Analysis of TiO2 Nanoparticles in Foods and Personal Care Products by Single Particle ICP-QQQ

Význam tématu

Analýza nanočástic oxidu titaničitého (TiO2) v potravinách a výrobcích osobní péče je klíčová pro hodnocení bezpečnosti expozice člověka.
TiO2 se používá jako bělicí a zesvětlující přísada v potravinách (E171) a kosmetice, přičemž frakce částic menších než 100 nm vyvolává regulační a toxikologické obavy.
Potřeba rychlých, citlivých a selektivních analytických metod roste v důsledku nových požadavků EU na uvádění nanomateriálů a zpřísnění pravidel.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo vyvinout a ověřit metodu spICP-MS na trojitém kvadrupólu Agilent 8900 v režimu MS/MS s kyslíkem a vodíkem pro rozlišení izobarických a polyatomárních interferencí na izotopu 48Ti.
Studie zahrnovala charakterizaci referenčních materiálů a reálných vzorků: ředěného mléka, zubní pasty, salátových dresinků a jedlých dekoračních prvků.

Použitá metodika a instrumentace

Instrumentace: Agilent 8900 ICP-QQQ s MicroMist rozprašovačem, Scott komorou, tenkostěnnou křemennou tryskou a standardními niklovými kužely; režim MS/MS s O2/H2 umožňuje měřit 48Ti jako produktový ion 48Ti16O+.
Standardy a RMs: zlato NIST 8012 pro kalibraci nebulizační účinnosti, iontový standard Ti pro citlivost, TiO2 NPs z JRC (115 nm, anatase) a NIST 1898 (≤ 50 nm, anatase/rutile).
Příprava vzorků: simulovaná 100násobně ředěná mléčná matrice, extrakce zubní pasty a dresinku v SDS, rozpuštění jedlých hvězd ve vodě s ultrazvukem.
Softwarová analýza: MassHunter Single Nanoparticle Application Module s automatickým detekčním prahem a manuálním nastavením pro srovnatelnost.

Hlavní výsledky a diskuse

Režim MS/MS s O2/H2 odstranil interference Ca, S a P na 48Ti, dosažený detekční limit byl cca 0,007 ng/mL a citlivost 400 000 cps per ng/mL, umožňující detekci částic ≥ 30 nm.
Ve spikovaných mléčných vzorcích JRC NPs (204–210 nm) a NIST NPs (60–62 nm) byly obnovy 71–85 % a rozdělení velikostí odpovídalo TEM datům.
Ve vzorcích zubní pasty, salátového dresinku a jedlých dekorací se mediany velikosti pohybovaly mezi 54 a 334 nm, s podílem částic < 100 nm od 3 do 70 % podle produktu.
Režim bez plynu (SQ a MS/MS no gas) prokázal vysoký pozadový signál a omezenou citlivost pro 47Ti a 48Ti, potvrzuje přínos MS/MS s O2/H2.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí rychlé a přesné stanovení velikostní distribuce a počtu TiO2 NPs v komplexních potravinových a kosmetických matricích.
Vyhovuje regulatorním požadavkům EU na oznamování nanomateriálů a umožňuje doplnit informace z elektronové mikroskopie a DLS.
Praktické aplikace: monitorování kvality potravin, bezpečnostní studie, kontrola výrobků osobní péče.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozšiřování metody na další prvky a nanomateriály, automatizace přípravy vzorků a integrace s mikroskopickými technikami.
Vývoj standardů a validace v rámci mezinárodních ring testů pro harmonizaci výsledků.
Sledování vlivu nanočástic na biologické systémy v souladu s novými toxikologickými požadavky EFSA a ANSES.

Závěr

Agilent 8900 ICP-QQQ v režimu MS/MS s O2/H2 představuje robustní nástroj pro stanovení TiO2 NPs v potravinách a výrobcích osobní péče s vynikajícím potlačením interferencí a detekcí částic od 30 nm.
Metoda doplňuje mikroskopii, splňuje regulatorní požadavky a umožňuje rozsáhlé monitorovací studie.

Reference

1. Regulation EC No 1333/2008 of the European Parliament and of the Council of 16 December 2008 on food additives Official Journal of the European Union 2008 L354 16–33
2. Yang Y Doudrick K Bi X Hristovski P Herckes P Westerhoff R Kaegi R Characterization of food-grade titanium dioxide the presence of nanosized particles Environ Sci Technol 2014 48 6391–6400
3. Bettini S Boutet-Robinet E Cartier C Coméra C Gaultier E Dupuy J Naud N Taché S Grysan P Reguer S Thieriet N Réfrégiers M Thiaudière D Cravedi JP Carrière M Audinot JN Pierre FH Guzylack-Piriou L Houdeau E Food-grade TiO2 impairs intestinal and systemic immune homeostasis initiates preneoplastic lesions and promotes aberrant crypt development in the rat colon Sci Rep 2017 7 40373
4. Chen Z Wang Y Ba T Li Y Pu J Chen T Song Y Gu Q Qian Q Yang J Jia G Genotoxic evaluation of titanium dioxide nanoparticles in vivo and in vitro Toxicol Letter 2014 314–319
5. Liu R Zhang X Pu Y Yin L Li Y Small-sized TiO2 nanoparticles mediate immune toxicity in rat pulmonary alveolar macrophages in vivo J Nanosci Nanotechnol 2010 10 5161–5169
6. Re-evaluation of titanium dioxide E 171 as a food additive EFSA Journal 2016 14 4545
7. Evaluation of four new studies on the potential toxicity of titanium dioxide used as a food additive E 171 EFSA Journal 2018 16 5366
8. France to ban titanium dioxide whitener in food from 2020 Reuters April 2017 accessed November 2019
9. Scientific opinion on the proposed amendment of the EU specifications for titanium dioxide E 171 with respect to the inclusion of additional parameters related to its particle size distribution EFSA Journal 2019 17 5760
10. Regulation EU No 1169/2011 of the European Parliament and of the Council of 25 October 2011 on the provision of food information to consumers Official Journal of the European Union 2011 L304 16–63
11. Commission Recommendation of 18 October 2011 on the definition of nanomaterial Official Journal of the European Union 2011 L275 38–40
12. Zamberlin Š Antunac N Havranek J Samaržija D Mineral elements in milk and dairy products Mljekarstvo 2012 62 111–125
13. NanoDefine Project FP7 NMP-2013-LARGE-7 no 604347 available online October 2019
14. Correia M Uusimäki T Philippe A Löschner K Challenges in Determining the Size Distribution of Nanoparticles in Consumer Products by Asymmetric Flow Field-Flow Fractionation Coupled to Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry Separations 2018 5 56
15. Yamanaka M Wilbur S Accurate determination of TiO2 nanoparticles in complex matrices using the Agilent 8900 ICP-QQQ Agilent publication 5991-8358EN 2019
16. Frøst MB Dijksterhuis G Martens M Sensory perception of fat in milk Food Quality and Preference 2001 12 327–336
17. Dudefoi W Terrisse H Richard-Plouet M Gautron E Popa F Humbert B Ropers MH Criteria to define a more relevant reference sample of titanium dioxide in the context of food a multiscale approach Food Addit Contam Part A 2017 34 653–665
18. Rasmussen K et al Titanium dioxide NM-100 NM-101 NM-102 NM-103 NM-104 NM-105 Characterisation and Physico-Chemical properties EUR Scientific and Technical Research Series Publications Office of the European Union 2014