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Bestimmung von Perchlorat in Lebensmitteln
Ionenchromatographie und Elektrospray-Tandem Massenspektrometrie
S. Makart und D. Jensen
D
as Europäische Schnellwarnsystem
warnt bei Bedarf vor PerchloratRückständen in Lebensmitteln. Die
Ionenchromatographie, gekoppelt mit
Elektrospray-Tandem Massenspektrometrie
(IC-ESI-MS/MS) ermöglicht eine nachweisstarke Detektion von Perchlorat-Verunreinigungen in Lebensmitteln.
Über das Europäische Schnellwarnsystem
(RASFF, Rapid Alert System for Food and
Feed) wurden in den letzten Jahren immer
wieder Warnungen vor Perchlorat-Rückständen in Lebensmitteln veröffentlicht,
beispielsweise in Tomaten und Grapefruits
aus Spanien [1]. Dabei wurden Perchlorat-Gehalte zwischen 0,31 und 0,4 mg/kg
(ppm) in Strauchtomaten, beziehungsweise 0,18 ppm in Grapefruits gefunden. Als
mögliche Kontaminationsquellen bei Lebensmitteln kommen beispielsweise Düngemittel, Wasser oder Pestizide in Frage,
denn Perchlorat kann in der Umwelt sowohl aus natürlichen wie aus anthropogenen Quellen stammen.
Perchlorat und Gesundheit
Perchlorat wird als gesundheitsschädlich
betrachtet, da es die Aufnahme von Iodid
in der Schilddrüse behindert und dadurch
die Produktion von Schilddrüsenhormonen
beeinflusst. Das „Joint FAO/WHO Expert
Committee on Food Additives“ (JECFA)
evaluierte 2010 das mögliche Problem der
Aufnahme von Perchlorat durch Trinkwas-
ser und Lebensmittel. Dabei wurde eine
vorläufige maximale Aufnahmemenge
(PMTDI, Provisional Maximum Tolerable
Daily Intake) von 0,01 mg/kg Körpergewicht etabliert [2]. Die geschätzten täglichen Aufnahmeraten durch Lebensmittel
und Trinkwasser liegen deutlich unter dem
PMTDI und werden nicht als gesundheitsgefährdend eingeschätzt. Gemäß einer ersten Risikoabschätzung durch das deutsche
Tab. 1: Bedingungen der ionenchromatographischen Trennung von Perchlorat
Säule:
Dionex IonPac AS16 (2 x 250 mm) mit Vorsäule
Injektionsvolumen:
100 µl
Eluent:
45 mmol/l KOH mit RFIC-EG
Flussrate:
0,3 ml/min
Temperatur:
30 °C
Suppressor:
Thermo Scientific Dionex ASRS 300 Anion Self Regenerating Suppressor,
2mm, Externer Wasser-Modus
Lösungsmittel:
150 μl/min Acetonitril, Zufuhr durch AXP-MS Pumpe nach Suppression
und vor dem MS-Interface
Detektion:
Leitfähigkeit nach Suppression ESI-MS/MS
WHITEPAPER ERSCHIENEN IN GIT LABOR-FACHZEITSCHRIFT 3/15 | S. 26–29 | WILEY-VCH VERLAG GMBH & CO. KGAA, GIT VERLAG, WEINHEIM | WWW.GIT-LABOR.DE
Perchlorat wird als gesundheitsschädlich
betrachtet, da es die Aufnahme von Iodid
in der Schilddrüse behindert.
Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR)
besteht bei den oben erwähnten Fällen im
RASFF keine akute Gesundheitsgefährdung
für die Verbraucher. Eine gesundheitliche
Beeinflussung bei Kindern kann aber bei
den Perchlorat-Konzentrationen von 0,4
ppm nicht ausgeschlossen werden. Es ist
deshalb empfehlenswert Lebensmittel auf
Perchlorat-Verunreinigungen zu untersuchen.
Analytik
Die Ionenchromatographie (IC), gekoppelt
mit der Massenspektrometrie, bietet sich
hier als Analysenmethode an. Die IC, als
etablierte Technik zur Analyse ionischer
Verunreinigungen, und die Massenspektrometrie (MS) mit der hohen Selektivität und
Sensitivität ermöglichen die Bestimmung
von Perchlorat im Spurenbereich auch in
komplexen Lebensmittelproben. Die Kopplung wird durch die kontinuierliche elek-
trolytische Erzeugung des Hydroxid-Eluenten in der gewünschten Konzentration
vereinfacht. Bei der Suppressions-Reaktion
im kontinuierlich regenerierten Membransuppressor wird der stark alkalische Eluent
zu Wasser umgesetzt und ist damit kompatibel mit der MS-Detektion. Gleichzeitig
werden die Analyt-Ionen in ihre korrespondierenden Säuren überführt, und Kationen
kontinuierlich entfernt. Es erfolgt eine Vereinfachung der Eluent- und Probenzusammensetzung, die sich sowohl günstig auf
den Langzeitbetrieb einer IC-MS-Kopplung
auswirkt, als auch zur Vermeidung von
sog. „Ion-Suppression“-Reaktionen im MS
dient.
Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS)
ermöglicht eine selektivere Detektion von
Perchlorat im Vergleich zur Leitfähigkeitsdetektion oder Detektion mit einem Single-Quadrupole MS, da der Übergang des
Masse-zu-Ladung (m/z) Verhältnisses des
Vorläufer-Ions des Analyten in ein spezifisches Fragment-Ion gemessen wird. Dies
ermöglicht insbesondere auch eine spezifischere Detektion in komplexen Matrizes wie
sie Lebensmittel darstellen [3].
Dieser Beitrag diskutiert eine schnelle
und nachweisstarke IC-MS/MS Methode zur
Bestimmung von Perchlorat in Säuglingsnahrung [4], die durch einfache Adaption
der Probenvorbereitung auch für die Analyse weiterer Lebensmittel wie beispielsweise Früchte und Gemüse angewendet werden kann [3]. Anders als bei konventionellen
Nachweisverfahren, die auf einer aufwendige
Probenvorbereitung im Sinne einer Festphasenextraktion (SPE) und Anreicherung des
Perchlorat beruhen, ist bei dem hier vorgestellten Verfahren nur eine einfache Probenvorbereitung erforderlich.
Experimentelles
Die Chromatographie wurde auf einem modularen Thermo Scientific Dionex ICS-3000 Ionenchromatographen durchgeführt. Die Trennung erfolgt an einer Thermo Scientific Dionex IonPac AS16 Anionenaustauschersäule,
zur Erzeugung des Eluenten kommt die RFICTechnologie (Reagent-Free IC - Ionenchromatographie ohne manuelles Ansetzen der Eluenten) zum Einsatz. Die chromatographischen
Bedingungen sind in Tabelle 1 aufgelistet. Zur
massenspektrometrischen Detektion wird ein
Thermo Scientific TSQ Quantum Access Triple-Quadrupol Massenspektrometer eingesetzt.
Die Bedingungen sind in Tabelle 2 ersichtlich.
Die massenspektrometrische Detektion
wurde optimiert, um die Übergänge der in
Tabelle 3 beschriebenen Ionenpaare - Vorläufer und Fragment - zu messen (Selected
Reaction Monitoring SRM). Die Quantifizierung erfolgt auf dem Übergang 99 m/z zu
83 m/z, die Messung des SRM 101 m/z zu 85
m/z dient zur Bestätigung.
Probenvorbereitung
Abb. 1: SRM-Ionenchromatogramme eines Perchlorat-Standards bei einer Konzentration von
20 pg/ml
Kommerziell erhältliche flüssige Babynahrung, gelöstes Babynahrungspulver
und Milch wurden analysiert. Jeweils ein
4-ml-Aliquot der Babynahrung oder Milch
wurden mit gleichem Volumen Ethanol
(gekühlt auf 4 °C) und 0,4 ml Essigsäure
(ϖ = 3 %) versetzt. Die Probe wurde mit
40 µl eines isotopmarkierten internen
Standards (ISTD, β = 100 ng/ml) versetzt,
geschüttelt und anschließend für 30 Minuten bei -5 °C bei 5.000 rpm zentrifugiert.
Abb. 2: SRM-Ionenchromatogramme von Perchlorat in Säuglingsnahrung (linke Spalte) und Milchpulver (rechte Spalte)
Der Überstand wurde membranfiltriert [4]
und das Filtrat in einem 10-ml-Autosampler-Gefäß zur anschließenden IC-MS/MS
Analytik vorgehalten. Der isotopmarkierte
ISTD wird mit dem SRM 107 m/z zu 89 m/z
gemessen. Der ISTD weist das gleiche chromatographische Verhalten wie der Analyt
auf.
Ergebnisse
Mit der hier vorgestellten Methode wird
die Detektion und Quantifizierung kleinster Konzentrationen von Perchlorat in Lebensmitteln ermöglicht. Abbildung 1 zeigt
repräsentative SRM-Ionenchromatogramme eines 20 pg/ml Perchlorat-Standards.
Selbst bei solch niedrigen KonzentratioTab. 2: Experimentelle Bedingungen mit
dem TSQ Quantum Access MS
Ion source polarity:
Negative ion mode
Spray voltage:
4000 V
Sheath gas pressure:
40 arbitrary units
Ion sweep gas pressure:
15 arbitrary units
Auxiliary gas pressure:
5 arbitrary units
Capillary temperature:
300 °C
Collision gas pressure:
1.8 mTorr
Scan Modus:
Selected Reaction
Monitoring (SRM)
Tab. 3: Verwendete SRM Übergänge
m/z 99 (35Cl16O4-) → m/z 83 (35Cl16O3-)
primärer Übergang des Perchlorats (Quantifizierung)
m/z 101 (37Cl16O4-) → m/z 85 (37Cl16O3-)
sekundärer Übergang des Perchlorats (Bestätigung)
m/z 107 (35Cl18O4-) → m/z 89 (35Cl18O3-)
primärer Übergang des isotopmarkierten ISTD (quantitativ)
nen werden noch ausreichend gut quantifizierbare Peaks erhalten. Die Detektionsgrenze wurde mit 5 pg/ml errechnet, bei
einem Signal zu Rauschen Verhältnis von
S/N > 10.
Perchlorat wurde sowohl in Säuglingsnahrung als auch in Milchpulver nachgewiesen. Die gemessenen Werte lagen zwischen 1,05 und 4,64 ng/ml. Abbildung 2
zeigt die entsprechenden SRM-Ionenchromatogramme. Dabei ist auch ersichtlich,
dass Perchlorat mit dieser Methode auch in
komplexen Matrizes interferenzfrei detektiert und quantifiziert wird [4].
Literatur
[1] RASFF Notification details – 2013.0371 and
2013.0469; http://ec.europa.eu/food/food/rapidalert/rasff_portal_database_en.htm
[2] WHO Technical Report Series 959: Evaluation of Certain Contaminants in Food; Seven-
Weitere Beiträge zum Thema:
http://bit.ly/Lebensmittelanalytik
ty-second report of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, 2011
[3] El Aribi H. et al.: Anal. Chim. Acta 567: 3947 (2006)
[4] Yang Ch. et al.: AN 533 Analysis of Perchlorate in Infant Formula by Ion Chromatography-Electrospray-Tandem Mass Spectrometry (IC-ESI-MS/MS); www.thermoscientific.
com/dionex
KONTAKT |
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Dr. Detlef Jensen
Thermo Fisher Scientific GmbH
Dreieich
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http://bit.ly/GIT-IC