سنجش دقیق بیش از 1000 سموم باقیمانده در گوجه فرنگی، مطابق با راهنمای SANTE 11312/2021
استفاده از روش‌های LC/MS/MS و GC/MS/MS برای سنجش سموم چکیدهیک روش کاری جامع چند باقیمانده ...
آنالیز خودکار چند عنصری سلول های منفرد و میکروپلاستیک ها با استفاده از ICP-MS و نمونه گیری جریان ریز
تجزیه و تحلیل سلول‌های مخمر و میکروسفرهای پلی استایرن با استفاده از سیستم معرفی نمونه‌ی Ag...
تجزیه و تحلیل سلول‌های مخمر و میکروسفرهای پلی استایرن با استفاده از سیستم معرفی نمونه‌ی Agilent 8900 ICP-QQQ با ESI microFAST SC
مقدمه
آنالیز تک سلولی ICP-MS (scICP-MS) به دلیل حساسیت و گزینشگری بالای ICP-MS به طور فزاینده ای به عنوان یک ابزار قدرتمند و سریع برای اندازه گیری عناصر در سلول های منفرد در حال ظهور است [1]. آنالیز به روشی مشابه تجزیه و تحلیل تک نانوذره (spICP-MS) انجام می شود که به تکنیکی تثبیت شده برای آنالیز نانوذرات و ذرات تبدیل شده است [2].
آنالیز چند عنصری خودکار سلول های منفرد و میکروپلاستیک ها با ICP-MS با نمونه برداری جریان میکرو
تجزیه و تحلیل سلول های مخمر و میکروسفرهای پلی استایرن با استفاده از سیستم معرفی نمونه‌ی Agilent 8900 ICP-QQQ با ESI microFAST SC
برای موفقیت در تجزیه و تحلیل scICP-MS یا spICP-MS، ICP-MS باید در حالت تجزیه و تحلیل زمان-مبنا (TRA) سریع کار کند. محلول های سوسپانسیونی حاوی سلول یا ذرات به طور مستقیم از طریق یک نبولایزر به ICP وارد می شوند و در آنجا تجزیه، اتمیزه و یونیزه می شوند. توده یون ها طی مدت زمان 1 میلی ثانیه شناسایی می شوند که سریعتر از زمان یکپارچه سازی سیگنال استفاده شده در اندازه گیری های ICP-MS معمولی (10-100 میلی ثانیه) است. برای اندازه گیری سیگنال های حاصل از تک سلول های منفرد یا ذرات منفرد، حالت TRA سریع ICP-MS تک قطبی Agilent یا ICP-MS سه قطبی Agilent (ICP-QQQ) از زمان یکپارچه سازی 0.1 میلی ثانیه استفاده می کند.
مطالعات scICP-MS نیازمند سیستم های اختصاصی معرفی نمونه برای ICP-MS است، زیرا سیستم های معرفی نمونه ICP-MS معمولی برای اندازه گیری سلول ها مناسب نیستند. سلول ها نباید در طی نبولایزاسیون تجزیه شوند و محفظه اسپری برای جای دادن ذرات بزرگتر مانند سلول ها به راندمان حمل و نقل بالایی نیاز دارد. برای غلبه بر این چالش ها، نبولایزرها و محفظه های اسپری طراحی شده ویژه ای برای اندازه گیری های scICP-MS ساخته شده اند.
برای درک بهتر تأثیر آلودگی پلاستیکی بر اکوسیستم ها و سلامت انسان، علاقه فزاینده ای به شناسایی میکروپلاستیک ها (MPs) از نظر اندازه، تعداد ذرات، غلظت و محتوای عناصر موجود در نمونه های محیطی و غذایی وجود دارد. از آنجایی که اندازه ذرات MPs نسبتا بزرگ است (در حد µm تا mm)، آنالیز MPs توسط ICP-MS نیز به یک سیستم غیر استاندارد معرفی نمونه برای انتقال ذرات به پلاسما نیاز دارد.
دستگاه ها
نمونه های حاوی سلول و میکروپلاستیک ها با استفاده از نمونه گیر خودکار سلول منفرد (sc) ESI microFAST (شرکت Elemental Scientific Inc.، اوماها، NE، ایالات متحده) به Agilent 8900 ICP-QQQ معرفی شدند.
سیستم microFAST یک سیستم کامل شامل نمونه‌گیر خودکار، یک نبولایزر CytoNeb، یک محفظه اسپری CytoSpray و یک مشعل یک تکه است. نبولایزر و محفظه اسپری با طراحی ویژه، راندمان انتقال بالایی از ذرات بزرگ به ICP را تضمین می کنند، در حالی که فشار پشتی CytoNeb به اندازه کافی کم است که به یکپارچگی سلول ها آسیب نرساند.
سیستم نمونه‌گیری میکرو ESI همچنین با Agilent 7850 ICP-MS (با TRA سریع) و Agilent 7900 ICP-MS سازگار است.
مزایای ترکیب سیستم نمونه‌گیری میکرو ESI با Agilent ICP-MS یا ICP-QQQ عبارتند از:
- ارائه تکنیکی کاملا خودکار و جریان میکرو برای تجزیه و تحلیل آسان و کارآمد سلول های منفرد یا ذرات.
- حساسیت بالا و محدوده دینامیکی گسترده Agilent ICP-MS امکان اندازه گیری سلول ها یا ذرات کوچک تا بزرگ را فراهم می کند.
- زمان توقف کوتاه ICP-MS (0.1 میلی ثانیه) نسبت سیگنال به پس زمینه نویز (S/N) بالاتری را برای ذرات تضمین می کند.
- آنالیز چند عنصری با استفاده از ماژول Agilent Rapid Multi-Element Nanoparticle Analysis Mode در نرم افزار Agilent ICP-MS MassHunter.
- این نرم افزار اختصاصی، اندازه‌گیری تعداد نامحدودی از آنالیت ها را در سلول ها یا ذرات تسهیل می کند.
روش های آنالیز ICP-MS
فلزات موجود در سلول ها اغلب با استفاده از روش آنالیز "کلی" ICP-MS متداول پس از هضم اسیدی سلول ها اندازه گیری می شوند. این روش کلی نتایج غلظت متوسط را بر اساس کل مقدار فلزات در انواع مختلف سلول ها پس از لیز سلولی ارائه می دهد، نه محتوای فلز یک نوع سلول دست نخورده.
برای تعیین محتوای عناصر و نانوذرات فلزی (NP) در یک نوع سلول دست نخورده، به روش scICP-MS نیاز است. مکانیسم های آنالیز ICP-MS معمولی محلول های نمونه، آنالیز spICP-MS نانوذرات و آنالیز scICP-MS سلول های منفرد در شکل 1 نشان داده شده است.
- آنالیز ICP-MS معمولی: در این روش، محلول نمونه حاوی سلول های لیز شده به ICP تزریق می شود. یون های آنالیت حل شده (فلزات) سیگنالی پیوسته تولید می کنند که به طور مستقیم با غلظت آنها در محلول متناسب است.
- آنالیز spICP-MS: در این روش، نانوذرات به صورت انفرادی به ICP تزریق می شوند. یون های آنالیت موجود در یک نانوذره منفرد سیگنالی کوتاه مدت ایجاد می کنند که در صورت استفاده از حالت TRA سریع به صورت یک پیک تیز قابل تشخیص است.
- آنالیز scICP-MS: در این روش، سلول های منفرد به صورت انفرادی به ICP تزریق می شوند. یون های آنالیت موجود در یک سلول منفرد سیگنالی کوتاه مدت ایجاد می کنند که در صورت استفاده از حالت TRA سریع به صورت یک پیک تیز قابل تشخیص است.
بنابراین، آنالیز scICP-MS می تواند محتوای عناصر و نانوذرات فلزی را در سلول های منفرد به صورت مستقیم و بدون نیاز به هضم اسیدی یا لیز سلولی اندازه گیری کند. این امر امکان مطالعه توزیع درون سلولی عناصر و نانوذرات فلزی را فراهم می کند.
تجزیه و تحلیل سلول های مخمر با استفاده از scICP-MS
مخمر خشک تجاری و مخمر غنی شده با سلنیوم (Se- مخمر) در آب بدون یون (DI) سوسپانده شدند. نمونه ها با استفاده از نمونه گیر خودکار سلول منفرد microFAST به Agilent 8900 ICP-QQQ معرفی شدند. دستگاه 8900 به کیت معرفی نمونه سلول منفرد ESI مجهز شده بود. از یک ماده مرجع نانوذرات پلاتین (Pt) (RM) حاوی نانوذرات به قطر 50 نانومتر برای محاسبه راندمان نبولایزاسیون روش استفاده شد. راندمان نبولایزاسیون بیش از 80% تخمین زده شد که بیشتر از چیزی است که با استفاده از سیستم های معرفی نمونه ICP-MS معمولی قابل دستیابی است (5~8%). شرایط کارکردی معمولی دستگاه ها در جدول 1 نشان داده شده است.
زمان آنالیز سریع با استفاده از نرم افزار اختصاصی
نرم افزار یکپارچه Rapid Multi-Element Nanoparticle Analysis (آنالیز چند عنصری سریع نانوذرات) تمام محاسبات مورد نیاز برای آنالیز چند عنصری نانوذرات در یک سلول (یا ذره) منفرد را انجام می دهد. این نرم افزار چند عنصری بخشی از ماژول Single Nanoparticle Application (کاربرد نانوذره منفرد) است که به صورت اختیاری برای ICP-MS MassHunter ارائه می شود.
همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، نرم افزار داده ها را به طور متوالی برای تعداد نامحدودی از آنالیت ها در یک نمونه تجزیه و تحلیل، با استفاده از شرایط بهینه برای اندازه گیری هر عنصر به صورت جداگانه جمع آوری می کند. روش چند عنصری نانوذرات در مقایسه با آنالیز spICP-MS تک عنصری، زمان اجرای تجزیه و تحلیل را کاهش می دهد و خطر آلودگی ناشی از انتقال نمونه را به حداقل می رساند.
عناصر کربن (C)، فسفر (P)، آهن (Fe) و سلنیوم (Se) در نمونه های مخمر و Se-مخمر با استفاده از scICP-MS اندازه گیری شدند.
شکل 3 داده های TRA را برای Se در هر دو نمونه نشان می دهد. تنها Se-مخمر پیک های واضحی برای Se نشان داد.
نمودارهای توزیع سیگنال برای C، P، Fe و Se در هر دو نمونه مخمر در شکل 4 نشان داده شده است. C، P و Fe در سلول های تک مخمر شناسایی شدند و هر چهار عنصر به طور واضح از پس زمینه در سلول های تک Se-مخمر قابل تشخیص بودند.
جدول 2 تعداد سلول های شناسایی شده حاوی چهار عنصر (کربن، فسفر، آهن، سلنیوم) را در دو نمونه مخمر و Se-مخمر به ترتیب نشان می دهد. زمان اندازه گیری برای هر عنصر 20 ثانیه بود. توافق خوبی در تعداد سلول های شناسایی شده حاوی چهار عنصر وجود داشت، که نشان دهنده امکان سنجش چندین عنصر در سلول های منفرد با استفاده از روش scICP-MS است.
برای مطالعه ذرات میکروپلاستیک (MPs) با استفاده از تکنیک spICP-MS، از میکروبیدهای پلی استایرن (PS) به عنوان نماینده ذرات میکروپلاستیک استفاده شد. سه سوسپانسیون از میکروبیدهای پلی استایرن با اندازه ۱، ۲ و ۵ میکرومتر از Sigma Aldrich (ایالت می‌سوری، آمریکا) تهیه شد. یک محلول مخلوط حاوی میکروبیدهای پلی استایرن ۱، ۲ و ۵ میکرومتر در آب مقطر دیونیزه (DI) تهیه شد.
از همان تنظیمات دستگاهی و پارامترهای عملیاتی (جدول ۱) که برای آنالیز سلول‌های مخمری با استفاده از تکنیک scICP-MS استفاده شده بود، برای تعیین نمونه مخلوط میکروبیدهای پلی استایرن استفاده شد. نمودار توزیع اندازه ایزوتوپ ۱۳C در مخلوط میکروبیدهای پلی استایرن در شکل ۵ نشان داده شده است. داده‌ها نشان‌دهنده جداسازی واضح بین سیگنال‌های میکروبیدهای پلی استایرن ۱، ۲ و ۵ میکرومتر است، که امکان‌پذیر بودن تکنیک spICP-MS را برای شناسایی محتوای عنصری ذرات میکروپلاستیک تأیید می‌کند.
برای تجزیه و تحلیل ایزوتوپ ۱۳C با استفاده از تکنیک spICPMS، محلول‌هایی حاوی میکروبیدهای پلی استایرن ۱، ۲ و ۵ میکرومتر با غلظت ۰.۱، ۱ و ۵ پی‌پی‌ام با رقیق کردن سوسپانسیون‌های PS در آب DI قبل از تجزیه و تحلیل تهیه شدند. جدول ۳ تعداد ذرات میکروپلاستیک شناسایی شده در اندازه‌گیری ۲۰ ثانیه‌ای، غلظت ذرات اندازه‌گیری شده و اندازه میانی اندازه‌گیری شده برای هر اندازه MP در هر ۹ محلول PS را نشان می‌دهد. تطابق خوبی بین غلظت ذرات اندازه‌گیری شده برای هر اندازه MP در محلول‌های PS سه تایی، به ویژه برای نمونه‌های میکروبید PS 2 و 5 میکرومتر، وجود داشت. همچنین، نتایج اندازه میانی اندازه‌گیری شده با اندازه‌های اسمی میکروبیدهای PS مطابقت داشت. نتایج، کارایی روش 8900 ICP-QQQ همراه با نمونه‌گیر خودکار microFAST را برای شناسایی ذرات میکروپلاستیک تا 1 میکرومتر نشان می‌دهد.
قابلیت تشخیص 8900 ICP-QQQ مکمل تکنیک مادون قرمز مستقیم لیزری (LDIR) شناخته‌شده‌تر است که اندازه محدود پایین MP را در حدود ۲۰ میکرومتر دارد [۳]. مطالعه‌ای جداگانه نشان داده است که 8900 ICP-QQQ همچنین می‌تواند با اندازه‌گیری ایزوتوپ ۱۲C برای تشخیص ذرات پلیمری زیر میکرون در آب فوق خالص (UPW) استفاده شود. با این حال، برای تشخیص و شناسایی چنین ذرات کوچک در سطوح تک پی‌پی‌بی، کنترل دقیق سیستم ورود نمونه، شرایط پلاسما و پس‌زمینه کربن ضروری است [۴].
نتیجه‌گیری
ترکیب نمونه‌گیر خودکار سلولی تک سلولی ESI microFAST و سیستم ورود نمونه، با Agilent 8900 ICP-QQQ به طور یکپارچه کار می کند و یک راه حل کاملاً خودکار برای تجزیه و تحلیل عنصری سلول های منفرد یا ذرات میکروپلاستیک (MPs) را ارائه می دهد. حساسیت بالا و محدوده دینامیکی گسترده Agilent ICP-MS، اندازه‌گیری محتوای عنصری سلول‌ها یا ذرات کوچک و بزرگ را با استفاده از روش ICP-MS تک سلولی (sc-) یا تک ذره‌ای (sp-) امکان‌پذیر کرد.
داده‌های عملکرد برای اندازه‌گیری C، P، Fe و Se در سلول‌های مخمر منفرد و تعیین 13C در میکروبیدهای پلی استایرن 1، 2 و 5 میکرومتر ارائه شد.
همه محاسبات مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل چند عنصری یک سلول منفرد یا ذرات میکروپلاستیک به طور خودکار توسط ماژول حالت تجزیه و تحلیل نانوذرات در نرم افزار MassHunter Agilent ICP-MS انجام می شود و یک روش کاملاً یکپارچه را ارائه می دهد.