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.
Methodenartikel
Gemodificeerde QuEChERS voor de analyse van organofosforpesticiden in landbouwgronden middels gaschromatografie-tandemmassaspectrometrie
In dit artikel
Samenvatting
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.
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.
- 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. - 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. - 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. - 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. - 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.
- 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.
- 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. - 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. - 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.
- 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. - 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. - 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
- Weeg 5,00 g ± 0,01 g luchtdroge en gezeefde bodem af in een centrifugebuis van 50 mL polypropyleen.
- 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). - 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. - 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. - Voeg 10 mL ACN toe dat 1% (v/v) azijnzuur bevat. Sluit de buis onmiddellijk met een dop en schud krachtig gedurende 2 min.
- 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. - Centrifugeer bij 1800 × g gedurende 5 min.
- 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.
- 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.- 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.
- 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. - Vortex 1 min lang en centrifugeer bij 1800 × g gedurende 5 min.
- 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.
- 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.
- Bepaal de hoeveelheid co-extractieven aanwezig in extracten zonder dSPE-zuivering door equivalente aliquoten van onbehandeld extract onder identieke omstandigheden te verdampen.
- Bereken de co-extractieve verwijdering volgens Vergelijking 126:
- 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.
- 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.
- 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.
- Toepassing van de geoptimaliseerde dSPE-zuiveringsprocedure
- 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.
- Vortex 1 min lang om volledige interactie tussen het extract en de sorbenten te garanderen.
- Centrifugeer bij 1800 × g gedurende 5 min.
- 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. - 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.
- Gebruik een GC-MS/MS-systeem uitgerust met een triple quadrupole massaspectrometer, een elektronenionisatiebron (EI) die werkt bij −70 eV en een autosampler.
- 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.
- 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. - 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.
- 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. - Stel de temperatuur van de MS-transferlijn in op 250 °C en de temperatuur van de ionenbron op 300 °C.
- Verwerf gegevens in multiple reaction monitoring (MRM)-modus met behulp van de precursor-product ion-transities die zijn vermeld in Tabel 1.
- 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.
- Gebruik trifenylfosfaat als de I-IS om de consistentie van de injectie gedurende de gehele analysereeks te verifiëren.
- Bereken de ME's volgens Vergelijking 228:
![Formule voor matrixeffect, ME(%)=[Slope_matrix/Slope_solvent-1]x100, analytische chemie formule.](/files/ftp_upload/72745/72745eq2.jpg "figure-protocol-2")
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.
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 evalueren in contrasterende bodemmatrices, aangezien bodemeigenschappen zoals pH, organische stofgehalte en textuur bekend staan om hun invloed op co-extractie, matrixeffecten (ME's) en het herstel van analyten tijdens de analyse van pesticidenresidu.
Zeven combinaties van dSPE-sorbentia werden geëvalueerd aan de hand van gravimetrische bepaling van de verwijdering van co-extractieve stoffen (zie Figuur 2). Van de individuele sorbentia behaalde Florisil de hoogste gemiddelde verwijdering van co-extractieve stoffen (71%), gevolgd door PSA (58%) en C18 (41%). Het magnesiumsilicaat-adsorbent bereikte een volledige verwijdering van co-extractieve stoffen in S2 (100%) en vertoonde waarden boven de 90% in S3 (91%) en S4 (91%). In tegenstelling hiertoe vertoonde PSA een grotere variabiliteit tussen de bodems, met verwijderingsefficiënties variërend van 21% in S4 tot volledige verwijdering in S6. C18 vertoonde de laagste en meest variabele prestaties, variërend van 0% in S1 en S2 tot 93% in S4. Van de combinaties van gemengde sorbentia behaalde PSA+Adsorbent een gemiddelde verwijdering van co-extractieve stoffen van 80%. De combinaties PSA+Adsorbent en C18+Adsorbent resulteerden in lagere gemiddelde verwijderingen van respectievelijk 73% en 74%. De incorporatie van het magnesiumsilicaat-adsorbent in het PSA+C18-mengsel verhoogde de gemiddelde verwijdering verder naar 88%, wat de hoogste waarde is die werd behaald van alle geëvalueerde cleanup-configuraties. De combinatie PSA+C18+Adsorbent behaalde verwijderingswaarden boven de 80% in vijf van de zes bodems en bereikte volledige verwijdering van co-extractieve stoffen in S2 en S6. Statistische analyse met behulp van een ANOVA onder een RCBD onthulde een significant effect van de sorbentcombinatie op de verwijdering van co-extractieve stoffen (p = 0,0432). De statistische groeperingen verkregen met de Tukey's HSD-test worden gepresenteerd in Figuur 2.
De selectiviteit van de methode werd aangetoond door de afwezigheid van interfererende chromatografische pieken op de verwachte retentietijden van de doelanalieten. Matrix-gematchte kalibratiecurves werden opgesteld voor elke analiet en bodemmatrix over het concentratiebereik van 5–600 µg/kg, met een LOD van 5 µg/kg (zie Tabel 3). Er werden geen interfererende pieken waargenomen op de retentietijden die overeenkomen met de doelanalieten. Er werd een uitstekende lineariteit verkregen voor de overgrote meerderheid van de analiet-bodemcombinaties. Slechts drie kalibratiecurves vertoonden determinatiecoëfficiënten (R2) lager dan 0,9933, die allen betrekking hadden op fenamiphos, in S1 (R2 = 0,9888), S3 (R2 = 0,9606), en de op oplosmiddel gebaseerde kalibratie (R2 = 0,9871). Wat betreft de ME's, op basis van de gemiddelde waarden over de zes bodems (zie Figuur 3), werd signaalonderdrukking (ME < 0) waargenomen voor 10 van de 12 doel-OPP's, terwijl signaalversterking (ME > 0) alleen werd waargenomen voor malathion (+3%) en fenamiphos (+25%). De meeste analieten vertoonden geringe ME's, met gemiddelde ME-waarden variërend van −25% voor methidathion en −23% voor parathion-methyl tot −5% voor ethion. Fenamiphos vertoonde de hoogste gemiddelde versterking (+25%), terwijl malathion slechts een geringe versterking vertoonde (+3%). Op het niveau van de individuele bodems werd de sterkste signaalonderdrukking waargenomen voor pirimiphos-ethyl in S5 (−60%) en parathion-methyl in S1 (−44%). In contrast vertoonde fenamiphos signaalversterking in vijf van de zes bodems, waarbij een maximale ME-waarde van +58% werd bereikt in S2, terwijl malathion versterking vertoonde in vier bodems, met een maximale waarde van +16% in S4.
De resultaten voor herstel en precisie die zijn verkregen bij de drie fortificatieniveaus zijn samengevat in Tabel 4. Het laagste fortificatieniveau kwam overeen met de doel-LOQ van de methode van 50 µg/kg. De meeste analyt-bodemcombinaties voldeden aan de prestatiecriteria van SANTE/2020/12830 (Rev.2)11, met gemiddelde herstelspercentages tussen 70% en 120% en relatieve standaardafwijkingen (RSD's) ≤ 20%. Fenamiphos vertoonde herstelspercentages onder de 70% in S1, S2 en S4. Pirimiphos-ethyl vertoonde herstelspercentages onder de 70% in S1 en S6, terwijl ethion herstelspercentages onder de 70% vertoonde in S1. Voor de overige analyten vielen de herstelspercentages over het algemeen binnen het acceptabele bereik voor alle bodems en fortificatieniveaus. De RSD-waarden bleven in de meeste gevallen onder het acceptatiecriterium van 20%, wat wijst op een bevredigende precisie van de methode over het geëvalueerde concentratiebereik.
Figuur 1Schematische workflow voor de bepaling van OPP's in landbouwgronden met behulp van QuEChERS-extractie, geoptimaliseerde dSPE-zuivering en GC-MS/MS-analyse. Samengestelde bodemmonsters werden verwerkt (gehomogeniseerd, aan de lucht gedroogd en gezeefd) voorafgaand aan de QuEChERS-extractie met gebruik van aangezuurd ACN en salting-out partitie. Zeven dSPE-sorbentcombinaties werden gravimetrisch geëvalueerd om de opzuivering te optimaliseren, en het geselecteerde mengsel (150 mg MgSO4 + 50 mg PSA + 50 mg C18 + 50 mg magnesiumsilicaat-adsorbent) werd gebruikt voor methodevalidatie. De uiteindelijke extracten werden geanalyseerd via GC-MS/MS onder gebruik van analytbeschermers en I-IS. De prestaties van de methode voor 12 OPP's werden beoordeeld op basis van matrix-gematchte kalibratie, ME's, herwinningsgraden en precisie met behulp van P-IS. Afkortingen: QuEChERS = Qu...Easy-Cheap-Eeffectieve-Rbehandeld met geneesmiddelen-Safe; ACN = acetonitril; PSA = primair-secundair amine; C18 = octadecylsilaan; dSPE = dispersieve vaste-fase-extractie; I-IS = injectie-interne standaard; GC-MS/MS = gaschromatografie-tandemmassaspectrometrie; MRM = multiple reaction monitoring; OPPs = organofosforpesticiden; P-IS = procedurele interne standaard. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Co-extractieve verwijdering bereikt door zeven dSPE-sorbentcombinaties in zes landbouwgronden (S1–S6). De co-extractieve verwijdering werd gravimetrisch bepaald na QuEChERS-extractie en dSPE-zuivering. Zeven sorbentcombinaties werden geëvalueerd: PSA, C18, magnesiumsilicaat-adsorbent, PSA+C18, PSA+adsorbent, C18+adsorbent en PSA+C18+adsorbent (elk 50 mg, met 150 mg watervrije MgSO4). Verwijderingspercentages werden berekend ten opzichte van onbehandelde extracten volgens Vergelijking 1. De waarden vertegenwoordigen het gemiddelde van drievoudige bepalingen voor elke grondmatrix, en de foutenbalken geven de standaarddeviatie aan. S1: Villavicencio (Meta, Colombia); S2: Sabana Bogotá (Cundinamarca, Colombia); S3: Floresta (Boyacá, Colombia); S4: Guasca (Cundinamarca, Colombia); S5: Santa Rosa de Viterbo (Boyacá, Colombia); S6: La Laguna (Canarias, Spanje). Verschillende kleine letters boven elke sorbentcombinatie geven statistisch significante verschillen aan tussen de behandelgemiddelden volgens ANOVA onder een RCBD gevolgd door de Tukey's HSD-test (p < 0,05). Statistische vergelijkingen werden uitgevoerd met behulp van de behandelgemiddelden over de zes grondmatrices. Afkortingen: PSA = primary-secondary amine; C18 = octadecylsilaan. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Heatmap van matrixeffecten (ME%) voor 12 OPP's over zes bodemmatrices (S1–S6). Het ME werd berekend als het relatieve verschil tussen de kalibratieshellingen van de matrix en het oplosmiddel, volgens Vergelijking 2. Positieve waarden duiden op signaalversterking (rood), terwijl negatieve waarden duiden op signaalonderdrukking (blauw). Afkortingen: OPP's = organofosforpesticiden; IS = interne standaard; OM = organische stof. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Analyseertof | tR (min) | Kwantificator (m/z) | CE (V) | Kwalificator 1 (m/z) | CE (V) | Kwalificator 2 (m/z) | CE (V) | ||
| Chlorpyrifos-methyl | 11.720 | 288 286 | 5 | 28693 | 25 | 286125 | 25 | ||
| Parathion-methyl | 11.868 | 263109 | 15 | 10979 | 10 | 263125 | 10 | ||
| Tolclofos-methyl | 11.915 | 265250 | 15 | 267265 | 5 | 265125 | 5 | ||
| Pirimifos-methyl | 12.431 | 290233 | 10 | 305290 | 10 | 290276 | 10 | ||
| Fenitrothion | 12.526 | 277260 | 5 | 277109 | 20 | 125109 | 15 | ||
| Malathion | 12.727 | 12799 | 5 | 173127 | 5 | 12593 | 5 | ||
| Chlorpyrifos | 12.976 | 314258 | 15 | 199171 | 15 | 19797 | 15 | ||
| Fenthion | 13.083 | 278109 | 20 | 278169 | 20 | 278245 | 10 | ||
| Pirimifos-ethyl | 13.571 | 333168 | 25 | 333318 | 10 | 318180 | 10 | ||
| Methidathion | 14.856 | 14585 | 10 | 14558 | 15 | 14593 | 10 | ||
| Fenamifos | 15.519 | 303288 | 10 | 303154 | 20 | 303217 | 10 | ||
| Ethion | 16.148 | 153125 | 10 | 153125 | 5 | 231153 | 5 | ||
| Chlorpyrifos-methyl-d10 (P-IS) | 12.862 | 324260 | 25 | 324195 | 25 | 324292 | 10 | ||
| Trifenylfosfaat (I-IS) | 18.187 | 326325 | 5 | 326169 | 25 | 326215 | 25 | ||
Tabel 1: Retentietijden, kwantificatietransities, kwalificatietransities en botsingsenergieën in GC-MS/MS-analyses voor de 12 doel-OPP's, chlorpyrifos-methyl-d10 (P-IS) en trifenylfosfaat (I-IS). Afkortingen: GC-MS/MS = gaschromatografie-tandemmassaspectrometrie; OPP's = organofosforpesticiden; P-IS = procedurele interne standaard; I-IS = injectie-interne standaard; tR = retentietijd; CE (V) = botsingsenergie (volt); m/z = massa-ladingsverhouding. Klik hier om deze tabel te downloaden.
| Bodem | Herkomst | pH bodem:H2O (1:2) | Organische stof (%) | Klei (%) | Textuurklasse |
| S1 | Villavicencio (Meta, Colombia) | 5.51 | 0.18 | 48.5 | Klei |
| S2 | Sabana Bogotá (Cundinamarca, Colombia) | 4.67 | 1.04 | 37.4 | Kleiig leem |
| S3 | Floresta (Boyacá, Colombia) | 5.53 | 1.71 | 28.2 | Kleiachtig leem |
| S4 | Guasca (Cundinamarca, Colombia) | 4.89 | 6.46 | 22.9 | Zandige klei-leem |
| S5 | Santa Rosa de Viterbo (Boyacá, Colombia) | 4.76 | 2.74 | 27.5 | Zandige klei-leem |
| S6 | La Laguna (Canarias, Spanje) | 7.31 | 1.27 | 39.6 | Kleiige leem |
Tabel 2: Herkomst en fysisch-chemische eigenschappen van de zes landbouwgronden (S1–S6) die zijn gebruikt voor de methode-evaluatie. De gegevens omvatten de pH (bodem:H2O, 1:2), het gehalte aan organische stof (Walkley–Black methode), de kleifractie (Bouyoucos methode) en de textuurklasse. De uiteenlopende bodems zijn geselecteerd om een breed scala aan fysisch-chemische omstandigheden te waarborgen voor de beoordeling van de methode. Klik hier om deze tabel te downloaden.
| Analyte | Monster | Bereik (µg/kg) | b ± sb·t(0,05;7) | a ± sa·t(0,05;7) | sy/x | R² | ME (%) | ||
| Chlorpyrifos-methyl | Bodem 1 | 5–600 | 1,50·10⁻² ± 1,75·10⁻⁴ | 2,39·10⁻² ± 5,02·10⁻² | 3,61·10⁻² | 0.9999 | -22 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 1,68·10⁻² ± 3,21·10⁻⁴ | 8,31·10⁻³ ± 9,20·10⁻² | 6,62·10⁻² | 0.9997 | -13 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 1,83·10⁻² ± 5,62·10⁻⁴ | −6,60·10⁻² ± 1,61·10⁻¹ | 1,26·10⁻¹ | 0.9991 | -5 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 1,72·10⁻² ± 1,59·10⁻⁴ | −2,40·10⁻² ± 4,56·10⁻² | 3,54·10⁻² | 0.9999 | -11 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 1,66·10⁻² ± 9,51·10⁻⁴ | −6,65·10⁻² ± 2,71·10⁻¹ | 2,09·10⁻¹ | 0.9975 | -14 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 1,62·10⁻² ± 2,28·10⁻⁴ | 1,15·10⁻² ± 6,52·10⁻² | 4,99·10⁻² | 0.9998 | -16 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 1,93·10⁻² ± 1,19·10⁻³ | −1,23·10⁻¹ ± 3,41·10⁻¹ | 2,46·10⁻¹ | 0.9971 | — | |||
| Parathion-methyl | Bodem 1 | 5–600 | 3,80·10⁻³ ± 1,42·10⁻⁴ | −3,10·10⁻² ± 4,05·10⁻² | 2,92·10⁻² | 0.9989 | -44 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 5,16·10⁻³ ± 1,70·10⁻⁴ | −3,24·10⁻² ± 4,86·10⁻² | 3,50·10⁻² | 0.9992 | -24 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 5,27·10⁻³ ± 1,76·10⁻⁴ | −1,93·10⁻² ± 5,02·10⁻² | 3,93·10⁻² | 0.9990 | -22 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 5,77·10⁻³ ± 1,00·10⁻⁴ | −3,06·10⁻² ± 2,87·10⁻² | 2,23·10⁻² | 0.9997 | -15 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 5,80·10⁻³ ± 3,16·10⁻⁴ | −5,68·10⁻² ± 9,00·10⁻² | 6,96·10⁻² | 0.9978 | -15 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 5,45·10⁻³ ± 1,46·10⁻⁴ | −2,40·10⁻² ± 4,18·10⁻² | 3,20·10⁻² | 0.9994 | -20 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 6,80·10⁻³ ± 4,74·10⁻⁴ | −7,73·10⁻² ± 1,36·10⁻¹ | 9,76·10⁻² | 0.9963 | — | |||
| Tolclofos-methyl | Bodem 1 | 5–600 | 1,78·10⁻² ± 2,78·10⁻⁴ | −4,35·10⁻⁴ ± 7,94·10⁻² | 5,72·10⁻² | 0.9998 | -17 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 1,90·10⁻² ± 2,25·10⁻⁴ | 1,40·10⁻² ± 6,44·10⁻² | 4,64·10⁻² | 0.9999 | -12 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 2,10·10⁻² ± 2,15·10⁻⁴ | −4,10·10⁻³ ± 6,15·10⁻² | 4,81·10⁻² | 0.9999 | -3 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 1,97·10⁻² ± 3,08·10⁻⁴ | 3,68·10⁻² ± 8,82·10⁻² | 6,85·10⁻² | 0.9998 | -9 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 1,97·10⁻² ± 1,01·10⁻³ | −1,08·10⁻¹ ± 2,88·10⁻¹ | 2,23·10⁻¹ | 0.9980 | -9 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 1,95·10⁻² ± 1,68·10⁻⁴ | 7,35·10⁻³ ± 4,80·10⁻² | 3,67·10⁻² | 0.9999 | -10 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 2,16·10⁻² ± 9,90·10⁻⁴ | −9,16·10⁻² ± 2,83·10⁻¹ | 2,04·10⁻¹ | 0.9984 | — | |||
| Pirimifos-methyl | Bodem 1 | 5–600 | 6,48·10⁻³ ± 1,09·10⁻⁴ | −3,28·10⁻² ± 3,11·10⁻² | 2,24·10⁻² | 0.9998 | -19 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 7,41·10⁻³ ± 6,28·10⁻⁵ | −2,13·10⁻² ± 1,80·10⁻² | 1,30·10⁻² | 0.9999 | -7 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 8,00·10⁻³ ± 1,29·10⁻⁴ | −1,76·10⁻² ± 3,68·10⁻² | 2,88·10⁻² | 0.9998 | 1 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 7,80·10⁻³ ± 1,52·10⁻⁴ | −5,27·10⁻³ ± 4,36·10⁻² | 3,38·10⁻² | 0.9997 | -2 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 7,33·10⁻³ ± 3,71·10⁻⁴ | −6,17·10⁻² ± 1,06·10⁻¹ | 8,16·10⁻² | 0.9981 | -8 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 7,42·10⁻³ ± 8,58·10⁻⁵ | −2,18·10⁻² ± 2,46·10⁻² | 1,88·10⁻² | 0.9999 | -7 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 7,96·10⁻³ ± 4,79·10⁻⁴ | −6,77·10⁻² ± 1,37·10⁻¹ | 9,88·10⁻² | 0.9972 | — | |||
| Fenitrothion | Bodem 1 | 5–600 | 4,65·10⁻³ ± 2,84·10⁻⁴ | −4,91·10⁻² ± 8,12·10⁻² | 5,85·10⁻² | 0.9971 | -40 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 6,34·10⁻³ ± 2,12·10⁻⁴ | −5,64·10⁻² ± 6,06·10⁻² | 4,36·10⁻² | 0.9991 | -18 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 6,43·10⁻³ ± 2,20·10⁻⁴ | −2,81·10⁻² ± 6,31·10⁻² | 4,94·10⁻² | 0.9989 | -17 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 7,41·10⁻³ ± 1,83·10⁻⁴ | −5,38·10⁻² ± 5,23·10⁻² | 4,07·10⁻² | 0.9995 | -4 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 6,84·10⁻³ ± 4,22·10⁻⁴ | −8,07·10⁻² ± 1,20·10⁻¹ | 9,28·10⁻² | 0.9971 | -11 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 6,50·10⁻³ ± 1,48·10⁻⁴ | −5,02·10⁻² ± 4,24·10⁻² | 3,25·10⁻² | 0.9995 | -16 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 7,71·10⁻³ ± 7,02·10⁻⁴ | −1,06·10⁻¹ ± 2,01·10⁻¹ | 1,45·10⁻¹ | 0.9937 | — | |||
| Malathion | Bodem 1 | 5–600 | 1,20·10⁻² ± 4,06·10⁻⁴ | −4,45·10⁻² ± 1,16·10⁻¹ | 8,37·10⁻² | 0.9991 | -24 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 1,78·10⁻² ± 2,03·10⁻⁴ | −4,55·10⁻² ± 5,81·10⁻² | 4,19·10⁻² | 0.9999 | 12 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 1,67·10⁻² ± 1,44·10⁻³ | 1,00·10⁻¹ ± 4,11·10⁻¹ | 3,21·10⁻¹ | 0.9933 | 5 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 1,83·10⁻² ± 1,44·10⁻⁴ | −2,48·10⁻² ± 4,12·10⁻² | 3,20·10⁻² | 0.9999 | 16 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 1,58·10⁻² ± 8,21·10⁻⁴ | −9,07·10⁻² ± 2,33·10⁻¹ | 1,81·10⁻¹ | 0.9980 | 0 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 1,69·10⁻² ± 2,54·10⁻⁴ | −2,97·10⁻² ± 7,28·10⁻² | 5,57·10⁻² | 0.9998 | 7 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 1,58·10⁻² ± 7,45·10⁻⁴ | −8,76·10⁻² ± 2,13·10⁻¹ | 1,53·10⁻¹ | 0.9983 | — | |||
| Chloorpyrifos | Bodem 1 | 5–600 | 1,03·10⁻² ± 1,59·10⁻⁴ | −1,62·10⁻² ± 4,54·10⁻² | 3,27·10⁻² | 0.9998 | -21 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 1,15·10⁻² ± 1,96·10⁻⁴ | 4,71·10⁻¹ ± 5,62·10⁻² | 4,04·10⁻² | 0.9998 | -12 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 1,26·10⁻² ± 9,94·10⁻⁵ | −1,12·10⁻² ± 2,84·10⁻² | 2,23·10⁻² | 0.9999 | -3 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 1,24·10⁻² ± 1,76·10⁻⁴ | −1,44·10⁻⁴ ± 5,04·10⁻² | 3,92·10⁻² | 0.9998 | -5 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 1,16·10⁻² ± 6,33·10⁻⁴ | −8,42·10⁻² ± 1,80·10⁻¹ | 1,39·10⁻¹ | 0.9977 | -11 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 1,14·10⁻² ± 2,29·10⁻⁴ | 7,10·10⁻⁴ ± 6,57·10⁻² | 5,02·10⁻² | 0.9996 | -12 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 1,30·10⁻² ± 5,48·10⁻⁴ | −7,41·10⁻² ± 1,57·10⁻¹ | 1,13·10⁻¹ | 0.9986 | — | |||
| Fenthion | Bodem 1 | 5–600 | 1,71·10⁻² ± 3,38·10⁻⁴ | −3,26·10⁻² ± 9,68·10⁻² | 6,97·10⁻² | 0.9997 | -16 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 1,88·10⁻² ± 1,89·10⁻⁴ | −2,84·10⁻² ± 5,40·10⁻² | 3,89·10⁻² | 0.9999 | -8 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 2,01·10⁻² ± 4,45·10⁻⁴ | −1,38·10⁻² ± 1,27·10⁻¹ | 9,95·10⁻² | 0.9996 | -2 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 1,96·10⁻² ± 2,89·10⁻⁴ | −8,63·10⁻⁴ ± 8,27·10⁻² | 6,42·10⁻² | 0.9998 | -4 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 1,89·10⁻² ± 9,10·10⁻⁴ | −1,33·10⁻¹ ± 2,59·10⁻¹ | 2,00·10⁻¹ | 0.9983 | -7 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 1,84·10⁻² ± 1,16·10⁻⁴ | −4,97·10⁻² ± 3,31·10⁻² | 2,54·10⁻² | 0.9999 | -10 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 2,05·10⁻² ± 9,70·10⁻⁴ | −1,27·10⁻¹ ± 2,78·10⁻¹ | 2,00·10⁻¹ | 0.9983 | — | |||
| Pirimifos-ethyl | Bodem 1 | 5–600 | 3,30·10⁻³ ± 6,51·10⁻⁵ | −2,54·10⁻² ± 1,86·10⁻² | 1,34·10⁻² | 0.9997 | -3 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 3,30·10⁻³ ± 3,66·10⁻⁵ | −5,05·10⁻³ ± 1,05·10⁻² | 7,55·10⁻³ | 0.9999 | -3 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 2,80·10⁻³ ± 1,78·10⁻⁴ | 1,98·10⁻³ ± 5,10·10⁻² | 3,99·10⁻² | 0.9963 | -17 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 2,64·10⁻³ ± 5,18·10⁻⁵ | 2,01·10⁻³ ± 1,48·10⁻² | 1,15·10⁻² | 0.9997 | -22 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 1,36·10⁻³ ± 6,77·10⁻⁵ | 4,60·10⁻⁴ ± 1,93·10⁻² | 1,49·10⁻² | 0.9981 | -60 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 2,92·10⁻³ ± 1,23·10⁻⁴ | −9,09·10⁻³ ± 3,51·10⁻² | 2,69·10⁻² | 0.9985 | -14 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 3,39·10⁻³ ± 1,46·10⁻⁴ | −2,62·10⁻² ± 4,18·10⁻² | 3,01·10⁻² | 0.9986 | — | |||
| Methidathion | Bodem 1 | 5–600 | 2,12·10⁻² ± 7,46·10⁻⁴ | −9,50·10⁻² ± 2,13·10⁻¹ | 1,54·10⁻¹ | 0.9990 | -34 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 2,59·10⁻² ± 5,46·10⁻⁴ | −1,20·10⁻¹ ± 1,56·10⁻¹ | 1,12·10⁻¹ | 0.9997 | -19 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 2,33·10⁻² ± 1,54·10⁻³ | 6,34·10⁻² ± 4,41·10⁻¹ | 3,45·10⁻¹ | 0.9961 | -27 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 2,51·10⁻² ± 3,38·10⁻⁴ | −5,47·10⁻² ± 9,66·10⁻² | 7,51·10⁻² | 0.9998 | -22 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 2,59·10⁻² ± 1,32·10⁻³ | −2,06·10⁻¹ ± 3,75·10⁻¹ | 2,90·10⁻¹ | 0.9980 | -19 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 2,27·10⁻² ± 3,71·10⁻⁴ | −6,62·10⁻² ± 1,06·10⁻¹ | 8,13·10⁻² | 0.9998 | -29 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 3,21·10⁻² ± 1,75·10⁻³ | −2,83·10⁻¹ ± 5,00·10⁻¹ | 3,60·10⁻¹ | 0.9977 | — | |||
| Fenamifos | Bodem 1 | 5–600 | 2,36·10⁻³ ± 2,87·10⁻⁴ | −4,42·10⁻² ± 8,20·10⁻² | 5,91·10⁻² | 0.9888 | 8 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 3,47·10⁻³ ± 1,21·10⁻⁴ | −2,82·10⁻² ± 3,46·10⁻² | 2,49·10⁻² | 0.9991 | 58 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 1,89·10⁻³ ± 4,02·10⁻⁴ | 9,58·10⁻³ ± 1,15·10⁻¹ | 8,99·10⁻² | 0.9606 | -14 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 2,63·10⁻³ ± 7,66·10⁻⁵ | −2,51·10⁻² ± 2,19·10⁻² | 1,70·10⁻² | 0.9992 | 20 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 2,95·10⁻³ ± 1,91·10⁻⁴ | −3,58·10⁻² ± 5,43·10⁻² | 4,20·10⁻² | 0.9969 | 35 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 3,09·10⁻³ ± 5,98·10⁻⁵ | −2,12·10⁻² ± 1,71·10⁻² | 1,31·10⁻² | 0.9997 | 41 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 2,19·10⁻³ ± 2,87·10⁻⁴ | −4,33·10⁻² ± 8,20·10⁻² | 5,91·10⁻² | 0.9871 | — | |||
| Ethion | Bodem 1 | 5–600 | 5,02·10⁻³ ± 1,00·10⁻⁴ | −1,16·10⁻² ± 2,87·10⁻² | 2,07·10⁻² | 0.9997 | -3 | ||
| Bodem 2 | 5–600 | 5,07·10⁻³ ± 2,15·10⁻⁴ | −1,06·10⁻² ± 6,16·10⁻² | 4,43·10⁻² | 0.9986 | -2 | |||
| Bodem 3 | 5–600 | 4,58·10⁻³ ± 2,21·10⁻⁴ | 9,11·10⁻⁴ ± 6,32·10⁻² | 4,95·10⁻² | 0.9979 | -12 | |||
| Bodem 4 | 5–600 | 5,07·10⁻³ ± 7,18·10⁻⁵ | −1,21·10⁻² ± 2,05·10⁻² | 1,60·10⁻² | 0.9998 | -2 | |||
| Bodem 5 | 5–600 | 5,00·10⁻³ ± 2,32·10⁻⁴ | −2,72·10⁻² ± 6,61·10⁻² | 5,11·10⁻² | 0.9984 | -3 | |||
| Bodem 6 | 5–600 | 4,73·10⁻³ ± 8,29·10⁻⁵ | −6,89·10⁻³ ± 2,37·10⁻² | 1,81·10⁻² | 0.9997 | -9 | |||
| Oplosmiddel | 5–600 | 5,18·10⁻³ ± 2,24·10⁻⁴ | −2,80·10⁻² ± 6,40·10⁻² | 4,61·10⁻² | 0.9986 | — | |||
Tabel 3: Matrix-overeenkomstige kalibratieparameters en ME's voor de 12 doel-OPP's in zes landbougbodems. Afkortingen: OPP's = organofosforpesticiden; b = helling; sb = standaarddeviatie van de helling; a = intercept; sa = standaarddeviatie van het intercept; R2 = determinatiecoëfficiënt; sy/x = standaarddeviatie van de schatting; ME = matrixeffect. Klik hier om deze tabel te downloaden.
| Analyte | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | |||||||||||||
| 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | ||
| Chlorpyrifos-methyl | 106 (4) | 102 (2) | 103 (1) | 110 (17) | 99 (2) | 101 (2) | 105 (5) | 104 (2) | 110 (10) | 105 (4) | 98 (3) | 100 (4) | 107 (4) | 107 (3) | 100 (4) | 114 (4) | 102 (3) | 114 (4) | |
| Parathion-methyl | 96 (3) | 96 (0) | 99 (1) | 97 (17) | 92 (3) | 97 (2) | 116 (4) | 104 (6) | 121 (5) | 103 (6) | 87 (4) | 95 (6) | 117 (6) | 110 (4) | 107 (6) | 107 (6) | 100 (4) | 108 (6) | |
| Tolclofos-methyl | 113 (3) | 107 (2) | 104 (1) | 110 (15) | 100 (2) | 105 (3) | 101 (6) | 97 (2) | 104 (10) | 100 (7) | 98 (3) | 102 (2) | 106 (7) | 104 (3) | 101 (2) | 110 (7) | 103 (3) | 108 (2) | |
| Pirimifos-methyl | 78 (12) | 79 (3) | 89 (2) | 106 (22) | 95 (1) | 99 (3) | 102 (7) | 97 (3) | 104 (9) | 101 (5) | 97 (2) | 100 (3) | 104 (5) | 101 (2) | 98 (3) | 113 (5) | 102 (2) | 104 (3) | |
| Fenitrothion | 91 (4) | 90 (2) | 98 (2) | 104 (25) | 90 (3) | 95 (2) | 116 (5) | 105 (4) | 118 (5) | 101 (6) | 90 (3) | 96 (7) | 111 (6) | 107 (3) | 103 (7) | 118 (6) | 101 (3) | 103 (7) | |
| Malathion | 89 (3) | 81 (1) | 87 (4) | 108 (18) | 90 (2) | 92 (2) | 118 (7) | 110 (4) | 119 (5) | 106 (5) | 96 (4) | 97 (5) | 122 (5) | 110 (4) | 102 (5) | 122 (5) | 102 (4) | 103 (5) | |
| Chlorpyrifos | 97 (4) | 96 (2) | 97 (1) | 160 (13) | 117 (5) | 112 (4) | 97 (6) | 95 (3) | 103 (10) | 102 (6) | 95 (2) | 98 (4) | 105 (6) | 98 (2) | 96 (4) | 108 (6) | 97 (2) | 103 (4) | |
| Fenthion | 101 (2) | 99 (1) | 98 (2) | 99 (3) | 98 (2) | 103 (2) | 100 (7) | 101 (3) | 106 (8) | 102 (6) | 94 (2) | 97 (4) | 104 (6) | 100 (2) | 100 (4) | 110 (6) | 100 (2) | 104 (4) | |
| Pirimifos-ethyl | 63 (14) | 66 (5) | 85 (2) | 100 (21) | 93 (3) | 101 (3) | 70 (12) | 78 (3) | 93 (8) | 105 (9) | 104 (8) | 108 (7) | 113 (9) | 103 (8) | 103 (7) | 55 (9) | 33 (8) | 34 (7) | |
| Methidathion | 92 (3) | 80 (16) | 91 (3) | 103 (16) | 87 (2) | 90 (2) | 125 (8) | 113 (5) | 125 (5) | 90 (12) | 85 (5) | 92 (8) | 97 (12) | 97 (5) | 97 (8) | 113 (12) | 100 (5) | 104 (8) | |
| Fenamiphos | 5 (38) | 1 (38) | 3 (52) | 58 (18) | 58 (8) | 56 (6) | 140 (16) | 117 (3) | 126 (2) | 65 (15) | 50 (19) | 40 (20) | 82 (15) | 62 (19) | 69 (20) | 88 (15) | 70 (19) | 70 (20) | |
| Ethion | 59 (15) | 42 (11) | 59 (15) | 83 (12) | 82 (3) | 87 (3) | 93 (11) | 97 (4) | 103 (7) | 80 (10) | 78 (6) | 81 (4) | 83 (10) | 77 (6) | 87 (4) | 96 (10) | 87 (6) | 89 (4) | |
Tabel 4: Gemiddelde recoveries (%) en RSD's (%, tussen haakjes) voor de 12 doelpesticiden (OPPs) in zes landbouwbodems (S1–S6) bij drie spiking-niveaus. Recovery-experimenten werden uitgevoerd bij 50, 200 en 400 µg/kg (n = 5 per niveau) met chlorpyrifos-methyl-d10 als P-IS. Zowel de pesticiden-spiking- als de P-IS-oplossingen werden vóór de extractie toegevoegd. Volgens de prestatiecriteria van SANTE/2020/12830 (Rev.2) varieerden de acceptabele recoveries van 70 tot 120% met RSD's ≤20%. S1: Villavicencio (Meta, Colombia); S2: Sabana Bogotá (Cundinamarca, Colombia); S3: Floresta (Boyacá, Colombia); S4: Guasca (Cundinamarca, Colombia); S5: Santa Rosa de Viterbo (Boyacá, Colombia); S6: La Laguna (Canarias, Spanje). Afkortingen: RSD = relatieve standaarddeviatie; OPPs = organofosforpesticiden; P-IS = procedurele interne standaard. Klik hier om deze tabel te downloaden.
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-extractieven4,5,6,14,17,18,19,20,21. Hoewel QuEChERS-gebaseerde methoden breed zijn toegepast op voedingsmiddelen en plantmatrices, zijn er minder studies waarin de dSPE-reiniging systematisch is geoptimaliseerd voor landbouwbodems met diverse bodemeigenschappen4. In de huidige studie werden zeven dSPE-sorbentcombinaties geëvalueerd met behulp van zes landbouwbodems die zijn geselecteerd om een breed scala aan edafische omstandigheden te vertegenwoordigen. De resultaten toonden aan dat de samenstelling van de reinigingsstap de verwijdering van co-geëxtraheerde matrixcomponenten aanzienlijk beïnvloedde. Hoewel de verwijdering van co-extractieven werd gebruikt als een analyt-onafhankelijk criterium om de meest efficiënte dSPE-configuratie te selecteren, werd de analytische prestatie van de geoptimaliseerde reinigingsprocedure vervolgens beoordeeld via ME-evaluatie en methodevalidatie. Door een geoptimaliseerde dSPE-configuratie te identificeren en deze te integreren met analyt-beschermers, een gedeutereerde P-IS, matrix-overeenkomstige kalibratie en validatie volgens de SANTE/2020/12830 (Rev.2)-richtlijnen, biedt dit protocol een volledige, praktische en analytische workflow voor de gelijktijdige bepaling van OPP's in landbouwbodems met contrasterende bodemeigenschappen. In plaats van een optimalisatie voor één enkele bodemmatrix te vertegenwoordigen, is het protocol ontworpen om een robuuste en gemakkelijk overdraagbare methodologie te bieden die geschikt is voor routinematige milieulaboratoria.
De superieure prestaties van de PSA+C18+Adsorbent-combinatie kunnen worden toegeschreven aan de complementaire retentiemechanismen die door de drie sorbenten worden geboden. PSA draagt primair bij aan de verwijdering van zure polaire co-extracten via zwakke anionenuitwisselingsinteracties, terwijl C18 apolaire verbindingen vasthoudt door hydrofobe partitie12,13. Florisil, een magnesiumsilicaat-sorbent, zorgt voor extra retentie van polaire en matig polaire matrixbestanddelen via waterstofbruggen, dipool-dipoolinteracties en Lewis-zuur-base-interacties15,16. De resultaten ondersteunen dit complementaire gedrag. De adsorbent alleen zorgde voor een hogere gemiddelde verwijdering van co-extracten dan PSA of C18 afzonderlijk. Bovendien leidde de toevoeging van de adsorbent aan alleen PSA of C18 slechts tot marginale veranderingen in de gemiddelde reinigingsefficiëntie, terwijl de integratie ervan in de PSA+C18-combinatie resulteerde in de hoogste totale verwijdering van co-extracten van alle zeven geëvalueerde dSPE-configuraties. Dit patroon is consistenter met de adsorbent die complementaire retentie biedt van matrixbestanddelen die niet efficiënt worden verwijderd door PSA of C18, in plaats van enkel te fungeren als extra sorbentmassa. Dergelijke complementariteit is bijzonder relevant voor landbougronden, waar variaties in het gehalte aan organische stof, de minerale samenstelling en de textuur leiden tot zeer heterogene co-extractprofielen.
Omdat het doel van deze studie was om een enkel reinigingsprotocol vast te stellen dat toepasbaar is op landbouwgronden met verschillende fysisch-chemische kenmerken, hield de uiteindelijke selectie van het sorbent zowel rekening met de statistische vergelijking tussen de geëvalueerde reinigingsconfiguraties als met de analytische ratio gebaseerd op de complementaire retentiemechanismen van de drie sorbentia. De combinatie MgSO4+PSA+C18+Adsorbent behaalde de hoogste algemene gemiddelde verwijdering van co-extracten, terwijl deze de breedste fysisch-chemische dekking van matrix-co-extracten bood van alle geëvalueerde dSPE-configuraties. Bijgevolg werd deze combinatie geselecteerd voor de daaropvolgende methodevalidatie.
ME's blijven een van de belangrijkste bronnen van onzekerheid bij de GC-MS/MS-bepaling van pesticidioresiduen, met name in heterogene matrices zoals bodems4,5. Hoewel signaalonderdrukking het overheersende fenomeen was in deze studie, vertoonden de meeste analyten gemiddelde ME-waarden binnen het bereik dat over het algemeen als gering tot matig wordt beschouwd (−20% tot +20% en −20% tot −50%, respectievelijk)14,28. Dit resultaat is consistent met een effectieve vermindering van de co-extractiebelasting die het chromatografische systeem bereikt. Desondanks werd er nog steeds analytenafhankelijke variabiliteit waargenomen. Zo vertoonden methidathion, parathion-methyl en pirimiphos-ethyl de sterkste gemiddelde signaalonderdrukking, terwijl fenamiphos signaalversterking vertoonde. ME's in GC-MS/MS zijn inherent verbinding-afhankelijk en ontstaan door interacties tussen analyten, residuele matrixbestanddelen en actieve plaatsen binnen het injectiesysteem en het chromatografische pad. Bijgevolg kunnen residuele matrixcomponenten de detectorrespons verlagen of verhogen, afhankelijk van de fysisch-chemische eigenschappen van elke analyt en de gevoeligheid hiervan voor oppervlakte-interacties. De contrasterende responsen die werden waargenomen tussen de geëvalueerde OPP's weerspiegelen daarom voornamelijk analytenafhankelijk gedrag, bovenop de verschillen in de samenstelling van de bodemmatrix. Naast dSPE-zuivering omvatte de analytische workflow een mengsel van analytenbeschermers dat eerder is beschreven om interacties van analyten met actieve plaatsen in GC-systemen te verminderen en de chromatografische prestaties voor de analyse van pesticidioresiduen te verbeteren28,29. Het voortbestaan van analytspecifieke ME's ondanks deze maatregelen onderstreept de complexiteit van bodemmatrices en ondersteunt het gebruik van matrix-matched kalibratie voor een betrouwbare kwantificering van OPP's in bodems met verschillende matrixsamenstellingen.
Herwinningsproeven toonden aan dat de geoptimaliseerde methode een nauwkeurige en precieze kwantificering biedt voor de meeste van de doel-OPP's over een divers scala aan landbouwbodemcondities. De meeste analyt-bodemcombinaties voldeden aan de acceptatiecriteria van SANTE/2020/12830 (Rev.2)11, met herwinningen tussen 70% en 120% en RSD's onder de 20%. Desalniettemin werden enkele afwijkingen van het aanbevolen herwindingsbereik waargenomen voor een beperkt aantal analyt-bodemcombinaties. De meest relevante afwijkingen waren geassocieerd met fenamifos, pirimifos-ethyl en ethion, die lage herwinningen vertoonden in specifieke bodemmatrices. Aanvullende geïsoleerde afwijkingen, voornamelijk bestaande uit herwinningen die iets boven de bovenste acceptatielimiet lagen bij individuele verrijkingsniveaus, werden waargenomen voor chloorpyrifos, parathion-methyl, malathion en methidathion. Omdat deze afwijkingen niet consistent werden waargenomen over de verschillende bodemmatrices, is het waarschijnlijke gedrag gerelateerd aan verbinding-specifieke kenmerken in combinatie met MEs. Een hoger aantal afwijkingen werd waargenomen in S1, die het hoogste kleigehalte (48,5%) bevatte van de geëvalueerde matrices, wat suggereert dat fysisch-chemische bodemkenmerken hebben kunnen bijdragen aan een verminderde extractie-efficiëntie voor bepaalde analyten. Kleimineralen bieden talrijke adsorptieplaatsen die pesticidenmoleculen via oppervlakte-interacties kunnen vasthouden, waardoor hun desorptie tijdens extractie afneemt. De mate van deze interacties is naar verwachting ook afhankelijk van de fysisch-chemische eigenschappen van de analyt, inclusief hun affiniteit voor mineraaloppervlakken. Echter, de afwezigheid van een vergelijkbaar patroon in alle kleirijke bodems geeft aan dat geen enkele bodemparameter de waargenomen afwijkingen volledig verklaart. Bovendien, aangezien dezelfde op adsorbent gebaseerde zuiveringsprocedure een bevredigende prestatie leverde voor de meerderheid van de analyt-bodemcombinaties, werd er geen bewijs gevonden voor systematische verliezen geassocieerd met de zuiveringsstap. Hoewel de individuele bijdrage van het adsorbent aan de retentie van analyten niet onafhankelijk werd geëvalueerd tijdens de sorbentoptimalisatie, suggereert de bevredigende herwindingsprestatie behaald met de geoptimaliseerde procedure dat de inclusie van dit sorbent de bepaling van de analyten niet in gevaar heeft gebracht. Over het algemeen tonen deze resultaten de geschiktheid van de voorgestelde methode aan, terwijl ze de invloed van analyt-matrixinteracties op de prestaties van specifieke verbindingen benadrukken.
Hoewel de methode een bevredigende prestatie vertoonde over de zes geëvalueerde landbouwgronden, moet de toepasbaarheid op bodems met extreme eigenschappen, zoals verzilte gronden, veengronden, gronden met een zeer hoog gehalte aan organische stof, sterk alkalische gronden of matrices verrijkt met koolstofhoudende materialen, nog worden vastgesteld. Daarnaast is de huidige validatie uitgevoerd met verrijkte landbouwgronden, waardoor de toepasbaarheid van de methode op natuurlijk verontreinigde veldmonsters nog moet worden bevestigd. Bovendien kan, omdat de methode uitsluitend is ontwikkeld en gevalideerd voor OPP's, de geschiktheid voor andere pesticideklassen niet worden verondersteld. Ondanks deze beperkingen biedt het protocol een gestandaardiseerde aanpak voor de bepaling van OPP-residuen in landbouwgronden en kan het worden toegepast in programma's voor milieumonitoring, studies naar het lot en transport van pesticiden, risicobeoordelingsonderzoeken en reglementaire surveillanceactiviteiten. Toekomstig onderzoek zou de overdraagbaarheid van de geoptimaliseerde zuiveringsstrategie naar aanvullende bodemtypen en pesticideklassen moeten evalueren, evenals verfijningen moeten onderzoeken die gericht zijn op het verbeteren van de recoveries voor verbindingen die een verminderde extractie-efficiëntie vertonen in kleirijke matrices.
Over het algemeen combineert de voorgestelde workflow geoptimaliseerde dSPE-zuivering, matrix-matched kalibratie, interne standaardisatie en analyt-beschermers in één gevalideerd protocol voor de simultane bepaling van OPP's in landbouwgronden. De systematische evaluatie van sorbentcombinaties in bodems met contrasterende fysisch-chemische eigenschappen biedt praktische richtlijnen voor het selecteren van zuiveringscondities die in staat zijn om MEs te minimaliseren terwijl een bevredigende analytische prestatie behouden blijft. Het protocol biedt daarom een reproduceerbare aanpak die kan bijdragen aan milieumonitoring, studies naar het lot van pesticiden en routinebepalingen van residuen in landbouwgronden met uiteenlopende bodemkenmerken.
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.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 3-ethoxy-1,2-propaandiol (ethylglycerol) | Sigma Aldrich | 260428-1G | |
| Azijnzuur | Sigma Aldrich | 695092 | |
| Acetonitril | Merck | 1006652500 | |
| AOAC 20i/s autosampler | Shimadzu | 221-723115-58 | |
| Weegschaal | OHAUS | PA224 | |
| C18 | Sigma Aldrich | 52600-U | |
| Centrifugebuisjes, 2 mL | Eppendorf | 4610-1815 | |
| Centrifugebuizen, 50 ml | Nest | 602002 | |
| Centrifuge Z206A | MERMLE | 6019500118 | |
| Kolom SH-Rxi-5sil MS, 30 m x 0,25 mm, 0.25 µm | Shimadzu | 221-75954-30 | |
| Container, met dop, amberglas, 1000 mL | Sigma Aldrich | Z674176 | |
| Exsiccator | Simax | 415262302 | |
| Dispensette 5-50 mL | MERK | 4600361 | |
| D-Sorbitol | Sigma Aldrich | 240850-5G | |
| Ethylacetaat | Merk | 1313181212 | |
| Florisil &< 200 mesh, fijn poeder | Sigma Aldrich | 288705-50G | |
| Mierenzuur | Merck | 1002641000 | |
| GCMS-TQ8040 | Shimadzu | 211552 | |
| Injectiespuit | Shimadzu | LC2213461800 | |
| L-gulonzuur γ-lacton | Sigma Aldrich | 310301-5G | |
| Linner splitless | Shimadzu | 221-4887-02 | |
| Magnesiumsulfaat (watervrij) | Sigma Aldrich | M7506-2KG | |
| Methanol | Panreac | 131091.12.12 | |
| Milli-Q ultrapuur (type 1) water | Millipore | F4H4783518 | |
| Pipetpunten 10- 100 µL | Biologix | 200010 | |
| Pipetpuntjes 100 $\mu$l 1000 µL | Merk | 541287 | |
| Pipetpunten 20 µl 200 µL | Merk | 732028 | |
| Pasteurpipetten | NORMAX | 5426023 | |
| Pippette Transferpette S variabel 10 - 100 µL | MERK | 704774 | |
| Pippette Transferpette S variabel 100 - 1000 µL | MERK | 704780 | |
| Pippette Transferpette S variabel 20 - 200 µL | SCILOGEX | 712111099999 | |
| Primaire-secundaire amine (PSA) | Sigma Aldrich | 52738-U | |
| Koelkast/vriezer | Haceb | NEV ALC 404 | |
| Shikiminezuur | Sigma Aldrich | S5375-1G | |
| Natriumacetaat | Sigma Aldrich | 241245-1KG | |
| Software GCMSsolution | Shimadzu | 223-18472-92 | |
| Roestvrijstalen gaas van 2 mm | Pinzuar | PS33N10 | |
| Reageerbuis, glas, 10 mL | Sigma Aldrich | BR114508 | |
| Tolueen | Merck | 1083252500 | |
| Trifenylfosfaat (I-IS) | Sigma Aldrich | 241288-50G | |
| Flacons met geïntegreerde insert, 0,3 mL | Sigma Aldrich | 29398-U | |
| Flacons, schroefdop, amberglas, 15 mL | Sigma Aldrich | 27088-U | |
| Maatkolf, 10 mL | Sigma Aldrich | DWK28017-10 | |
| Vortexen | Scilogex | 82120004 | |
| Bestrijdingsmiddelen | |||
| Chlorpyrifos | Sigma Aldrich | 45395-100MG | 2921-88-2 |
| Chlorpyrifos-methyl | Sigma Aldrich | 45396-250MG | 5598-13-0 |
| Chlorpyrifos-methyl-d10 (P-IS) | Sigma Aldrich | 90047-5MG | 285138-81-0 |
| Ethion | Sigma Aldrich | 45477-250MG | 563-12-2 |
| Fenamifos | Sigma Aldrich | 45483-250MG | 22224-92-6 |
| Fenitrothion | Sigma Aldrich | 45487-250MG | 122-14-5 |
| Fenthion | Sigma Aldrich | 36552-250MG | 55-38-9 |
| Malathion | Sigma Aldrich | 36143-100MG | 121-75-5 |
| Methidathion | Sigma Aldrich | 36158-100MG | 950-37-8 |
| Parathion-methyl | Sigma Aldrich | 36187-100MG | 298-00-0 |
| Pirimifos-ethyl | Sigma Aldrich | 45628-250MG | 23505-41-1 |
| Pirimifos-methyl | Sigma Aldrich | 32058-250MG | 29232-93-7 |
| Tolclofos-methyl | Sigma Aldrich | 31209-250MG | 5701804-9 |
Referenties
- 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.
- Mali H, et al. Organophosphate pesticides an emerging environmental contaminant: Pollution, toxicity, bioremediation progress, and remaining challenges. J Environ Sci. 2023;127:234-250.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Wondimu KT, Geletu AK, Kedir WM. Recent developments in monitoring of organophosphorus pesticides in food samples. J Agric Food Res. 2025;19:101709.
- 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.
- 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.
- 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
- González-Curbelo MÁ, et al. Evolution and applications of the QuEChERS method. Trends Anal Chem. 2015;71:169-185.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- Schulte EE, Hoskins B. Recommended soil organic matter tests. In: Recommended Soil Test Procedures for the Northeastern United States. 2011. p. 52-60.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.