A szerves nyomvegyületek meghatározása az élelmiszeranalízisben kiemelkedő jelentőségű az élelmiszerek minőségének és biztonságának szempontjából. Mind az analit elválasztása az élelmiszer-mátrixban lévő potenciális inferenciáktól, mind a célvegyület minőségi és mennyiségi meghatározása létfontosságú lépések az analitikai élelmiszerkémiában.
Meghatározás
A folyadékkromatográfia (LC, itt High Performance LC – HPLC) a nyomelemzés fizikai elválasztási technikája. Alapja az analit kölcsönhatása egy állófázissal (részecskékkel ellátott oszlop) és egy mozgófázissal (folyékony eluens vagy eluensek keveréke). A tömegspektrometria (MS) a minta összetételének mérésére szolgáló analitikai eszköz. Az MS hasznos információkat generál az analitok molekulatömegéről és szerkezetéről, és segít az ismeretlen vegyületek felderítésében.
A kombináció, az LC/MS, LC-MS nagyon nagy érzékenysége (akár a ppt-tartományban) és specificitása miatt hatékony technika. A szerves nyomelemzés területén az MS-t számos alkalmazásban használják, de a GC/MS-sel (gázkromatográfia, tömegspektrometriával összekapcsolva) ellentétben ez a módszer olyan minták elemzésére szolgál, amelyek nem illékony, jellemzően 200 – 800u közötti tömegű, termikusan labilis, nagy polaritást mutató vagy nagy molekulatömegű analitikai célpontokat tartalmaznak.
Webinar:
Ez a webinárium azt a szerepet tárgyalja, amelyet az élelmiszerek eredetiségének vizsgálata játszhat az élelmiszer-csalások megelőzésére irányuló stratégiában. Kiemeli továbbá, hogy holisztikus szemléletre van szükség, amely magában foglalja a kockázatok azonosítását, az élelmiszercsalás megelőzési terv végrehajtását, az ellátási lánc irányítását, a vállalat élelmiszer-biztonsági kiválósági kultúráját és a laboratóriumi vizsgálatokat.
REGISZTRÁCIÓ MOST
Munkaelv
Egy LC/MS készüléknek elvileg a következő négy munkafolyamatot kell elvégeznie:
- Az analitok kromatográfiás elválasztása egy elválasztó oszlopon
- Az analit ionizálása
- Az ionok izolálása és
- Az ionok azonosítása
Általában nem triviális egy HPLC rendszer és egy tömegspektrométer összekapcsolása, mivel a nehézség az oldott anyag gázfázisú ionná történő átalakítása. A kihívás az oldószertől való megszabadulás a tömegspektrométer megfelelő vákuumszintjének fenntartása mellett, valamint a gázfázisú ionok előállítása. Ezért a kromatográfiás oszlopról eluálódó komponenseket egy speciális interfészen keresztül vezetik be a tömegspektrométerbe.
A két legelterjedtebb ionizációs interfészrendszer, a légköri nyomású kémiai ionizáció (APCI) és az elektrospray ionizáció (ESI) az analitok fizikai-kémiai tulajdonságaitól (pl. polaritás és savasság) függően kerül kiválasztásra. Az ionizáció légköri nyomáson történik, és mindkettő lágy ionizációs módszernek tekinthető, azaz a tömegspektrum elsősorban a molekulatömegre vonatkozó információt szolgáltat, hacsak nem alkalmaznak fragmentációs technikákat.
Mivel a vegyületek részben koelutálnak a kromatográfiás rendszerből, az egyes fragmentumok egyértelmű hozzárendelése nem valósítható meg kizárólag LC-MS használatával, ahol csak a molekulaiontömegek állnak rendelkezésre. E probléma kiküszöbölésére manapság főként a tandem tömegspektrometriát (MS/MS) alkalmazzák, amely több lépéses tömegkiválasztást vagy elemzést foglal magában (LC/MS/MS vagy LC/MSn). Ezek a rendszerek képesek a maradékanyagok meghatározására az alsó ppt-tartományban. A szerves molekulák minősítéséhez más technikai MS beállításra van szükség. A minősítés egyik lehetséges megközelítése olyan MS használata, amely ionokat generál, azokat lineáris ioncsapdába vezeti, majd rádiófrekvenciás mezőben tárolja. Ezt követően különböző technikai lehetőségek teszik lehetővé az ionok és így az ismeretlen vegyület minősítését.
Alkalmazások
Az LC/MS mintegy tíz évvel ezelőtti bevezetése óta a rutin analízisben az analitikai kémia legtöbb területén, pl. a minőségellenőrzésben, az alap- és alkalmazott kutatásban és a hatósági ellenőrzésben is meghonosodott.
A következő példák rövid áttekintést nyújtanak:
a) Gyógyszerészet
- A gyógyszerek farmakokinetikai vizsgálatai, pl. gyógyszerek lebomlási folyamatai
- gyógyszerfejlesztés, pl. metabolitok azonosítása vagy szennyeződések azonosítása
b) Molekuláris biológia
- Proteomika, pl. a fehérjék, különösen szerkezetük és funkcióik nagyszabású vizsgálata
- Metabolomika, ill.pl. metabolikus köztitermékek, hormonok és egyéb jelzőmolekulák meghatározása
c) Környezet
- Szennyvíz, pl. endokrin vegyületek
- Talaj, pl. fémorganikus anyagok
d) Élelmiszer
- összetevők, pl. aminosavak, lipidek
- Szennyezők, pl. Peszticidek, tenger gyümölcstoxinok, állatgyógyászati szermaradványok, színezékek, akrilamid meghatározása, mikrocisztinek elemzése
- Természetes termékek, pl. terpének, szteroidok
A perfluorozott tenzidek (PFC) mint példa az élelmiszeranalitikában
Háttér
A PFC kiváló példa arra, hogy a komplex mintaelőkészítést kifinomult LC/MS eszközökkel és az analitikai kémia alapos ismereteivel kombináljuk. A PFT egyedülálló tulajdonságai miatt számos ipari és kereskedelmi termékben, például hűtőfolyadékokban, polimerekben, valamint a gyógyszerek és növényvédő szerek összetevőjeként hasznosítható. Különösen a perfluorozott karboxilátokat (pl. PFOA – perfluoroktánsav) és perfluorozott szulfonátokat (pl. PFOS – perfluoroktánszulfonsav) használják felületaktív anyagként, pl. textíliák és szőnyegek impregnálására, tűzoltó habokban és a papíriparban zsíroldó kezelésekhez. A PFC-t több mint 50 éve gyártják, és ma már világszerte forgalmazzák. Ha a C-H kötéseket nem helyettesítik teljesen C-F kötésekkel, az egyik legerősebb ismert kémiai kötéssel, a lebomlás még mindig lehetséges.
Toxikológiailag csak a PFOA és a PFOS van értékelve (krónikusan mérgező és rákkeltő), az összes többi homológ vegyület, izomer stb. még nincs értékelve. Fizikai szempontból a PFC-k egyszerre perzisztensek (azaz nem bomlanak le) és mobilak (azaz a szennyezett talajból a talajvízbe szivároghatnak). Ez állandó veszélyt jelent az ivóvízkivétel és/vagy a kondicionálás összefüggésében. Ráadásul a növények átvitelével ezek a vegyületek bekerülnek a táplálékláncba.
A 2006-ban két német folyóban felfedezett magas szintű PFC-szennyezés felkeltette a közvélemény érdeklődését e vegyületek iránt.
A 2006-os szennyezés a mezőgazdasági célokra műtrágyaként kijuttatott szerves iszapból származhatott. Kimutatták, hogy a talaj akár 600 µg PFC/kg-ot is tartalmazhat, ami az ivóvíz és az ellátó üzemek szennyeződését okozta. Eddig hét német szövetségi állam jelentett PFC-szennyezést.
Fraunhofer IME
A Fraunhofer Molekuláris Biológiai és Alkalmazott Ökológiai Intézet egyik fő kompetenciája az élelmiszerekben és környezeti mátrixokban lévő kémiai szennyezőanyagok azonosítására és elemzésére alkalmas, megvalósítható és megbízható módszerek kifejlesztése.
A Fraunhofer IME 1999 óta végez projekteket a PFC-szennyezés mérésére különböző környezeti mátrixokban. Ezeket a munkákat ipari partnerek megbízásából végezték, és különösen a PFC-karboxilátokra és a PFC-szulfonátokra összpontosítottak. További vizsgálatokat végeztek a Német Szövetségi Környezetvédelmi Mintavételi Bank Monitoring Programjának megbízásából, amely emberi vérmintákat is tartalmazott. 2005-ben végezték el az első vizsgálatokat az élelmiszerek területén, és 2006-ban a kiválasztott élelmiszer-minták (pl. anyatej, sült krumpli) eredményeit a média is megvitatta. 2007-ben nagyobb, a növényi transzferre, burgonyára és termékekre, emberi mátrixokra (vér és anyatej), valamint környezeti mintákra (pl. szennyvíz, iszap és talaj) összpontosító projekteket végeztek.
Analitikai megoldás
Az összes lehetséges mintamátrix lefedése érdekében három különböző mintakészítményt alkalmaztak:
- IPE (ionpáros extrakció). Ionpárosító szer tetra-n-butilammónium-hidrogén-szulfát használata, amelyet folyékony szilárd extrakció követ (pl. környezeti minták)
- AAE (savas-lúgos extrakció). A lipidek eltávolítása hexánnal 14-es pH-n (folyékony ammóniás oldat), pH 1-re történő beállítása sósavval és extrakció tert-butil-metil-éterrel (pl. anyatej)
- SPE (szilárd fázisú extrakció, jelenleg legtöbbet hivatkozott módszer) a PFC ionos jellegétől függően különböző polaritású patronokkal, pufferelt közegben (e.pl. burgonya)
A belső standardok használata a kalibráláshoz erősen ajánlott; jelenleg módszereink kilenc tömegjelzett PFC-standardot tartalmaznak. A minták LC/MS-be történő bevezetése előtt magát a készüléket ellenőrizni kell a teflonbevonatú pótalkatrészek tekintetében, mivel ezek olyan kibocsátó PFC-t tartalmaznak, amely nem reprodukálható módon befolyásolja az eredményeket. Ezeket az alkatrészeket ki kell cserélni, ami az LC/MS alkatrészeinek kiváló ismeretét igényli.
Analitikai példa
A nyers burgonya és burgonyatermékek elemzéséhez az LC/MS/MS-ünket (HPLC Alliance 2695 Quattro Ultima Pt-vel Electrospray negatív üzemmódban, mindkettő Waters) állítottuk be; 150 x 2 mm Luna 3 µm C18(2) oszlop, Phenomenex) rendszerét 9 perfluor-karbonsav (C4 – C12) és 3 perfluor-szulfonsav (C4, C6, C8) céltömegére 13C-jelölt referenciaanyagok felhasználásával (LOQ 0.5 µg/Kg) SPE mintaelőkészítést követően.
A PFC-k eltérő eloszlást mutattak a nyers burgonyában és a burgonyatermékekben (1. táblázat), ami lehetővé teszi a feldolgozás során történő szennyeződés, valamint a talajszennyezés feltételezését. Ezt támaszthatják alá a 2006-os PFC sült krumpli vizsgálataink, ahol gyorséttermekből származó sült krumplikat elemeztünk, és akár 2,8 µg PFOA/kg-ot és akár 0,9 µg PFOS/kg-ot is találtunk.
Analitikai kilátások
A Fraunhofer IME jelentős szakértelemmel és tapasztalattal rendelkezik a PFC analízis terén, ami a környezeti/élelmiszeripari PFC szennyezés számos, még nem vizsgált területén alkalmazható. A jövőbeli PFC-kutatás fontos területei közé tartozhat az analitok számának növelése, számos rövid és hosszú láncú PFC már szerepel a vizsgálati programunkban, de analitikai kapacitásunk további PFC-k bevonásával fejleszthető. A további PFC-ket LC/MS módszerrel kell azonosítani, mivel kereskedelmi szabványok nem állnak rendelkezésre. Ez a prekurzorok, az élelmiszer-szennyeződés útjai és az élelmiszerek feldolgozása során történő lebomlás konszolidált megállapításaihoz fog vezetni.
