Arseenin ja lyijyn määritys fruktoosista ja ksylitolista ICP-OES-tekniikalla - menetelmän optimointi ja validointi

Abstract

Tämä opinnäytetyö tehtiin Danisco Sweeteners Oy:n Kotkan tehtaan laboratoriossa. Työn tavoitteena oli yhdistää menetelmät ”Arseenin ja lyijyn määritys fruktoosista ICP-OES-tekniikalla” sekä ”Arseenin ja lyijyn määritys ksylitolista ICP-OES-tekniikalla”. Lisäksi uusi, yhdistetty menetelmä oli optimoitava ja validoitava.

Fruktoosi ja ksylitoli valmistetaan luonnosta peräisin olevista raaka-aineista. Luonnosta niihin kontaminoituu elimistölle haitallisia metalleja, joihin arseeni ja lyijy lukeutuvat. Ma-keutusaineista saatavalle arseenin ja lyijyn määrälle on asetettu raja-arvot, minkä vuoksi niiden pitoisuutta fruktoosissa ja ksylitolissa on tarkkailtava.

Optimoinnissa selvitettiin fruktoosimatriisisen kalibroinnin toimivuus sekä fruktoosi- että ksylitolinäytteitä analysoitaessa, sopiva näytematriisipitoisuus, sekä laitteen herkkyyden kannalta optimaalisimmat näytteensyöttöominaisuudet ja taustankorjausasetukset. Uudel-le menetelmälle pyrittiin saavuttamaan alhaiset määritysrajat laitteen herkkyyden maksi-moinnilla. Validoinnissa määritettiin tarkkuus, täsmällisyys, spesifisyys, toteamis- ja määri-tysraja, lineaarisuus sekä mittausalue.

Menetelmää testattiin arseenin määrityksessä pitoisuusalueella 0,0 – 3,0 ppm, ja lyijyn osalta alueella 0,0 – 0,5 ppm. Optimointimittauksissa fruktoosikalibroinnin todettiin anta-van lisäysnäytteille samat tulokset riippumatta siitä, oliko näytteet valmistettu fruktoosi- vai ksylitolimatriisiin. Sopivaksi näytematriisin määräksi valittiin 20 %. Näytteensyötön ja taus-tankorjauksen testauksissa muokattiin yhdistettävien menetelmien pohjalta asetukset op-timaalisiksi laitteiston herkkyysvaatimusten saavuttamiseksi. Validoinnissa menetelmän toteamisrajoiksi saatiin sekä arseenille että lyijylle 0,02 ppm, ja määritysrajoissa päästiin kummankin analyytin kohdalla tavoitteeseen 0,1 ppm. Menetelmä todettiin selektiiviseksi ja tarkaksi saantokokeiden saantoprosenttien sijoittuessa välille 85 – 108 % arseenipitoi-suudella 0,1 – 0,3 ppm ja lyijypitoisuudella 0,1 – 0,5 ppm. Menetelmän todettiin olevan tällä alueella myös toistettava, spesifinen ja lineaarinen.

The purpose of this study was to combine two separate analysis methods, “Determination of Arsenic and Lead in Fructose-“ and “Determination of Arsenic and Lead in Xylitol with ICP-OES-Technique”, and optimize and validate this new, combined method into use. The study was carried out at the laboratory of the Danisco Sweeteners ltd. Kotka factory.

Sweeteners are manufactured from natural raw materials and consequently toxic heavy metal contaminations, like arsenic and lead, may be found in fructose and xylitol. There are regulations for the concentration limits of these metals, and that is why the heavy metal load has to be controlled.

In the optimizing part, the fructose matrix calibration’s functionality was tested by analyz-ing both fructose- and xylitol samples. Also the appropriate sample matrix concentration, sample introduction features and background correction was optimized. By maximizing the sensitivity of the ICP-OES, lower limits of detection were pursued. In the validation, the accuracy, precision, specificity, limit of detection and -quantification, linearity and working range of the method had to be determined.

The method was tested for arsenic in concentration range 0.0 – 3.0 ppm and for lead in range 0.0 – 0.5 ppm. In the optimization it was discovered, that fructose matrix calibration gave the similar result for the spiked parallel samples irrespective of the sample matrix. The selected optimal sample matrix quantity was 20 %. In the sample introduction- and background correction testing the optimal settings were modified in order to gain the needed ICP-OES’s sensitivity. In the validation the limit of detection was found to be 0.02 ppm for arsenic and lead, and the limit of quantification for both elements was 0.1 ppm. Based on the validation results, the new method can be considered as selective and accu-rate, with the recovery tests’ result being between 85 – 108 % on measurement range 0.1 – 3.0 ppm for arsenic and 0.1 – 0.5 ppm for lead. In these arsenic and lead concentrations the method was also found reproducible, specific and linear.