Elméleti alapok

Jelenlegi ismereteink szerint az emberi szervezet számára az arzén – vegyületformájától /ún. módosulatától/ függően – vagy toxikus, vagy pedig biológiailag hozzá nem férhetősége miatt indifferens hatású elem. Toxikus vegyületei, az általánosságban csak szervetlen arzénként említett arzenitek és arzenátok ugyan kis koncentrációban roboráló hatással bírnak, azonban hosszú távon egyértelműen mutagénként viselkednek, és néhány mg/testsúlykilogramm érték felett már rövid távon is súlyos mérgezési tüneteket okoznak.
Az arzén élelmiszereinkbe szinte kizárólag természetes úton, az adott élelmiszer alapanyagaira jellemző tápláléklánc-felépülés révén kerül be, mivel a másik fő forrás, az arzéntartalmú permetezőszerek az Európai Unióban gyakorlatilag nem használatosak. Az alapanyagokra jellemző arzén anyagcsere, származási hely és élelmiszerbiztonsági kockázatelemzés alapján meghatározott, még megengedhető mértékű arzéntartalmat élelmiszereinkben a többször módosított 17/1999. (VI.16.) EüM rendelet szabályozza. Ez a részben még hatályos rendelet nem veszi figyelembe az eltelt időszakban tudományosan kellően megalapozott és bizonyos országokban már jogszabályi formába öltött arzén-módosulatanalitikai ismereteket, így minden esetben összes arzéntartalom értékeket közöl. Általánosságban elmondható, hogy a megengedett összes arzéntartalom 0,1-0,3 mg/kg tartományban helyezkedik el.
A tengeri eredetű élelmiszerekre hazánkban 2003 óta /ld. 9/2003. (III. 13.) ESZCSM rendelet/ annak ellenére nincs érvényben megengedett arzéntartalomra vonatkozó jogszabály, hogy rájuk alapvetően jellemző a kiemelkedő arzéntartalom: míg a tengeri halakban 0,5-5 mg/kg szárazanyag (sz.a.) összes arzén mutatható ki, addig a kagylókban és egyéb puhatestű állatokban ill. algafélékben elérheti az akár 100 mg/kg sz.a. értéket is. Fontos azonban kihangsúlyozni, hogy amíg az állati szervezetekben az arzén kevésbé toxikus módosulatai fordulnak elő leginkább és a szervetlen arzén mennyisége általában nem haladja meg az 5%-ot, addig a növényi szervezetekben /fajtól függően/ a szervetlen arzén teszi ki az összes arzéntartalom 10-50%-át. Az elmúlt években az EU-ban is divatossá vált távol-keleti konyha számos fogásáról, így többek közt a „hijiki”-ről, egy barnamoszatféléből /Sargassum fusiforme/ készített fogásról bizonyosodott be, hogy emberre veszélyes mennyiségben tartalmaz toxikus arzénvegyületeket. Ezek a tapasztalatok újból felhívták a figyelmet arra, hogy nem érdemes azonos módon kezelni a tengeri eredetű élelmiszereket és mégis szükség van mind az összes, mind pedig a szervetlen arzénvegyületek koncentrációját meghatározni.
Az érvényben lévő jogszabályok által diktált, olykor 0,05 mg/kg értékben meghatározott maximális összes arzéntartalom élelmiszeranalitikai oldalról tekintve 0,005 mg/kg kimutatási határral rendelkező méréstechnikai összeállítást feltételez. Ezt a teljesítményjellemzőt a gyakorlatban három módon: grafitkemencés atomabszorpciós berendezéssel (GF-AAS), hidridfejlesztéssel kapcsolt atomfluoreszcenciás rendszerrel (HG-AFS) vagy induktív csatolású plazma tömegspektrométerrel (ICP-MS) lehet biztosítani. Fejlettsége, bővíthetősége és analitikai teljesítőképessége miatt az utóbbi technika alkalmazását és a hozzá kapcsolódó mintaelőkészítést tekintjük át.

Mintaelőkészítés

Bár az ICP-MS közvetve alkalmas szilárd minták vizsgálatára is, leggyakrabban a minta teljes feltárását eredményező, salétromsav és hidrogén-peroxid segítségével végrehajtott, zárt rendszerű, nedves roncsolásos mintaelőkészítést követően kapott víztiszta mintaoldatot használjuk fel a vizsgálathoz. A feltárás során a minta szerkezete felbomlik, és az alkalmazott feltárási paraméterek /hőmérséklet, idő, nyomás, sav ill. hidrogén-peroxid valamint a minta mintamennyiség/ függvényében a minta szerves makro- és mikrokomponensei elméletileg teljes mértékben szervetlen vegyületekké alakulnak: például a széntartalmú vegyületekből többek közt és karbonátok, a nitrogéntartalmú komponensekből gázok és nitrátok jönnek létre, míg az arzénvegyületek arzenitté és arzenáttá oxidálódnak. A gyakorlatban azonban a roncsolás folyamata sosem teljes: a kapott savas folyadék mindig tartalmaz nem teljesen lebomlott szerves vegyületeket, amelyek a mérés során az ún. mátrixhatásért lesznek felelősek. Ennek lecsökkentése érdekében a roncsolási paramétereket úgy kell optimálni, hogy kompromisszumot találjunk a rendelkezésre álló feltáró berendezés mintaátviteli kapacitása és a még megfelelő roncsolási hatékonyságot biztosító működtetési paraméterek között.
A jó hatékonyságú feltárást a laboratóriumok leginkább teflon roncsolóedényekre építő mikrohullámú roncsolóberendezések használatával tudják biztosítani. Ezen készülékek többsége mind nyomás, mind pedig hőmérséklet-kontrollal rendelkeznek, és kiépítéstől függően vagy egy /a kontrolledény/, vagy pedig az összes roncsolóedény roncsolási paramétereit figyelik és szabályozzák. Az 1. Táblázat egy CEM gyártmányú berendezés összes arzéntartalom meghatározásra használt roncsolási paramétereit és a folyamat mintaelőkészítési lépéseit ismerteti. Bár számos szerves komponens, így a cukrok, a keményítő és a fehérjék roncsolásához a feltüntetettnél enyhébb reakciókörülmények /pl. 3-4 bar nyomás, 200°C hőmérséklet/ is elegendő lenne, tengeri eredetű élelmiszerek és arzéntartalom vizsgálata esetén szükséges a felsorolt paraméterek tartása. Ennek egyik oka az állati eredetű minták zsír- és olajtartalma: a tengeri halak és egyéb minták zsírban oldódó arzénkomponensei, az ún. arzenolipidek a fel nem táródó zsírokkal együtt a roncsolóedény belsejében gyűrű formájában rakódnak ki a rosszul végrehajtott roncsolást követően, így a mérés számára elvesznek. A másik ok az algaminták tömegének jelentős részét kitevő növényi sejtfal, ami a nehezen feltárható mintaalkotók közé tartozik és nem megfelelő roncsolási hőmérséklet esetén a mintaoldat zavarosodásában ölt testet. Növényi mintáknál a sejtfal roncsolását hidrogén-peroxid adagolásával lehet biztosítani, kiegészítve a szinte egyeduralkodó salétromsav használatát.

Általában a mikrohullámú készülékek szárazanyagra számítva edényenként 0,5 g mintát képesek feltárni: az ekkora mennyiségű mintából felszabaduló nitrózus gázok és nyomását az edényzetnek még el kell viselnie. Liofilezésen ill. szárításon át nem esett minták esetén a víztartalom ismeretében a bemérési tömeget ugyan arányosan növelni lehet, azonban a mintával így bevitt víz a roncsolóelegyet hígítja és a roncsolási hatékonyságot rontja. Ennek a hatásnak a tompítására elvileg növelni lehet a salétromsav mennyiségét, azonban figyelembe kell venni, hogy az ICP-MS készülék legfeljebb 5-6 m/m% savkoncentrációt visel el hosszabb ideig, tehát nagyobb savmennyiség esetén nagyobb hígítást kell alkalmazni, ami kimutatási problémákhoz vezethet.

Analízis

A feltárást követően a 2. Táblázatban leírt módon standard addíciós kalibrációs sort kell készíteni az ICP-MS vizsgálathoz. Ez az eljárás azért szükséges, mert egyrészt az ICP-MS mintabeviteli egységének, a porlasztónak a porlasztási hatásfoka kiemelten függ a savkoncentrációtól, amit viszont pontosan nem lehet előre meghatározni a roncsolás közben bekövetkező salétromsav bomlás miatt – a mintához adagolt belső standard használatánál erre nincs is szükség. Másrészt a mátrixhatás miatt az ICP-MS plazmájában az arzénatomok könnyebben ionizálódnak a mintából származó, el nem roncsolódott szénvegyületek atomizálódott és gerjesztett szénatomjainak ionizációt elősegítő hatása miatt, s így a készülék érzékenysége akár 80-100%-ot is nőhet. Érdemes megjegyezni, hogy ez utóbbi „pozitív”, kimutatási határt javító mátrixhatást mesterségesen is elő tudjuk idézni a mintához kevert kis mennyiségű szerves oldószer /pl. 5 v/v % metanol/ használatával.
Standardként szervetlen arzénvegyületet, arzenitet vagy arzenátot használunk, feltételezve, hogy a minta szerves arzénvegyületeinek döntő többsége ezekbe a módosulatokba alakult át.

Maga a készülék is forrása lehet mérési hibának, mivel a hálózati feszültség ingadozása vagy a porlasztó ideiglenes működési zavarai /pl. buborékképződés/ mind befolyásolják a végeredményt. Ezeket a hibaforrásokat olyan elem belső standardként való alkalmazásával lehet jelentősen csökkenteni, amely a mintában kimutatási határ alatti mennyiségben fordul csak elő és néhány kémiai tulajdonságát /legfőképpen az első ionizációs energiáját és az atomtömeget/ tekintve közel áll az arzénhoz. Elvileg a germánium lenne az ideális választás, azonban egyszerre több elem több izotópjának méréséhez kidolgozott ICP-MS módszerek esetén általában a ródium használata terjedt el, hogy a nagyobb tömegű toxikus elemekhez /bárium, kadmium, ólom, higany/ legyen közelebb a belső standard jellege.

A tengeri eredetű minták esetén számolni kell az átlag feletti klórtartalommal, ami a leginkább elterjedt, kvadrupól rendszerű ICP-MS készülékek kis felbontásából következően, a minta kb. 1000 mg/kg klórtartalmától kezdődően úgynevezett izobár zavaráshoz vezethet a izotóp tömegszámán a addukt képződése miatt. Összes arzéntartalom meghatározás esetén ezt a zavarást a készülék ütközési cellájában hélium gáz adagolásával küszöbölhetjük ki: a héliumatomokkal való ütközéstől az adduktok szétesnek, míg az arzénizotópok túlnyomó többsége továbbhalad a készülék analizátora felé.
Bár az ICP-MS (kvadrupól) analizátorához és detektorához a mintából származó arzén mennyiségének csak egy töredéke jut el és az arzén első ionizációs energiája meglehetősen nagy (946,5 kJ/mol), az arzén monoizotópos jellege miatt a jel nem oszlik meg több izotóp között, így az abszolút kimutatási határt tekintve 100 pg ill. oldatban 0,1 ppb még bonyolult mátrix esetén is elérhető.
A mérés minőségbiztosítását összes arzéntartalomra hitelesített, tengeri eredetű élelmiszermátrixból készített CRM használatával kell végrehajtani – erre a célra számos gyártmány áll rendelkezésre /a teljesség igénye nélkül: DORM-3, TORT-2 (mindkettő az NRC készítménye) ill. BCR-627 (IRMM)/.