Precision pesticide residue detection in food: Unleashing the power of dual channel LC - Orbitrap Exploris EFOX mass detector

Význam tématu

Monitorování reziduí pesticidů v potravinách je klíčové pro ochranu spotřebitelů, plnění regulačních limitů a udržení důvěry v potravinový řetězec. Moderní HRMS přístupy umožňují rychlé, citlivé a univerzální stanovení stovek látek v jednom pracovním postupu, což zvyšuje produktivitu laboratoří a umožňuje reverzní (retrospektivní) vyhledávání nových analytů bez nutnosti experimentálního doplňování metody.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem byla ukázka kvantitativních schopností detektoru Thermo Scientific Orbitrap Exploris EFOX v režimu Full Scan pro analýzu reziduí pesticidů ze standardních extraktů v acetonitrilu. Studie hodnotí analytickou kvalifikaci postupu pro 577 pesticidů s ohledem na LOQ, linearitu, přesnost, opakovatelnost a robustnost na reálných extraktech (jablko, rajče, mrkev). Metoda je navržena pro splnění požadavků regulačních směrnic (SANTE) a pro provozní nasazení v potravinové analytice.

Použitá metodika

• Extrakce: QuEChERS AOAC 2007.01 pro ovoce a zeleninu; následný clean-up podle dodaného kitu.
• Chromatografie: Duální LC workflow (Vanquish Duo) se dvěma samostatnými pumpami a dvěma rozdílnými kolonnami tak, aby pozitivní a negativní analyty elutovaly odděleně; jediné tokové vedení do MS přes přepínací ventil v komorě kolony.
• Injekce: Přímá injekce acetonitrilického QuEChERS extraktu bez dalších ředicích či rekonstitučních kroků; injekční objem 1 µL.
• Detekce: Full‑scan HRMS na Orbitrap Exploris EFOX, rozlišení 60 000, rozsah m/z 70–1 000, HESI zdroj.
• Zpracování dat: Chromeleon 7.3.2 CDS kombinuje běhy pro pozitivní a negativní režim do jedné datové sady, usnadňuje cílené kvantifikace i suspect screening a umožňuje retrospektivní analýzu.

Použitá instrumentace

• Thermo Scientific Vanquish Flex Binary UHPLC Pump
• Thermo Scientific Vanquish Dual Split Sampler (Vanquish Duo systém)
• Thermo Scientific Vanquish Flex Column Compartment
• Orbitrap Exploris EFOX Mass Detector (Thermo Scientific)
• Vanquish 35 µL Mixer Set a Strong Solvent Loop pro přímé injekce silného rozpouštědla
• Hypersil GOLD C18 kolony: 150 × 2.1 mm, 1.9 µm (pro pozitivní injekce) a 100 × 2.1 mm, 1.9 µm (pro negativní injekce)
• Softwarově: Chromeleon CDS pro řízení instrumentace a zpracování dat

Hlavní výsledky a diskuse

• Pokrytí: Metoda byla rozšířena na 577 cílových pesticidů; LOQ v roztoku (acetonitril) byly většinou 1 ppb, u vybraných látek 2, 5 nebo 10 ppb. LOQ v maticích (µg/kg) odpovídají typicky hodnotám 1–10 µg/kg podle látky.
• Linearita: Každá látek byla kvantifikována pomocí nejméně pěti kalibračních křivek (rozsah 1–100 ppb). Požadované kritérium R2 > 0,990 bylo splněno a relativní odchylka množství byla pod 40 % pro LOQ a pod 20 % pro vyšší úrovně.
• Citlivost a opakovatelnost: Reprezentativní příklady ukázaly velmi ostré chromatografické píky a nízké RSD (typicky 1–6 % pro většinu látek při LOQ; některé analyty měly vyšší RSD, např. dalapon ~15 %). Překryvy iontových stop potvrzují použitelnou selektivitu i v plnoscanovém režimu.
• Robustnost: Při opakovaných injekcích extraktů (40 po sobě jdoucích injekcí s QC v LOQ vloženým po 10 maticových injekcích) metoda udržela stabilní kvantifikaci bez potřeby ladění nebo údržby MS. Relativní odchylky v robustness testu zůstaly v přijatelných mezích pro většinu testovaných pesticidů.
• Workflow výhody: Dual‑channel LC minimalizuje potřebu konstantního přepínání polarity a snižuje vliv solvent mismatch; přímá injekce silného rozpouštědla zrychluje přípravu vzorku.

Přínosy a praktické využití metody

• Komplexní provozní řešení pro laboratoře, které potřebují současně kvantifikovat stovky pesticidů a zároveň zachovat možnost suspect screening a retrospektivních analýz.
• Snížení doby přípravy vzorků díky přímé injekci QuEChERS extraktů; snížení nákladů na spotřební materiál a zvýšení throughputu.
• Shoda s regulačními požadavky díky ověřené linearitě, přesnosti, citlivosti a robustnosti; vhodné pro kontrolu MRL v rámci potravinového dohledu a QA/QC v průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření suspect screeningu a neselektovaných testů: plnoscanové HRMS záznamy umožňují doplňování cílových seznamů bez nutnosti nových akvizic dat.
• Integrace do automatizovaných monitoringových sítí a rutinních kontrolních laboratoří díky duálnímu LC přístupu a zefektivněnému zpracování dat v Chromeleon CDS.
• Další optimalizace pro složitější matice (obiloviny, zpracované potraviny) a adaptace metodiky pro aktivní sledování metabolitů a transformačních produktů.
• Potenciál kombinace s jinými technikami (GC‑MS/MS, selektivní MS/MS pracovní režimy) pro zvýšení pokrytí látek s odlišnou volatilností nebo termální stabilitou.

Závěr

Prezentovaný postup využívající Vanquish Duo LC a Orbitrap Exploris EFOX v plnoscanovém režimu nabízí robustní, citlivé a provozně efektivní řešení pro kvantifikaci rozsáhlého seznamu pesticidů v běžných potravinových matricích. Metoda prokázala požadovanou linearitu, opakovatelnost a odolnost vůči matričnímu zatížení a zároveň umožňuje suspect screening a retrospektivní analýzy, což zvyšuje její hodnotu pro rutinní i výzkumné aplikace v oblasti bezpečnosti potravin.

Reference

1. European Commission. Directorate General for Health and Safety. Guidance document on analytical quality control and method validation procedures for pesticide residues and analysis in food and feed. SANTE/11312/2021. Implementováno 1. ledna 2022.
2. Chromeleon CDS - pesticides solution. Thermo Fisher Scientific, Chromeleon 7.3.2 application notes (k datu použití v dokumentu).
3. Thermo Fisher Scientific Application Brief 002783: An advanced integrated GC‑MS/MS and LC‑MS‑MS workflow for the comprehensive analysis of pesticide residues in food.