Determinazione di 45 pesticidi nelle varietà di avocado mediante il metodo QuEChERS e gascromatografia-spettrometria di massa tandem

Nell'analisi chimica, l'effetto matrice (ME) può essere definito in vari modi, ma una definizione generale ampiamente accettata è la seguente: si riferisce alla variazione del segnale, in particolare a una variazione della pendenza della curva di calibrazione quando la matrice del campione o parte di essa è presente durante l'analisi di uno specifico analita. Come aspetto critico, la ME richiede un'indagine approfondita durante il processo di convalida di qualsiasi metodo analitico, in quanto influisce direttamente sull'accuratezza della misurazione quantitativa per gli analiti target¹. Idealmente, una procedura di pretrattamento del campione dovrebbe essere sufficientemente selettiva da evitare l'estrazione di componenti dalla matrice del campione. Tuttavia, nonostante gli sforzi significativi, nella maggior parte dei casi molti di questi componenti della matrice finiscono ancora nei sistemi di determinazione finale. Di conseguenza, tali componenti della matrice spesso compromettono i valori di recupero e precisione, introducono ulteriore rumore e aumentano il costo complessivo e la manodopera coinvolti nel metodo.

Nella gascromatografia (GC), la ME si verifica a causa della presenza di siti attivi all'interno del sistema GC, che interagiscono con gli analiti target attraverso vari meccanismi. Da un lato, i costituenti della matrice bloccano o mascherano questi siti attivi che altrimenti interagirebbero con gli analiti target, con conseguente frequente aumento del segnale². D'altra parte, i siti attivi che rimangono non ostruiti possono causare il picco di coda o la decomposizione dell'analita a causa di forti interazioni, portando a una ME negativa. Tuttavia, questo può offrire potenziali benefici in alcuni casi². È fondamentale sottolineare che raggiungere la completa inerzia in un sistema GC è estremamente impegnativo, nonostante l'utilizzo di componenti altamente inerti e una corretta manutenzione. Con l'uso continuo, l'accumulo di componenti della matrice nel sistema GC diventa più pronunciato, causando un aumento della ME. Al giorno d'oggi, è ampiamente riconosciuto che gli analiti contenenti ossigeno, azoto, fosforo, zolfo ed elementi simili, mostrano una ME maggiore in quanto interagiscono facilmente con questi siti attivi. Al contrario, composti altamente stabili come gli idrocarburi o gli organoalogenati non subiscono tali interazioni e non mostrano ME osservabile durante l'analisi ^2,3.

Nel complesso, la ME non può essere completamente eliminata, portando allo sviluppo di diverse strategie per la compensazione o la correzione quando la rimozione completa dei componenti della matrice non è fattibile. Tra queste strategie, l'utilizzo di standard interni deuterati (IS), protettivi dell'analita, calibrazione a matrice, il metodo di aggiunta di standard o la modifica delle tecniche di iniezione sono stati documentati nella letteratura scientifica 1,2,4,5. Anche le linee guida SANTE/11312/2021 hanno raccomandato queste strategie⁶.

Per quanto riguarda l'applicazione della calibrazione a matrice abbinata per compensare gli EM, le sequenze di campioni in situazioni pratiche comprendono diversi tipi di alimenti o vari campioni della stessa merce. In questo caso, si presume che l'impiego di qualsiasi campione della stessa merce compenserà efficacemente la ME in tutti i campioni. Tuttavia, nella letteratura esistente mancano studi sufficienti che indaghino specificamente questo problema⁷.

La determinazione multiresiduo di pesticidi in matrici contenenti una percentuale apprezzabile di grasso e pigmenti costituisce un compito impegnativo. La notevole quantità di materiale coestratto può influire in modo significativo sull'efficienza dell'estrazione e interferire con la successiva determinazione cromatografica, danneggiando potenzialmente la colonna, la sorgente e il rivelatore e determinando ME significativi ^8,9,10. Di conseguenza, l'analisi dei pesticidi a livelli di tracce in tali matrici richiede una riduzione significativa dei componenti della matrice prima dell'analisi, garantendo al contempo elevati valori di recupero⁷. Ottenere elevati valori di recupero è fondamentale per garantire che le analisi dei pesticidi rimangano affidabili, accurate e conformi agli standard normativi. Ciò è fondamentale per garantire la sicurezza alimentare, la protezione dell'ambiente e un processo decisionale informato in agricoltura e nei settori correlati.

L'avocado è un frutto di alto valore commerciale, coltivato nei climi tropicali e mediterranei di tutto il mondo e ampiamente consumato sia nelle sue regioni di origine che nei numerosi mercati di esportazione. Dal punto di vista analitico, l'avocado è una matrice complessa contenente un numero significativo di acidi grassi (cioè oleico, palmitico e linoleico), simili alle noci, un significativo contenuto di pigmenti, come nelle foglie verdi, oltre a zuccheri e acidi organici, simili a quelli che si trovano in altri frutti¹¹. A causa della sua natura grassa, è necessario prestare particolare attenzione quando si utilizza qualsiasi metodo analitico per l'analisi. Sebbene l'analisi dei residui di pesticidi sia stata condotta sugli avocado utilizzando GC-MS in alcuni casi 8,12,13,14,15,16,17,18,19,20, è stata relativamente meno frequente rispetto ad altre matrici. Nella maggior parte dei casi, è stata applicata una versione del metodo Quick-E asy-Ch eap-E ffective-R ugged-S afe (QuEChERS) 8,12,13,14,15,16,17,18. Nessuno di questi studi ha indagato la consistenza degli EM tra le diverse varietà di avocado.

Pertanto, lo scopo di questo lavoro è stato quello di studiare la consistenza dei ME e i valori di recupero per 45 pesticidi rappresentativi in diverse varietà di avocado (ad esempio, Criollo, Hass e Lorena) utilizzando il metodo QuEChERS con formiato di ammonio e GC-MS/MS. Per quanto ne sappiamo, questa è la prima volta che questo tipo di studio è stato condotto su tali campioni di matrice grassa.

1. Preparazione dell'impasto e soluzioni di lavoro

NOTA: Per motivi di sicurezza, si consiglia di indossare guanti in nitrile, camice da laboratorio e occhiali di sicurezza per tutta la durata del protocollo.

1. Preparare soluzioni madre individuali di ciascuno dei 45 standard commerciali di pesticidi (vedere la Tabella dei materiali) a circa 1.000 mg/L in acetonitrile in matracci tarati da 10 mL.
2. Combinare le singole soluzioni madre di cui sopra per preparare una soluzione madre da 400 mg/L in acetonitrile in un matraccio tarato da 25 mL.
   NOTA: Questa soluzione miscelata verrà utilizzata per preparare le soluzioni di lavoro per gli esperimenti di recupero e calibrazione.
3. Preparare soluzioni madre di atrazina-d₅ e trifenil fosfato (TPP) a concentrazioni di 750 mg/L e 1.050 mg/L, rispettivamente, in acetonitrile in matracci tarati da 10 mL. Utilizzare l'atrazina-d₅ come standard interno procedurale (P-IS) e il TPP come standard interno di iniezione (I-IS).
   NOTA: Lo scenario ideale prevede l'utilizzo di uno standard interno marcato isotopicamente per ogni specifico analita target.
4. Preparare soluzioni di recupero madre in acetonitrile contenenti lo 0,05% (v/v) di acido formico (per prevenire la degradazione) in matracci tarati da 10 mL per produrre separatamente 10, 100 e 400 μg/kg equivalenti di campione per i pesticidi e 200 μg/kg per i P-IS. Conservare queste soluzioni in flaconcini di vetro ambrato al buio a -20 °C.
5. Preparare le soluzioni di calibrazione dei pesticidi e dei P-IS insieme in acetonitrile con lo 0,05% (v/v) di acido formico in matracci tarati da 10 mL per ottenere rispettivamente 5, 10, 25, 75, 200, 400 e 600 μg/kg e 200 ng/ng e conservarle in fiale di vetro ambrato al buio a -20 °C.
   NOTA: Le stesse soluzioni possono essere utilizzate durante tutto il lavoro sperimentale, ma è essenziale conservarle nelle condizioni specificate immediatamente dopo ogni utilizzo.
6. Preparare una miscela di protettivi dell'analita contenente 100 g/L di 3-etossi-1,2-propandiolo, 10 g/L di acido L-gulonico γ-lattone, 10 g/L di D-sorbitolo e 5 g/L di acido shikimico in un rapporto 4/1 (v/v) di acetonitrile/acqua con lo 0,5% (v/v) di acido formico.
   NOTA: Questa miscela di protettivi dell'analita deve essere aggiunta appena prima dell'iniezione per mitigare la ME.

2. Raccolta dei campioni

1. Raccogli campioni da tre specie di avocado (ad esempio, Criollo, Hass e Lorena) disponibili nei supermercati. Assicurarsi che ogni campione pesi circa 1 kg, che è sufficiente per condurre tutti gli studi successivi e sia in linea con la Direttiva 2002/63/CE²¹.
   NOTA: I campioni organici sono stati selezionati in via preferenziale per ridurre al minimo la probabilità della presenza di residui di pesticidi.
2. Trasporta i campioni di avocado raccolti in laboratorio e omogeneizzali singolarmente senza il tubo utilizzando un tritatutto (vedi Tabella dei materiali). Conservare i campioni omogeneizzati in contenitori di vetro ambrato a 4 °C fino all'analisi.
   NOTA: Gli stessi campioni di avocado verranno utilizzati durante l'intero studio. Pertanto, è fondamentale conservarli nelle condizioni specificate immediatamente dopo ogni utilizzo.

3. Preparazione del campione utilizzando il metodo QuEChERS con formiato di ammonio

NOTA: La Figura 1 illustra una rappresentazione schematica del metodo QuEChERS con formiato di ammonio.

1. Pesare 5 g di ciascun campione di avocado in una provetta da centrifuga da 50 ml (vedere la Tabella dei materiali).
2. Aggiungere 50 μl della soluzione di P-IS per ottenere una concentrazione di 200 μg/kg. Per la valutazione del recupero, aggiungere anche le soluzioni di pesticidi preparate al punto 1.4 per ottenere concentrazioni di 10, 100 e 400 μg/kg (n = 5 ciascuna).
3. Agitare il tubo per 30 s per garantire una completa integrazione della punta nel campione.
4. Aggiungere 10 mL di acetonitrile alla provetta da centrifuga. Agitare il tubo a 70 giri/min per 5 minuti.
5. Aggiungere 2,5 g di formiato di ammonio, agitare nuovamente la provetta a 70 giri/min per 5 minuti e successivamente centrifugarla a 1.800 × g per 5 minuti.
6. A una provetta da centrifuga da 2 mL contenente 150 mg di MgSO₄ anidro, 50 mg di ammina primaria-secondaria (PSA), 50 mg di ottadecilsilano (C₁₈), 10 mg di nerofumo grafitato (GCB) e 60 mg di un sorbente Z-Sep+ a base di ossido di zirconio, aggiungere 1 mL di estratto per la purificazione mediante estrazione in fase solida dispersiva (d-SPE). Agitare la provetta per 30 s e centrifugarla a 1.800 × g per 5 min.
7. Trasferire 200 μl di estratto in una fiala dell'autocampionatore, aggiungere 20 μl della soluzione protettiva dell'analita preparata al punto 1.6 e includere 50 μl della soluzione TPP.
8. Eseguire l'analisi strumentale utilizzando un sistema GC-MS/MS (vedere la sezione 4).
9. Eseguire la calibrazione con matrice corrispondente seguendo la stessa procedura descritta sopra, utilizzando estratti in bianco, ad eccezione del fatto che, durante la fase d-SPE (fase 3.6), pulire 5 mL di surnatante in provette da 15 mL. Aggiungere le soluzioni spike e P-IS al passaggio 3.7. Aggiungere le soluzioni standard di calibrazione alle fiale dell'autocampionatore per ottenere 5, 10, 25, 50, 100, 200, 400 e 600 μg/kg, insieme al TPP, ottenendo un volume finale di 270 μl.
   NOTA: Nel complesso, assicurati di costruire curve di calibrazione corrispondenti alla matrice per ciascuna varietà di avocado più le calibrazioni solo acetonitrile.

4. Analisi strumentale mediante GC-MS/MS

1. Condurre le analisi utilizzando un sistema GC-MS/MS a triplo quadrupolo (TQ) dotato di un'interfaccia a ionizzazione elettronica (-70 eV) e di un autocampionatore (vedi Tabella dei materiali).
2. Utilizzare una colonna MS GC (legame di silice di 30 m di lunghezza, diametro interno di 0,25 mm, spessore del film di 0,25 μm) insieme ad elio ad altissima purezza come gas di trasporto a una portata costante di 1,2 mL/min.
3. Verificare i seguenti parametri prima di procedere con il funzionamento dell'apparecchiatura:
   1. Assicurarsi che le pressioni del gas siano corrette: elio a 140 psi e argon a 65 psi.
   2. Controllare le condizioni dell'olio della pompa rotativa per assicurarsi che sia limpido e al livello appropriato.
   3. Assicurarsi che la siringa per iniezione non presenti ostruzioni dovute a iniezioni precedenti.
   4. Verificare che le fiale di lavaggio contengano un volume sufficiente di ciascun solvente.
   5. Verificare che il contatore dei materiali di consumo (setto, rivestimento) non abbia raggiunto il limite.
4. Accendere l'interruttore GC principale situato sul pannello frontale e accendere l'interruttore MS situato sul retro.
5. Apri il software GCMS Real Time Analysis che controlla tutti i parametri del sistema GC-MS/MS.
   NOTA: Il sistema di strumenti include il software di analisi in tempo reale GCMS per impostazione predefinita.
6. Fare clic su Controllo del vuoto | Avanzato | Pompa rotativa 1 per avviare il sistema del vuoto.
   NOTA: In questa finestra, monitorare la pressione per determinare i valori di vuoto ottimali, che dovrebbero essere inferiori a 9.0 Pa. Ci vorranno circa 12 ore.
7. Fare clic su Avvia per attivare la pompa turbomolecolare 1 e la pompa turbomolecolare 2.
8. Fare clic su Avvia per l'opzione Riscaldatore sorgente ionica .
   NOTA: Dopo un tempo consigliato di 1 ora, controllare il vuoto del sistema per confermare che il valore consigliato sia inferiore a 1.6e-3 Pa.
9. Impostare la temperatura dell'interfaccia MS a 250 °C e la temperatura della sorgente ionica a 300 °C.
10. Mantenere il forno GC a una temperatura iniziale di 50 °C per 1 minuto, quindi aumentare la velocità fino a 180 °C a una velocità di 25 °C/min. Successivamente, aumentare la temperatura a 230 °C a 5 °C/min e poi a 290 °C a 25 °C/min. Infine, mantenere la temperatura costante a 290 °C per 6 min. Il tempo totale di analisi è di 24,6 minuti.
11. Fare clic su Chiudi una volta attivati tutti questi sistemi.
12. Fare clic sull'opzione Tuning dal software di analisi e fare clic su Peak Monitor View per eseguire una verifica iniziale delle condizioni dello spettrometro di massa.
    NOTA: Se necessario, eseguire l'autotuning.
13. Fare clic su Acquisizione e, dalla finestra visualizzata, fare clic su Scarica parametri iniziali. Verificare che l'apparecchiatura sia pronta GC e MS.

5. Acquisizione dati

1. Fare clic su Nuovo file batch dal software e creare una sequenza contenente informazioni come il nome del campione, l'ID del campione, il file del metodo, il file di dati, il volume di iniezione e il file di ottimizzazione. Aggiungi le righe necessarie e fai clic su Salva.
2. Fare clic su Batch Start e avviare il processo di iniezione.
3. Eseguire l'iniezione a 250 °C in modalità splitless, mantenendo un volume di iniezione di 1 μL. Dopo 1 minuto dall'iniezione, aprire la fessura.
   NOTA: Tra un'iniezione e l'altra, assicurarsi di pulire la siringa da 10 μl con metanolo, acetato di etile e acetonitrile, utilizzando un singolo risciacquo con ciascun solvente. Tutte le iniezioni vengono eseguite in triplice copia.
4. Analizzare gli analiti utilizzando la modalità di monitoraggio a reazione multipla (MRM), che è la modalità standard impiegata nei sistemi MS/MS con TQ.
   NOTA: La Tabella 1 fornisce i tempi di ritenzione (in min) e le transizioni di quantificatore e qualificatore per i pesticidi multiclasse, P-IS e I-IS. L'analisi quantitativa si basa sul rapporto tra l'area del picco dello ione di quantificazione e lo ione P-IS. L'I-IS viene utilizzato per il controllo di qualità durante l'iniezione. Il file supplementare 1 contiene i cromatogrammi per tutti i 45 pesticidi analizzati.
5. Aprire il software Postrun Analysis per l'analisi dei dati.
   NOTA: Per impostazione predefinita, il sistema dello strumento include il software GCMS Postrun Analysis.
6. Cliccare sull'iniezione da analizzare, navigare nella tabella contenente gli analiti e selezionare il picco di interesse.
7. Fare clic sul picco o sulla regione di interesse per visualizzare il cromatogramma. Esaminare le integrazioni di picco e, se necessario, eseguire l'integrazione manuale. Verificare le aree di tutti gli analiti per eseguire i calcoli necessari e la valutazione del metodo.

La convalida completa del metodo analitico è stata condotta secondo le linee guida SANTE/11312/20216, che comprendono valutazioni di linearità, ME, recupero e ripetibilità.

Per la valutazione della linearità, sono state costruite curve di calibrazione abbinate a matrice utilizzando campioni bianchi con punte a diversi livelli di concentrazione (da 5 a 600 μg/kg). I coefficienti di determinazione (R2) per la maggior parte dei pesticidi selezionati sono risultati superiori o uguali a 0,99, indicando una relazione altamente lineare tra concentrazione e risposta. È stato scelto il livello di taratura più basso (LCL) di 5 μg/kg, rispettando il limite massimo di residui (LMR) stabilito di 10 μg/kg ai fini del monitoraggio degli alimenti22.

Per valutare la ME, le pendenze delle curve di calibrazione dei pesticidi multiclasse sono state confrontate tra il solvente puro e le condizioni di calibrazione abbinate alla matrice. A titolo di esempio illustrativo, la Figura 2 mostra il confronto tra le curve nel solvente e ciascuna delle tre matrici per il carbofurano. La ME è stata calcolata utilizzando l'equazione (1)7, ottenendo percentuali che indicano l'aumento del segnale (percentuali positive) o la soppressione del segnale (percentuali negative).

Effetto matrice (%) = (1)

Il sistema di classificazione ME presentato, basato su intervalli percentuali, fornisce informazioni sull'impatto della matrice sui segnali dei pesticidi, aiutando nell'interpretazione dei risultati analitici. In tutti i casi per il carbofurano è stata ottenuta una ME positiva superiore al 20%. Tuttavia, i risultati della generazione di curve di calibrazione a matrice hanno rivelato una ME relativamente costante inferiore al 20% (classificata come ME morbida) per la maggior parte delle combinazioni di pesticidi/varietà (vedi Tabella 2 e Figura 3).

Per valutare l'accuratezza e la ripetibilità dell'analisi, i campioni bianchi sono stati addizionati con pesticidi a tre diversi livelli di concentrazione (10, 100 e 400 μg/kg; n = 5 per ogni concentrazione). I risultati nella Figura 4 dimostrano il conteggio dei pesticidi le cui percentuali medie di recupero erano comprese tra il 70 e il 120% per ciascun tipo di avocado. Inoltre, la Tabella 3 presenta dati dettagliati per tutti i valori specifici ottenuti. Una percentuale significativa dei pesticidi testati ha mostrato percentuali di recupero che rientrano nell'intervallo specifico, con valori di deviazione standard relativa (RSD) inferiori al 20%.

Figura 1: Rappresentazione schematica del metodo QuEChERS con formiato di ammonio impiegato per l'estrazione di residui di pesticidi da campioni di avocado. Abbreviazioni: QuEChERS = Quick-E asy-Ch eap-E ffective-R ugged-S afe; IS = standard interno; PSA = ammina primaria-secondaria; GCB = nerofumo grafitato; QC = controllo qualità; GC-MS/MS = gascromatografia-spettrometria di massa tandem. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Confronto delle curve di calibrazione nel solvente e nelle matrici per il carbofurano. Solvente: y = 0,0028x - 0,0054 e R2 = 0,9974; Criollo: y = 0,0050x + 0,0050, R2 = 0,9994 e ME = 80%; Hass: y = 0,0037x - 0,0109, R2 = 0,9977 e ME = 30%; Lorena: y = 0,0041x + 0,0053, R2 = 0,9998 e ME = 42%. Abbreviazioni: ME = effetto matrice; P-IS = standard procedurale interno. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Numero di pesticidi selezionati classificati in base ai rispettivi intervalli di ME per le varietà di avocado. La classificazione della ME si basa su tre categorie: morbida (valori compresi tra -20% e 20%), media (valori compresi tra -20% e -50% o tra 20% e 50%) e forte (valori superiori al 50% o inferiori a -50%). Abbreviazione: ME = effetto matrice. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Il numero di pesticidi che rientrano nell'intervallo di recupero accettabile è stato di 10, 100 e 400 μg/kg (n = 15) nelle tre varietà di avocado. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

Tabella 1: Tempi di ritenzione, transizioni di quantificatori e qualificatori utilizzati nelle analisi GC-MS/MS dei pesticidi selezionati, insieme a P-IS e I-IS. Abbreviazioni: P-IS = standard procedurale interno; I-IS = standard interno di iniezione; GC-MS/MS = gascromatografia-spettrometria di massa tandem; HCB = esaclorobenzene; α-HCH = alfa-esaclorocicloesano; β-HCH = beta-esaclorocicloesano; 4,4'-DDD = 4,4'-diclorodifenildicloroetano; 4,4'-DDE = 4,4'-diclorodifenildicloroetilene; 4,4'-DDT = 4,4'-diclorodifeniltricloroetano; TPP = trifenil fosfato; EPN = etilnitrofenil fenilfosfonotioato. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 2: Valori dell'effetto matrice (%) per i pesticidi selezionati in diverse varietà di avocado durante la convalida del metodo analitico finale. Abbreviazioni: HCB = esaclorobenzene; α-HCH = alfa-esaclorocicloesano; β-HCH = beta-esaclorocicloesano; 4,4'-DDD = 4,4'-diclorodifenildicloroetano; 4,4'-DDE = 4,4'-diclorodifenildicloroetilene; 4,4'-DDT = 4,4'-diclorodifeniltricloroetano; TPP = trifenil fosfato; EPN = etilnitrofenil fenilfosfonotioato. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 3: Valori di recupero e le corrispondenti RSD tra parentesi (n = 5 per ogni livello di picco), entrambi in %, per i pesticidi selezionati in diverse varietà di avocado durante la convalida del metodo analitico finale. Abbreviazioni: RSDs = deviazioni standard relative; HCB = esaclorobenzene; α-HCH = alfa-esaclorocicloesano; β-HCH = beta-esaclorocicloesano; 4,4'-DDD = 4,4'-diclorodifenildicloroetano; 4,4'-DDE = 4,4'-diclorodifenildicloroetilene; 4,4'-DDT = 4,4'-diclorodifeniltricloroetano; TPP = trifenil fosfato; EPN = etilnitrofenil fenilfosfonotioato. Clicca qui per scaricare questa tabella.

File supplementare 1: Spettri di spettrometria di massa di tutti i pesticidi. Abbreviazioni: HCB = esaclorobenzene; α-HCH = alfa-esaclorocicloesano; β-HCH = beta-esaclorocicloesano; 4,4'-DDD = 4,4'-diclorodifenildicloroetano; 4,4'-DDE = 4,4'-diclorodifenildicloroetilene; 4,4'-DDT = 4,4'-diclorodifeniltricloroetano; EPN = etilnitrofenil fenilfosfonotioato. Clicca qui per scaricare questo file.

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.