Comparison of non-destructive techniques and conventionally used spectrometric techniques for determination of elements in plant samples (coniferous leaves)

Abstract

Conventionally used spectrometric techniques of inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) and inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-MS) usually involve time-consuming sample preparation procedure of a sample dissolution which requires the usage of aggressive and toxic chemicals. The need for suitable and sustainable analytical methods for direct multi-elemental analysis of plant samples has been increased in recent years. Spectrometric techniques for direct sample analysis, instrumental neutron activation analysis (INAA) and X-ray fluorescence (XRF) have been applied in environmental studies and various fields of screening tests. Nevertheless, these techniques are not commonly used for plant sample analysis and their performances need to be evaluated. This research aimed to assess how reliable non-destructive techniques are in the determination of elements in plants compared to conventionally used spectrometric techniques. A total of 49 plant samples of four conifer species (Pinus nigra, Abies alba, Taxus baccata and Larix decidua) were measured using two conventionally applied (ICP-MS, ICP-OES) and two non-destructive techniques (wavelength dispersive XRF (WD-XRF), INAA). The comparison was performed by investigation of relative ratios of concentrations and by correlation analysis. Moreover, precision of the techniques was examined and compared. The quality control included analysis of NIST pine needles certified reference material (1575a) using all examined techniques. Our results suggest that additional analytical and quality control steps are necessary for reaching the highest accuracy of multi-elemental analysis.

Конвенционално коришћене спектрометријске технике (ICP-OES, ICP-MS) обично подразумевају дуготрајну процедуру припреме узорка која захтева коришћење агресивних и токсичних хемикалија за минерализацију. У последњих неколико година расте потреба за погодним и одрживим аналитичким методама за директну мулти-елементарну анализу биљних узорака. Спектрометријске технике за директну анализу (INAA, XRF) се већ примењују у еколошким истраживањима и у различитим пољима скрининг испитивања. Ипак, ове технике нису уобичајено коришћене за анализу биљака и њихове перформансе морају бити процењене. Циљ овог истраживања је био да се процени колико су недеструктивне технике поуздане код одређивања елемената у биљном материјалу, у односу на рутински коришћене спектрометријске технике. Укупно 49 узорака четири врсте четинара (Pinus nigra, Abies alba, Taxus baccata и Larix decidua) су анализиране помоћу две рутински коришћене (ICP-MS и ICP-OES) и две недеструктивне технике (WD-XRF и INAA). Технике су упоређене испитивањем релативних односа концентрација и помоћу корелационе анализе. Поред тога, испитана је и упоређена прецизност техника. Програм контроле квалитета је обухватао анализу сертификованог референтног материјала, иглица бора (NIST 1575a) помоћу свих коришћених техника. Резултати нашег истраживања сугеришу да су неопходни додатни аналитички и кораци контроле квалитета како би се постигла максимална тачност мулти-елементарне анализе.