Arsen im Reishäubchen – Wie toxisch sind Schwermetalle in Lebensmitteln?

Mit Schwermetallen kontaminierte Nahrung und Wasser gefährden Mensch und Tier. Dabei sind Elemente wie Chrom, Quecksilber oder auch Arsen im prominenten Beispiel Reis abhängig von ihrem Oxidationszustand unterschiedlich toxisch. Die Speziesanalytik ist hier eine kraftvolle Methode zur einwandfreien Identifikation des jeweiligen Zustands.

Die Gefahr der Belastung von Lebensmitteln und Trinkwasser mit Schwermetallen ist allgegenwärtig und erfordert ständige Kontrollen. Auch wenn eine Vielzahl unterschiedlicher Metalle in wichtigen körpereigenen Prozessen beteiligt sind, kann eine übermäßige Aufnahme derselben Elemente gesundheitsschädlich sein oder gar zu diversen Krebsarten führen. Zum Schutz der Bevölkerung werden die Höchstgehalte bestimmter Schwermetalle in der EU-Verordnung Nr. 1881/2006 festgelegt [1]. Im Juni 2015 erfolgte mit der Verordnung 2015/1006 eine Anpassung der Arsen-Grenzwerte in Reis [2] (s. auch LP-Tipp). So werden seit 2018 alle EU-Mitgliedsstaaten aufgefordert, neue Höchstwerte für anorganisches Arsen in Reis-Produkten festzulegen.

Die Gefahr von giftigem Arsen in Lebensmitteln

Arsen als Gift ist aus Geschichte, Film und Fernsehen deutlich präsent. Ein ernsthaft erhöhtes Lungen-, Haut- und Blasenkrebsrisiko ist speziell bei der Aufnahme von anorganischem Arsen belegt [2]. Einerseits kann Trinkwasser selbst mit Arsen kontaminiert sein, andererseits können Pflanzen in der Erdkruste vorkommendes Arsen aus Boden und Wasser aufnehmen und so speichern. Folglich können Arsen-kontaminierte Nahrungsmittel in der heutigen globalisierten Welt weitere Bevölkerungsgruppen erreichen, auch in bislang Arsen-unbelasteten Gebieten. Vor allem Reis ist in der Lage, bis zu zehnmal mehr Arsen aufzunehmen als andere Getreide-Sorten [3], wodurch in der Vergangenheit Höchstgehalte von 20 bis 900 µg/kg nachgewiesen werden konnten [4].

Oxidationsstufen und Bindungsformen von Arsen

Die Toxizität eines Elements wird durch seine unterschiedlichen Oxidationsstufen und Bindungsformen bestimmt. In Reis liegen neben dem anorganischen Arsen auch organische Arsen-Verbindungen vor. Dabei ist anorganisches Arsen giftiger als organische Arsen-Verbindungen. Zudem kann zwischen dem weitaus giftigeren Arsen (III) und Arsen (V) unterschieden werden. Folglich ist eine eindeutige qualitative als auch quantitative Bestimmung des jeweiligen Elementzustandes entscheidend.

Chemische Eigenschaften mit der LC-ICPMS auftrennen

Die Unterscheidung der Oxidationszustände wie auch der chemischen Gegebenheit wird Speziesanalytik bezeichnet. Eine verlässliche und eindrucksvolle Untersuchungsmethode ist die Kopplung der selektiven HPLC-Technik mit der hochsensitiven ICPMS-Technologie (Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma). Dabei wird die komplexe Probe mithilfe der Chromatographie in ihre einzelnen Bestandteile aufgetrennt und per ICPMS auf ihren Arsen-Gehalt untersucht. Im folgenden Schritt wird ein Chromatogramm aufgezeichnet, bei dem die Detektion auf dem für Arsen spezifischen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 75 stattfindet.

Dieser Artikel demonstriert eine hochsensitive und akkurate Spezies­analytik von organischem wie auch anorganischem Arsen in Reis mittels der in-line-Kombination des Shimadzu ICPMS-2030 mit einer Shimadzu HPLC (Prominence, inertes LC-System). Dieses LC-ICPMS-System (s. Abb. 2) lässt sich bequem über eine einzelne Software-Oberfläche steuern und erlaubt auf diese Weise eine komfortable und einwandfreie Untersuchung höchstkomplexer Proben.