Determination of polar pesticides in grapes using a compact ion chromatography system coupled with tandem mass spectrometry

Význam tématu

Analýza polárních pesticide v potravinách, zejména v hroznech, je klíčová pro ochranu spotřebitele a splnění legislativních požadavků na maximální reziduální limity (MRL). Polar ionic pesticidy, jako je glyphosate, AMPA, ethephon či perchlorát, patří mezi nejrozšířenější a současně analyticky náročné látky díky své vysoké polarity, nízkému retenčnímu chování v běžné reversed-phase chromatografii a tendenci ke ztrátám během extrakce. Vyvinutá metoda založená na iontové chromatografii spojené s tandemovou hmotnostní spektrometrií (IC-MS/MS) představuje moderní přístup pro rychlou, citlivou a selektivní detekci více z nich simultánně v ovocných matricích.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo navrhnout, optimalizovat a validačně ověřit analytickou metodu pro přímé stanovení 16 polárních pesticidů a jejich metabolitů ve vzorcích hroznů. Metoda musí splňovat evropské i americké požadavky na reziduální limity, definice rezidua a kritéria pro validaci metod (SANTE/11813/2017, EPA, FDA, USDA). Primárním přínosem je schopnost vyhnout se rozsáhlým derivatizačním krokům nebo složitým clean-up procedurám a současně nabídnout vysokou opakovatelnost, citlivost a reprodukovatelnost při rozsahu koncentrací odpovídajícím MRL.

Použitá metodika

Pro extrakci analyzovaných látek byla použita modifikovaná QuPPe metoda, která využívá 2 mL deionizované vody a 10 mL čistého methanolu pro vyextrahování polárních kopounds. Po extrakci na rotačním shakeru se vzorek centrifugoval a filtrát prošel kartuší OnGuard II RP pro odstranění zejména nonpolárních interferencí. Kalibrace byla prováděna třemi způsoby:

• V čistém rozpouštědle (metanol:voda 50:50),
• Matrix-matched standardy (MMS) v extraktu hroznů,
• Matrix-extracted standards (MES) po plné extrakci a clean-upu.

Post-column do eluujícího proudu byla přidána acetonitrilová make-up fáze (0,2 mL/min) pro zvýšení ionizační účinnosti v ESI. Celkový objem injekce činil 25 µL, průtok eluentu 0,35 mL/min a teplota kolony 30 °C. Gradient solutní fáze KOH (IonPac AS19-4µm) byl optimalizován pro separaci všech 16 látek do 20 minut.

Použitá instrumentace

• Iontový chromatografický systém Thermo Scientific Dionex Integrion HPIC s eluentním generátorem (KOH), degaserem, separační kolony IonPac AS19-4µm (guard i analytická), dynamicky regenerovaným aniontovým modrečovačem ADRS 600 a tlakovým detektorem s potlačenou vodivostí.
• Autosampler Thermo Scientific Dionex AS-AP v Push režimu s PEEK Viper™ spojkami a PES filtry 0,2 µm.
• Dvě pomocné Dionex AXP-MS pumpy pro make-up acetonitril a dodávku regenerantu do suppressoru.
• Hmotnostní spektrometr Thermo Scientific TSQ Quantis™ Triple Quadrupole MS v režimu negativní ESI a SRM, s optimalizovanými přechody, kolizním tlakem 1,5 mTorr a zdrojovými teplotami 300 °C.
• Chromeleon 7.2.6 nebo Xcalibur 4.1 pro akvizici dat a TraceFinder 4.1 pro kvantifikaci.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda prokázala vysokou separační schopnost a selektivitu pro 16 analyzovaných látek během 20minutového běhu. Retenční časy ve vyčištěném extraktu hroznů byly stabilní s RSD <0,6 % a iontové poměry kvantifikujícího a kvalifikačního fragmentu se pohybovaly v tolerančních mezích ±30 % vůči standardům.
Kalibrace podle MMS a MES vykazovaly koeficienty determinace (r2) od 0,995 do 0,9999 v rozsahu 1–100 µg/L (u maleic hydrazidu 10–200 µg/L). Metoda dosahovala limity kvantifikace (LOQ) nižší než MRL stanovené v EU pro ethephon (1 mg/kg), glyphosate (0,5 mg/kg), perchlorate (0,1 mg/kg), chlorate (0,01 mg/kg), fosetyl (součet fosetyl a fosfonové kyseliny, 100 mg/kg) a glufosinate (součet látek, 0,15 mg/kg).
Obnova (recoveries) v hroznovém matrixu byla v rozsahu 75–116 % při RSD <11 %, což splňuje kritéria SANTE (70–120 %) a US EPA. Fosfonová kyselina byla zjištěna ve vzorcích hroznů na pozadí, proto byla hodnota korektně subtrahována. Systém disponoval dostatečnou robustností pro opakované analýzy ve vysoké frekvenci.

Přínosy a praktické využití metody

• Simultánní stanovení polárních pesticidů a jejich metabolitů bez derivatizace.
• Minimalizovaná sample-preparation díky methanolu a RP-kartuši místo skleněných adsorpčních materiálů.
• Rychlý cyklus analýzy (<20 minut) s vysokou citlivostí a selektivitou díky SRM.
• Kompatibilita s běžnými QC protokoly a monitoringem MRL v potravinách.

Budoucí trendy a možnosti využití

Vývoj budoucích aplikací může směřovat k:

• integraci on-line clean-up procesů (ADRS, trap columns) pro plně automatizovanou přípravu vzorku,
• využití HRMS detekce pro neznámé polární kontaminanty a nelegální pesticidy,
• miniaturizaci IC-MS modulů pro terénní a rapidní kontrolu,
• kombinaci dat z IC-MS/MS a chemometrických přístupů pro multidimenzionální profilování reziduí.

Závěr

Navržená metoda IC-MS/MS v kombinaci s modifikovanou QuPPe extrakcí poskytuje rychlý, spolehlivý a vysoce citlivý postup pro analýzu 16 polárních pesticidů a metabolitů v hroznech. Metoda splňuje přísné požadavky na linearitu, přesnost, selektivitu a LOQ v souladu s mezinárodními směrnicemi a dokáže ulehčit rutinní monitoring reziduí v potravinářských kontrolních laboratořích.

Reference

1. Adams S.; Guest J.; Dickinson M.; Fussell R.J.; Beck J.; Schoutsen F. J. Agric. Food Chem. 2017, 65, 7294–7304.
2. GAO-15-38, Report to the Ranking Member, Subcommittee on Environment and the Economy, Committee on Energy and Commerce, U.S. Government Accountability Office, 2015.
3. Mol H.G.; van Dam R.C. Anal. Bioanal. Chem. 2014, 406, 6817–6825.
4. Vass A.; Robles-Molina J.; Pérez-Ortega P.; Gilbert-López B.; Dernovics M.; Molina-Díaz A.; García-Reyes J.F. Anal. Bioanal. Chem. 2016, 408, 4857–4869.
5. Poiger T.; Buerge I.J.; Bächli A.; Müller M.D.; Balmer M.E. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2017, 24, 1588–1596.
6. Anastassiades M.; Kolberg D.I.; Benkenstein A.; Eichhorn E.; Zechmann S.; Mack D.; Wildgrube C.; Sigalov I.; Dork D.; Barth A. Quick Polar Pesticides Method (QuPPe) Version 9.3, EURL for Single Residue Methods.
7. SANTE/11813/2017, Guidance document on analytical quality control and method validation procedures for pesticide residues in food and feed, 2017.
8. Thermo Fisher Scientific. Dionex AS-AP Autosampler Operator’s Manual, 2012.
9. Thermo Fisher Scientific. Product Manual for Eluent Generator Cartridges, 2014.
10. Thermo Fisher Scientific. Product Manual for Continuously Regenerated Trap Columns, 2010.
11. Thermo Fisher Scientific. Product Manual for Dionex Suppressor, 2018.
12. Thermo Fisher Scientific. TSQ Quantis Triple Quadrupole MS Installation and Operation Guides, 2018.