Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Gemodificeerde QuEChERS voor de analyse van organofosforpesticiden in landbouwgronden middels gaschromatografie-tandemmassaspectrometrie

104 weergaven

⸱

DOI:

10.3791/72745

⸱

18 september 2026

 ,  ,  ,  , 
1Departamento de Ciencias Básicas, Facultad de Ingeniería, Universidad EAN

In dit artikel

Samenvatting

Dit protocol beschrijft een gemodificeerde Quick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe (QuEChERS)-methode met een op magnesiumsilicaat-adsorbent gebaseerde dispersieve vaste-fase-extractiereiniging voor de multiresidu-bepaling van organofosfor-pesticiden in landbouwgronden via gaschromatografie-tandemmassaspectrometrie, waardoor de co-extractieve verwijdering wordt verbeterd, matrixgerelateerde analytische interferenties worden geminimaliseerd en een betrouwbare kwantificering op spuurniveau wordt ondersteund.

Samenvatting

Nauwkeurige bepaling van residuen van organofosforpesticiden (OPP) in landbouwgronden via gaschromatografie-tandemmassaspectrometrie (GC-MS/MS) wordt vaak belemmerd door matrix-geïnduceerde signaaleffecten veroorzaakt door mee-geëxtraheerde organische stof, humussubstantiën en mineraal-geassocieerde interferenten. Conventionele Quick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe (QuEChERS) opreinigingsstrategieën verwijderen matrixcomponenten uit complexe bodemextracten mogelijk onvoldoende, wat de analytische prestaties in gevaar brengt. Deze studie presenteert een gemodificeerd QuEChERS-protocol waarbij het adsorptiemiddel is geïntegreerd in een mixed-sorbent dispersieve vaste-fase-extractie (dSPE) opreiniging voor de simultane bepaling van 12 OPP's in landbouwgronden via GC-MS/MS. Zeven dSPE-sorbentcombinaties werden geëvalueerd in zes landbouwgronden met variërende bodemeigenschappen. De verwijdering van co-extracten werd gravimetrisch gekwantificeerd, waarbij de combinatie van primair-secundair amine, octadecylsilaan en een magnesiumsilicaat-adsorbent (elk 50 mg, met 150 mg watervrij magnesiumsulfaat) de hoogste gemiddelde verwijdering van co-extracten behaalde (88%). Analytbeschermers bestaande uit ethylglycerol, L-gulonzuur γ-lacton, D-sorbitol en shikiminezuur werden aan de uiteindelijke extracten toegevoegd om matrixeffecten te minimaliseren, terwijl matrix-matched kalibratie compenseerde voor bodemspecifieke signaalvariaties. Chlorpyrifos-methyl-d10 en trifenylfosfaat werden respectievelijk gebruikt als procedurele en injectie-interne standaarden. Matrix-matched kalibratielijnen (5–600 µg/kg) vertoonden een uitstekende lineariteit, met determinatiecoëfficiënten ≥0,9933 voor de meeste analyt-bodemcombinaties. De detectielimiet (5 µg/kg) werd gebruikt voor de lineariteitsbeoordeling, terwijl de methodelimit van kwantificering werd vastgesteld op 50 µg/kg als het laagste gevalideerde niveau. Nauwkeurigheid en precisie, beoordeeld op drie recovery-niveaus (50, 200 en 400 µg/kg, n = 5 per niveau), vertoonden recoveries tussen 70% en 120% met relatieve standaarddeviaties ≤20% voor de meeste analyt-bodemcombinaties, waarmee voldaan werd aan de prestatiecriteria van SANTE/2020/12830 (Rev.2). Lagere recoveries werden alleen waargenomen voor fenamifos, pirimifos-ethyl en ethion in geselecteerde bodemmatrices. De resultaten tonen aan dat het magnesiumsilicaat-adsorbent de dSPE-opreiniging verbetert door co-extracten te verminderen en dat de combinatie ervan met analytbeschermers en matrix-matched kalibratie een betrouwbare multiresidu-bepaling van OPP's in complexe bodemmatrices via GC-MS/MS mogelijk maakt.

Inleiding

Organofosforpesticiden (OPP's) behoren wereldwijd nog steeds tot de meest gebruikte klassen agrochemicaliën vanwege de breedspectrum-effectiviteit en veelzijdigheid van deze pesticideklasse bij gewasbescherming1. Hoewel veel OPP's sneller degraderen in het milieu dan organochloor-pesticiden, leidt de wijdverspreide en herhaalde toepassing van deze verbindingen tot een voortdurende aanwezigheid in landbouwgronden2. Bodems fungeren als het primaire milieucompartiment dat pesticide-inputs ontvangt en kunnen dienen als een tijdelijk reservoir waardoor residuen kunnen worden overgedragen naar gewassen, oppervlaktewaters, grondwater en omringende ecosystemen3. De aanwezigheid van OPP-residuen is zorgwekkend omdat deze verbindingen geassocieerd worden met neurotoxische effecten bij mensen door remming van de acetylcholinesterase-activiteit, evenals nadelige effecten op niet-doelorganismen, bodemmicrobiële gemeenschappen en ecosysteemfuncties2. Het voorkomen van OPP-residuen in landbouwgronden kan daarom bijdragen aan biodiversiteitsverlies, ecologische onbalans en milieublootstelling via voedselketens en watergebonden routes3. Betrouwbare bepaling van OPP-residuen is daarom essentieel voor het genereren van hoogwaardige gegevens over het voorkomen, ter ondersteuning van beoordelingen van milieublootstelling en ter verbetering van het begrip van het milieuverloop van OPP's onder verschillende landbouwhomstandigheden. Bovendien leveren analytische methoden die zijn ontwikkeld en geoptimaliseerd met een enkel bodemtype niet noodzakelijkerwijs equivalente prestaties wanneer ze worden toegepast op bodems met contrasterende fysisch-chemische kenmerken4,5, wat het belang benadrukt van het evalueren van de toepasbaarheid van methoden in diverse landbouwomgevingen. Echter blijft kwantificering op spoorniveau uitdagend omdat landbouwgronden aanzienlijke fysisch-chemische variabiliteit vertonen, wat de extractie-efficiëntie, matrixeffecten (ME's) en de algemene analytische prestaties beïnvloedt6.

Gaschromatografie-tandemmassaspectrometrie (GC-MS/MS) wordt algemeen erkend als een referentie analytische techniek voor de multiresidu-bepaling van OPP's op spoorniveau in complexe matrices7,8. Niettemin hangt een nauwkeurige kwantificering niet alleen af van de instrumentele prestaties, maar ook van de effectiviteit van de monstervoorbereiding. Bodemextracten bevatten gewoonlijk samen-geëxtraheerde matrixcomponenten die samen met de doelanalieten het chromatografische systeem bereiken en de respons van de analyt kunnen beïnvloeden door signaalonderdrukking of -versterking4,5,6. De mate van deze effecten varieert aanzienlijk tussen bodems en wordt beïnvloed door factoren zoals het gehalte aan organische stof, de kleifractie, de minerale samenstelling en de pH. Bijgevolg blijven ME's een van de belangrijkste bronnen van analytische onzekerheid bij GC-MS/MS-gebaseerde pesticidenbepaling, wat de noodzaak benadrukt van cleanup-strategieën die in staat zijn de co-extractiebelasting te verminderen terwijl de terugwinning van analieten behouden blijft5,9,10. Bovendien vereist het genereren van betrouwbare residugegevens naleving van internationaal aanvaarde analytische prestatiecriteria om de nauwkeurigheid van de methode, de vergelijkbaarheid tussen studies en de geschiktheid voor toepassingen in milieumonitoring te waarborgen11.

De Quick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe (QuEChERS) methode is de meest gebruikte aanpak voor monsterbereiding bij multiresiduanalyse van pesticiden geworden vanwege de eenvoud, het lage oplosmiddelverbruik en de brede toepasbaarheid op diverse agrarische matrices4,12,13. Het modulaire en flexibele ontwerp heeft uitgebreide aanpassing mogelijk gemaakt voor diverse monstertypen en analytische toepassingen, wat heeft bijgedragen aan de brede adoptie in de hedendaagse multiresiduanalyse en de frequente associatie met duurzame analytische chemie vanwege het verminderde oplosmiddelverbruik en de vereenvoudigde monsterbereiding. Deze aanpasbaarheid maakt het ook mogelijk om de methode af te stemmen door extractie- en zuiveringscondities te selecteren op basis van specifieke matrixkenmerken. Bij bodemanalyse is de effectiviteit van de dispersieve vaste-fase-extractie (dSPE) zuiveringsstap cruciaal, omdat onvoldoende verwijdering van meegeëxtraheerde matrixcomponenten de analytische prestaties van de daaropvolgende GC-MS/MS bepaling nadelig kan beïnvloeden4,14. Conventionele sorbentcombinaties op basis van primair-secundair amine (PSA) en octadecylsilaan (C18) zorgen vaak voor een beperkte verwijdering van polaire humeuze bestanddelen, die tot de belangrijkste veroorzakers behoren van matrix-geïnduceerde signaaleffecten in extracten van landbouwgrond14. Florisil, een magnesiumsilicaat-adsorbent met affiniteit voor verbindingen over een breed polariteitsbereik, heeft veelbelovende zuiveringsprestaties aangetoond in voedsel- en plantmatrices15,16. Echter, de bijdrage ervan aan dSPE-zuiveringsstrategieën met gemengde sorbenten voor landbouwgronden is nog onvoldoende gekarakteriseerd, in het bijzonder voor bodems met diverse fysisch-chemische eigenschappen17,18,19,20,21.

Deze studie presenteert een aangepast QuEChERS-protocol waarin zeven dSPE-sorbentcombinaties werden geëvalueerd in zes landbouwgronden met variërende pH, organische stofgehalte en textuur. De studie was gebaseerd op de hypothese dat de incorporatie van het magnesiumsilicaat-adsorbent in een dSPE-opzuiving met gemengde sorbenten de verwijdering van mee-geëxtraheerde matrixcomponenten uit extracten van landbouwgrond zou verbeteren. De selectie van de sorbent was gebaseerd op een gravimetrische beoordeling van de verwijdering van co-extractieven, en de combinatie die de hoogste gemiddelde opzuiveringsefficiëntie bood, werd vervolgens onderworpen aan een volledige analytische validatie. De geoptimaliseerde procedure werd gevalideerd voor de simultane bepaling van 12 OPP's met behulp van interne standaardisatie, matrix-matched kalibratie en GC-MS/MS. Daarnaast werden analytbeschermers (ethylglycerol, L-gulonzuur γ-lacton, D-sorbitol en shikimzuur) in het uiteindelijke protocol opgenomen als een complementaire strategie om residuele matrix-geïnduceerde signaaleffecten te minimaliseren. Door systematische optimalisatie van de opzuiving te integreren met een uitgebreide analytische validatie over bodems met contrasterende fysisch-chemische eigenschappen, biedt dit protocol een robuuste en reproduceerbare workflow die de bepaling van pesticidenresiduen in heterogene landbouwgronden kan vergemakkelijken.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

De brondata ten grondslag aan de experimentele optimalisatie van de dSPE-opreinigingsprocedure, de dataset van het matrixeffect en de fysisch-chemische karakterisering van de zes landbougronden zijn gedeponeerd in Zenodo en zijn openbaar beschikbaar via DOI: 10.5281/zenodo.21644870. De details van de gebruikte reagentia en apparatuur zijn opgenomen in de Tabel met Materialen.

1. Bodemmonstering en preparatie

OPMERKING: Om de persoonlijke veiligheid te waarborgen, wordt aanbevolen om gedurende dit protocol een laboratoriumjas, een veiligheidsbril en nitrielhandschoenen te dragen.

  1. Verzamel op elke geselecteerde landbouwlocatie een samengestelde bodemmonster uit de bovenste laag (0–10 cm) door 8 individuele submonsters te combineren die zijn verzameld via een systematisch bemonsteringsontwerp volgens een vierkant raster22.
    OPMERKING: Het ontwerp met een vierkant raster van 8 punten is in overeenstemming met de aanbevelingen van de New South Wales Environment Protection Authority (NSW EPA) voor locaties van ongeveer 1000 m2 (0,1 ha)22.
  2. Combineer en meng deze submonsters grondig in het veld om één representatief bulkmonster (≥500 g) per locatie te verkrijgen, waardoor een gehomogeniseerde matrixbasis wordt vastgesteld voor de evaluatie van de methodeprestaties.
    OPMERKING: Samengestelde bemonstering wordt hier uitsluitend gebruikt om matrixachtergrondeffecten te standaardiseren voor methodeoptimalisatie en -validatie. Onder regelgevende kaders voor assessments van onbekende of in werkelijkheid verontreinigde gronden is samengestelde bemonstering strikt beperkt door de NSW EPA vanwege risico's op chemische verdunning22. Voor werkelijke locatiekarakterisering of hotspotdetectie moeten monsters van de rasterknooppunten discreet blijven en individueel worden geanalyseerd om fout-negatieven te voorkomen en gegevens over ruimtelijke variantie te behouden.
  3. Transporteer bodemmonsters naar het laboratorium in luchtdichte amberkleurige glazen containers onder donkere omstandigheden.
    OPMERKING: Glazen containers hebben de voorkeur boven polyethyleenzakken om adsorptieverliezen van hydrofobe of semi-vluchtige OPP's aan plastic oppervlakken te minimaliseren en het risico op uitloging van verontreinigingen of polymeer-analyte-interacties te verminderen. Donkere omstandigheden minimaliseren fotodegradatie van lichtgevoelige verbindingen tijdens het transport.
  4. Luchtdrogen de monsters bij omgevingstemperatuur in afwezigheid van direct licht tot een constant gewicht is bereikt.
    OPMERKING: Luchtdrogen wordt toegepast om het vochtgehalte van de bodem te standaardiseren en ervoor te zorgen dat resultaten op basis van drooggewicht worden gerapporteerd, wat de vergelijkbaarheid tussen monsters met verschillende natuurlijke watergehaltes verbetert. Gedwongen ovendrogen wordt vermeden om potentieel verlies van thermisch labiele of semi-vluchtige OPP's en wijzigingen in de structuur van het organische stofgehalte in de bodem en sorptie-eigenschappen te voorkomen.
  5. Breek bodemaggregaten handmatig en zeef door een roestvrijstalen zeef van 2 mm. Bewaar de gehomogeniseerde bodems in luchtdichte amberkleurige glazen containers onder donkere en gekoelde omstandigheden bij 4 °C tot aan de extractie.
    OPMERKING: De fysisch-chemische kenmerken van de zes bodems die in deze studie zijn gebruikt, waren beschikbaar uit eerdere routinematige bodemanalyses. Deze gegevens werden uitsluitend gebruikt om landbouwbodems te selecteren die een breed scala aan pH (bodem:H2O, 1:2)23, organische stofgehalte (Walkey Black-methode)24 en textuur (Bouyoucos-methode)25 dekken voor methodeevaluatie.

2. Bereiding van reagentia, standaarden en interne standaardoplossingen

OPMERKING: Tenzij anders gespecificeerd, worden individuele pesticide-stamoplossingen, gemengde werkbouwwaard-oplossingen, procedurele interne standaard (P-IS) en injectie-interne standaard (I-IS) oplossingen, hersteloplossingen en kalibratiestandaardoplossingen bereid in maatkols van 10 mL, overgebracht naar bruine glazen vials en bewaard bij −20 °C tot gebruik. Matrix-matched kalibratie, analytenbeschermers, de P-IS en de I-IS zijn toegevoegd omdat elk een andere bron van analytische variabiliteit aanpakt, waardoor de robuustheid van de kwantitatieve analyse in complexe bodemmatrices wordt verbeterd.

  1. Bereid individuele stokoplossingen van elk van de 12 commerciële OPP-standaarden voor (zie Tabel met materialen) met een concentratie van 1000 mg/L in tolueen.
  2. Combineer passende volumes van de individuele stamoplossingen om een gemengde werkstandaardoplossing in acetonitril (ACN) te bereiden met een concentratie van 400 mg/L.
    OPMERKING: Deze gemengde werkstandaardoplossing wordt vervolgens gebruikt voor de bereiding van herstel- en kalibratieoplossingen.
  3. Bereid chlorpyrifos-methyl-d10 voor als P-IS in ACN met een concentratie van 750 mg/L. Voeg dit tijdens de extractie (stap 3.2) toe om procedurele variabiliteit te monitoren en te corrigeren.
    OPMERKING: Chlorpyrifos-methyl-d10 werd gekozen als P-IS omdat het, als isotoopgelabeld OPP, een vergelijkbaar fysisch-chemisch gedrag vertoont als dat van de doelanalysten, terwijl het via MS/MS gemakkelijk te onderscheiden blijft.
  4. Bereid trifenylfosfaat voor als een I-IS in ACN met een concentratie van 1050 mg/L. Voeg dit onmiddellijk voorafgaand aan de instrumentele analyse (stap 4.2.4) toe om te corrigeren voor variabiliteit bij de injectie.
  5. Bereid stock-recovery-oplossingen in ACN aangezuurd met 0,05% (v/v) mierenzuur om uiteindelijke bodem-equivalente concentraties te verkrijgen van 50 µg/kg, 200 µg/kgen 400 µg/kg voor de OPP's wanneer 300 µL wordt toegevoegd aan 5 g zwarte grond vóór extractie. Bereid een aparte P-IS-oplossing voor die overeenkomt met een 200 µg/kg monsterequivalent
    OPMERKING: Verzuring met mierenzuur verbetert de stabiliteit van OPP's tijdens de bewaring.
  6. Bereid kalibratieloplossingen voor die de 12 OPP's en chlorpyrifos-methyl-d10 bevatten in ACN met 0,05% (v/v) mierenzuur, overeenkomend met finale bodem-equivalente concentraties van 5, 10, 25, 75, 200, 400, en 600 µg/kg voor de analyten en 200 µg/kg voor de P-IS.
    OPMERKING: Deze oplossingen worden vervolgens gebruikt voor de bereiding van matrix-overeenkomstige kalibratiecurves voor elke bodemmatrix, welke zijn gefit middels ongewogen lineaire regressie. De detectielimiet (LOD) en de kwantificeringslimiet (LOQ) zijn gedefinieerd volgens het richtlijndocument SANTE/2020/12830 (Rev.2). De LOD werd beschouwd als het laagste kalibratieniveau in de matrix, terwijl de LOQ correspondeerde met het laagste gevalideerde concentratieniveau dat een acceptabel herstel en een acceptabele precisie vertoonde.
  7. Bereid een mengsel van analytbeschermers bestaande uit ethylglycerol (100 g/L), L-gulonzuur-γ-lacton (10 g/L), D-sorbitol (10 g/L) en shikiminezuur (5 g/L) in ACN:water (1:1, v/v) aangezuurd met 0,1% mierenzuur. Bewaar bij −20 °CVoeg onmiddellijk vóór de instrumentele analyse (stap 4.2.4) toe ter beperking van matrixeffecten.

3. QuEChERS-extractie

  1. Weeg 5,00 g ± 0,01 g luchtdroge en gezeefde bodem af in een centrifugebuis van 50 mL polypropyleen.
  2. Voeg voor hersteltestexperimenten de P-IS-oplossing (bereid in stap 2.3) en de juiste hersteloplossing (bereid in stap 2.5) toe om eindconcentraties te verkrijgen van 200 µg/kg voor chlorpyrifos-methyl-d10 en 50, 200 of 400 µg/kg voor de doel-OPP's (n = 5 per herstelniveau voor elke bodem).
    OPMERKING: Voor hersteltestexperimenten worden zowel de P-IS- als de pesticidenhersteloplossingen toegevoegd vóór de extractie, zoals beschreven in stap 3.2. Voor routineanalyse van bodemmonsters wordt alleen de P-IS toegevoegd voorafgaand aan de extractie om procedurele variabiliteit tijdens de monstervoorbereiding en analyse te compenseren. Voor de bereiding van matrix-matched kalibratie-extracten worden noch de P-IS noch de pesticidenstandaarden tijdens de extractie toegevoegd; er worden blanco bodemextracten bereid, en kalibratiestandaarden die zowel analyten als P-IS bevatten (bereid in stap 2.6) worden toegevoegd na de cleanup (zie stap 4.2.4).
  3. Vortex 30 s lang en laat de verrijkte monsters 10 min equilibreren bij kamertemperatuur.
    OPMERKING: De equilibratieperiode bevordert de interactie tussen de toegevoegde analyten en de bodemmatrix vóór de extractie, wat de representativiteit van de hersteltestexperimenten verbetert.
  4. Voeg 10 mL gedeïoniseerd water toe en schud handmatig 30 s lang om volledige bevochtiging van de bodemmatrix te garanderen.
    OPMERKING: Rehydratatie verbetert de desorptie van analyten van bodemdeeltjes en vergemakkelijkt een efficiënte partitie tijdens de extractie.
  5. Voeg 10 mL ACN toe dat 1% (v/v) azijnzuur bevat. Sluit de buis onmiddellijk met een dop en schud krachtig gedurende 2 min.
  6. Voeg 6,0 g watervrij magnesiumsulfaat (MgSO4) en 1,5 g natriumacetaat toe, en schud de buis onmiddellijk krachtig gedurende 1 min.
    OPMERKING: Directe agitatie na toevoeging van zouten is essentieel om efficiënte fasepartitie te garanderen en de vorming van zoutaggregaten te voorkomen.
  7. Centrifugeer bij 1800 × g gedurende 5 min.
  8. Overbreng de bovenste ACN-fase naar een schone buis voor de daaropvolgende dSPE-cleanup.

4. Opzuivering via dispersieve vaste-fase-extractie

OPMERKING: Deze sectie bestaat uit twee benaderingen. Ten eerste werden zeven dSPE-sorbentcombinaties geëvalueerd om de reinigingssamenstelling te identificeren die de hoogste gemiddelde verwijdering van co-extractieven leverde over zes landbouwgronden. Vervolgens werd de geselecteerde sorbentcombinatie toegepast als de geoptimaliseerde reinigingsprocedure voor methodevalidatie volgens het leidraad-document SANTE/2020/12830 (Rev.2) van het Directoraat-Generaal Gezondheid en Voedselveiligheid (DG SANTE) van de Europese Commissie11.

  1. Optimalisatie van dSPE-sorbentcombinaties
    OPMERKING: Gravimetrische co-extractieve verwijdering werd gekozen als optimalisatiecriterium omdat dit een analyte-onafhankelijke maat geeft voor de efficiëntie van de zuivering. De geëvalueerde sorbenthoeveelheden komen overeen met de conventionele proporties die veelvuldig worden gebruikt in QuEChERS-gebaseerde dSPE-procedures, wat de adoptie van het voorgestelde protocol in routinematige analyselaboratoria vergemakkelijkt.
    1. Bereid 2 mL microcentrifugebuisjes voor met de volgende sorbentcombinaties: (i) 150 mg watervrij MgSO4 + 50 mg PSA; (ii) 150 mg watervrij MgSO4 + 50 mg C18; (iii) 150 mg watervrij MgSO4 + 50 mg magnesiumsilicaat-adsorbent; (iv) 150 mg watervrij MgSO4 + 50 mg PSA + 50 mg C18; (v) 150 mg watervrij MgSO4 + 50 mg PSA + 50 mg magnesiumsilicaat-adsorbent; (vi) 150 mg watervrij MgSO4 + 50 mg C18 + 50 mg magnesiumsilicaat-adsorbent; (vii) 150 mg watervrij MgSO4 + 50 mg PSA + 50 mg C18 + 50 mg magnesiumsilicaat-adsorbent.
    2. Overbreng aliquoten van 1,0 mL van het extract verkregen in stap 3.8 naar elk dSPE-buisje.
      OPMERKING: Voer alle sorbent-evaluaties in triplo uit voor elke bodem. Aliquoten die voor vergelijking worden gebruikt, moeten afkomstig zijn van hetzelfde extract om ervoor te zorgen dat verschillen in co-extractieve verwijdering uitsluitend toe te schrijven zijn aan de samenstelling van de zuivering.
    3. Vortex 1 min lang en centrifugeer bij 1800 × g gedurende 5 min.
    4. Overbreng 1,0 mL van elk gezuiverd extract naar een vooraf gedroogd en gewogen glazen reageerbuisje. Verdamp het oplosmiddel tot droogte onder een zachte stikstofstroom bij 40 °C.
    5. Laat het reageerbuisje afkoelen tot kamertemperatuur in een desiccator en bepaal de massa van het resterende residu. Bereken de massa van de co-extractieven door het initiële gewicht van het lege reageerbuisje af te trekken van het eindgewicht na verdamping van het oplosmiddel.
    6. Bepaal de hoeveelheid co-extractieven aanwezig in extracten zonder dSPE-zuivering door equivalente aliquoten van onbehandeld extract onder identieke omstandigheden te verdampen.
    7. Bereken de co-extractieve verwijdering volgens Vergelijking 126:
      Statisch evenwichtsformule voor percentage co-extractieve verwijdering; chemisch vergelijkingsdiagram.
    8. Bereken de gemiddelde co-extractieve verwijdering uit triplo-bepalingen voor elke sorbentcombinatie en bodem. Bereken vervolgens de gemiddelde verwijdering over de zes landbouwbodems voor elke sorbentcombinatie.
    9. Evalueer verschillen tussen sorbentcombinaties met behulp van variantieanalyse (ANOVA) volgens een gerandomiseerd volledig blokontwerp (RCBD), waarbij de sorbentcombinatie als behandelingsfactor en de bodemmatrix als blokfactor wordt beschouwd. Beoordeel vóór de ANOVA de residuale normaliteit en homogeniteit van varianties met behulp van respectievelijk de Shapiro-Wilk- en Levene-toetsen. Voer paarsgewijze vergelijkingen uit met de Tukey-HSD-toets bij een significantieniveau van α = 0,05.
    10. Selecteer de samenstelling van de zuivering op basis van de gecombineerde evaluatie van de statistische analyse en de algehele gemiddelde co-extractieve verwijdering.
      OPMERKING: Het verminderen van de co-extractieve belasting minimaliseert de introductie van matrixcomponenten in het chromatografische systeem, waardoor de chromatografische prestaties verbeteren, contaminatie van het GC-MS/MS-systeem wordt verminderd en de instrumentonderhoudseisen dalen.
      OPMERKING: De combinatie met PSA, C18 en de magnesiumsilicaat-adsorbent (elk 50 mg, met 150 mg watervrij MgSO4) behaalde de hoogste gemiddelde co-extractieve verwijdering en werd daarom geselecteerd als de geoptimaliseerde zuiveringsprocedure voor alle daaropvolgende analyses.
  2. Toepassing van de geoptimaliseerde dSPE-zuiveringsprocedure
    1. Overbreng 1,0 mL van het extract verkregen in stap 3.8 naar een 2 mL microcentrifugebuisje met 150 mg watervrij MgSO4, 50 mg PSA, 50 mg C18 en 50 mg magnesiumsilicaat-adsorbent.
    2. Vortex 1 min lang om volledige interactie tussen het extract en de sorbenten te garanderen.
    3. Centrifugeer bij 1800 × g gedurende 5 min.
    4. Overbreng 200 µL van het gezuiverde supernatant naar een autosampler-vial en voeg 20 µL van het analyte-beschermmengsel bereid in stap 2.7 en 50 µL van de trifenylfosfaatoplossing bereid in stap 2.4 toe. Meng grondig vóór de instrumentele analyse.
      OPMERKING: Voor matrix-matched kalibratie worden blanco-extracten van elke bodem bereid volgens de extractie- en zuiveringsprocedures beschreven in stappen 3 en 4.2, zonder toevoeging van pesticiden of de P-IS. Overbreng na zuivering 200 µL van het gezuiverde blanco-extract naar zeven aparte autosampler-vials en voeg de kalibratieoplossingen toe die zijn bereid in stap 2.6 om eindconcentraties te verkrijgen van 5, 10, 25, 75, 200, 400 en 600 µg/kg voor de analyten en 200 µg/kg voor de P-IS. Voeg aan elke vial 20 µL van het analyte-beschermmengsel en 50 µL trifenylfosfaat toe zoals beschreven in stap 4.2.4, wat resulteert in een eindvolume van 270 µL per vial. Stel onafhankelijke matrix-matched kalibratiecurves op voor elke bodemmatrix. Bodem-equivalente concentraties zijn gebaseerd op de alikwot van 200 µL gezuiverd extract, wat het extract vertegenwoordigt dat is verkregen uit de oorspronkelijke bodemmonster van 5 g. De daaropvolgende toevoeging van analyte-beschermers en de I-IS verhoogt het eindvolume in de vial, maar wijzigt de hoeveelheid bodem die door de extract-alikwot wordt vertegenwoordigd niet. Voor kalibratie op basis van oplosmiddel wordt de alikwot van 200 µL gezuiverd bodemextract vervangen door 200 µL ACN; bereid kalibratievials met behulp van dezelfde analyteconcentraties, P-IS-concentratie, I-IS-concentratie en het analyte-beschermmengsel als bij de matrix-matched kalibratie. Deze op oplosmiddel gebaseerde kalibratiecurves worden vervolgens gebruikt voor ME-evaluatie.
    5. Voer de instrumentele analyse uit met een GC-MS/MS-systeem.

5. GC-MS/MS-analyse en gegevensverwerving

OPMERKING: Gedetailleerde beschrijvingen van de GC-MS/MS-configuratie en de procedures voor gegevensverwerving zijn beschikbaar in Varela-Martínez et al.27. De belangrijkste chromatografische en massaspectrometrische parameters zijn hieronder samengevat.

  1. Gebruik een GC-MS/MS-systeem uitgerust met een triple quadrupole massaspectrometer, een elektronenionisatiebron (EI) die werkt bij −70 eV en een autosampler.
  2. Installeer een laag-polaire fused silica capillaire kolom (30 m × 0,25 mm i.d. × 0,25 µm filmdikte) en gebruik helium als dragergas bij een constante stroomsnelheid van 1,2 mL/min.
  3. Controleer vóór de analyse de gereedheid van het instrument, inclusief de toevoer van dragergas, de prestaties van het vacuümsysteem, de staat van de spuit en de niveaus van het wasoplosmiddel van de autosampler. Voer de instrumenttuning uit volgens de aanbevelingen van de fabrikant.
    OPMERKING: Verifieer dat het operationele vacuüm voldoet aan de specificaties die door de instrumentfabrikant worden aanbevolen voordat u een analysereeks start.
  4. Stel het temperatuurprogramma van de GC-oven als volgt in: begintemperatuur van 50 °C gedurende 1 min; verhoging naar 180 °C met 25 °C/min; daarna naar 230 °C met 5 °C/min; en tot slot naar 290 °C met 25 °C/min. Handhaaf de eindtemperatuur gedurende 6 min. De totale looptijd is 24,6 min.
  5. Stel de temperatuur van de injectiepoort in op 250 °C en voer injecties van 1 µL uit in splitless-modus. Open de split-vent 1 min na injectie.
    OPMERKING: Om overdracht (carryover) te minimaliseren, spoelt u de spuit van de autosampler tussen de injecties door opeenvolgend met methanol, ethylacetaat en ACN.
  6. Stel de temperatuur van de MS-transferlijn in op 250 °C en de temperatuur van de ionenbron op 300 °C.
  7. Verwerf gegevens in multiple reaction monitoring (MRM)-modus met behulp van de precursor-product ion-transities die zijn vermeld in Tabel 1.
  8. Kwantificeer analyten met behulp van matrix-matched kalibratiecurves die zijn voorbereid voor elke bodemmatrix. Bereken de analytconcentraties uit de verhouding tussen het piekareaal van de analyt en het piekareaal van chlorpyrifos-methyl-d10.
  9. Gebruik trifenylfosfaat als de I-IS om de consistentie van de injectie gedurende de gehele analysereeks te verifiëren.
  10. Bereken de ME's volgens Vergelijking 228:
    Formule voor matrixeffect, ME(%)=[Slope_matrix/Slope_solvent-1]x100, analytische chemie formule.
    waarbij negatieve waarden duiden op signaalonderdrukking en positieve waarden duiden op signaalversterking.
    OPMERKING: Een schematisch overzicht van de volledige analytische workflow wordt gepresenteerd in Figuur 1.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De zes landbouwgronden die werden geselecteerd voor de evaluatie van de methode waren representatief voor een breed scala aan bodemeigenschappen (zie Tabel 2), waaronder pH-waarden (bodem:H2O, 1:2) variërend van 4,67 tot 7,31, gehaltes aan organische stof van 0,18% tot 6,46% en kleifracties van 22,9% tot 48,5%. Vijf bodems waren afkomstig uit landbouwgebieden in Colombia en één uit Spanje. Deze diversiteit is bewust opgenomen om de robuustheid van de voorgestelde reinigingsprocedure te evaluer...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

De bepaling van pesticidenresiduen in bodems blijft analytisch uitdagend vanwege de hoge variabiliteit in fysisch-chemische bodemeigenschappen en de resulterende verschillen in de samenstelling van co-extractieven4,5,6,14,17,18,19,20,

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

Tijdens de voorbereiding van dit werk hebben de auteurs de gratis versie van Claude (Anthropic) gebruikt om te helpen bij het ontwerp van de grafische lay-out van Figuur 3 en de gratis versie van ChatGPT (GPT-5.5, OpenAI) voor ondersteuning bij grammatica en spelling. Na het gebruik van deze tools hebben de auteurs alle inhoud zorgvuldig beoordeeld en naar behoefte bewerkt. Alle wetenschappelijke inhoud, gegevens, analyses en conclusies zijn gegenereerd, geverifieerd en goedgekeurd door de auteurs, die de volledige verantwoordelijkheid dragen voor de nauwkeurigheid en integriteit van het gepubliceerde artikel.

Dankbetuigingen

De auteurs betuigen hun dank aan de EAN University en het bijbehorende Research and Transfer Management Office voor de ondersteuning van dit onderzoek. De auteurs danken tevens de laboratoria van de EAN University voor het ter beschikking stellen van de analytische faciliteiten en technische middelen die nodig waren voor het uitvoeren van dit werk, inclusief de toegang tot de GC-MS/MS-instrumentatie die gedurende de studie is gebruikt. Dit werk werd ondersteund door Research and Transfer Management, Universidad EAN, Bogotá D.C., Colombia.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
3-ethoxy-1,2-propaandiol (ethylglycerol)Sigma Aldrich260428-1G
AzijnzuurSigma Aldrich695092
AcetonitrilMerck1006652500
AOAC 20i/s autosamplerShimadzu221-723115-58
WeegschaalOHAUSPA224
C18Sigma Aldrich52600-U
Centrifugebuisjes, 2 mLEppendorf4610-1815
Centrifugebuizen, 50 mlNest602002
Centrifuge Z206AMERMLE6019500118
Kolom SH-Rxi-5sil MS, 30 m x 0,25 mm, 0.25 µmShimadzu221-75954-30
Container, met dop, amberglas, 1000 mLSigma AldrichZ674176
ExsiccatorSimax415262302
Dispensette 5-50 mLMERK4600361
D-SorbitolSigma Aldrich240850-5G
EthylacetaatMerk1313181212
Florisil &< 200 mesh, fijn poederSigma Aldrich288705-50G
MierenzuurMerck1002641000
GCMS-TQ8040Shimadzu211552
InjectiespuitShimadzuLC2213461800
L-gulonzuur γ-lactonSigma Aldrich310301-5G
Linner splitlessShimadzu221-4887-02
Magnesiumsulfaat (watervrij)Sigma AldrichM7506-2KG
MethanolPanreac131091.12.12
Milli-Q ultrapuur (type 1) waterMilliporeF4H4783518
Pipetpunten 10- 100 µLBiologix200010
Pipetpuntjes 100 $\mu$l 1000 µLMerk541287
Pipetpunten 20 µl 200 µLMerk732028
PasteurpipettenNORMAX5426023
Pippette Transferpette S variabel 10 - 100 µLMERK704774
Pippette Transferpette S variabel 100 - 1000 µLMERK704780
Pippette Transferpette S variabel 20 - 200 µLSCILOGEX712111099999
Primaire-secundaire amine (PSA)Sigma Aldrich52738-U
Koelkast/vriezerHacebNEV ALC 404
ShikiminezuurSigma AldrichS5375-1G
NatriumacetaatSigma Aldrich241245-1KG
Software GCMSsolutionShimadzu223-18472-92
Roestvrijstalen gaas van 2 mmPinzuarPS33N10
Reageerbuis, glas, 10 mLSigma AldrichBR114508
TolueenMerck1083252500
Trifenylfosfaat (I-IS)Sigma Aldrich241288-50G
Flacons met geïntegreerde insert, 0,3 mLSigma Aldrich29398-U
Flacons, schroefdop, amberglas, 15 mLSigma Aldrich27088-U
Maatkolf, 10 mLSigma AldrichDWK28017-10
VortexenScilogex82120004
Bestrijdingsmiddelen
ChlorpyrifosSigma Aldrich45395-100MG2921-88-2
Chlorpyrifos-methylSigma Aldrich45396-250MG5598-13-0
Chlorpyrifos-methyl-d10 (P-IS)Sigma Aldrich90047-5MG285138-81-0
EthionSigma Aldrich45477-250MG563-12-2
FenamifosSigma Aldrich45483-250MG22224-92-6
FenitrothionSigma Aldrich45487-250MG122-14-5
FenthionSigma Aldrich36552-250MG55-38-9
MalathionSigma Aldrich36143-100MG121-75-5
MethidathionSigma Aldrich36158-100MG950-37-8
Parathion-methylSigma Aldrich36187-100MG298-00-0
Pirimifos-ethylSigma Aldrich45628-250MG23505-41-1
Pirimifos-methylSigma Aldrich32058-250MG29232-93-7
Tolclofos-methylSigma Aldrich31209-250MG5701804-9

Referenties

  1. Saad H, Elfeky SA, El-Gamel NE, Dena ASA. Organophosphate pesticides: a review on classification, synthesis, toxicity, remediation and analysis. RSC Adv. 2025;15(48):40802-40822.
  2. Mali H, et al. Organophosphate pesticides an emerging environmental contaminant: Pollution, toxicity, bioremediation progress, and remaining challenges. J Environ Sci. 2023;127:234-250.
  3. Dhuldhaj UP, Singh R, Singh VK. Pesticide contamination in agro-ecosystems: toxicity, impacts, and bio-based management strategies. Environ Sci Pollut Res. 2023;30:9243-9270.
  4. González-Curbelo MÁ, Varela-Martínez DA, Riaño-Herrera DA. Pesticide-residue analysis in soils by the QuEChERS method: A review. Molecules. 2022;27(13):4323.
  5. Wang J, et al. Multiresidue analysis method for the determination of 477 pesticides in soil based on thorough method validation. J Agric Food Chem. 2025;73(27):17269-17286.
  6. Mohamed AH, et al. Sampling and sample preparation techniques for the analysis of organophosphorus pesticides in soil matrices. Crit Rev Anal Chem. 2023;53(4):906-927.
  7. Bhattu M, Kathuria D, Billing BK, Verma M. Chromatographic techniques for the analysis of organophosphate pesticides with their extraction approach: a review (2015–2020). Anal Methods. 2022;14(4):322-358.
  8. Wondimu KT, Geletu AK, Kedir WM. Recent developments in monitoring of organophosphorus pesticides in food samples. J Agric Food Res. 2025;19:101709.
  9. Bulaić Nevistić M, Kovač Tomas M. Matrix effect evaluation in GC/MS-MS analysis of multiple pesticide residues in selected food matrices. Foods. 2023;12(21):3991.
  10. Damale RD, et al. Multiresidue analysis of pesticides in four different pomegranate cultivars: Investigating matrix effect variability by GC-MS/MS and LC-MS/MS. Food Chem. 2023;407:135179.
  11. European Commission. Guidance document on pesticide analytical methods for risk assessment and post-approval control and monitoring purposes (SANTE/2020/12830, Rev. 2). 2023. Available from: https://food.ec.europa.eu/system/files/2021-03/pesticides_ppp_app-proc_guide_res_mrl-guidelines-2020-12830.pdf
  12. González-Curbelo MÁ, et al. Evolution and applications of the QuEChERS method. Trends Anal Chem. 2015;71:169-185.
  13. Varela-Martinez DA, Gonzalez-Salamo J, Gonzalez-Curbelo MÁ, Hernandez-Borges J. Quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe (QuEChERS) extraction. In: Liquid-phase Extraction. Elsevier; 2020. p. 399-437.
  14. González-Curbelo MÁ. Analysis of organochlorine pesticides in a soil sample by a modified QuEChERS approach using ammonium formate. J Vis Exp. 2023;191:e64901.
  15. Jin Q, et al. Simultaneous determination of six acidic herbicides and metabolites in plant origin matrices by QuEChERS-UPLC-MS/MS. Molecules. 2025;30(4):852.
  16. Zhu L, et al. Establishment and validation of anticoagulant rodenticides in animal samples by HPLC-MS/MS, focusing on evaluating the effect of modified QuEChERS protocol on matrix effect reduction. ACS Omega. 2022;7(21):18146-18158.
  17. do Amaral B, Peralta-Zamora P, Nagata N. Simultaneous multi-residue pesticide analysis in southern Brazilian soil based on chemometric tools and QuEChERS-LC-DAD/FLD method. Environ Sci Pollut Res. 2022;29:39102-39115.
  18. Łozowicka B, et al. The fate of spirotetramat and dissipation metabolites in Apiaceae and Brassicaceae leaf-root and soil system under greenhouse conditions estimated by modified QuEChERS/LC-MS/MS. Sci Total Environ. 2017;603:178-184.
  19. Dong B, Shao X, Lin H, Hu J. Dissipation, residues and risk assessment of metaldehyde and niclosamide ethanolamine in pakchoi after field application. Food Chem. 2017;229:604-609.
  20. Guan J, Li D, Guo Y, Shi S, Yan F. Simultaneous determination of seven pesticide residues in soil samples using ultrasound-assisted dispersive solid-phase extraction combined with UHPLC-MS/MS. Sep Sci Plus. 2018;1(4):296-305.
  21. Kaczyński P, Łozowicka B, Jankowska M, Hrynko I. Rapid determination of acid herbicides in soil by liquid chromatography with tandem mass spectrometric detection based on dispersive solid phase extraction. Talanta. 2016;152:127-136.
  22. NSW Environment Protection Authority. Sampling design part 1 - application: Contaminated land guidelines (EPA 2022P3915). 2022. Available from: https://hdp-au-prod-app-nswepa-yoursay-files.s3.ap-southeast-2.amazonaws.com/9116/6027/3560/22p3915-sampling-design-guidelines-part1.pdf
  23. Eckert D, Sims JT. Recommended soil pH and lime requirement tests. In: Recommended Soil Test Procedures for the Northeastern United States. Cooperative Bulletin No. 493; 2009. p. 19-26.
  24. Schulte EE, Hoskins B. Recommended soil organic matter tests. In: Recommended Soil Test Procedures for the Northeastern United States. 2011. p. 52-60.
  25. Ashworth J, Keyes D, Kirk R, Lessard R. Standard procedure in the hydrometer method for particle size analysis. Commun Soil Sci Plant Anal. 2001;32(5-6):633-642.
  26. González-Curbelo MÁ, Hernández-Borges J, Borges-Miquel TM, Rodríguez-Delgado MÁ. Determination of pesticides and their metabolites in processed cereal samples. Food Addit Contam A. 2012;29(1):104-116.
  27. Varela-Martínez DA, González-Curbelo MÁ, González-Sálamo J, Hernández-Borges J. Determination of 45 pesticides in avocado varieties by the QuEChERS method and gas chromatography-tandem mass spectrometry. J Vis Exp. 2023;202:e66082.
  28. Varela-Martínez DA, González-Curbelo MÁ, González-Sálamo J, Hernández-Borges J. High-throughput analysis of pesticides in minor tropical fruits from Colombia. Food Chem. 2019;280:221-230.
  29. Varela-Martínez DA, González-Curbelo MÁ, González-Sálamo J, Hernández-Borges J. Analysis of pesticides in cherimoya and gulupa minor tropical fruits using AOAC 2007.1 and ammonium formate QuEChERS versions: A comparative study. Microchem J. 2020;157:104950.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

OrganofosforpesticidenQuEChERS-extractiedispersieve vaste-fase-extractiematrixeffectenverwijdering van co-extractstoffenanalytbeschermersmatrix-matched kalibratie
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.