Agua ultrapura para el análisis de metales en laboratorios regulados del sector de la alimentación y las bebidas

El análisis multielemental, que incluye la ICP-MS (espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente) y la ICP-OES (espectroscopia de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente), es uno de los métodos analíticos más habituales que se utilizan para supervisar la contaminación ambiental y controlar la calidad de los alimentos con el fin de evaluar los riesgos para la salud. Se han desarrollado metodologías específicas para separar y detectar de forma fiable los elementos regulados (y no regulados) en muestras de alimentos y agua, en un único ciclo analítico.

Análisis elemental de muestras de alimentos y agua

Riesgos de la contaminación por metales pesados en la seguridad alimentaria

Las concentraciones ambientales de elementos aumentan continuamente debido a las actividades agrícolas, industriales y otras actividades humanas. Los estudios revelan que algunos metales (por ejemplo, As, Cd, Hg y Pb) presentan toxicidad (como efectos neurológicos, cardiovasculares, dermatológicos, hepáticos, nefroticos, inmunológicos y reproductivos), mientras que otros aportan beneficios nutricionales (Cu, Co, Fe, K, Mn, Zn).^1,2 Los riesgos para la salud relacionados con los metales tóxicos dependen de su concentración y de la duración de la exposición. Varias partes del mundo se ven afectadas por la contaminación del agua potable³ y de los alimentos.⁴ Por este motivo, la normativa está evolucionando para permitir la medición eficaz y estandarizada de estas sustancias químicas tóxicas.

Cumplimiento normativo para el agua potable y los productos alimenticios

Se han establecido niveles máximos de contaminantes elementales en los alimentos y el agua potable para proteger la salud humana y el medio ambiente. Los análisis multielementales ayudan a cumplir con las directrices locales, nacionales e internacionales. Las normas de calidad del agua las establece la Organización Mundial de la Salud (OMS)⁵ y las regulaciones son implementadas por cada país.

En Europa y en EE. UU., la Directiva de la UE sobre el agua potable^⁶ y la Ley de Agua Potable Segura de EE. UU. (Agencia de Protección Ambiental)^⁷, respectivamente, establecen normas para garantizar la calidad del agua del grifo y fijan métodos para controlar los niveles de contaminantes.

En lo que respecta a los productos alimenticios, el Reglamento (CE) n.º 1881/2006 de la Comisión Europea8^,9 se utilizaba para establecer niveles aceptables de Cd, Hg, Pb y Sn inorgánico. La FDA de EE. UU. ofrece directrices a la industria para el As y el Pb,¹⁰ y, en 2021, la FDA puso en marcha el programa «Closer to Zero» para abarcar una gama más amplia de metales. El objetivo de este programa es reducir al mínimo la exposición alimentaria a los contaminantes, al tiempo que se mantiene el acceso a alimentos nutritivos, especialmente para bebés y niños pequeños.

Importancia del agua purificada en los ensayos de laboratorio

Para responder a los requisitos de los clientes, es importante que los laboratorios de análisis utilicen agua de alta pureza para garantizar la precisión y la exactitud al medir estos elementos críticos. El agua se utiliza en cada paso de los análisis realizados mediante ICP-OES o ICP-MS, incluyendo:

• Como blanco de reactivo
• Para la preparación de muestras y patrones
• Para la limpieza de instrumentos y recipientes de muestras

Los laboratorios deben confiar en la alta calidad y la consistencia de su agua purificada, ya que los contaminantes del agua pueden impedir el funcionamiento óptimo de los instrumentos, causar interferencias y afectar a la fiabilidad de los resultados.

Estudio: Control de calidad de alimentos y agua potable embotellada mediante agua ultrapura Milli-Q^®

Evaluamos el uso de agua ultrapura suministrada por un sistema de purificación de agua Milli-Q^® IQ 7000 para el análisis multielemental de diversas muestras de alimentos y agua potable embotellada. Seleccionamos muestras de alimentos (atún, arroz, compota de manzana, carne roja y ostras) que a menudo se sospecha que están contaminadas con metales tóxicos. Las muestras de agua potable embotellada se eligieron sabiendo que el análisis del agua está sujeto a normativas. El control de calidad se llevó a cabo de acuerdo con la normativa de la UE.^8,9

Métodos analíticos y materiales

Contaminantes metálicos regulados: cromo, cadmio, mercurio, plomo, estaño y otros

Para evaluar el cumplimiento de los requisitos de la UE en materia de elementos tóxicos (Cd, Cr, Hg, Pb, Sn), se utilizaron métodos validados para analizar muestras de alimentos que suelen analizar los laboratorios de análisis alimentarios y medioambientales. Aunque a nivel europeo no se han establecido límites reglamentarios para otros metales pesados, los organismos reguladores franceses fijaron niveles de notificación para determinados metales (Al, Co, Cr, Ni, Se, Zn) con el fin de controlar la seguridad y la calidad de los alimentos (como la contaminación, la autenticidad y la trazabilidad de los productos).

Análisis elemental por ICP-MS y parámetros del instrumento

Los análisis fueron realizados por el Laboratorio de Análisis Medioambientales y de Alimentos y Bebidas acreditado de Vendée, Francia.¹¹ El laboratorio llevó a cabo análisis multielementales de muestras de alimentos y agua potable embotellada utilizando ICP-MS. Cada muestra se analizó tres veces, y los resultados se expresaron como medias, desviaciones estándar y desviaciones estándar relativas.

• Las muestras de alimentos se analizaron de acuerdo con la iniciativa del Gobierno francés, el método de análisis ANSES/LSAliments-LSA-0084 para ^la seguridad alimentaria12 (para As, Cd, Hg y Pb) o un método interno de ICP-MS (basado en el método ANSES/LSAliments-LSA-0084 para Al, Cr, Co, Cu, Ni, Se, Sn, Zn).
• Las muestras de agua potable embotellada se analizaron siguiendo dos métodos diferentes. El método 1 se basó en la Directiva 2020/2184⁶ relativa a la calidad del agua destinada al consumo humano. Los límites de detección (LOD, la concentración más baja que puede detectarse de forma fiable utilizando un método analítico) se evaluaron y calcularon de acuerdo con la norma NF EN 17294-1-2004.¹³ Los límites de cuantificación (LOQ, la concentración mínima del elemento que puede medirse con precisión mediante un método analítico) se establecieron de acuerdo con la decisión del decreto de 19/10/201714 y se validaron en la matriz según la norma NF T 90-210. El método 2, derivado de la norma NF EN 17294-1-2016,¹⁵ fue desarrollado por el laboratorio para analizar niveles bajos de elementos en muestras de agua.

Los parámetros del instrumento ICP-MS (Tabla 1) se seleccionaron para lograr un alto nivel de sensibilidad, fiabilidad, exactitud y precisión.

Productos químicos y fuente de agua

Para preparar las muestras y las soluciones de calibración, tal y como se describe en las normas reglamentarias mencionadas anteriormente, se utilizó agua ultrapura [18,2 MΩ.cm, carbono orgánico total (TOC) < 5 µg/L] suministrada por un sistema de purificación de agua Milli-Q^® IQ 7000. El sistema de agua estaba equipado con un filtro Millipak^® en el punto de dispensación, que contiene un filtro de membrana de 0,22 µm para garantizar la eliminación de partículas y bacterias. El ácido nítrico ultrapuro se obtuvo por destilación. Las soluciones patrón se adquirieron a Tech Lab.

Soluciones de calibración

Las soluciones para la calibración se prepararon a partir de soluciones madre mediante diluciones con agua ultrapura Milli-Q^® recién dispensada y ácido nítrico ultrapuro. Estas soluciones de calibración se utilizaron para trazar curvas de calibración y evaluar la linealidad del rango de estudio del método.

Se obtuvieron curvas de calibración lineales

El rango de calibración y el límite de cuantificación (LOQ) para cada elemento se establecieron en función de los niveles máximos fijados por los organismos reguladores de la UE.^⁶,⁸ Se utilizaron al menos cinco concentraciones patrón para cada elemento. En la figura 1 se muestran ejemplos de curvas de calibración para Pb, Cd, As y Cr en el contexto del análisis de muestras de productos alimenticios y de agua potable.

Para el análisis de productos alimenticios, la linealidad de cada curva de calibración fue cercana a 1 para los elementos analizados. Los valores de LOD oscilaron entre 0,0002 y 0,004 mg/kg. Los valores de LOQ oscilaron entre 0,005 y 0,25 mg/kg.

Para el análisis de muestras de agua, la linealidad de cada curva de calibración fue cercana a 1 para los elementos analizados. Los valores de LOD oscilaron entre 0,004 µg/L y 32 µg/L. Los valores de LOQ oscilaron entre 0,01 µg/L y 1000 µg/L.

El uso de agua de alta pureza y calidad constante contribuyó a obtener curvas de calibración lineales. La preparación de patrones de calibración y la dilución de las muestras con agua de alta calidad garantizan que los únicos elementos analizados sean los añadidos intencionadamente en las soluciones patrón, lo que evita la contaminación elemental que puede dar lugar a resultados inexactos y a errores en el proceso de calibración. En general, las curvas de calibración lineales ayudan a los investigadores a obtener resultados más precisos y fiables con mayor sensibilidad (límites de detección más bajos).

Análisis elemental de muestras alimentarias

La tabla 2 presenta los resultados cuantitativos de los elementos en las muestras de alimentos analizadas y los límites de detección (LOD) de cada elemento. Se comprobó que todas las muestras cumplían con la normativa establecida por la legislación francesa. El estudio reveló que los niveles de arsénico y mercurio en los alimentos pueden variar ampliamente de una marca a otra, y ser más elevados en los alimentos ecológicos que en los convencionales, probablemente debido al entorno de cultivo. Es importante señalar que este estudio no permite realizar generalizaciones amplias sobre la calidad de los alimentos (debido a un muestreo representativo limitado, un muestreo aleatorio limitado, etc.); más bien, su objetivo es destacar el papel del agua en la realización del análisis de los elementos.

Para permitir un análisis exhaustivo de los elementos de interés, es fundamental minimizar los niveles de contaminantes en el agua utilizada para realizar el análisis. Nuestros resultados ilustran que el agua ultrapura utilizada en el proceso analítico facilitó nuestra capacidad para alcanzar LOD bajos y obtener resultados fiables.

Análisis elemental del agua potable embotellada

De manera similar, se analizaron muestras de dos marcas diferentes de agua embotellada para determinar los niveles cuantitativos de elementos regulados y no regulados de acuerdo con la normativa de la UE6 (Tabla 3). Todas las concentraciones de elementos de interés, como el Pb, se encontraban por debajo de las recomendaciones de la OMS.

Aprovechando un método más sensible (es decir, el «Método 2», última columna de la Tabla 3), demostramos además que los niveles de elementos en el agua ultrapura Milli-Q^® se ajustan a los LOD calculados para el método establecido, el Método 1, o incluso se sitúan por debajo de ellos. Estos resultados confirman la idoneidad del agua ultrapura Milli-Q^® para realizar análisis sensibles.

Conclusión: El papel del agua ultrapura en el control de calidad de los análisis por ICP-MS e ICP-OES

Al realizar análisis multielementales, como ICP-MS o ICP-OES, es fundamental utilizar agua ultrapura que no contenga los elementos que se están analizando. La ausencia de metales y otras impurezas en el agua ultrapura Milli-Q^® es necesaria, ya que pueden influir en los blancos, los patrones y la preparación de las muestras, así como en la limpieza de los instrumentos, y causar interferencias durante el análisis.

Esta investigación permitió establecer la idoneidad del agua ultrapura Milli-Q^® para el análisis elemental de productos alimenticios y agua potable, algo esencial para garantizar la salud de los consumidores y la calidad de los productos. Los sistemas de agua ultrapura Milli-Q^® facilitan las operaciones diarias de los laboratorios de ensayo que operan en entornos estandarizados, garantizando una calidad del agua constante para obtener resultados analíticos fiables, reproducibles y repetibles. Además, los sistemas de purificación de agua mantienen la trazabilidad de los datos, un aspecto crítico para los laboratorios sujetos a auditorías.

Existe una gama de soluciones de purificación de agua adaptadas para satisfacer las necesidades de los científicos que trabajan en laboratorios de análisis medioambientales y de alimentos y bebidas.