Sensitive and Rapid Analysis of Inorganic Arsenic in Food and Animal Feed Samples Using LC-ICP-MS

Shrnutí: Rychlá a citlivá analýza anorganického arsenu v potravinách a krmivu (LC‑ICP‑MS)

Význam tématu

Anorganický arsen (iAs) je z hlediska toxicity významnější než organické formy a jeho monitorování v potravinách a krmivech podléhá stále přísnějším regulačním limitům (EU, USA). Schopnost spolehlivě rozlišit a kvantifikovat iAs v široké škále matric (zrna, mořské plody, nápoje, dětská výživa, krmiva) je klíčová pro ochranu veřejného zdraví i pro plnění legislativních požadavků. Metoda LC‑ICP‑MS umožňuje separaci druhů arsenu a citlivou detekci, čímž řeší potenciální interference od organických arsenu a chloridů (40Ar35Cl).

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit efektivitu a spolehlivost jednoho standardizovaného postupu (podle EN 16802:2016 pro potraviny a EN 17374:2020 pro krmiva) pro kvantifikaci celkového anorganického arsenu (As(III)+As(V), analyzovaného jako As(V) po oxidačním zpracování) v 14 potravinových a krmivových matricích. Studie demonstrovala separaci iAs od organických forem a od špiček chloridu v krátkém čase měření ~6,5 minuty na vzorek a určovala limity detekce, přesnost (spike recovery) a validitu pomocí referenčních materiálů (CRM).

Použitá metodika a postup přípravy vzorků

• Příprava extrakčních roztoků: pro pevné vzorky HNO3 0,1 M + H2O2 3 % (v/v); pro kapaliny HNO3 0,2 M + H2O2 6 % (v/v).
• Vzorky: ~0,5 g pevné matrice (krmivo ~0,2 g) extrahováno 10 mL extr. roztoku; u kapalin 5 mL vzorku + 5 mL extr. roztoku.
• Podmínky extrakce: vodní lázeň ~90 °C po 60 minut, ochlazení, centrifugace (4 000 rpm, 10 min, 4 °C), filtrace 0,45 µm PTFE.
• Oxidace: během zpracování se As(III) účinně oxiduje na As(V) – ověřeno s As(III) standardy; analýza tak měří součet As(III)+As(V) jako As(V).
• Potlačení matrice: v případech posunutí retenční doby (např. u šťávy z pomeranče) bylo účinné 5× naředění po filtraci; u vysoce kontaminovaných CRM byly uplatněny další 2–200× ředicí faktory.
• Kontroly: spikované vzorky připravené před extrakcí a kontrolní roztok s 100 mg/L Cl− pro ověření průchodu chloridového signálu.
• Výpočet LOD: 3× směrodatná odchylka z 10 opakovaných měření standardu 0,1 µg/L, konverze do hodnot v matricích pomocí ředicích faktorů.

Použitá instrumentace

• LC: Nexera XS inert; kolona HAMILTON PRP‑X100 (250 × 4,1 mm, 10 µm); eluent 100 mM ammonium carbonátu + 3 % methanol + 400 mg/L Na2SO4, pH ≈ 9,3; průtok 1,2 mL/min; injekce 50 µL; doba měření 6,5 min/vzorek.
• ICP‑MS: Shimadzu ICPMS‑2040/2050; nebulizér DC04; mini‑torch (snížená spotřeba argonu ~2/3 běžné); cyklónová chlazená komora; Ni sampling/skimmer; He režim kolizní buňky (proud 3,0 mL/min) pro potlačení 40Ar35Cl interference; RF výkon 1,20 kW.
• Softwarové řízení: LabSolutions ICPMS TRM pro plnou integraci vstřikování i analýzy chromatogramů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Separační výkon: iAs (As(V)) byl spolehlivě separován od organických forem (AsB, AsC, DMA, MMA) a od signálu chloridu během 6,5 min. DMA a MMA byly oddělitelné, nicméně použitá pre‑úprava byla optimalizována především pro iAs.
• Oxidace As(III): zpracování vzorků oxidovalo As(III) na As(V); ověřeno pomocí standardů (měření 5 µg/L s/bez pre‑úpravy), kvantifikace po pre‑úpravě odpovídala připravené As(V) křivce.
• Potlačení chloridové interference: chromatografické rozlišení doplněné He kolizním režimem odstranilo 40Ar35Cl interferenci na m/z 75 v retenční době iAs.
• Senzitivita a LOD: LOD v analytickém roztoku vycházel z 0,1 µg/L opakovaných měření; přepočtené LOD v matricích byly velmi nízké (typicky ~0,0004 mg/kg pro většinu pevných vzorků), tedy dostačující i pro nejpřísnější limity (např. 0,01 mg/kg pro dětské potraviny).
• Validace: spike recovery testy na 11 matricích přinesly recovery 96–113 %, ukazující přesnost a robustnost metody napříč různými matricemi. Kvantifikace CRMs (brown rice NMIJ 7532‑a a 7533‑a, hijiki NMIJ 7405‑b) byla v souladu s certifikovanými hodnotami (přepočteno na sušinu), potvrzující validitu postupu.
• Analytické nálezy: většina testovaných vzorků měla iAs pod LOD; vyjímkou byly obilné produkty (rice cereal, některá krmiva) s vyššími koncentracemi, což odpovídá známé kumulaci iAs v obilovinách.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá analýza: krátký čas analýzy 6,5 min/vzorek zvyšuje průchodnost laboratoře.
• Vysoká citlivost: dosažené LODy umožňují kontrolu i pro přísné regulační limity (dětská výživa, mořské plody).
• Široká použitelnost: metoda funguje pro rozmanité matrice včetně těch bohatých na organické arzany nebo chloridy (mořské řasy, ryby, džusy, alkoholické nápoje, krmiva).
• Úspora provozních nákladů: použití mini‑torch snižuje spotřebu argonu, což je relevantní u delších sekvencí LC‑ICP‑MS.
• Kompatibilita s normami: postup vyhovuje EN 16802 a EN 17374, což usnadňuje akreditaci a regulatořní přijatelnost výsledků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření speciační analýzy: plná separace všech forem arsenu (AsC, AsB, DMA, MMA, As(III), As(V)) pro komplexní toxikologické hodnocení.
• Automatizace a vysokopropustné workflowy: integrace autosampleru s automatickým ředěním a předúpravou pro vyšší efektivitu a menší manuální zásahy.
• Dále snížené limity detekce: vylepšení režimu detekce a předkoncentrace pro monitorování ještě přísnějších limitů v budoucnu.
• Optimalizace spotřeby plynů a nákladů: další úspory prostřednictvím vylepšených hořáků/torche a nízkoproudých systémů.
• Standardizace a mezi‑laboratorní srovnání: rozšíření použití CRMs a mezilaboratorních testů k upevnění interoperability výsledků.

Závěr

Validatední LC‑ICP‑MS postup s Nexera XS inert a ICPMS‑2040/2050 umožňuje rychlou, citlivou a spolehlivou kvantifikaci anorganického arsenu v různorodých potravinových a krmivových matricích. Metoda efektivně odstraňuje interference od organických forem arsenu i chloridů, dosahuje nízkých LODů vyhovujících současným regulačním požadavkům a poskytuje reprodukovatelné výsledky potvrzené CRM a spike recovery testy. Díky krátkému času analýzy a úspornému provozu je vhodná pro rutinní kontrolní laboratoře i výzkum.

Reference

1. COMMISSION REGULATION (EU) 2023/915 of 25 April 2023 on maximum levels for certain contaminants in food and repealing Regulation (EC) No 1881/2006.
2. DIRECTIVE 2002/32/EC of the European Parliament and of the Council of 7 May 2002.
3. Commission Regulation (EU) 2025/1891 of 17 September 2025 amending Regulation (EU) 2023/915 as regards maximum levels of inorganic arsenic in fish and other seafood.
4. US House of Representatives, The Baby Food Safety Act of 2021.
5. EN 16802:2016 — Determination of inorganic arsenic in foodstuffs of marine and plant origin by anion‑exchange HPLC‑ICP‑MS.
6. EN 17374:2020 — Determination of inorganic arsenic in animal feed by anion‑exchange HPLC‑ICP‑MS.
7. T. Taniguchi, H. Tao, M. Tominaga & A. Miyazaki, Sensitive determination of three arsenic species in water by ion exclusion chromatography‑hydride generation‑inductively coupled plasma mass spectrometry, J. Anal. At. Spectrom., 1999, 14, 651‑655.
8. T. Nakazato, T. Taniguchi, H. Tao, M. Tominaga & A. Miyazaki, Ion‑exclusion chromatography combined with ICP‑MS and hydride generation‑ICP‑MS for the determination of arsenic species in biological matrices, J. Anal. At. Spectrom., 2000, 15, 1546‑1552.