Enhanced sensitivity for the quantitative analysis of pesticides using a GC Orbitrap MS

Enhanced sensitivity for the quantitative analysis of pesticides using a GC Orbitrap MS — Shrnutí

Význam tématu

Pesticidní rezidua v potravinách představují klíčový parametr bezpečnosti potravinového řetězce. Spolehlivá a citlivá analýza stopových hladin pesticidů v náročných matricích (např. silně pigmentovaná listová zelenina) je nezbytná pro dodržení regulačních limitů, ochraně spotřebitele a prokazování shody s mezinárodními standardy. Použití vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie s přesnou hmotností (HRAM GC–MS) zvyšuje selektivitu a snižuje počet falešně pozitivních/negativních výsledků v přítomnosti složitých matrik.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyhodnotit výkonnost systému Thermo Scientific Orbitrap Exploris GC S pro kvantitativní multireziduální analýzu pesticidů ve vysoce pigmentovaných matricích (testováno na extraktech špenátu připravených metodou QuEChERS). Hodnoceny byly citlivost (IDL), linearita, reprodukovatelnost, spektrální kvalita a dodržení kritérií SANTE/11312/2021 včetně schopnosti jednoanalytického režimu full-scan HRAM zajistit současně kvantifikaci i screening s možností retrospektivního přepočtu dat.

Použitá metodika a instrumentace

Popis metodiky:

• Vzorek: Purifikované QuEChERS extrakty ze špenátu post-spiked směsí 185 pesticidů.
• Režim akvizice: Full-scan HRAM (m/z 50–600) s elektronovou ionizací (EI).
• Hodnocené parametry: IDL (instrument detection limits), linearita 0,5–200 µg/kg, R², relativní směrodatná odchylka (RF %RSD), ion ratios (IR), přesnost hmotnosti (ppm), procentní zotavení (recovery) a system suitability.

Použitá instrumentace:

• Hmotnostní spektrometr: Thermo Scientific Orbitrap Exploris GC S.
• Iontový zdroj: NeverVent Advanced Electron Ionization Source (NVAEI), navržený pro zvýšenou citlivost a robustnost.
• Software: Thermo Scientific Chromeleon Chromatography Data System (CDS) pro řízení, zpracování dat, reprocessing a shodu s předpisy (FDA 21 CFR Part 11, EU Annex 11).

Hlavní výsledky a diskuse

Citlivost a detekční limity:

• Většina testovaných pesticidů dosahovala instrumentálních detekčních mezí (IDL) na úrovni ≤ 0,5 µg/kg.

Linearita a kvantitativní výkon:

• Matrix‑matched kalibrační křivky v rozsahu 0,5–200 µg/kg, každá úroveň injektována trojmo.
• Všechny analyty vykázaly R² > 0,993 a RF %RSD < 20 % přes celý rozsah.
• Ion ratios byly v limitu ± 30 % vůči průměru kalibračních standardů.
• Systémová vhodnost potvrzena: vypočtené koncentrace v rámci ±20 % očekávané hodnoty; zotavení 96–104 %.

Spektrální kvalita a hmotnostní přesnost:

• Spektrální věrnost zachována napříč celou kalibrací (příklad Pentachloroaniline při 1 a 200 µg/kg ukázal sub‑1 ppm pro molekulární iont).
• Průměrná přesnost hmotnosti kvantifikačních iontů ≤ 3 ppm napříč úrovněmi a stabilní během 4týdenního období.

Soulad s regulačními kritérii:

• Všechny cílové sloučeniny splnily SANTE kritéria při výchozím MRL 10 µg/kg; >90 % bylo potvrzeno i při 1 µg/kg podle SANTE/11312/2021 včetně požadavků na dvě iontové signatury (≤ 5 ppm), překrytí RT ±0,1 min a IR ±30 % (pokud jsou použity jako podpůrné).

Diskuse:

Výsledky ukazují, že kombinace vysokého rozlišení Orbitrap technologie a optimalizovaného EI zdroje NVAEI zlepšuje selektivitu v náročných matricích a umožňuje detekci ultra‑stopových koncentrací bez ztráty spektrální kvality. Full‑scan HRAM navíc přináší flexibilitu pro retrospektivní analýzu bez nutnosti opětovných měření.

Přínosy a praktické využití metody

• Jednoanalytické řešení pro současné kvantitativní stanovení a screening více reziduí pesticidů.
• Vysoká citlivost (≤ 0,5 µg/kg) vhodná pro kontrolu nízkých MRL a sledování stopových reziduí v potravinách.
• Vylepšená selektivita a snížené interference v komplexních matricích díky HRAM, což snižuje riziko falešných výsledků.
• Retrospektivní zpracování dat umožňuje doplnění nových cílových látek bez nutnosti re‑injekce vzorků, což zvyšuje provozní efektivitu laboratoře.
• Robustní konstrukce NVAEI zdroje prodlužuje dobu provozuschopnosti a přispívá k lepšímu ROI.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření databází a knihoven vysokorozlišovacích spekter pro rychlejší a přesnější identifikaci nově monitorovaných pesticidů a jejich metabolitů.
• Integrace HRAM GC–MS dat s pokročilými nástroji strojového učení pro automatizované rozpoznávání signatur v komplexních matricích.
• Další optimalizace ionizačních zdrojů a GC separací pro zvýšení citlivosti u termolabilních a polárních pesticidů.
• Využití full‑scan HRAM pro neznámé screeningy a metabolomické studie v potravinářské příměsi a environmentálních monitorech.

Závěr

Testovaný systém Orbitrap Exploris GC S vybavený NeverVent AEI iontovým zdrojem prokázal vysokou citlivost, výbornou linearitu a konzistentní spektrální věrnost při analýze multireziduálního panelu 185 pesticidů ve špenátových QuEChERSextraktech. Systém splňuje požadavky SANTE pro identifikaci a kvantifikaci pesticidů a představuje spolehlivý nástroj pro rutinní kontrolu kvality potravin i pro výzkumné aplikace vyžadující retrospektivní analýzy.

Reference

• SANTE/11312/2021 v2026. Analytical quality control and method validation procedures for pesticide residues analysis in food and feed. Implementováno 01/01/2026.