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Artigo de método

Análise de pesticidas organoclorados em uma amostra de solo por uma abordagem QuEChERS modificada usando formato de amônio

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DOI:

10.3791/64901

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20 de janeiro de 2023

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

Neste artigo

Resumo

O presente protocolo descreve a utilização de formato de amônio para particionamento de fases em QuEChERS, juntamente com cromatografia gasosa-espectrometria de massa, para determinar com sucesso resíduos de pesticidas organoclorados em uma amostra de solo.

Resumo

Atualmente, o método QuEChERS representa o protocolo de preparação de amostras mais utilizado em todo o mundo para a análise de resíduos de pesticidas em uma ampla variedade de matrizes, tanto em laboratórios oficiais quanto não oficiais. O método QuEChERS usando formato de amônio já provou ser vantajoso em comparação com as versões original e oficial. Por um lado, a simples adição de 0,5 g de formato de amónio por grama de amostra é suficiente para induzir a separação de fases e alcançar um bom desempenho analítico. Por outro lado, o formato de amônio reduz a necessidade de manutenção em análises de rotina. Aqui, um método QuEChERS modificado utilizando formato de amônio foi aplicado para a análise simultânea de resíduos de pesticidas organoclorados (OCP) em solo agrícola. Especificamente, 10 g da amostra foram hidratados com 10 mL de água e, em seguida, extraídos com 10 mL de acetonitrila. Em seguida, a separação de fases foi realizada com 5 g de formato de amônio. Após a centrifugação, o sobrenadante foi submetido a uma etapa de limpeza de extração em fase sólida dispersiva com sulfato de magnésio anidro, amina primária-secundária e octadecilsilano. Cromatografia gasosa-espectrometria de massas foi utilizada como técnica analítica. O método QuEChERS usando formato de amônio é demonstrado como uma alternativa bem-sucedida para extrair resíduos de OCP de uma amostra de solo.

Introdução

A necessidade de aumentar a produção de alimentos levou ao uso intensivo e generalizado de pesticidas em todo o mundo nas últimas décadas. Os pesticidas são aplicados nas lavouras para protegê-las de pragas e aumentar o rendimento das culturas, mas seus resíduos geralmente acabam no ambiente do solo, especialmente nas áreas agrícolas1. Além disso, alguns pesticidas, como os pesticidas organoclorados (OCPs), possuem uma estrutura muito estável, de modo que seus resíduos não se decompõem facilmente e persistem no solo por muito tempo2. Geralmente, o solo tem alta capacidade de acumular resíduos de agrotóxicos, principalmente quando apresenta alto teor de matéria orgânica3. Como resultado, o solo é um dos compartimentos ambientais mais contaminados por resíduos de pesticidas. A título de exemplo, um dos estudos completos até à data constatou que 83% dos 317 solos agrícolas de toda a União Europeia estavam contaminados com um ou mais resíduos de pesticidas4.

A poluição do solo por resíduos de pesticidas pode afetar espécies não visadas, a função do solo e a saúde do consumidor ao longo da cadeia alimentar, devido à alta toxicidade dos resíduos 5,6. Consequentemente, a avaliação de resíduos de pesticidas em solos é essencial para avaliar seus potenciais efeitos negativos sobre o meio ambiente e a saúde humana, particularmente nos países em desenvolvimento, devido à falta de regulamentação rigorosa sobre o uso de pesticidas7. Isso torna a análise de múltiplos resíduos de pesticidas cada vez mais importante. No entanto, a análise rápida e precisa dos resíduos de agrotóxicos nos solos é um desafio difícil devido ao grande número de substâncias interferentes, bem como ao baixo nível de concentração e às diversas propriedades físico-químicas desses analitos4.

De todos os métodos de análise de resíduos de pesticidas, o método QuEChERS tornou-se a opção mais rápida, fácil, barata, eficaz, robusta e segura8. O método QuEChERS envolve duas etapas. Na primeira etapa, é realizada uma extração em microescala baseada na particionamento via salga entre uma camada aquosa e uma de acetonitrila. Na segunda etapa, um processo de limpeza é realizado empregando uma extração dispersiva em fase sólida (dSPE); esta técnica utiliza pequenas quantidades de várias combinações de sorventes porosos para remover componentes que interferem na matriz e supera as desvantagens do SPE convencional9. Assim, o QuEChERS é uma abordagem ambientalmente amigável com pouco solvente / produto químico indo para o desperdício que fornece resultados muito precisos e minimiza fontes potenciais de erros aleatórios e sistemáticos. De fato, tem sido aplicado com sucesso para a análise rotineira de alto rendimento de centenas de agrotóxicos, com forte aplicabilidade em quase todos os tipos de amostras ambientais, agroalimentares e biológicas 8,10. Este trabalho tem como objetivo aplicar e validar uma nova modificação do método QuEChERS que foi previamente desenvolvido e acoplado ao GC-MS para analisar OCPs em solo agrícola.

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Protocolo

1. Preparação das soluções-mãe

NOTA: Recomenda-se o uso de luvas nitrílicas, jaleco de laboratório e óculos de segurança durante todo o protocolo.

  1. Preparar uma solução-mãe em acetona a 400 mg/L a partir de uma mistura comercial de OCP (ver Tabela de Materiais) a 2 000 mg/L em hexano:tolueno (1:1) num balão aferido de 25 ml. A Tabela 1 mostra cada um dos OCPs selecionados.
  2. Preparar as soluções-mãe subsequentes em acetona nas concentrações de 50 mg/L, 1 mg/L e 0,08 mg/L em frascos volumétricos de 10 ml e guardá-las em frascos para injetáveis de vidro âmbar a -18 °C.
    NOTA: As mesmas soluções podem ser usadas durante todo o trabalho, mas é importante armazená-las nessas condições logo após cada uso.
  3. Preparar as soluções-mãe em acetona nas concentrações de 20 mg/L e 0,4 mg/L a partir de um padrão comercial de 4,4'-DDE-d8 a 100 mg/L em acetona em balões aferidos de 10 ml e conservar em frascos para injetáveis de vidro âmbar a -18 °C. Use 4,4'-DDE-d8 como um padrão interno (IS).

2. Coleta de amostras

  1. Coletar aproximadamente 0,5 kg da camada superior de 10 cm de um solo agrícola em um recipiente de vidro. O solo objeto deste trabalho foi coletado em uma zona agrícola tradicional de culturas de batata.
    NOTA: Realizou-se amostragem superficial com espátula. No entanto, a profundidade do solo pode influenciar suas características físico-químicas. Portanto, se o teor de carbono orgânico varia com a profundidade, é necessário coletar amostras em diferentes profundidades.
  2. Levar a amostra de solo ao laboratório, peneirar-a com uma peneira de 1 mm de diâmetro e armazená-la até à análise a 4 °C num recipiente de vidro âmbar.
    NOTA: A mesma amostra de solo pode ser usada durante todo o trabalho, mas é importante armazená-la nessas condições logo após cada uso.

3. Preparação da amostra através do método QuEChERS modificado utilizando formato de amónio

NOTA: A Figura 1 mostra uma representação esquemática do método QuEChERS modificado.

  1. Pesar 10 g da amostra de solo num tubo de centrífuga de 50 ml e adicionar 50 μL da solução de SI a 20 mg/L para obter 100 μg/kg. Para efeitos de recuperação, adicionar também as soluções de pesticidas preparadas na etapa 1.2 para produzir 10 μg/kg, 50 μg/kg e 200 μg/kg (n = 3 cada).
  2. Agite o tubo usando um vórtice por 30 s para integrar melhor o pico na amostra.
  3. Adicione 10 mL de água. Agite o tubo utilizando um agitador automático a 10 x g durante 5 minutos.
  4. Adicionar 10 mL de acetonitrila. Agite o tubo novamente a 10 x g durante 5 minutos.
  5. Adicionar 5 g de formato de amónio (ver Tabela de Materiais), agitar o tubo vigorosamente durante 1 min à mão e centrifugar a 1.800 x g durante 5 min.
  6. Transferir 1 mL do extrato de acetonitrila para um tubo de centrífuga de 2 mL contendo 150 mg de MgSO4 anidro, 50 mg de amina primária-secundária (PSA) e 50 mg de octadecilsilano (C18) (ver Tabela de Materiais) para fins de limpeza por extração de fase sólido-dispersiva (d-SPE)8, vórtice por 30 s e centrífuga a 1.800 x g por 5 min.
  7. Transfira 200 μL do extracto para um frasco para injetáveis de amostrador automático devidamente rotulado com uma inserção fundida de 300 μL e efectue uma análise instrumental utilizando um sistema GC-MS (passo 4).
    NOTA: A calibração combinada com matriz é realizada seguindo as mesmas etapas que anteriormente usando extratos em branco, mas 5 mL do sobrenadante são limpos em tubos de 15 mL na etapa d-SPE (etapa 3.6) e as soluções spike e IS não são adicionadas até a etapa 3.7. Adicionar as soluções-padrão de calibração nos frascos para injetáveis do amostrador automático para produzir 5 μg/kg, 10 μg/kg, 50 μg/kg, 100 μg/kg, 200 μg/kg e 400 μg/kg, evaporar até à secura e adicionar 200 μL dos extractos da matriz.

4. Análise instrumental por GC-MS

  1. Realizar as análises GC-MS usando um sistema GC-MS com um único espectrômetro de massa quadrupolo e uma interface de ionização eletrônica (-70 eV) (ver Tabela de Materiais).
  2. Ajuste a linha de transferência MS a 280 °C e a fonte iónica a 230 °C.
  3. Use uma coluna de 5%-fenil-metilpolissiloxano 30 m x 250 μm x 0,25 μm (ver Tabela de Materiais) e um He de pureza ultra-alta como gás transportador a uma taxa de fluxo constante de 1,2 mL/min.
  4. Manter o forno GC a 60 °C inicialmente durante 2 min, depois aumentar a temperatura para 160 °C a 25 °C/min e manter a temperatura durante 1 min. Em seguida, aumente a temperatura para 175 °C a 15 °C/min e segure por 3 min. Em seguida, aumente para 220 °C a 40 °C/min e segure por 3 min. Novamente, aumente para 250 °C a 30 °C/min e segure por 2 min. Finalmente, leve a temperatura a 310 °C a 30 °C/min e segure por 2 min. O tempo total de análise é de 22.125 min.
  5. Realize um autotune completo e uma verificação de ar e água do MS antes de cada sequência.
    1. Abra o software de aquisição MassHunter que controla todos os parâmetros do sistema GC-MS.
      NOTA: O sistema de instrumentos inclui o software de aquisição MassHunter por padrão.
    2. Abra a opção "Visualizar" na barra de ferramentas e clique em Controle de vácuo, clique em Ajustar e clique em Autotune. O autotune terminará após alguns minutos.
    3. Abra a opção "Visualizar" e clique em Controle de instrumentos.
    4. Clique em Sim e salve o novo arquivo de sintonia para o autotune.
    5. Abra a opção "Visualizar" na barra de ferramentas e clique em Controle de vácuo, clique em Sintonizar novamente e clique em Verificar ar e Água. A verificação de ar e água terminará após alguns segundos.
    6. Abra a opção "Visualizar" e clique em Controle de instrumentos.
    7. Clique em Sim e salve o novo arquivo de sintonia para a verificação de ar e água.
  6. Efectuar a injecção utilizando um amostrador automático (ver Tabela de Materiais) a 280 °C no modo splitless, mantendo o volume de injeção 1,5 μL. Após 0,75 min da injecção, abra a fractura a um caudal de 40 ml/min.
    NOTA: Entre as injecções, a seringa de 10 μL deve ser lavada três vezes com acetato de etila e três vezes com ciclohexano. Todas as injeções estão em duplicata.
  7. Analise os analitos no modo de monitoramento de íons selecionados (SIM). Este é o modo padrão usado em sistemas MS com um único quadrupolo.
    NOTA: A Tabela 1 mostra os tempos de retenção (min) e os parâmetros de quantificação com base no uso de uma quantificação e dois íons de identificação para os OCPs e o IS. A análise quantitativa baseia-se na razão entre a área de pico da ião de quantificação e o íon de SI.

5. Aquisição de dados

  1. Abra o software de aquisição MassHunter que controla todos os parâmetros do sistema GC-MS.
  2. Abra a opção "Sequência" na barra de ferramentas e edite a sequência, incluindo o nome da amostra, o número do frasco para injetáveis, o número de injeções, o método instrumental e o nome do ficheiro a gerar. Adicione quantas linhas forem necessárias.
  3. Clique em OK e salve a nova sequência.
  4. Abra a opção "Sequência" na barra de ferramentas novamente e clique em Executar sequência no menu suspenso. Uma nova janela será aberta para confirmar o método de injeção e a pasta onde as amostras serão salvas. Clique em Executar sequência novamente, e a injeção começará.

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Resultados

A validação completa do método analítico foi realizada em termos de linearidade, efeitos matriciais, recuperação e repetibilidade.

Curvas de calibração pareadas por matriz com amostras em branco cravadas em seis níveis de concentração (5 μg/kg, 10 μg/kg, 50 μg/kg, 100 μg/kg, 200 μg/kg e 400 μg/kg) foram utilizadas para a avaliação da linearidade. Os coeficientes de determinação (R2) foram maiores ou iguais a 0,99 para todos os OCPs. O menor nível de calibração (LCL) foi fixado em 5 ...

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Discussão

O9 original e as duas versões oficiais13,14 do método QuEChERS usam sulfato de magnésio juntamente com sais de cloreto de sódio, acetato ou citrato para promover a separação da mistura acetonitrila/água durante a extração. No entanto, esses sais tendem a ser depositados como sólidos nas superfícies na fonte de espectrometria de massa (MS), o que causa a necessidade de maior manutenção de métodos baseados em cromatografia líquida (LC)-MS. E...

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Divulgações

Não tenho conflitos de interesse para divulgar.

Agradecimentos

Gostaria de agradecer a Javier Hernández-Borges e Cecilia Ortega-Zamora o seu inestimável apoio. Quero também agradecer à Universidad EAN e à Universidad de La Laguna.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Tubos de centrífuga cônicos de vidro descartáveis de 15 mLPYREX99502-15
Tubos de centrífuga de 2 mLEppendorf30120094
Tubos de centrífuga de 50 mL com tampas de roscaVWR21008-169
5977B detector seletivo de massaAgilent Technologies1617R019
7820A sistema de cromatografia gasosaAgilent Technologies
AcetonaSupelco1006582500
AcetonitrilaVWR83642320
Formato de amónioVWR21254260
Agitador automático KS 3000 i controlIKA3940000
BalançaSartorius Lab Instruments Gmbh & CoENTRIS224I-1S
Bondesil-C18, 40 µ mAgilent Technologies12213012
Bondesil-PSA, 40 µ mAgilent Technologies12213024
CyclohexaneVWR85385320
EPA TCL pesticidas mixSigma Aldrich48913
Acetato de etilaSupelco1036492500
G4567A amostrador automáticoAgilent Technologies19490057
HP-5ms Ultra Inerte (5%-fenil)-metilpolissiloxano 30 m x 250 & Micro; m x 0,25 µ coluna mAgilent Technologies19091S-433UI
Sulfato de magnésio monohidratadoSigma Aldrich434183-1KG
Mega Star 3.R centrífugaVWR521-1752
Milli-Q gradiente A10MilliporeRR400Q101
p,p'-DDE-d8Dr EhrenstorferDRE-XA12041100AC
Ponteiras de pipeta 2 - 200 & Micro; LMARCA732008
Ponteiras de pipeta 5 mLMARCA702595
Ponteiras de pipeta 50 - 1000 uLMARCA732012
Pippette Transferpette S variabel 10 - 100 µ LMARCA704774
Pippette Transferpette S variabel 100 - 1000 µ LMARCA704780
Pippette Transferpette S variabel 20 - 200 µ LMARCA704778
Pippette Transferpette S variabel 500 - 5000 µ LFRAND704782
Frascos com inserto fundidoSigma Aldrich29398-U
OCPsNúmero de registro CAS
α-BHC319-84-6
β-BHC319-85-7
Lindane58-89-9
δ-BHC319-86-8
Heptacloro76-44-8
Aldrin309-00-2
Heptacloro epóxido1024-57-3
&alfa;-Endosulfan959-98-8
4,4'-DDE-d8 (IS)93952-19-3
4,4'-DDE72-55-9
Dieldrin60-57-1
Endrin72-20-8
β-Endosulfan33213-65-9
4,4'-DDD72-54-8
Sulfato1031-07-8
4,4'-DDT50-29-3
Endrin cetona53494-70-5
Metoxicloro72-43-5
16162016 de endosulfan

Referências

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