ROCZN. PZH, 1996, 47, NR 2
RENATA JĘDRZEJCZAK, BARBARA SZTEKE, WlESłAWA RĘCZAJSKA
O Z N A C Z A N IE R T Ę C I W Ż Y W N O Ś C I P O C H O D Z E N IA R O Ś L IN N E G O T E C H N IK Ą A SA Z G E N E R A C JĄ Z IM N Y C H P A R (C V A A S)
M ERCURY DETERMINATION IN FOOD OF PLANT ORIGIN BY COLD VAPOUR ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETRY (CVAAS)
Zakład Analizy Żywności, Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego 02-532 Warszawa, ul. Rakowiecka 36.
Kierownik: prof. dr hab. B. Szteke
Opracowano procedurę analityczną oznaczania rtęci w produktach spożyw czych, głównie pochodzenia roślinnego, na poziomie 5 ng/kg i niższym. Obejmuje ona mineralizację mikrofalową próbki i oznaczenie zawartości rtęci techniką CVAAS z zastosowaniem całkowicie zautomatyzowanego analizatora rtęci f-my LDC, USA.
WSTĘP
R tę ć charakteryzuje się dużą aktywnością chem iczną i biologiczną oraz zm iennością postaci w ystępow ania (ciekła, gazowa). Z m ienia łatw o stopień utlenienia, tw orząc ró żn o ro d n e związki organiczne i kom pleksow e oraz podlega biologicznej akum ulacji. R tę ć uznana została obok kadm u, ołowiu i arsenu za m etal stanowiący isto tn e za grożenie dla środow iska przyrodniczego i zdrow ia człowieka. W ystępuje o n a we wszyst kich elem en tach środow iska w wyniku uw alniania ze złóż naturalnych oraz działalności człowieka związanych z jej produkcją i wykorzystaniem w procesach przemysłowych. W yłączając narażenie zawodowe, żywność stanowi główne źródło rtęci dla człowieka i z tego pow odu obecność tego pierw iastka w żywności m usi być ograniczona do m inim um . Z godnie z Z arządzeniem M inistra Z drow ia i O pieki Społecznej zaw artość rtęci w większości środków spożywczych nie m oże przekraczać 5 - 3 0 /xg/kg [19].
O znaczanie zaw artości rtęci w m ateriale biologicznym, w tym żywności, napotyka n a szereg trudności. Z w iązane jest to przede wszystkim z jej właściwościami fizyko chem icznym i, a szczególnie dużą lotnością oraz koniecznością oznaczania jej n a pozio m ach /ig/kg. N a każdym etap ie analizy rtęci możliwe są zarów no straty jak i w p ro w adzenie zanieczyszczeń. Z tych powodów, analiza zaw artości tego pierw iastka wy m aga szczególnie czułej m etody analitycznej, przestrzegania szczególnej czystości a n a l itycznej w trakcie pracy i specjalnej czystości odczynników.
L otność rtęci oraz wielu jej nieorganicznych i organicznych połączeń wykorzysty w ana jest do jej w ydzielania w tem p eratu rze pokojow ej z m ineralnych i organicznych m atryc. W połączeniu z różnym i technikam i analitycznymi umożliwia to znaczną p o
224 R. Jędrzejczak i in. N r 2
praw ę czułości oznaczeń tego pierw iastka. Przykłady zastosow ań różnych tech n ik an ali tycznych do oznaczania całkowitej zaw artości rtęci przedstaw ia tab ela I.
W śród nich, C V A A S należy do najczęściej stosowanych m eto d oznaczania rtęci w różnych m ateriałach biologicznych. Jest o na czuła, specyficzna i pozw ala n a oz naczanie rtęci na poziom ach /tg/kg i /Ag/l, zwłaszcza przy zastosow aniu dodatkow ego zatężan ia p a r rtęci poprzez tw orzenie am algam atów , z m etalam i takim i ja k złoto i platyna [3, 4, 7, 8, 11, 15-17]. Isto tn e jest również, że koszt adaptacji pow szechnie stosow anych sp ektrofotom etrów absorpcji atom ow ej nie je st zbyt wysoki. M eto d a ta o p a rta je st na redukcji rtęci (II) do rtęci elem en tarn ej pod wpływem czynnika r e dukującego (SnC h, NaBH,i). W ynika z tego konieczność całkow itego rozłożenia an ali zow anej m atrycy i przeprow adzenia organicznych połączeń rtęci w p ostać jonow ą lub luźno zw iązane formy, k tó re jedynie tą m eto d ą m ogą być analizow ane.
R ozkład substancji organicznej analizowanych p róbek przeprow adzany jest najczę ściej poprzez ich ogrzew anie w samym kwasie azotowym lub w m ieszaninie z kw asem siarkowym, czasem z d odatkiem substancji ułatwiających i przyspieszających u tlen i anie, jak n ad m anganian potasowy, dw uchrom ian potasow y czy pięciotlenek w anadu. Proces ten prow adzony je st bądź w bom bach teflonowych ogrzew anych konw encjon alnie bądź m ikrofalow o, a także w naczyniach szklanych połączonych z chłodnicą zw rotną. M ożliwe je st rów nież przeprow adzanie m ineralizacji n a zim no (w łaźni lo dowej), stosując m ieszaninę silnych utleniaczy.
M ineralizacja p ró b ek wym agana jest w większości stosowanych technik anality cznych. W yjątek stanowi n eutronow a analiza aktywacyjna (IN A A ) [3], w przypadku której m ineralizacja p ró b ek nie jest wymagana. T echnika ta stosow ana je st rów nież jak o odwoławcza, do potw ierdzania wyników otrzymywanych innymi m etodam i a także ja k o preferencyjna przy certyfikacji biologicznych m ateriałów odniesienia. P ozostałe techniki, przedstaw ione w tabeli I, charakteryzują się rów nież niskim i granicam i wyk rywalności, zwłaszcza fluorescencyjna sp ek tro m etria atom ow a (A FS) [18] o raz technika IC P, szczególnie w połączeniu z generacją zimnych p a r [1, 14].
C elem niniejszej pracy było opracow anie procedury analitycznej oznaczania zaw ar tości rtęci w środkach spożywczych pochodzenia roślinnego na poziom ie 5 Mg/kg, techniką CV A A S, z zastosow aniem now oczesnego, całkowicie zautom atyzow anego an a lizato ra rtęci, tj. Fully A u to m ated M ercury Analysis System M odel 3200 firmy LD C , USA.
CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA A p a r a t u r a
Automatyczny analizator rtęci f-my LDC z detektorem rtęci - mercury Monitor 3200 detec tor, automatycznym podajnikiem próbek - AM2000 autoMetric autosampler (na 114 probówek) i integratorem computing integrator; piec mikrofalowy f-my CEM model MDS 2000.
N a c z y n i a l a b o r a t o r y j n e
Pojemniki teflonowe do mineralizacji mikrofalowej oraz szkło laboratoryjne ogólnego zastos owania, które przed użyciem pozostawiono na 24 h w rozcieńczonym kwasie azotowym (1 + 1) a następnie dokładnie płukano wodą.
228 R. Jędrzejczak i in. N r 2
T a b e l a I I . Ocena precyzji i dokładności oznaczeń zawartości rtęci w próbce soku jabłko wego techniką CVAAS (próbka - 2 ml; n=6).
Precision and accuracy data for mercury determination in apple juice sample using CVAAS technique (sample - 2 ml; n = 6).
RSD - względne odchylenie standardowe
dla oznaczeń zaw artości rtęci w większości badanych m ateriałach w ahało się w g ran i cach od 1,3 do 4,8% . Tylko w przypadku oznaczeń bliskich granicy wykrywalności (sok jabłkowy, m archew ka z groszkiem , NBS B C R 1568 R ice F lo u r), w zględne odchylenie standardow e było bliskie lub powyżej 10%. Odzysk m etody obliczony na podstaw ie
N r 2 Oznaczanie Hg w żywności 229
b a d a ń m etodycznych przeprow adzonych na próbach soku jabłkow ego i konserw y w a r zywnej bez d o datku rtęci i fortyfikowanych n a dwóch poziom ach w ahał się w granicach 96 - 100%. G ranica wykrywalności m etody, obliczona jak o 3-krotne odchylenie sta n d ardow e oznaczeń zaw artości rtęci w 10 oddzielnie zm ineralizow anych próbkach o d czynnikowych, wynosiła 0,012 /xg/l, natom iast po uw zględnieniu wielkości odważki i rozcieńczenia była odpow iednio dla: 2 ml próbki - 0,15 >u.g/l, 1 g próbki - 0,30 ^g/kg i 0,3 g próbki 1,0 /ig/kg tj. znacznie poniżej poziom ów określonych jak o dopuszczalne w p ro d u k tach spożywczych, zgodnie z w ym aganiam i reso rtu zdrowia. M eto d a została rów nież spraw dzona p oprzez oznaczenie zaw artości rtęci pięciu roślinnych m ateriałach odniesienia o certyfikow anej zawartości tego pierw iastka. O trzym ane wyniki oznaczeń we wszystkich badanych m ateriałach mieszczą się w granicach dopuszczalnego rozrzutu w artości certyfikow anej. Jednocześnie dość duże zróżnicow anie zaw artości rtęci w b a danych m ateriałach od, 6 do 280 /ig/kg, pozwoliło na spraw dzenie przydatności m etody i stosow anej techniki w dużym zakresie analizowanych stężeń.
WNIOSKI
P rzeprow adzone b ad an ia m etodyczne oznaczania zaw artości rtęci w p ro d u k tach owocowych i warzywnych, pozwalają na sform ułow anie następujących wniosków:
1. M ineralizacja m ikrofalow a kwasem azotowym w dobranych dośw iadczalnie w a runkach pracy pieca (m oc, ciśnienie, czas) zapew nia całkowite rozłożenie m atrycy organicznej badanych m ateriałów pochodzenia roślinnego bez stra t analizow anego pierw iastka.
2. Z astosow anie techniki CVAAS z wykorzystaniem autom atycznego an alizato ra rtęci pozw ala na oznaczenie zawartości tego pierw iastka na poziom ach kilku /xg/kg//i,g/l lub niższych, w zależności od wielkości analizow anej próbki.
3. U zyskane wyniki oznaczeń zaw artości rtęci w badaniach m etodycznych oraz w analizow anych certyfikowanych m ateriałach odniesienia wskazują, że zastosow ana p ro ced u ra analityczna w połączeniu z techniką C V A A S gw arantuje praw idłow ość wyk onyw ania analiz na poziom ach ^ig/kg, dopuszczanych w żywności przez re so rt zdrow ia. R . J ę d r z e j c z a k , B . S z t e k e , W . R ę c z a j s k a
MERCURY DETERMINATION IN FOOD OF PLANT ORIGIN BY COLD VAPOUR ATOMIC ABSORPTION SPECTROMERTY (CVAAS)
S u m m a r y
The studies on the analytical procedure for mercury determination in food of plant origin on the level of 5 Mg/kg, were carried out. For this reason, microwave digestion with HNO3 and
cold vapour atomic absorption spectrometry (CVAAS) with tin (II) chloride reduction, were used. Both digestion and determination conditions were experimentally optimized. The proce dure was checked using two real food samples: apple juice and preserved carrot with peas both spiked on two levels with mercury. On these results basic statistic parameters that charcterized the method as standard deviation, relative standard deviation and recovery, were calculated. The precision was generally better than 10%, and recovery ranged from 96 to 100%. The de tection limit of the entire procedure, defined as the mercury concentration corresponding to three times the standard deviation of ten consecutive determinations of blank measurement, was 0,012 /xg/I. Taking into account the amount of a sample and the factor of dilution the
230 R. Jędrzejczak i in. N r 2
detection limit corresponds to 0,3 /ig/kg for 1,0 g, 1,0 /xg/kg for 0,3 g, and 0,15 /xg/l for 2 ml of a sample. Accuracy of the analytical procedure was tested by analysing five certified reference plant materials with the mercury contents ranged from 6 to 280 /xg/kg. The obtained results were in a good agreement with their certified values. Both analyses of the spiked real samples and certified reference materials allow to suggest that this analytical procedure based on microwave digestion and cold vapour determination using Fully Automated Mercury System is suitable for mercury determination in food products of plant origin on the level of /xg/kg or Mg/1, with a good precision and accuracy.
PIŚMIENNICTWO
I. Anderson K.A., Isaacs B., Tracy М., Molier G.: Cold-vapor generation for inductively coupled argon/atomic emission spectrometric analysis. Part 3 Mercury. J. AOAC, 1994, 77, 473. - 2. Balint L., Vedrina-Dragojevic I., Horvatic М., Murati /.: Spectrofluorometric method for determination of the total mercury content in natural waters. Z. Lebensm. Unters. Forsch., 1994, 198, 29. - 3. Bruhn C.G., Rodriguez A.A., Barrios C., Jarmillo V.H., Becerra J., Gonzalez U., Gras N.T., Reyes O., Salud S.: Determination of total mercury in scalp hair of human by gold amalgamation cold vapour atomic absorption spectrometry. J. Anal. At. Spectrom., 1994, 9, 535. - 4. Colina de Vargas М., Romero R.A.: Mercury determination by cold vapour atomic absorption spectrometry in several biological indicators from lake Maracaibo, Venezuela. Ana lyst, 1992, 117, 645. - 5. Emteborg H., Bulska E., Freeh W., Baxter D.C.: Determination of total mercury in whole blood by electrothermal atomic absorption spectrometry following extraction. J. Anal. At. Spectrom., 1992, 7, 405. - 6. Hanna C.P., Tyson J.F.: Determination of total mercury in waters and urine by flow injection atomic absorption spectrometry procedures involving on-line oxidation of organomercury species. Anal. Chem., 1993, 65, 653. - 7. Landi S., Fagioli F., Locatelli C., Vecchietti Т.: Digestion method for the determination of mercury in vegetable matrices by cold vapour atomic absorption spectrometry. Analyst, 1990, 115, 173. - 8. Landi S., Fagioli F., Locatelli C.: Determination of total mercury in seafood and other protein-rich products. J. AOAC, 1992, 75, 1023. - 9. Ludwicki J.K., Wiadrowska В.: Rtęć w żywności Rtęć w środowisku problemy ekologiczne i metodyczne. Zeszyty Naukowe PAN 1992, nr 4, 19. - 10. Moody J.R., Paulsen P.J.: Isotope dilution sparc-source mass spectrometric determination of total mercury in botanical and biological samples. Analyst, 1988, 113, 923.
II. Navarro-Alarcon М., Lopez-Martinez M.C., Sanchez-Vinas М., Lopez-Gracia de la Serrana H : Determination of mercury in crops by cold vapor atomic absorption spectrometry after microwave dissolution. J. Agric. Food Chem., 1991, 39, 2223. - 12. Ngim C , Foo Sch., Phoon IV-O.: Atomic absorption spectrophotometric determination of mercury in undigested biological samples. Industrial Health, 1988, 26, 173. - 13. Nikonorow М., Urbanek-Karłowska В.: Toksyk ologia żywności. PZWL, Warszawa 1987, 367. - 14. Powell M.J., Quan E.S.K., Boomer D.W.: Inductively coupled plasma mass spectrometry with direct injection nebulization for mercury analysis of drinking water. Anal. Chem., 1992, 64, 2253. - 15. Tahan I.E., Granadillo V.A., Sanchez J.M., Cubillan U.S., Romero R.A.: Mineralization of biological materials prior to determination of total mercury by cold vapour atomic absorption spectrometry. J. Anal. At. Spectrosc., 1993, 8, 1005. - 16. Tsalev D.L., Sperling М., Weltz B.: On-line microwave sample pre-treatment for hydride generation and cold vapour atomic absorption spectrometry. Analyst, 1992, 117, 1735. - 17. Vermeir G., Vandecasteele C., Dams R.\ Microwave dissolution for the determination of mercury in biological samples. Anal. Chim. Acta, 1989, 220, 257. - 18. Vermeir G., Vandecasteele C., Dams R.: Atomic fluorescence spectrometry combine with reduction aeration for the determination of mercury in biological samples. Anal. Chim. Acta, 1991, 2.42. 203. - 19. Zarządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej w sprawie wykazu substancji dodatkowych dozwolonych i zanieczyszczeń technicznych w środkach spożywczych i używkach. M.P. Nr 22 p. 233, z dn. 31 marca 1993 r.
