Enhanced Sensitivity in Multi-Residue Pesticide Analysis by LC-MS/MSUsing High-Pressure Feed Injection

Význam tématu

Stanovení reziduí pesticidů v potravinách je kritické pro zajištění bezpečnosti potravin, dodržování právních limitů a ochranu zdraví spotřebitelů. Moderní multi-reziduální LC-MS/MS metody musí pokrýt stovky látek v jedné analýze, což klade vysoké nároky na chromatografii i citlivost měření. Typický QuEChERS extrakt v acetonitrilu způsobuje silný solvent mismatch v reverzní chromatografii, zejména pro raně eluující sloučeniny, což vede k rozšíření nebo dělení píků a omezení citlivosti. Efektivní strategie eliminující tyto solventové efekty přímo na vstupu do LC může značně zlepšit kvalitu dat a dosažitelné LOQ bez složitých úprav přípravy vzorku.

Cíle a přehled studie

Cílem prezentovaného posteru bylo demonstrovat, že použití vysokotlakého feed injection režimu na vzorkovači Agilent 1290 Infinity III Hybrid Multisampler snižuje solvent mismatch efekty při analýze QuEChERS extraktů a tím zvyšuje citlivost a kvalitu chromatografických píků ve vícenásobných reziduálních metodách pesticidů. Studie porovnává konvenční (flow injection) a feed injection režimy při různých injekčních objemech na typickém LC-MS/MS systému pro potravinářské analýzy.

Použitá metodika

Popis metody a vzorkování:

• Vzorek: 10 g špenátu extrahovaného QuEChERS postupem s 10 mL acetonitrilu, následné odstředění; acetonitrilový extrakt použit bez dalšího zředění.
• Chromatografie: Agilent ZORBAX RRHD Eclipse Plus C18, 2.1 x 150 mm, 1.8 µm, teplota 40 °C; průtok 0,4 mL/min; gradient 5 % B → 30 % B do 3 min → 100 % B do 17 min, post time 3 min.
• Mobilní fáze: A = voda + 5 mM amonný formiát + 0,1 % kyseliny mravenčí; B = methanol + 5 mM amonný formiát + 0,1 % kyseliny mravenčí.
• MS: Agilent 6495D QqQ v režimu dMRM, pozitivní i negativní ionizace, celkem 1590 MRM přechodů; optimalizované parametry suchého plynu, sheath gázu, napětí atd.
• Srovnání režimů: klasická flow injection vs. feed injection (feed speed 10 µL/min, efektivní 1:40 ředění on-line, automatické přetlakování/overfeed 4,4 µL, flushout mobilní fází A).

Použitá instrumentace

• 1290 Infinity III High Speed Pump (G7120A)
• 1290 Infinity III Hybrid Multisampler (G7137B) s možností provozu do 1300 bar
• 1290 Infinity III Multicolumn Thermostat (G7116B)
• 6495D Triple Quadrupole LC/MS (G6495D)

Hlavní výsledky a diskuse

Solventové efekty a tvar píků:

• V klasickém flow injection režimu se při injekcích vyšších objemů (zejm. 2 µL) objevilo výrazné rozšíření a v některých případech dělení píků u raně eluujících pesticidů (např. pymetrozin), což je typický projev solvent mismatch z acetonitrilového extraktu.
• Feed injection režim s on-line ředěním vzorku mobilní fází (~1:40) eliminoval viditelné solventové artefakty i při zvýšených injekčních objemech; chromatografické píky byly symetrické a dobře integrovatelné.

Vztah plocha/vrchol vs. injekční objem:

• V obou režimech rostla plocha píků lineárně s injekčním objemem v rozsahu 0,2–2 µL pro analyty jako aminokarb a pymetrozin.
• U klasické flow injekce neobstála lineární závislost výšky píků při vyšších injekčních objemech – docházelo k saturaci výšky a zvýšení šířky píků, což indikuje omezenou kapacitu chromatografického systému při silném solventu.
• Feed injection umožnila proporcionální nárůst výšky píků při zvýšení injekce z 1 µL na 2 µL, tedy žádná saturace v tomto rozsahu a tím i výrazné zvýšení citlivosti bez zhoršení tvaru píků.

Grafické výsledky (shrnutí):

• Obrázky porovnávaly chromatogramy při různých injekčních objemech pro oba režimy; feed injection vykázala konzistentně lepší pík-shape při vyšších objemech.
• Scatter/lineární grafy plochy píků vs. objem ukázaly téměř perfektní linearitu (R2 blízko 0.999 pro příklady), grafy výšky píků ukázaly saturaci v klasickém režimu a linearitu ve feed režimu.

Přínosy a praktické využití metody

• Feed injection umožňuje zvýšit citlivost metody bez nutnosti koncentrovat vzorky či upravovat chromatografické podmínky, což zrychluje workflow a snižuje riziko ztrát analyz.
• Snížení potřeby manuální reintegrace díky symetrickému tvaru píků zlepšuje robustnost datové evaluace a snižuje časovou náročnost kontroly výsledků.
• Metoda je vhodná pro rutinní multi-reziduální analýzy pesticidů v potravinách, kdy je žádoucí dosáhnout nižších LOQ bez složitých úprav přípravy vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření feed injection přístupu na širší spektrum matric (ovocné, zeleninové, obilné) a validace pro legislativní metody multi-residuálních analýz.
• Integrace vysokotlakého feed injection s ultra vysokotlakými kolonkami a rychlými gradienty pro zvýšení propustnosti laboratoří bez ztráty citlivosti.
• Vývoj automatizovaných procedur optimalizace feed rychlosti a overfeed parametrů pro různé typy extraktů, případně kombinace s on-line cleanup moduly.
• Aplikace principu při dalších třídách analytů citlivých na solvent mismatch, například polarních pesticidů nebo farmaceutických reziduí.

Závěr

Vysokotlaký feed injection provozovaný na Agilent 1290 Infinity III Hybrid Multisampler účinně minimalizuje negativní solventové efekty způsobené acetonitrilovými QuEChERS extrakty. Tento přístup umožňuje zvýšené injekční objemy bez zhoršení tvaru píků, vede k proporcionálnímu navýšení signálu (plocha i výška) a tím k vyšší analytické citlivosti. Výsledkem je robustnější, efektivnější a lépe automatizovatelná multi-reziduální metoda pesticidů vhodná pro rutinní použití v kontrolních i výzkumných laboratořích.

Reference

1. Naegele E., et al. Feed Injection at Elevated Pressure Using the Agilent 1290 Infinity III Hybrid Multisampler. Agilent Technologies Application Note, Publication Number 5994-8478EN, 2025.
2. Naegele E., et al. Improved Peak Shape and Lower LOQs in Pesticide Analysis. Agilent Technologies Application Note, Publication Number 5994-6125EN, 2024.
3. Kornas P., et al. Analysis of 764 Pesticides in Tomato Using an Agilent 6495D Triple Quadrupole LC/MS System. Agilent Technologies Application Note, Publication Number 5994-8004EN, 2025.
4. Quantitative Analysis of Multiresidue Pesticides in Food Matrices Using Agilent 6470 Triple Quadrupole LC/MS system – Method Protocol, 2022.