Accelerating large scale pesticide screening programs with HR LC–MS/MS using automated non-targeted analysis software

Význam tématu

Reziduální analýza pesticidů je klíčová pro zajištění bezpečnosti potravin a ochranu životního prostředí. Cílem moderních analytických přístupů je rozšířit pokrytí detekovaných látek nad rámec předem definovaných cílových seznamů, umožnit retrospektivní prohledávání dat, zachytit metabolity a neočekávané kontaminanty a tím lépe odhalit rizika. Použití vysoko-rozlišovací LC–MS/MS v kombinaci s automatizovaným softwarovým zpracováním neznámých látek (non-targeted analysis, NTA) výrazně zrychluje a rozšiřuje možnosti screeningu ve velkých programech kontroly reziduí.

Cíle a přehled studie / článku

Studie předvádí jednovýběrovou HRMS LC–MS/MS metodu kombinovanou s aplikací Insight Profiler (softwarové řešení pro NTA) pro současné cílové a necílové screenování pesticidů v potravinách a environmentálních vzorcích. Hlavními cíli bylo:

• ověřit schopnost softwaru detekovat a identifikovat široký panel pesticidů (280 látek) při úrovni MRL (~10 µg/kg),
• porovnat výsledky NTA s rutinním cílovým triple-quad LC–MS/MS měřením ve skutečných vzorcích,
• ilustrovat přínos rozšířených spektrálních knihoven (interní knihovna, MassBank, Food Safety Mass Spectral Library) pro identifikaci reziduí mimo běžný multireziduální panel.

Použitá metodika a instrumentace

Měření proběhla použitím jediného akvizičního protokolu HRMS (DIA) s následným zpracováním v Insight Profiler. Metodika a instrumentace zahrnovaly:

• HPLC: Nexera X2, kolona Shim-pack Velox Biphenyl (2.1 x 100 mm, 2.7 µm), 40 °C, průtok 0.4 mL/min, 17min gradient; injekce 4 µL s ko-injekcí 40 µL vody.
• Mobilní fáze: A = voda + 2 mM ammonium formiátu + 0.002% kyseliny formiové; B = methanol + 2 mM ammonium formiátu + 0.002% kyseliny formiové.
• HRMS: Shimadzu LCMS-9050 (QTOF) v pozitivním ESI modu, TOF MS scan m/z 140–925 (100 ms), 31 DIA MS/MS skenů (scan time 29 ms / sken), celkový cyklus 1 s; DIA okna: m/z 140–540 izolace 20 Da, m/z 540–925 izolace 35 Da; kolizní energie rozložena 5–55 V.
• Vzorky: reálné potravinové matrice (sušené ovoce, zelenina, listová zelenina apod.), QC matrix spike (olivový olej) s 280 pesticidy na úrovni MRL 10 µg/kg a vzorky z vodních toků pro environmentální kontaminanty.
• Softwarové zpracování: Insight Profiler — workflow zahrnoval detekci funkcí (feature detection), zarovnání (alignment), statistické filtry a porovnání s rozsáhlými screeningovými seznamy a spektrálními knihovnami (interní + MassBank + Food Safety Mass Spectral Library).

Hlavní výsledky a diskuse

Klíčová zjištění studie jsou následující:

• V kontrolním testu (olivový olej, 280 pesticidů, 10 µg/kg) Insight Profiler úspěšně detekoval a identifikoval všechny 280 sloučenin pomocí knihovních hitů, což demonstruje vysokou citlivost a vhodnost postupu pro rozsáhlé screeningové panely.
• Ve skutečných potravinových vzorcích NTA potvrdila přítomnost látek, které byly dříve kvantifikovány cílovou triple-quad metodou (shoda výsledků), a navíc identifikovala další rezidua, která nebyla v rutinním multireziduálním panelu zahrnuta. Příklady: v hroznovém vzorku detekce boscalidu, fluopyramu, penconazolu, pyrimethanilu a navíc dimethomorfu při vysoké hladině (identifikováno z Food Safety knihovny).
• Byly také detekovány metabolity pesticidů (acetamiprid-N-desmethyl, propamocarb N-oxid), což ukazuje, že NTA je schopna rozpoznat biologicky i toxikologicky relevantní transformační produkty.
• Všechny identifikace provedené NTA byly v souladu s cílovými výsledky tam, kde byly dostupné, což posiluje spolehlivost workflow pro screening i pro hypotetickou následnou kvantifikaci.
• Zaznamenána byla i regulační implikace: detekce dimethomorfu v hroznu ilustruje rozdíly mezi EU a UK regulacemi (zákaz v EU, přechodné povolení v UK), což má význam pro obchod a interpretaci výsledků v různých jurisdikcích.

Přínosy a praktické využití metody

Několik hlavních přínosů pro laboratorní praxi a monitoring:

• Jeden akviziční protokol pro cílové a necílové screenování zkracuje čas a snižuje potřebu mnohonásobného vývoje metod pro nové složky.
• Retrospektivní analýza: data HRMS lze znovu prohledávat za účelem nových podezření nebo rozšířených screeningových seznamů bez opakované analýzy vzorků.
• Rozšíření pokrytí: schopnost identifikovat nové nebo neočekávané rezidua a jejich metabolity zvyšuje bezpečnostní profil testovaných potravin a environmentálních vzorků.
• Automatizace zpracování (Insight Profiler) zrychluje průchod daty a umožňuje dávkové zpracování velkých souborů, vhodné pro programy rozsáhlého screeningu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje a adopce NTA v oblasti pesticidových reziduí:

• Další rozšiřování vysokokvalitních veřejných a komerčních spektrálních knihoven a standardizace knihoven pro lepší interoperability mezi laboratořemi.
• Integrace pokročilých algoritmů pro predikci fragmentací a strojového učení pro zlepšení důvěry v identifikace neznámých sloučenin.
• Vylepšené kvantifikační workflows kombinující HRMS screening s následnou cílovou kvantifikací pro potvrzení a přesné stanovení koncentrací.
• Standardizace validačních kritérií pro NTA, včetně metrik pro citlivost, selektivitu a pravděpodobnost správné identifikace, aby výsledky byly přijímány regulačními orgány.
• Širší využití pro environmentální monitoring (např. povrchové vody) a sledování metabolitů, degradačních produktů a spoluúčinků několika reziduí.

Závěr

Prezentovaná studie ukazuje, že kombinace HRMS DIA akvizice a automatizovaného NTA softwaru (Insight Profiler) je efektivní přístup pro rozsáhlé screeningové programy pesticidů. Metoda identifikovala kompletní panel 280 pesticidů v testu při úrovni MRL a doplnila rutinní cílové analýzy o další rezidua a metabolity ve skutečných vzorcích. Tento postup zvyšuje schopnost detekce neočekávaných kontaminantů, zrychluje zpracování dat a umožňuje retrospektivní analýzy bez nutnosti opětovných laboratorních měření.

Reference

• Padilla-González F., Rizzo S., Dirks C., Bergkamp W., Rasker S., Aloisi I. Creation of an Open-Access High-Resolution Tandem Mass Spectral Library of 1000 Food Toxicants. Analytical Chemistry, 2025, 97(43), 23822-23830. DOI: 10.1021/acs.analchem.5c03020