Applying Non-Targeted Analysis to Food Safety Pesticide Screening

Význam tématu

Analýza reziduí pesticidů v potravinách je kritická pro ochranu veřejného zdraví a plnění regulatorních limitů. Tradiční cílené metody (LC/TQ, GC/MS) jsou citlivé, avšak omezené na předem definované panely látek. Non-targeted analysis (NTA) na bázi vysoce rozlišené hmotnostní spektrometrie (HRMS) umožňuje současné kvantitativní stanovení a široké podezřelé (suspect) či nedefinované screeningy, čímž rozšiřuje analytické pokrytí, identifikuje metabolity a neočekávané rezidua a zvyšuje připravenost laboratoří na komplexní chemické složení potravin.

Cíle a přehled studie / článku

Studie představuje unified workflow založený na LC/QTOF pro kombinovanou cílenou kvantifikaci a non-targeted screening pesticidů. Cílem bylo ověřit schopnost NTA detekovat a identifikovat široký panel pesticidů při úrovni 10 µg/kg (běžně porovnávané s MRL) a zároveň prokázat detekci dalších reziduí a metabolitů v reálných vzorcích potravin.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky byly připraveny standardní QuEChERS extrakcí. Pro zlepšení retence a tvaru peaků polárních látek byl aplikován upravený POISe injekční režim: 1 µL vzorku smíchaný s 10 µL vody opakovaně čtyřikrát, celkem 4 µL injekce. LC podmínky odpovídaly validovanému LC/TQ protokolu a zahrnovaly použití Shim-pack Velox Biphenyl kolony (2.1×100 mm, 2.7 µm) při 45 °C a průtoku 0.4 mL/min. Mobilní fáze obsahovala 2 mM amonný formiát a nízkou úroveň kyseliny (0.004 % formiová), gradient končil na 100 % organické fáze. MS byl provozován na LCMS-9050 (ESI+, TOF-MS m/z 140–925) s DIA-MS/MS (m/z 40–1000, 31 eventů, CE 5–55 V, cyklus 1 s).

Instrumentace (výběr):

• UHPLC: Nexera X2
• Kolona: Shim-pack Velox Biphenyl (2.1×100 mm, 2.7 µm) + guard
• MS: LCMS-9050 (QTOF/TOF s ESI)
• Software pro NTA: LabSolutions Insight Profiler
• Knihovny: interní Shimadzu HRMS pesticide library (>500 sloučenin) a Food Safety Mass Spectral Library (Wageningen University)

Data zpracování

Data byla zpracována v LabSolutions Insight Profiler: automatizovaná detekce feature, zarovnání a screening proti velkým suspektním seznamům a MS/MS knihovnám. Přednastavené parametry vyžadovaly minimální součet intenzit 10 000 pro detekci feature. Zpracování proběhlo jako dávka bez aplikace skupinové statistiky (protože data nebyla předem rozčleněna do experimentálních skupin).

Hlavní výsledky a diskuse

V testu, kde bylo do olivového oleje nasyceno 280 pesticidů na úrovni 10 µg/kg, NTA workflow detekoval a identifikoval všech 280 mateřských iontů pomocí MS/MS shody s knihovnou. To demonstruje, že přístup je dostatečně citlivý a selektivní pro hladiny odpovídající běžným MRL v řadě komodit. V analýze reálných neznámých vzorků (např. baby špenát, hrozny, nektarinky) LC/QTOF NTA potvrdil přítomnost látek známých z rutinních LC/TQ měření a navíc odhalil další sloučeniny mimo rutinní panel: příklady zahrnují acetamiprid detekovaný ve čtyřech vzorcích, metabolity jako acetamiprid-N-dimethyl a propamocarb N-oxid a regulačně významný dimethomorph v hroznu. Tyto nálezy podtrhují schopnost NTA identifikovat metabolity a látky, které mohou uniknout tradičním cílům testování, a tím upozorňují na potřebu rozšířených screeningových knihoven a postupů.

Byly zdůrazněny i omezení: identifikace silně závisí na dostupnosti kvalitních MS/MS knihoven a na prahových nastaveních detekce; potenciální matriční efekty a kvantifikační validace pro NTA vyžadují další práci, pokud je cílem přesné kvantitativní stanovení.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• kombinovat cílenou kvantifikaci a široký screening v jednom běhu, což šetří čas a náklady;
• rozšířit prostor hledání na metabolity, produkty transformace a neprioritní rezidua;
• automatizovat zpracování velkých souborů dat pomocí přednastavených workflow pro rutinní nasazení;
• podpořit monitorování dodavatelských řetězců a regulační dohledu díky identifikaci neočekávaných reziduí.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje zahrnují:

1. rozšiřování a standardizaci open-access HRMS knihoven (včetně metabolitů a izomerů),
2. integrované QC postupy a validace NTA pro regulatorní akceptaci,
3. pokročilé algoritmy (strojové učení) pro zlepšení detekce features a predikce struktury,
4. zavedení hybridních akvizičních režimů optimalizovaných pro citlivost a informační obsah (DIA + cílené MS/MS),
5. větší adopce NTA v rutinních laboratořích díky snížení výpočetních nároků a lepší integraci softwaru do LIMS.

Závěr

Prezentovaný LC/QTOF NTA workflow prokázal schopnost detekovat a identifikovat široký panel pesticidů při úrovni 10 µg/kg a současně odhalit dodatečné rezidua a metabolity v reálných vzorcích. Přístup poskytuje škálovatelnou a efektivní cestu k rozšíření analytického pokrytí v oblasti bezpečnosti potravin, přičemž klíčovým předpokladem úspěchu zůstává dostupnost robustních MS/MS knihoven a zavedení standardizovaných postupů kvality.

Reference

1. 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
2. Analytical quality control and method validation procedures for pesticides residues analysis in food and feed SANTE/11312/2021 v2. European Commission guidance document.