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

Význam tématu

Analýza reziduí pesticidů v potravinách je klíčová pro bezpečnost potravin, dodržování MRL (maximálních reziduálních limitů) a pro ochranu spotřebitelů. Moderní pesticidy jsou často nízkomolekulární a rychle se rozkládají v prostředí, což vyžaduje citlivé, selektivní a robustní postupy vzorkování, extrakce a detekce. Kombinace zjednodušené extrakce QuEChERS a hmotnostně spektrometrické detekce v režimu MSn nabízí rychlé stanovení více reziduí současně s vysokou selektivitou i při nízkých hladinách.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit a optimalizovat modifikovaný postup QuEChERS pro rýži a následnou analýzu 33 běžných pesticidů pomocí GC spojeného s iontovým pastem (ITQ 700) v režimu MSn. Studie stanovila lineární oblasti, limity detekce a kvantifikace a ověřila přesnost a opakovatelnost metody prostřednictvím maticových spike testů a metodické validace.

Použitá metodika

Postup extrakce a přípravy vzorku (stručně):

• Vzorek: 15 g homogenizované rýže (při homogenizaci se přidává voda, aby se zajistila účinná extrakce).
• Extrahent: 15 mL acetonitrilu (MeCN) s 1 % kyselinou octovou; do extraktu se přidaly standardy a surrogate.
• Salting-out: přidání anhydr. CH3COONa a MgSO4 (přesné poměry dle QuEChERS) - rázné míchání, třepání a centrifugace.
• Clean-up: převod 11 mL MeCN horní fáze do tuby s adsorbenty (PSA, C18, MgSO4), promíchání a centrifugace.
• Solvent exchange: 5 mL očištěného extraktu vysušeno dusíkem při 40 °C, znovu rozpuštěno v hexan/aceton (9:1), přidán interní standard d10-parathion, konečná filtrace a transfer do vialky.
• Injekce: 2 µL surge splitless (surge pressure 250 kPa, splitless 0,5 min) do GC.

Klíčové instrumentalní parametry (souhrn):

• Chromatografie: Thermo Scientific FOCUS GC, kolona TRACE TR-527 (35 % diphenyl/65 % dimethylpolysiloxane), 0.25 mm × 30 m, film 0.25 µm + 5 m guard; konstantní průtok 1 mL/min; program řízení pece od 40 °C s několika rampami až na 290 °C (detaily programu v originálu).
• Injektor: SSL s 5 mm i.d. linerem, teplota 250 °C, surge splitless injekce pro redukci interakce sloučenin se stěnami linera.
• Detektor: Thermo Scientific ITQ 700 iontová past v režimu EI s možností MSn; použití MS/MS (CID) pro izolaci a fragmentaci prekurzorových iontů, skenování produktových iontů.

Použitá instrumentace

• GC: Thermo Scientific FOCUS GC.
• Kolona: TRACE TR-527, 0.25 mm × 30 m, 0.25 µm + 5 m guard.
• MS: Thermo Scientific ITQ 700 iontová past (EI, MSn).
• Autosampler: AS 3000 II (parametry vstřiku 2 µL, 5 plunger stroků, trojí oplachy apod.).
• Konzumovatelné a chemikálie: acetonitril analytické kvality, hexan, aceton, glacial acetic acid, MgSO4, PSA, C18, anhydrát CH3COONa, 2 mL a 15 mL centrifugační tuby, silanizované vialky, interní standard d10‑parathion.

Hlavní výsledky a diskuse

• Linearity: Kalibrační křivky připravené v matici pokrývaly rozsah jednotlivých sloučenin (1–1280 ng/g podle sloučeniny) a vykázaly vysokou linearitu s R2 > 0,995 pro všechny analyty (průměrné R2 ≈ 0,9993).
• Limity: Průměrný LOD vypočtený z 7 opakování na nízkých úrovních byl přibližně 9 ng/g v rýži; LOQ stanovené z SD × 10 dle použitého postupu (konkrétní hodnoty se lišily podle sloučeniny).
• Method validation (MVD): Pět replik maticových spike testů při 160, 320 a 480 ng/g dalo průměrnou návratnost 98 % s průměrným %RSD 5,9 %, což svědčí o dobré přesnosti a opakovatelnosti metody.
• Stability/injektor: Denní kontrola rozkladu endrinu a DDT ukázala méně než 5 % rozkladu, což indikuje dobrou inertnost vstřikovací cesty a minimalizuje častou údržbu.
• Selektivita: Režim MSn v iontové pasti významně zlepšil selektivitu a snižoval maticové interferentní ionty ve srovnání s jednoduchým SIM nebo full scan, což zvýšilo spolehlivost stanovení na nízkých hladinách.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda kombinuje rychlost a jednoduchost QuEChERS s vysokou selektivitou GC‑MSn, což přináší několik praktických výhod:

• Rychlá příprava vzorku vhodná pro rutinní kontrolní laboratoře.
• Jedna analytická dávka umožňuje identifikaci, potvrzení a kvantifikaci až 33 pesticidů v matici rýže.
• Vysoká přesnost a reprodukovatelnost (průměrná návratnost ~98 %, %RSD ~6 %).
• Dostatečná citlivost pro dodržení mnoha národních a mezinárodních MRL (prům. LOD ~9 ng/g).
• MSn poskytuje dodatečnou potvrzovací úroveň, užitečnou při komplexních matricích a nízkých hladinách analyzovaných látek.

Budoucí trendy a možnosti využití

Možné směry rozvoje a aplikace této metodiky zahrnují:

• Rozšíření seznamu analyzovaných reziduí včetně polaritnějších či velmi termolabilních pesticidů s optimalizací přípravy vzorku a kolony.
• Přechod nebo doplnění analýzy o vysokorozlišovací MS (HRMS) pro neznámé residuální produkty a screening bez standardů.
• Automatizace QuEChERS kroků a solvent exchange pro vyšší propustnost laboratoře a snížení variability operátora.
• Další zlepšení clean‑up postupů (nové sorbenty, dispersive SPE) redukující maticové efekty zejména pro složitější potravinové matice.
• Adaptace metodiky pro více typů obilovin a potravinových matic s validací vůči místním MRL.

Závěr

Modifikovaná QuEChERS extrakce v kombinaci s GC‑iontovou pastí v režimu MSn poskytuje robustní, citlivý a selektivní přístup pro simultánní stanovení více pesticidů v rýži. Metoda dosahuje vynikající linearity, nízkých LOD/LOQ a velmi dobrých validačních parametrů (prům. návratnost ~98 %, %RSD ~5,9 %). Použití MSn výrazně zlepšuje schopnost potlačit maticové interference a zvyšuje jistotu identifikace a kvantifikace na úrovních relevantních pro kontrolu potravinové bezpečnosti.

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, 90(2), 485–520 (2007).
2. Okihashi, M. Rapid Method for the Determination of 180 Pesticide Residues in Foods by Gas Chromatography/Mass Spectrometry and Flame Photometric Detection. Journal Pesticide Science, 30(4), 368–377 (2005).