بررسی نشت فلزات سنگین با دستگاه ICP-MS در بسته بندی مواد غذایی

امروزه نگرانی ها از آلودگی مواد غذایی ناشی از نشت فلزات سنگین (Heavy Metal Migration) از بسته بندی های پلاستیکی افزایش یافته است. زیرا فلزات سنگین پتانسیل بالقوه ایی در افزایش ریسک خطرات سلامتی دارا می باشند. از این رو بررسی مقادیر فلزات سنگین در بسته بندی های غذایی حیاتی به نظر می رسد که توسط دستگاه طیف سنجی جرمی پلاسمای جفت شده القایی (ICP-MS) به دلیل محدودیت های تشخیص کم، تداخل نسبتا کم و ظرفیت چند عنصری انجام می شود. در این کار، رهاسازی فلزات سنگین بر روی مواد غذایی با غوطه ور کردن بسته های پلاستیکی آزمایشی در شبیه سازهای غذایی شامل آب خالص، اسید نیتریک 2 درصد و اسید استیک 3 درصد ارزیابی می شود. 14 فلز سنگین (Al, As, Ba, Cd, Co, Cr. Cu. Fe, Li, Mn, Ni, Pb, Sb و Zn) در محلول های لیچینگ به طور همزمان با روش ICP-MS با حساسیت بالا تعیین می شوند.

آماده سازی نمونه و استاندارها

سه نوع بسته بندی پلاستیکی مواد غذایی شامل ظرف پلی استایرن(PS)، ظرف پلی پروپیلن(PP) و فیلم پلی اتیلن(PE) از بازارهای مواد غذایی محلی به دست آمده است. 0.5 گرم از هر ماده بسته بندی، وزن شده و در 40 میلی لیتر محلول آبی برای شستشوی فلزات سنگین در دمای اتاق غوطه ور شده است. محلول‌های آبی استفاده شده به عنوان حلال‌های لیچینگ، آب DI (سیمولانت A)، استیک اسید 3% (سیمولانت B) و اسید نیتریک 2% بودند.

پس از غوطه وری در محلول های آبی ذکر شده در بالا، 1 میلی لیتر از محلول خیسانده، خارج شده و 1 میلی لیتر اسید استیک 3 درصد قبل از رقیق شدن به 10 میلی لیتر به عنوان محلول آنالیز اضافه می شود. استانداردهای کالیبراسیون چند عنصری تا 50 ppb از استاندارد (Al, As, Cd, Co, Ni، Mn, Sb) و یا 200 ppb از استاندارد (Ba, Cr, Cu, Fe, Li, Pb, Zn) در %3 w/v تهیه شده است. غلظت 14 عنصر سمی و مورد آنالیز توسط دستگاه ICP-MS با اصلاح استاندارد داخلی تعیین می شود. محلول استاندارد داخلی حاوی Sc ،Y ،Rh و Bi با استفاده از کیت استاندارد داخلی (internal standard) اضافه می شود.

شرایط آنالیز بسته بندی های پلاستیکی مواد غذایی با دستگاه ICPMS-2030

تمام آنالیزها روی دستگاه ICPMS-2030 شیمادزو همراه با Mini torch و نمونه‌بردار خودکار AS-10 انجام می شوند. همچنین جزئیات پیکربندی ابزار و پارامترهای عملکرد در جدول [1] خلاصه شده است.

جدول [1]: شرایط و پارامترهای تحلیلی دستگاه ICPMS-2030 Shimadzu

Setting	Parameter
1.20 KW	RF Frequency Power
6.0 mm	Sampling Depth
Ar 8.0 L/min	Plasma Gas
Ar 1.10 L/min	Auxiliary Gas
Ar 0.70 L/min	Carrier Gas
Mini-Torch, ICPMS	Torch
Nebulizer, 07UES	Nebulizer
Cyclone Chamber	Chamber
5°C	Chamber Temperature
10 times	No. of Scans
6.0 mL/min	Cell Gas (He)
-21.0 V	Cell Voltage
7.0 V	Energy Filter
10 sec (Low), 30 sec (High)	Solvent Rinse Time
30 sec (Low), 40 sec (High)	Sample Rinse Time

سلول برخورد هلیوم (Helium collision cell) یک راه حل موثر برای حذف تداخل های طیفی چند اتمی احتمالی ارائه می دهد. حالت گاز سلولی (the cell gas mode) برای همه عناصر به جز Li و Sb همانطور که در جدول [2] نشان داده شده است اعمال می شود. دستگاه ICP-MS با استفاده از یک محلول کالیبراتور تنظیم و کالیبره شده و تا 30 دقیقه قبل از اندازه گیری گرم می شود.

جدول [2]: جرم آنالیت، حالت های اکتساب، ضرایب همبستگی کالیبراسیون، LOD و LOQ

LOQ (ΜG/L)	LOD (µg/L)	r	Cell gas	Internal standard	Mass	Element
0.670	0.201	0.99992	On	Sc	27	Al
0.018	0.005	0.99996	On	Y	75	As
0.016	0.005	0.99993	On	Rh	138	Ba
0.004	0.001	0.99999	On	Rh	112	Cd
0.002	0.001	0.99999	On	Sc	59	Co
0.044	0.013	1.00000	On	Sc	53	Cr
0.410	0.123	0.99998	On	Y	65	Cu
0.348	0.104	0.99998	On	Sc	57	Fe
0.213	0.064	0.99997	Off	Sc	7	Li
0.027	0.008	0.99995	On	Sc	55	Mn
0.223	0.067	0.99999	On	Y	62	Ni
0.411	0.123	0.99999	On	Bi	208	pb
0.002	0.001	0.99999	Off	Y	123	Sb
0.243	0.073	0.99996	On	Y	68	Zn

نتایج آنالیز نشت فلزات سنگین در بسته بندی های پلاستیکی مواد غذایی با دستگاه ICPMS-2030

نتایج آنالیز با دستگاه ICPMS-2030 با توجه به جدول های [2] و [3] شامل موارد زیر می باشد:

1- خطی بودن منحنی کالیبراسیون

تحت شرایط تجربی شرح داده شده در بخش بالا، خطی بودن منحنی های کالیبراسیون به دست آمد. ضریب های همبستگی در جدول [2] یا  (r>0.9999) برای عناصر هدف نشان داده شد. حدود تشخیص (LODs) و حدود کمیت سنجی (LOQs) بر اساس ۳ و ۱۰ برابر انحراف معیارهای ۱۰ اندازهگیری متوالی از نمونه کالیبراسیون خالی محاسبه شده اند. سطح زیر ppb یا ppt از LOD و LOQ برای همه آنالیت ها به ویژه برای عناصر بالقوه سمی مانند As، Cd و Pb به دست آمد.

2- بازیابی و تکرارپذیری در روش ICP-MS

در روش آنالیز با دستگاه ICP-MS با اسپایک کردن (Spiking) یک غلظت شناخته شده (ppb 10) از فلزات سنگین در شبیه‌ساز غذایی B که آغشته به دو نمونه بسته‌بندی پلاستیکی (ظرف PS و ظرف PP) بود، ارزیابی شد. همانطور که در جدول [3] نشان داده شده است نرخ بازیابی اسپایک های به دست آمده بین 87 تا 116 درصد برای 14 فلز سنگین است. نرخ بازیابی خوب نشان دهنده دقت در این روش و عدم تداخل است. طبق جدول [3]، تکرارپذیری برای سه تکرار با RSD کمتر از 3٪ برای اکثر عناصرها بررسی شده است.

جدول [3]: نرخ بازیابی جهش و درصد (RSD (n=3 از شبیه‌ساز غذای B

PP RSD%	PP Recovery	PS RSD%	PS Recovery	Element
2.1	116%	3.3	114%	Al 27
1.5	111%	1.9	108%	As 75
3.7	95%	2.1	99%	Ba 138
2.6	98%	1.5	102%	Cd 112
1.2	105%	2.2	106%	Co 59
0.6	101%	1.3	102%	Cr 53
1.8	112%	2.5	111%	Cu 65
2.0	100%	3.9	101%	Fe 57
0.2	87%	2.2	87%	Li 7
1.5	102%	1.8	101%	Mn 55
0.5	101%	3.1	102%	Ni 62
0.9	101%	2.0	98%	pb 208
1.7	114%	1.0	112%	Sb 123
2.0	109%	2.2	103%	Zn 68

نشت فلزات سنگین از مواد پلاستیکی به کار برده شده در بسته بندی

نشت فلزات سنگین از سه ماده بسته بندی پلاستیکی به داخل شبیه ساز غذایی B پس از خیساندن به مدت 72 ساعت در جدول 4 تعیین و مقایسه می شود. مقادیر شستشو در مقیاس ppb بود، اما تا حد زیادی برای بسته های پلاستیکی مختلف متفاوت بود. در حالی که برای ظروف PS و PP، بیشترین عنصر شسته شده آلومینیوم و پس از آن روی و مس بود.

نشت کبالت و لیتیوم برای هیچ ماده پلاستیکی شناسایی نشد. با توجه به عناصر سمی، آرسنیک و سرب با محدوده غلظت 0.06 – 0.48 میکروگرم در لیتر و 0.19 – 3.27 میکروگرم در لیتر شناسایی شده اند. لیچینگ کادمیوم (Cadmium leaching) از ظرف PS و PP یافت نشد، اما 0.26 ug/L از فیلم PE تشخیص داده شده است. غلظت های اندازه گیری شده در جدول [4] بسیار کمتر از محدوده ی نرمال برای Ba، Co، Cu، Fe، Li، Mn و Zn تعریف شده در اتحادیه اروپا شماره 10/2011 است.

MDL ها نشان دهنده حساسیت برتر دستگاه ICP-MS برای تعیین نشت فلزات سنگین در شبیه ساز مواد غذایی هستند.

جدول [4]: نشت فلزات سنگین به شبیه ساز غذایی B برای مواد پلاستیکی بسته بندی و MDL های مختلف

MDL (μg/kg)	PE film (μg/kg)	PP container (μg/kg)	PS container (μg/kg)	Element
2.01	135.5	71.4	49.3	Al
0.05	111%	1.9	0.11	As
0.05	22.9	7.14	14.0	Ba
0.012	0.26	N.D.	N.D.	Cd
0.006	N.D.	N.D.	N.D.	Co
0.13	0.84	0.15	6.50	Cr
1.23	13.3	19.6	30.4	Cu
1.04	142.5	2.39	17.0	Fe
0.64	N.D.	N.D.	N.D.	Li
0.08	52.8	N.D.	2.51	Mn
0.67	2.14	1.86	8.81	Ni
0.06	3.27	0.19	2.22	pb
0.04	0.04	0.04	0.08	Sb
0.73	685.5	23.50	34.60	Zn

تأثیر نوع شبیه‌ساز غذا و زمان تماس بر نشت فلزات سنگین

جدول [5] نشان می دهد که شستشوی فلزات سنگین از مواد پلاستیکی در معرض شبیه ساز غذایی B در مقایسه با آب DI و 2% HNO3 معنی دارتر بود. توجه داشته باشید که شبیه‌ساز B همان غذای اسیدی است که بیشتر در آزمایش و نشت نشت فلزات سنگین استفاده می‌شود. محلول اسید نیتریک 2٪ برای شبیه سازی شرایط اسیدی برخی از مواد غذایی نگهداری شده است.

جدول [5]: مقایسه نشت فلزات سنگین از فیلم پلی اتیلن به محلول های آبی مختلف

Food Simulant B (3% Acetic acid)	2% HNO3	Food Simulant A DI water	Element
135.5	29.9	21.0	Al
0.48	0.15	0.01	As
22.9	15.8	13.4	Ba
0.26	0.05	N.D.	Cd
N.D.	N.D.	N.D.	Co
0.84	0.69	0.03	Cr
13.3	3.86	1.94	Cu
73.0	73.0	3.72	Fe
N.D.	N.D.	N.D.	Li
52.8	15.9	1.09	Mn
2.14	3.1	0.91	Ni
3.27	0.02	0.02	pb
0.40	0.08	0.04	Sb
685.5	127.5	31.4	Zn

اثر زمان تماس بر نشت فلز سنگین نیز برای PS container و PE film با استفاده از شبیه ساز غذایی B مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج با زمان تماس متفاوت (1 ساعت در مقابل 72 ساعت) مقایسه شد و در شکل [2] نشان داده شد. برای هر دو مواد بسته بندی پلاستیکی، نشت فلزات سنگین با افزایش زمان تماس به طور قابل توجهی افزایش یافت، که نشان می دهد زمان تماس یک عامل مهم برای ارزیابی نشت عناصر است.

 

شرکت ری نور آزما به ارائه انواع تجهیزات آزمایشگاهی از قبیل دستگاه های طیف سنجی با طیف وسیعی از برند های برتر جهان می پردازد. در صورتی که قصد خرید انواع دستگاه طیف سنجی را دارید می توانید با کارشناسان مجرب شرکت ری نور آزما تماس حاصل فرمائید.