Analytical Challenges for Pesticide Residue Analysis in Food: Sample Preparation, Processing, Extraction and Cleanup

Význam tématu

Pesticidní rezidua ve potravinách představují významné riziko pro zdraví i pro agrární sektor z hlediska souladu s legislativními limity (MRL).
Rozmanitost pesticidů (organofosfáty, karbamáty, pyrethroidy, organochloriny aj.) a různorodost potravinových matic (vysoký či nízký obsah vody, tuků, cukrů) klade vysoké nároky na výběr a optimalizaci analytických postupů.

Cíle a přehled studie

Autoři popisují výzvy a principy správné přípravy vzorku, mletí (homogenizace), extrakce a čistění extraktů pro multi-reziduální i jednosložkové (SRM) metody.
Diskutují klíčové faktory ovlivňující přesnost, citlivost a obnovitelnost metod založených na GC–MS/MS, LC–MS/MS i orbitrapových systémech.

Použitá metodika

1. Příjem a kontroly vzorků (viz legislativa EC 2002/63/EC, 178/2006).
2. Odstranění nežádoucích částí (půda, stonky, kosti).
3. Komminuce:

• Cryogenní mletí (kapalný N_2 nebo CO_2) pro inaktivaci enzymů a minimalizaci degradace.
• Konvenční mletí při pokojové teplotě (riziko hydrolýzy, oxidace, komplexace).

4. Extrakce a čištění:

• QuEChERS (10–15 g vzorku, 10–15 mL MeCN, saltační směsi MgSO_4/NaCl, dSPE s PSA, C18, karbon, Z-Sep).
• Modifikace Solvent-partition (NL mini-Luke – acetone/petrolether/dichlormethan 1:1:1).
• Metoda SweEt (ethylacetát, Na_2SO_4, NaHCO_3; bez dalšího čištění).
• Methanolové a kyselé metody (QuPPe) pro vysoce polární a ionické pesticidy (fosetyl, glyphosate, paraquat, diquat).
• SFE/ASE (Dionex ASE 150/350) pro těžké a nízkovodnaté matrice, možnost in-cell čištění.

Použitá instrumentace

• GC–MS/MS, GC-Orbitrap
• LC–MS/MS (Triple Quad), LC-Orbitrap
• Dionex ASE 150/350 Accelerated Solvent Extractor
• Dual-axis centrifugace (ZentriMix) pro QuEChERS
• GPC, SPE kazety, Thin-Layer Chromatography (pro kontrolu účinnosti čistění)

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda QuEChERS se ukázala jako celosvětově nejrozšířenější díky malé spotřebě vzorku a rozpouštědla, rychlosti a univerzálnosti pro stovky pesticidů.
Avšak polarita některých sloučenin (acephate, methamidophos), stabilita bazocitlivých pesticidů (captan, dicofol) a extrémní matrice vyžadují úpravy pH, alternativní rozpouštědla či dodatečná SPE či GPC.
ASE umožňuje automatizaci, zkrácení doby extrakce a lepší extrakci v náročných matricích.

Přínosy a praktické využití metody

• Snížení spotřeby rozpouštědel a odpadu, menší potřeba skla a vybavení v laboratoři.
• Vysoká propustnost a možnost „dilute and shoot“ v LC-MS minimalizuje matrix-efekt.
• Flexibilita výběru ČSN/EURL postupů (NL mini-Luke, SweEt, QuPPe) dle typu matice a cílových pesticidů.
• Dodržení požadavků na kvalitu (EU SANTE, DG SANCO) v běžných kontrolních programech.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další miniaturizace extrakcí a automatizace (mikrovlnná extrakce, micro-SPE, SBSE).
• Vývoj selektivních polymerních sorbentů pro in-cell clean-up v ASE.
• Integrace datově řízených rozhodovacích algoritmů pro optimalizaci workflows.
• Rozšíření orbitrapových a vysokého rozlišení MS technik pro neznámé metabolity.
• Vyhodnocení homogenizace a jejího dopadu na nejistotu analytických výsledků.

Závěr

Žádná jediná metoda nepokrývá optimum pro všechny matrice a pesticidy. Laboratoře musejí vyvážit přesnost, rychlost, náklady i složitost workflow.
Volba metody by měla vycházet z hodnocení homogenizace, stability residuí, dostupné instrumentace i akreditačních požadavků.

Reference

1. MacBean C, editor. The Pesticide Manual. 16th ed. British Crop Production Council; 2012.
2. European Commission DG SANCO. Guidance document on analytical quality control and method validation procedures for pesticide residues in food and feed. 2015.
3. Lehotay SJ, Cook JM. Sampling and Sample Processing in Pesticide Residue Analysis. J Agric Food Chem. 2015;63(18):4395–4404.
4. European Commission Directive 2002/63/EC. Official methods of sampling for the control of pesticide residues in and on products of plant and animal origin. 2002.
5. Farkas Z, Horváth Z, Kerekes K, Ambrus Á, Szabó MS. Estimation of sampling uncertainty for pesticide residues in root vegetable crops. J Environ Sci Health B. 2014;49(1):1–14.
6. Steffens T, et al. Analysis of fumigants in cereals and dried fruits using GC-MS/MS. Poster Pesticide Residue Workshop 2014.
7. Anastassiades M, Lehotay SJ, Štajnbaher D, Schenck F. Fast and easy multiresidue method employing acetonitrile extraction and dispersive SPE. J AOAC Int. 2003;86(2):412–431.
8. Mastovska K, Lehotay SJ. Evaluation of common organic solvents for GC analysis and stability of multiclass pesticide residues. J Chrom A. 2004;1040:259–272.
9. Lozano A, Fernández-Alba AR. Pesticide analysis in teas and chamomile by LC-MS/MS and GC-MS/MS using a modified QuEChERS method. J Chrom A. 2012;1268:109–122.
10. Kolberg DIS, et al. Development and validation of a simple method for paraquat and diquat in potato, cereals and pulses. Anal Bioanal Chem. 2012;404(8):2465–2474.