Multi-residue Pesticide Analysis in Green Tea by a Modified QuEChERS Extraction and Ion Trap GC/MSn Analysis

Význam tématu

Analýza více reziduí pesticidů v potravinách, konkrétně v zeleném čaji, je kritická pro zajištění bezpečnosti potravin, splnění mezinárodních maximálních reziduálních limitů (MRL) a pro ochranu spotřebitele. Moderní pesticidy jsou často nižší molekulové hmotnosti a mají odlišné fyzikálně-chemické vlastnosti než tradiční látky (např. DDT), což klade vyšší nároky na přípravu vzorku a analytickou selektivitu. Metoda QuEChERS v kombinaci s GC/MSn nabízí rychlý a robustní přístup pro kvantifikaci širokého spektra látek v komplexních matricích, jako je čaj, při dosažení nízkých mezí detekce a požadované přesnosti.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit modifikovanou QuEChERS extrakci pro zelený čaj a optimalizovat analytické podmínky pro separaci a detekci 22 vybraných pesticidů pomocí iontové pasti (GC-ion trap MSn, Thermo Scientific ITQ 700). Konkrétně autoři stanovili linearitu, limity detekce (LOD) a kvantifikace (LOQ), přesnost (RSD) a obnovitelnost v matici čaje a porovnali dosažené LOD/LOQ s vybranými MRL z mezinárodních zdrojů. Byly testovány různé spike úrovně v matici (od nízkých ng/g úrovní až po stovky ng/g) pro validaci metody.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Vzorek: homogenizovaný zelený čaj; v experimentu přidáno 1200 mL vody k 200 g čaje (důležité pro výpočty spike a ředění).
• Extrahent: 1 % octová kyselina v acetonitrilu (MeCN) podle zásad QuEChERS (AOAC 2007.01) s dosolením Na-acetátem a MgSO4 pro oddělení vodné fáze.
• Postup: extrakce, následné čištění (PSA, C18 a MgSO4) a výměna rozpouštědla (solvent exchange) z MeCN do hexan:aceton (9:1) pro splitless injekci; tento krok zároveň snižuje obsah kofeinu a polyfenolů v injikovaném extraktu.
• Injekce: surge splitless injekce 2 µL za zvýšeného tlaku (250 kPa) po dobu 0,5 min; zvýšený průtok během injekce redukuje objem parního oblaku a minimalizuje rozklad labilejších pesticidů.
• Chromatografie: TRACE TR-Pesticide III (35 % diphenyl / 65 % dimethyl polysiloxane), 0.25 mm x 30 m, film 0.25 µm s 5 m guard kolonkou; program teploty uveden v textu (40 °C start, postupné zvyšování až na 290 °C).
• Detekce: iontová past ITQ 700 v režimu MS/MS (MSn) s optimalizací izolační šířky, pufrovacího plynu a energie pro CID; tento režim výrazně zlepšuje selektivitu vůči matricovým interferencím.

Použitá instrumentace (shrnutí):

• Thermo Scientific ITQ 700 iontová past (GC-ion trap MS) s volitelnou funkcí MSn a nastavitelným tlumením plynu.
• Thermo Scientific FOCUS GC (single-channel) se standardním split/splitless inletem.
• TRACE TR-Pesticide III GC kolona (35 % diphenyl/65 % dimethyl polysiloxane), 0.25 mm x 30 m, 0.25 µm, s 5 m guard kolonkou.
• Autosampler AS 3000 II a spotřební materiál: splitless linery (5 mm ID), injekční stříkačky, septa, silanizované vials, PSA/C18/MgSO4 clean-up tuby a standardní rozpouštědla (MeCN, hexan, aceton).

Hlavní výsledky a diskuse

Linearity a kalibrace:

• Kalibrace v matici pokryla rozsahy 1–1200 ng/g v závislosti na látce; většina analytů vykázala vynikající linearitu s korelačními koeficienty R2 typicky > 0.995 (průměr R2 ~0.9989).

Limity detekce a kvantifikace:

• LODs a LOQs byly určeny z opakovaných maticových spike (7 replik v nízkých úrovních) použitím násobku směrodatné odchylky (3.143 × SD pro LOD, 10 × SD pro LOQ). Průměrný LOD byl přibližně 14 ng/g v čaji, přičemž konkrétní hodnoty se lišily podle sloučeniny.
• Pro většinu sledovaných pesticidů byly dosažené LOD/LOQ srovnatelné nebo lepší než vybraná mezinárodní MRL, tj. metoda splňuje regulační požadavky pro kontrolu pesticidů v čaji.

Metodní validace:

• Metoda validována pro sadu úrovní (37.5 až 1200 ng/g) vykázala průměrné procentuální zotavení ~104 % a průměrné %RSD 10.8 % (pět replik), což svědčí o dobré přesnosti a opakovatelnosti v matici čaje.

Úprava vzorku a čištění:

• Klíčovým poznatkem je nutnost přidávat práškové suspenze (MgSO4 a jiné) až po umístění acidifikovaného MeCN na vzorek, aby se předešlo exothermické reakci a ztrátám analytů. Pokud se MeCN přilévá do již přítomného prášku, byla pozorována snížená obnovitelnost.
• Solvent exchange do hexan:aceton (9:1) snížil množství kofeinu a polyfenolů v injikovaném vzorku (viz porovnání chromatogramů), což přispívá k lepší dlouhodobé stabilitě chromatografického systému a nižší údržbě.

Analytická selektivita a úprava MSn:

• Režim MS/MS v iontové pasti poskytl výrazné snížení matricových interferencí vůči plnému skenu a SIM, přičemž extrahované iontové profily MS/MS ukázaly čistší signály v klíčovém retenčním rozsahu (např. 24–26 min pro řadu analyzovaných pesticidů).
• Kontrola rozkladu citlivých látek probíhala denně pomocí standardního řešení (endrin a 4,4'-DDT); hodnoty rozkladu zůstaly pod předem stanovenými hranicemi (< 15 %), což indikuje stabilní stav inletu a dobré čistící postupy.

Přínosy a praktické využití metody

• Metoda umožňuje simultánní analýzu širokého spektra pesticidů v komplexní matici (zelený čaj) s dostatečnou selektivitou a nízkými LOD/LOQ pro splnění regulačních požadavků.
• QuEChERS jako rychlý a ekonomický extrakční krok ve spojení se solvent exchange zlepšuje čistotu vzorku, snižuje mechanickou a chemickou zátěž analytického systému a omezuje potřebu časté údržby.
• Využití MSn v iontové pasti dává možnost identifikace, potvrzení a kvantifikace v jednom běhu, což šetří čas a zvyšuje jistotu výsledků při monitoringu potravinové bezpečnosti.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření panelu analyzovaných látek: aplikace podobného přístupu na širší spektrum nově používaných pesticidů, jejich metabolitů a transformovaných produktů.
• Automatizace a zefektivnění přípravy vzorku: další integrace automatizovaných homogenizátorů a dávkovačů pro zlepšení reproducibility a zvýšení throughput.
• Hybridní a komplementární analytické techniky: kombinace GC/MSn s LC/MSn pro pokrytí jak těkavých, tak netěkavých pesticidů v jednom laboratorním workflow.
• Zlepšení kvantitativních algoritmů a použití robustních interních standardů (stabilně označených standardů) pro kompenzaci matricových efektů a zajištění dlouhodobé přesnosti v rutinních kontrolách.

Závěr

Modifikovaná QuEChERS extrakce následovaná solvent exchange do hexan:aceton (9:1) a analýzou na GC-ion trap (ITQ 700) v MS/MS režimu poskytuje robustní, citlivou a selektivní metodiku pro multi-reziduální analýzu pesticidů v zeleném čaji. Metoda vykázala vysokou linearitu (R2 typicky > 0.995), průměrný LOD ~14 ng/g, průměrné zotavení ~104 % a %RSD ~10.8 %, což indikuje shodu s běžnými regulačními požadavky a vhodnost pro rutinní monitorování kvality a bezpečnosti čaje.

Reference

1. Lehotay, S. AOAC Official Method 2007.01: Pesticide Residues in Foods by Acetonitrile Extraction and Partitioning with Magnesium Sulfate. Journal of AOAC International, Vol. 90, No. 2, 2007, s. 485–520.
2. Okihashi, M. Rapid Method for the Determination of 180 Pesticide Residues in Foods by Gas Chromatography/Mass Spectrometry and Flame Photometric Detection. Journal of Pesticide Science, 2005, 30(4), s. 368–377.
3. Commission Decision of August 12, 2002 Implementing Council Directive 96/23/EC Concerning the Performance of Analytical Methods and the Interpretation of Results. Official Journal of the European Communities, 17.8.2002.