Determinação de elementos traço em amostras biológicas tratadas com ácido fórmico por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado

Abstract

Este trabalho propõe a solubilização com ácido fórmico como um procedimento alternativo à digestão ácida no preparo de amostras biológicas. O uso de um micronebulizador ou de um vaporizador eletrotérmico para a introdução da solução da amostra num espectrômetro de massa com plasma indutivamente acoplado, visando à determinação de elementos traço também foi proposta. O preparo de amostras biológicas usando ácido fórmico é fácil, rápido e eficiente quando realizado a 90 ºC, é baixo custo e não exige nenhum equipamento especial, além de um sistema para o aquecimento das amostras, permitindo elevada frequência analítica. O procedimento proposto produz pequena quantidade de resíduos e permite a análise de quantidade pequena da amostra, além de fazer o uso de apenas um reagente, que pode ser obtido em elevado grau de pureza, diminuindo-se as possibilidades de contaminação da amostra. Embora o uso de ácido fórmico na solubilização de amostra resulte em soluções com elevado teor de compostos orgânicos, a análise dessas soluções pode ser facilmente realizada por ICP-MS, usando-se sistemas adequados para a introdução de amostras, como o nebulizador microconcêntrico ou o vaporizador eletrotérmico. Usando o micronebulizador é possível a introdução de soluções com até 90% (v/v) de ácido fórmico no plasma sem causar perturbações no mesmo e sem a formação de depósitos de carbono nos cones da interface. Usando-se potência de radiofrequência de 800 W e vazão do gás do nebulizador de 0,7 L min-1 foi obtida melhor sensibilidade e os menores sinais de interferentes poliatômicos, permitindo a determinação multielementar de 18 elementos usando-se a calibração externa com solução de calibração contendo ácido fórmico 50% (v/v) e 103Rh+ como padrão interno. Os limites de detecção variaram de 0,5 mg kg-1 (Tl) a 220 mg kg-1 (Fe). Usando-se o vaporizador eletrotérmico como sistema de introdução de amostra, o número de elementos que pode ser quantificado em uma mesma análise fica limitado devido às diferenças nas propriedades térmicas dos elementos e pela incapacidade do instrumento utilizado medir sinais transientes rápidos; mesmo assim, foram quantificados 8 elementos. A melhor sensibilidade e os menores sinais de interferentes foram obtidos com potência de radiofrequência de 1300 W, pirólise em 1000 ºC e vaporização em 2400 ºC, com 2 mg de paládio como modificador/carreador. Foram obtidos resultados satisfatórios usando soluções de calibração sem ou com ácido fórmico 5% (v/v) com limites de detecção que variaram de 0,01 mg kg-1 (Co) a 850 mg kg-1 (Fe). Os parâmetros de mérito obtidos usando os dois sistemas de introdução de amostra no plasma são da mesma ordem de grandeza, entretanto o nebulizador microconcêntrico é sistema mais prático, apresenta menor custo de capital e não exige nenhum material de consumo. A frequência analítica usando o nebulizador microconcêntrico é aproximadamente 6 vezes maior do que usando o vaporizador eletrotérmico. Baseadas nessas características, o nebulizador microconcêntrico é o sistema indicado para a análise de rotina.

In this work, the solubilization with formic acid is proposed as an alternative procedure to acid digestion for biological samples preparation. The use of a micronebulizer or an electrothermal vaporizer for the introduction of sample solution in an inductively coupled plasma mass spectrometer for the trace elements determination is also proposed. The solubilization of biological samples using formic acid is fast, easy and efficient when performed at 90 °C, has low cost, not requiring especial equipment, except a system to heat the mixture, allowing high sample throughput. The proposed procedure produces little laboratory waste, allows the use of a small amount of sample and uses only one reagent, which can be obtained at high purity degree, reducing the possibility of contamination. Although the sample solubilization with formic acid results in a solution with high load of organic compounds, the analysis of these solutions can be easily performed by ICP-MS using an appropriate sample introduction system, such as a micronebulizer or an electrothermal vaporizer. Using a micronebulizer, it is possible to introduce into the plasma solutions with up to 90% v/v formic acid without plasma disturbance and without the formation of carbon deposits on the cones and interface. Using a radiofrequency power of 800 W and nebulizer gas flow rate of 0.7 L min-1 the better sensitivity and lower signals of polyatomic interferences were obtained, allowing the multielemental determination of 18 elements using external calibration with standard solution containing 50% v/v formic acid and 103Rh+ as internal standard. The detection limits were from 0.5 mg kg-1 (Tl) to 220 mg kg-1 (Fe). Using the electrothermal vaporizer as a sample introduction system, the number of elements that can be quantified in the same analysis is limited due to differences in the thermal properties of the elements and the instrument incapability to register fast transient signals, even so, eight elements were quantified. The best sensitivity and the lowest interfering signals were obtained with a radiofrequency power of 1300 W, pyrolysis at 1000 °C, vaporization at 2400 °C and 2 mg of palladium as modifier/carrier. Satisfactory results were obtained using calibration with standard solutions containing or not formic acid 5% v/v. The detection limits were from 0.01 mg kg-1 (Co) to 850 mg kg-1 (Fe). The merit parameters obtained using the two sample introduction systems were at the same intensity order, however the microconcentric nebulizer is more practical, has a lower cost and not requires consumables. The sampling throughput using a microconcentric nebulizer is approximately 6 times higher than using the electrothermal vaporizer. Based on these characteristics the microconcentric nebulizer system is the best choice for routine analysis.