vzorkovači nebo automatickými přípravami vzorků zvýší propustnost a snižuje lidský zásah.

Závěr

Studie potvrdila schopnost systému LC-ICP-MS ICPMS-2040/2050 spolehlivě separovat a kvantifikovat jak neorganické, tak organické formy arzenových sloučenin v jablečném džusu s vysokou citlivostí a přesností. Naměřené koncentrace neorganického arzen pod 0,3 µg/L jsou výrazně pod akční hladinou FDA 10 µg/kg, což potvrzuje bezpečnost analyzovaného vzorku.

Reference

1. FDA Issues Final Guidance to Industry on Action Level for Inorganic Arsenic in Apple Juice. U.S. Food and Drug Administration, June 8, 2023.
2. Guidance for Industry: Action Level for Inorganic Arsenic in Apple Juice. U.S. Food and Drug Administration, June 8, 2023.