A multiresidue method for pesticide profiling using an Orbitrap Tribrid mass spectrometer

Význam tématu

Ochrana spotřebitelů před nežádoucími rezidui pesticidů ve výrobcích z řady potravinových surovin je nezbytná pro dodržení legislativních limitů (MRL) a zajištění bezpečnosti potravin. Multireziduální metody založené na vysoko­rozlišující hmotnostní spektrometrii (HRAM) v kombinaci s kapalnou chromatografií (LC-MS) umožňují současnou detekci stovek pesticidů v jednom měření, a to i při velmi nízkých úrovních (ppb), přičemž podporují nejen cílenou, ale i neznámou („non-targeted“) analýzu.

Cíle a přehled studie

Autoři aplikacní poznámky představují vývoj a validaci multireziduální metody pro screening a kvantifikaci 250 pesticidů v jahodové matrici. Metoda kombinuje plnoskenovací LC-MS pracovní postup s inteligentním získáváním MSn dat (AcquireX) na Orbitrap ID-X Tribrid hmotnostním spektrometru. Cílem bylo dosažení vysoké citlivosti, přesnosti hmotnosti (<±5 ppm), reprodukovatelnosti a spolehlivého rozlišení cílených i neočekávaných analy­tů, přičemž by se minimalizovala rušivá pozadí z matric.

Použitá metodika a instrumentace

Užitá instrumentace:

• Kapalinová chromatografie: Thermo Scientific Vanquish Flex UHPLC se sloupcem Accucore aQ C18 (100 × 2,1 mm, 2,6 µm), 25 °C, 300 µl/min, doba analýzy 15 min.
• Příprava vzorku: QuEChERS extrakce jahodových homogenátů (10 g matrix + aketonitril, MgSO4, citráty).
• Hmotnostní spektrometr: Orbitrap ID-X Tribrid s AcquireX workflow, full-scan HRAM MS (60 000 @ m/z 200) a DDA MS/MS (Top7, DE, 15 000 rozlišení, HCD 20/40/70 % CE).
• Data processing: TraceFinder pro kvantifikaci, Compound Discoverer 3.1 pro library matching mzCloud, ±5 ppm tolerance, hodnoty S/N (LOD ≥ 3; LOQ ≥ 10), %RSD/CV ≤ 20 %.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda prokázala:

• Detekci a kvantifikaci všech 250 pesticidů při 10 ppb a 96 % při 0,1 ppb, 94 % při 0,5 ppb.
• Linearitu (R2 ≥ 0,99) a nízké %CV (< 8 %) na LOQ úrovni u reprezentativních pesticidů (0,5–1 ppb).
• Stabilní měření hmotnostní přesnosti (< 2 mDa) napříč sadou spikování od 0,5 do 200 ppb.
• Efektivní automatické vylučování matricových interferencí (AcquireX) umožňující inteligentní výběr MS/MS cílů s až 92 % pokrytím při 10 ppb (oproti standardnímu DDA/DE bez AcquireX výrazně nižší úspěšnost nízkých úrovní).
• Vysoce kvalitní MS2 spektra pro všechny cílené pesticidy se skóre Pearson dot-produktu téměř 1 při matching s mzCloud.

Přínosy a praktické využití metody

Nová multireziduální metoda nabízí:

• Univerzální workflow pro široké spektrum matric s minimální úpravou metodiky.
• Zkrácení doby analýzy (15 min) a zjednodušení tvorby seznamu analy­tů díky automatickému generování vylučovacího seznamu.
• Kombinaci cílené a nekonvenční (“post-acquisition”) nekončící reflexní analýzy reziduí a neznámých produktů degradace.
• Vysokou režimovou robustnost a reprodukovatelnost pro rutinní QA/QC i výzkumné aplikace v potravinářské bezpečnosti.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Rozšíření databází HRAM spekter (mzCloud, vlastní knihovny) pro identifikaci nových/podezřelých pesticidů a metabolitů.
• Integrace strojového učení a chemoinformatiky pro predikci fragmentačních vzorců a rychlejší screening neznámých struktur.
• Využití iontové mobility pro další rozlišení izobarických sloučenin v komplexních matricích.
• Automatizace přípravy vzorků (robotické platformy) a cloudové zpracování dat pro vysokoprostojovou rutinní analýzu.

Závěr

Implementace inteligentního AcquireX workflow na Orbitrap ID-X Tribrid MS přináší významné zvýšení citlivosti a spolehlivosti při screeningových a kvantitativních studiích pesticidů. Díky automatizovanému vylučování matricových rušivých signálů a kombinaci HRAM MS a MSn dat lze efektivně analyzovat stovky reziduí i neznámých kontaminantů v jediné LC-MS sekvenci.

Reference

1. Gómez-Ramos, M. D. M. et al. Liquid chromatography–Orbitrap mass spectrometry with simultaneous full scan and tandem MS/MS for highly selective pesticide residue analysis. Anal. Bioanal. Chem. 2015, 407(21), 6317–6326.
2. Wong, J. et al. Development and interlaboratory validation of a QuEChERS-based LC–MS/MS method for multiresidue pesticide analysis. J. Agric. Food Chem. 2010, 58, 5897–5903.
3. Niessen, W. M. A. Matrix effects in quantitative pesticide analysis using liquid chromatography–mass spectrometry. Mass Spectrom. Rev. 2006, 25, 881–899.
4. Ferrer, I.; Thurman, E. M. Multi-residue pesticide analysis in fruits and vegetables by LC–TOF–MS. J. Chromatogr. A 2005, 1082, 81–90.
5. Barbieri, M.; Andrisano, V. Analysis of 52 pesticides in fresh fish muscle by QuEChERS extraction followed by LC–MS/MS. Sci. Total Environ. 2019, 653, 958–967.
6. Martínez-Domínguez, G. R.; Gómez-Caballero, A.; Álvarez-Corma, C. Multi-class methodology for determination of pesticides and mycotoxins in green tea supplements by LC–Orbitrap HRMS. Food Chem. 2016, 197, 907–915.
7. Kalli, A. S. A multiresidue method for pesticide analysis using an Orbitrap Tribrid mass spectrometer and automatic background exclusion. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2019.
8. Shi, F. et al. Application of high-resolution quadrupole–Orbitrap MS for rapid screening and quantification of illegal phosphodiesterase-5 inhibitors in herbal medicines. J. Chromatogr. A 2014, 1344, 91–98.
9. Koplin, D. W. et al. Response to comment on pharmaceuticals, hormones, and other organic wastewater contaminants in U.S. streams, 1999–2000: a national reconnaissance. Environ. Sci. Technol. 2002, 36(18), 4007–4008.
10. Hernández, F. I. et al. Comparison of MS techniques combined with LC for confirmation of pesticides in environmental water based on identification points. Anal. Chem. 2004, 76, 4349–4357.