Speziation mit LC-ICP-MS

Arsen in Apfelsaft

Obst kann heutzutage aufgrund des Einsatzes arsenhaltiger Pestizide während des letzten Jahrhunderts stark mit Arsen belastet sein. Das folgende Experiment zeigt die Empfindlichkeit und das Nachweisvermögen des ICP-MS-Systems PlasmaQuant® MS Elite für die Arsenspeziation in Apfelsaft.

Apfelsaft

Die verschiedenen physikalisch-chemischen Formen der meisten Elemente variieren in Bezug auf Mobilität, Toxizität und Bioverfügbarkeit. So sind beispielsweise Arsenspezies wie das anorganische 3-wertige Arsen (As III) und 5-wertige Arsen (As V) hoch toxisch, während die organischen Formen wie Monomethylarsonsäure (MMA) und Dimethylarsinsäure (DMA) deutlich geringere Toxizitäten aufweisen. Die Betrachtung allein der Gesamtkonzentratio-nen kann daher oftmals irreführend sein.

Wenn Flüssigchromatographie (LC) mit Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) kombiniert wird, eluieren die Spezies eine nach der anderen von der LC-Säule direkt in das ICP-MS zur Erkennung durch Elementspeziation. Der Anschluss des LC-Systems an das ICP-MS ist einfach, weder das LC-System noch das ICP-MS benötigen Änderungen der Hardware. Die LC-Säule wird direkt an den Zerstäuber des ICP-MS angeschlossen.

Die Kopplung eines LC-Systems mit dem PlasmaQuant® MS Elite bietet zusätzlich den Vorteil der bis zu fünfmal höheren Empfindlichkeit, wodurch der Verlust des Gesamt- signals aufgrund der Trennung der einzelnen Spezies ausgeglichen wird und sehr niedrige Nachweisgrenzen im ppt-Bereich (ng/l) erreicht werden.

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Bild 1: Das ICP-MS-System PlasmaQuant® MS Elite der Analytik Jena.

Instrumentelles
Das verwendete LC-System war ein Bruker Advance HPLC-System mit 50-µl-Proben-schleife und einer Hamilton PRP-X100 (4,6 mm x 150,0 mm, 5 µm) Anionenaustauschersäule. Die ASpect-MS-Software ermöglicht die automatische Optimierung der Ionen-optik und der Plasmagasströme. Bevor das LC-System an das ICP-MS angeschlossen wurde, wurde es für eine maximale Empfindlichkeit für Arsen optimiert. Die ICP-MS- und LC-Bedingungen werden in den Tabellen 1 und 2 zusammengefasst.

Reagenzien und Proben
Zur Vorbereitung der Lösungen (mobile Phasen, Standardlösungen und Proben) wurde deionisiertes Wasser (18,2 MΩ/cm, Millipore MilliQ, Billerica, MA, USA) verwendet.

Mobile Phase (LC)
Ammoniumcarbonat Puratronic® (Firma Alfa Aesar) und Methanol wasserfrei ULC/MS (Biosolve BV, Valkenswaard) wurden verwendet, um die mobilen Phasen A (12,5 mM Ammoniumcarbonat, 1 % MeOH) und B (60 mM Ammoniumcarbonat, 1 % MeOH) herzustellen. Die mobilen Phasen wurden täglich hergestellt.

Bild 2: Überlagerung der Chromatogramme von 1 μg/l aufgestocktem (Rot) und nicht aufgestocktem (Schwarz) Apfelsaft.

Kalibrierstandards
Die Kalibrierlösungen von Arsentrioxid (AsIII, Acros Organics), Arsenpentoxid (AsV, Sigma-Aldrich), Natriummethylarsenat (MMA, Supelco) und Kakodylsäure (DMA, Fluka) wurden täglich hergestellt. Der Kalibrierbereich betrug bei allen Arsenspezies 0,1...2,5 µg/l.

Probenvorbereitung
Fünf verschiedene Apfelsäfte (Saft 1...5) wurden in einem französischen Supermarkt gekauft, darunter ein Produkt aus ökologischem Anbau (Saft 2). Die Proben wurden mit einem 0,45-µm-Filter (Millipore Millex-HV) gefiltert, um Schwebstoffe zu unterdrücken. Die Filtrate wurden anschließend vor der Analyse zweifach verdünnt.

Interner Standard
Arsenobetain (BCR626, IRMM) wurde in jeder Lösung (Standardlösungen und Proben) bei 1 µg/l aufgestockt, um potenzielle Drift- und Matrixeffekte zu korrigieren.

Tabelle 1: Betriebsbedingungen PlasmaQuant® MS Elite ICP-MS.

Ergebnisse und Diskussionen
Elementspeziation
Die Speziation der vier Arsenspezies (AsIII, DMA, MMA, AsV) und des Arsenobetain (interner Standard) wurde mit dem LC-Gradientenverfahren in weniger als 10 min durchgeführt. Exzellente Kalibrierungen für jede der Arsenspezies wurden mit Korrelationskoeffizienten ≥ 0,9999 erhalten. Die Kalibrierung wurde mit Lösungen im Bereich 0,1...2,5 µg/l erstellt.

Apfelsaft-Analyse
Die Ergebnisse der Analyse der fünf verschiedenen Apfelsäfte zeigt Tabelle 3.

Spike-Wiederfindung
Um die Wiederholbarkeit des Verfahrens zu evaluieren, wurde der unverdünnte Apfelsaft 1 mit 1 µg/l von jeder Spezies aufgestockt. Die aufgestockte Probe wurde zehnmal gemessen, und die durchschnittliche Spike-Wiederfindung für die vier Spezies ist in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 2: LC-Betriebsbedingungen.

Langzeitstabilität
Eine Kalibriertestlösung mit 1 µg/l von jeder As-Spezies wurde periodisch über einen Zeitraum von 8 h gemessen. Die durchschnittliche Wiederfindung lag bei allen Spezies im Bereich von 1,013...1,033 µg/l und mit einer Präzision von 1...2 % RSD. Der Langzeittest über 8 h bestätigt die Langzeit-Performance des Verfahrens.

Typische Nachweisgrenzen
Tabelle 5 zeigt die Nachweisgrenzen (NWG) des Verfahrens für die vier häufigen organischen und anorganischen Formen von Arsen in Apfelsaft. Sämtliche Messungen wurden unter klassischen Laborbedingungen durchgeführt.

Die Nachweisgrenzen wurden mithilfe der 3-fachen Standardabweichung von Blindwert-Proben (n = 10) berechnet.

Tabelle 4: Ergebnisse des Tests zur Spike-Wiederfindung.

Schlussfolgerungen
Mit dieser Arbeit wurde gezeigt, dass das PlasmaQuant® MS über ein exzellentes Nachweisvermögen verfügt, wenn es zusammen mit einem Bruker Advance HPLC-System zur Arsenspeziation in Apfelsaft eingesetzt wird.

Die Probenherstellung erfordert nur minimalen Aufwand und besteht aus einer einfachen Filtrierung und einer zweifachen Verdünnung.

Die hohe Empfindlichkeit des PlasmaQuant® MS Elite ermöglicht den Routine-nachweis von Arsenspezies im niedrigen ppt-Bereich (ng/l).


Autoren:
Andrew Ryan
Analytik Jena AG
Konrad-Zuse-Str. 1
07745 Jena
E-Mail: info@analytik-jena.de

Peio Riss
Analytik Jena France SARL
L‘Orme des Merisiers
91190 Saint Aubin
E-Mail: info@analytik-jena.fr
www.analytik-jena.fr

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