Измерительные элементы в чае с помощью портативных LIBS

Применение LIBS для обнаружения полезных элементов и загрязняющих веществ в образцах чая

До того, как Covid-19 поразил Соединенные Штаты, доктор Ин Го, доктор Сынджин Ли и доктор Тэ Ли из колледжа Джорджии Гвиннетт начали уникальный элементный анализ с использованием портативного LIBS SciAps Z-300 : они протестировали пять популярных марок чая для количественного определения. количество как полезных, так и загрязняющих элементов в чае, обычно доступном в супермаркетах. Поскольку чай является одним из самых популярных напитков в мире, команда GGC надеется дать надежный совет относительно количества чая, которое следует пить каждый день.

«Сравнивая рекомендуемые пределы суточного потребления и контрольную дозу, мы сможем получить представление о суточных пределах потребления чая, чтобы избежать чрезмерного потребления токсичных элементов», – говорит Го.

Несмотря на то, что их исследование было прервано закрытием, их первоначальные тесты показали, что чаи, которые мы пришли к выводу, являются естественными и полезными для употребления, на самом деле могут содержать некоторые опасные элементы, токсичные для человеческого организма. Элементы, представляющие интерес для исследования: Ca, C, Mg, Al, K, Sr, Na, Li, P, Si, Cd и Cr. Портативный компьютер SciAps LIBS Z-300 смог идентифицировать их всех.

Полезные и загрязняющие элементы

Минералы играют важную роль в поддержании человеческого тела. Например, кальций способствует сокращению мышц, активности ферментов, здоровым костям и зубам, свертыванию крови, передаче нервных импульсов и регулированию сердцебиения. K может помочь снизить риск некоторых заболеваний, таких как инсульт, камни в почках и гипертония. Несмотря на то, что это полезные элементы для человеческого организма, все же существует рекомендуемый дневной предел потребления.

Кроме того, чай может быть загрязнен тяжелыми металлами, «либо в результате поглощения из почвы, либо из-за атмосферного рассеяния из-за транспортных средств или деятельности человека», – заявляет Го. Это побудило их исследовать уровни как полезных минералов (например, калия и кальция), так и нежелательных загрязняющих элементов (например, кадмия и хрома), присутствующих в разных марках чая. Тяжелые металлы могут быть очень токсичными даже при очень низкой концентрации. LIBS смогла обнаружить присутствие этих металлов во всех пяти образцах.

Допустимые уровни этих элементов для потребления человеком использовались для сравнения.

Элемент	Рекомендуемая суточная доза
Ca	1300 мг / день [1]
Mg	320 – 420 мг для взрослых в зависимости от возраста [2]
K	4700 мг / день [1]
Na	Менее 2300 мг / день [1]
	[1] https://www.fda.gov/food/new-nutrition-facts-label/daily-value-new-nutrition-and-supplement-facts-labels [2] https: //ods.od.nih .gov / информационные бюллетени / Magnesium-HealthProfessional /

Элемент	Эталонная доза (RfD) или максимальный вторичный уровень загрязнения
Al	EPA рекомендовало вторичный максимальный уровень загрязнения (SMCL) 0,05–0,2 мг / л алюминия в питьевой воде. SMCL не основан на уровнях, которые могут повлиять на людей или животных. Он основан на вкусе, запахе или цвете . [3]
Компакт диск	Пероральная «вода» RfD для кадмия для использования при оценке рисков для воды 0,0005 мг / кг-день. Пероральный «пищевой» RfD для кадмия для использования при оценке рисков для почвы и биоты 0,001 мг / кг в день. [4]
Cr	Максимальный уровень загрязнения (MCL) 0,1 мг / л, включая Cr (VI) и Cr (III). [5]
	[3] https://www.atsdr.cdc.gov/phs/phs.asp?id=1076tid=34#:~:text=OSHA%20set%20a%20legal%20limit,an%208%20hour%20work% 20day [4] https://www.atsdr.cdc.gov/csem/csem.asp?csem=6&po=7 [5] https://www.epa.gov/risk/regional-screening-levels- rsls-user-guide # хром

Элементы в ежедневной чашке

Команда GGC гранулировала чайные зерна каждой марки чая. Интенсивности эмиссионных спектров на разных длинах волн были измерены для определения присутствия интересующих элементов в образцах (см. Рисунки 1 , 2 , 3 ). Результаты были подтверждены масс-спектроскопией с индуктивно связанной плазмой.

Результаты позволяют понять суточный предел потребления чая, чтобы избежать чрезмерного потребления токсичных элементов (см. Таблицу 1 ).

Короче говоря, три элемента с наибольшим относительным содержанием – это Ca, C и Mg во всех пяти исследованных образцах чая. В зависимости от марки различаются элементы с меньшим относительным содержанием. Они включают Al, K, Sr, Na, Li, P и Si. Пики Cd и Cr наблюдаются во всех пяти образцах чая, хотя их относительное содержание намного ниже.

Исследование не завершено, но авторы готовятся к следующим шагам.

«(Перед остановом) мы получили спектры образцов чая и смогли качественно определить присутствующие элементы», – говорит Го. Следующим шагом будет калибровка и выполнение количественного анализа.

Мы надеемся, что команда GGC продолжит свою работу, когда они смогут безопасно вернуться в лабораторию.

Академический центр внимания

Доктор Ин Го присоединилась к преподавательскому составу GGC в 2015 году. Она имеет докторскую степень по биофизической химии в Йельском университете.

Сынджин Ли присоединился к преподавательскому составу GGC в 2015 году. Он имеет докторскую степень в области инженерии окружающей среды Технологического института Джорджии.

Скачать PDF

Таблицы и рисунки

Нажмите на изображение, чтобы увидеть его в полном размере.

ТАБЛИЦА 1. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ПЯТИ ОБРАЗЦОВ ЧАЯ, ЛЮБЕЗНО ПРЕДОСТАВЛЕН GGC.

РИС. 1. ПОЛНЫЕ LIBS-СПЕКТРЫ ПЯТИ ОБРАЗЦОВ ЧАЯ, ЛЮБЕЗНО ПРЕДОСТАВЛЕНЫ GGC.

РИС. 2. СПЕКТРЫ LIBS ПЯТИ ОБРАЗЦОВ ЧАЯ ОТ 200 ДО 450 НМ, ЛЮБЕЗНО ПРЕДОСТАВЛЕНЫ GGC.

РИС. 3. СПЕКТРЫ LIBS ПЯТИ ОБРАЗЦОВ ЧАЯ ОТ 400 ДО 500 НМ, ЛЮБЕЗНО ПРЕДОСТАВЛЕНЫ GGC.

У вас есть академическая заявка?

Свяжитесь с нами ( [email protected]) и кратко опишите, что вы хотите измерить. По мере продвижения вашей работы мы будем признательны за постоянные обновления. Не волнуйтесь, мы понимаем, что вы не можете поставить под угрозу будущую публикацию. Мы доставим вам анализатор, обучим вас в запланированное время (часто через GoTo Meeting или Skype, но и при личной встрече). Цель состоит в том, чтобы привлечь внимание к удивительному миру приложений, доступных для портативных LIBS и XRF.