Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Анализ хлорорганических пестицидов в образце почвы модифицированным подходом QuEChERS с использованием формиата аммония

3.8K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/64901

⸱

20 января 2023 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

Настоящий протокол описывает использование формиата аммония для фазового разделения в QuEChERS вместе с газовой хроматографией-масс-спектрометрией для успешного определения остатков хлорорганических пестицидов в образце почвы.

Аннотация

В настоящее время метод QuEChERS представляет собой наиболее широко используемый протокол пробоподготовки во всем мире для анализа остатков пестицидов в широком спектре матриц как в официальных, так и в неофициальных лабораториях. Метод QuEChERS с использованием формиата аммония ранее оказался выгодным по сравнению с оригинальной и двумя официальными версиями. С одной стороны, простого добавления 0,5 г формиата аммония на грамм образца достаточно для индуцирования разделения фаз и достижения хороших аналитических показателей. С другой стороны, формиат аммония снижает потребность в техническом обслуживании в рутинных анализах. Здесь был применен модифицированный метод QuEChERS с использованием формиата аммония для одновременного анализа остатков хлорорганических пестицидов (OCP) в сельскохозяйственных почвах. В частности, 10 г образца гидратировали 10 мл воды, а затем экстрагировали 10 мл ацетонитрила. Далее фазовое разделение проводили с использованием 5 г формиата аммония. После центрифугирования супернатант подвергали дисперсионной твердофазной стадии очистки экстракции безводным сульфатом магния, первичным вторичным амином и октадецилсилананом. В качестве аналитического метода использовалась газовая хроматография-масс-спектрометрия. Метод QuEChERS с использованием формиата аммония демонстрируется в качестве успешной альтернативы для извлечения остатков OCP из образца почвы.

Введение

Необходимость увеличения производства продуктов питания привела к интенсивному и широкому использованию пестицидов во всем мире в течение последних нескольких десятилетий. Пестициды применяются к сельскохозяйственным культурам для защиты их от вредителей и повышения урожайности, но их остатки обычно попадают в почвенную среду, особенно в сельскохозяйственных районах1. Кроме того, некоторые пестициды, такие как хлорорганические пестициды (OCP), имеют очень стабильную структуру, поэтому их остатки не разлагаются легко и сохраняются в почве в течение длительного времени2. Как правило, почва обладает высокой способностью накапливать остатки пестицидов, особенно когда она имеет высокое содержание органического вещества3. В результате почва является одним из экологических отсеков, наиболее загрязненных остатками пестицидов. Например, одно из полных исследований на сегодняшний день показало, что 83% из 317 сельскохозяйственных почв со всего Европейского Союза были загрязнены одним или несколькими остатками пестицидов4.

Загрязнение почвы остатками пестицидов может повлиять на нецелевые виды, функцию почвы и здоровье потребителей через пищевую цепь из-за высокой токсичности остатков 5,6. Следовательно, оценка остатков пестицидов в почвах имеет важное значение для оценки их потенциального негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека, особенно в развивающихся странах из-за отсутствия строгих правил использования пестицидов7. Это делает анализ пестицидов с несколькими остатками все более важным. Однако быстрый и точный анализ остатков пестицидов в почвах является сложной задачей из-за большого количества мешающих веществ, а также низкого уровня концентрации и разнообразных физико-химических свойств этих аналитов4.

Из всех методов анализа остатков пестицидов метод QuEChERS стал самым быстрым, простым, дешевым, эффективным, надежным и безопасным вариантом8. Метод QuEChERS состоит из двух этапов. На первом этапе выполняется микромасштабная экстракция, основанная на разделении путем засолки между водным и ацетонитрильным слоем. На втором этапе осуществляется процесс очистки с использованием дисперсионной твердофазной экстракции (dSPE); этот метод использует небольшие количества нескольких комбинаций пористых сорбентов для удаления матричных мешающих компонентов и преодолевает недостатки обычного SPE9. Следовательно, QuEChERS является экологически чистым подходом с небольшим количеством растворителей / химических веществ, поступающих в отходы, который обеспечивает очень точные результаты и сводит к минимуму потенциальные источники случайных и систематических ошибок. Фактически, он был успешно применен для высокопроизводительного рутинного анализа сотен пестицидов, с сильным применением почти во всех типах экологических, агропищевых и биологических образцов 8,10. Эта работа направлена на применение и проверку новой модификации метода QuEChERS, который был ранее разработан и связан с GC-MS для анализа OCP в сельскохозяйственных почвах.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Подготовка стоковых решений

ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется носить нитриловые перчатки, лабораторный халат и защитные очки в течение всего протокола.

  1. Приготовьте стандартный раствор в ацетоне по 400 мг/л из коммерческой смеси OCP (см. Таблицу материалов) по 2000 мг/л в гексане:толуоле (1:1) в объемной колбе объемом 25 мл. В таблице 1 показаны все выбранные OCP.
  2. Последующие исходные растворы готовят в ацетоне в концентрациях 50 мг/л, 1 мг/л и 0,08 мг/л в объемных колбах по 10 мл и хранят их во флаконах из янтарного стекла при −18 °C.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Одни и те же решения могут использоваться на протяжении всей работы, но важно хранить их в этих условиях сразу после каждого использования.
  3. Готовят исходные растворы в ацетоне в концентрациях 20 мг/л и 0,4 мг/л из коммерческого стандарта 4,4'-DDE-d8 при 100 мг/л в ацетоне в объемных колбах по 10 мл и хранят во флаконах из янтарного стекла при −18 °C. Используйте 4,4'-DDE-d8 в качестве внутреннего стандарта (IS).

2. Сбор образцов

  1. Соберите примерно 0,5 кг верхнего 10-сантиметрового слоя сельскохозяйственной почвы в стеклянную емкость. Почвенный объект данного исследования был собран в традиционной сельскохозяйственной зоне посевов картофеля.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Был проведен отбор проб поверхности шпателем. Однако глубина почвы могла влиять на ее физико-химические характеристики. Поэтому, если содержание органического углерода меняется с глубиной, необходимо брать пробы на разных глубинах.
  2. Возьмите образец почвы в лабораторию, просейте его ситом диаметром 1 мм и храните до анализа при 4 °C в янтарном стеклянном контейнере.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Один и тот же образец почвы может быть использован на протяжении всей работы, но важно хранить его в этих условиях сразу после каждого использования.

3. Пробоподготовка модифицированным методом QuEChERS с использованием формиата аммония

ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 1 показано схематическое представление модифицированного метода QuEChERS.

  1. Взвесьте 10 г образца почвы в центрифужной пробирке объемом 50 мл и добавьте 50 мкл раствора ИС при 20 мг/л для получения 100 мкг/кг. Для целей рекуперации также добавляют растворы пестицидов, приготовленные на стадии 1.2, чтобы получить 10 мкг/кг, 50 мкг/кг и 200 мкг/кг (n = 3 каждый).
  2. Встряхните трубку с помощью вихря в течение 30 с, чтобы лучше интегрировать шип в образец.
  3. Добавьте 10 мл воды. Встряхните трубку с помощью автоматического шейкера при 10 х г в течение 5 мин.
  4. Добавьте 10 мл ацетонитрила. Снова встряхните пробирку по 10 х г в течение 5 мин.
  5. Добавьте 5 г формиата аммония (см. Таблицу материалов), энергично встряхните трубку в течение 1 мин вручную и центрифугу при 1 800 х г в течение 5 мин.
  6. Переложить 1 мл экстракта ацетонитрила в центрифужную трубку объемом 2 мл, содержащую 150 мг безводного MgSO4, 50 мг первично-вторичного амина (ПСА) и 50 мг октадецилсилана (С18) (см. Таблицу материалов) для целей очистки путем дисперсионно-твердофазной экстракции (d-SPE)8, вихря в течение 30 с и центрифуги при 1 800 х г в течение 5 мин.
  7. Перенесите 200 мкл экстракта в надлежащим образом маркированный флакон автосамплера с расплавленной вставкой объемом 300 мкл и выполните инструментальный анализ с использованием системы GC-MS (этап 4).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Матричную калибровку проводят на тех же этапах, что и ранее с использованием пустых экстрактов, но 5 мл супернатанта очищают в пробирках по 15 мл на стадии d-SPE (стадия 3.6), и шип и растворы IS не добавляют до стадии 3.7. Добавьте калибровочные стандартные растворы во флаконы автопробоотборника для получения 5 мкг/кг, 10 мкг/кг, 50 мкг/кг, 100 мкг/кг, 200 мкг/кг и 400 мкг/кг, испаритесь до сухости и добавьте 200 мкл экстрактов матрицы.

4. Инструментальный анализ по ГК-МС

  1. Выполнение анализа GC-MS с использованием системы GC-MS с одним квадрупольным масс-спектрометром и интерфейсом электронной ионизации (−70 эВ) (см. Таблицу материалов).
  2. Установите линию передачи MS при 280 °C и источник ионов при 230 °C.
  3. Используйте 5%-фенил-метилполисилоксан 30 м x 250 мкм x 0,25 мкм колонку (см. Таблицу материалов) и сверхвысокой чистоты He в качестве газа-носителя при постоянном расходе 1,2 мл/мин.
  4. Сначала выдерживайте духовку GC при температуре 60 °C в течение 2 мин, затем увеличьте температуру до 160 °C при 25 °C/мин и подержите в течение 1 минуты. Затем увеличьте температуру до 175 °C при 15 °C/мин и подержите в течение 3 минут. Затем увеличьте до 220 °C при 40 °C/мин и подержите в течение 3 минут. Снова увеличьте до 250 °C при 30 °C/мин и подержите в течение 2 минут. Наконец, доведите температуру до 310 °C при 30 °C/мин и подержите в течение 2 минут. Общее время анализа составляет 22.125 мин.
  5. Проведите полную автонастройку и проверку воздуха и воды MS перед каждой последовательностью.
    1. Откройте программу сбора MassHunter, которая контролирует все параметры системы GC-MS.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Приборная система по умолчанию включает в себя программное обеспечение для сбора MassHunter.
    2. Откройте опцию «Просмотр» на панели инструментов и нажмите « Управление вакуумом», нажмите « Настроить» и нажмите « Автонастройка». Автонастройка завершится через несколько минут.
    3. Откройте опцию «Вид» и нажмите « Управление приборами».
    4. Нажмите кнопку Да и сохраните новый файл настроек для автонастройки.
    5. Откройте опцию «Вид» на панели инструментов и нажмите « Управление вакуумом», снова нажмите « Настроить » и нажмите « Проверка воздуха и воды». Проверка воздуха и воды закончится через несколько секунд.
    6. Откройте опцию «Вид» и нажмите « Управление приборами».
    7. Нажмите «Да» и сохраните новый файл настроек для проверки воздуха и воды.
  6. Выполняйте впрыск с помощью автопробоотборника (см. Таблицу материалов) при 280 °C в сплит-режиме, сохраняя объем впрыска 1,5 мкл. После 0,75 мин впрыска откройте сплит со скоростью потока 40 мл/мин.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Между инъекциями шприц объемом 10 мкл необходимо промыть три раза этилацетатом и три раза циклогексаном. Все инъекции делаются в двух экземплярах.
  7. Анализ анализируемых веществ в выбранном режиме мониторинга ионов (SIM). Это стандартный режим, используемый в системах MS с одним квадруполем.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В таблице 1 показано время удержания (мин) и параметры количественной оценки, основанные на использовании одного количественного определения и двух идентификационных ионов для OCP и IS. Количественный анализ основан на соотношении пиковой площади иона количественного определения к иону ИС.

5. Сбор данных

  1. Откройте программу сбора MassHunter, которая контролирует все параметры системы GC-MS.
  2. Откройте параметр «Последовательность» на панели инструментов и отредактируйте последовательность, включая имя образца, номер флакона, количество инъекций, инструментальный метод и имя создаваемого файла. Добавьте столько строк, сколько необходимо.
  3. Нажмите кнопку ОК и сохраните новую последовательность.
  4. Снова откройте опцию «Последовательность» на панели инструментов и нажмите «Запустить последовательность» в раскрывающемся меню. Откроется новое окно для подтверждения метода внедрения и папки, в которой будут сохранены образцы. Нажмите кнопку Запустить последовательность еще раз, и начнется инъекция.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Полная валидация аналитического метода была выполнена с точки зрения линейности, матричных эффектов, восстановления и повторяемости.

Для оценки линейности использовались матричные калибровочные кривые с шипованными пустыми образцами при шести уровнях концентрации (5 мкг/кг, 10 мкг/кг, 50 мкг/кг, 100 мкг/кг, 200 мкг/кг и 400 мкг/кг). Коэффициенты определения (R2) были выше или равны 0,99 для всех OCP. Самый низкий калибровочный уровень (LCL) был установлен на уровне 5 мкг/кг, что соо...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Оригинальнаяверсия 9 и две официальные версии13,14 метода QuEChERS используют сульфат магния вместе с солями хлорида натрия, ацетата или цитрата для содействия разделению смеси ацетонитрила и воды во время экстракции. Однако эти соли, как правило, осаждаются в виде твердых тел на поверхностях в источнике масс-спектрометрии (МС), что вызывает необходимость в усилении поддержки методов жидкостной хроматографии (LC)-MS. Что касается преодолен...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

У меня нет конфликтов интересов, которые можно было бы раскрыть.

Благодарности

Я хотел бы поблагодарить Хавьера Эрнандеса-Борхеса и Сесилию Ортегу-Самору за их неоценимую поддержку. Я также хочу поблагодарить Universidad EAN и Universidad de La Laguna.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Одноразовые стеклянные конические центрифужные пробирки 15 млPYREX99502-15
Центрифужные пробирки 2 млEppendorf30120094
центрифуги 50 мл с завинчивающимися крышкамиVWR21008-169
5977B масс-селективный детекторAgilent Technologies1617R019
7820A система газовой хроматографииAgilent Technologies
АцетонSupelco1006582500
АцетонитрилVWR83642320
Формиат аммонияVWR21254260
Автоматический шейкер KS 3000 i controlIKA3940000
BalanceSartorius Lab Instruments Gmbh & CoENTRIS224I-1S
Bondesil-C18, 40 & микро; mAgilent Technologies12213012
Bondesil-PSA, 40 & микро; mAgilent Technologies12213024
смесь пестицидов CyclohexaneVWR85385320
EPA TCL SigmaAldrich 48913
ЭтилацетатSupelco1036492500
G4567A автоматический пробоотборникAgilent Technologies19490057
HP-5ms Ultra Inert (5%-фенил)-метилполисилоксан 30 м x 250 микро; м х 0,25 и микро; m колонкаAgilent Technologies19091S-433UI
Моногидрат сульфата магнияSigma Aldrich434183-1KG
Mega Star 3.R центрифугаVWR521-1752
Milli-Q градиент A10MilliporeRR400Q101
p,p'-DDE-d8Dr EhrenstorferDRE-XA12041100AC
Наконечники для пипеток 2 - 200 & микро; LBRAND732008
Наконечники для пипеток 5 млBRAND702595
Наконечники для пипеток 50 - 1000 мклBRAND732012
Pippette Transferpette S variabel 10 - 100 &; LBRAND704774
Pippette Transferpette S variabel 100 - 1000 &; LМАРКА704780
Пиппет Трансферпет С вариабелем 20 - 200 & микро; LBRAND704778
Pippette Transferpette S variabel 500 - 5000 µ LМАРКА 704782
Флаконы с вплавленной вставкойSigma Aldrich29398-U
OCPsCAS регистрационный номер
α-BHC319-84-6
β-BHC319-85-7
Линдан58-89-9
δ-BHC319-86-8
Гептахлор76-44-8
Альдрин309-00-2
Гептахлор эпоксид1024-57-3
&альфа;-Эндосульфан959-98-8
4,4'-DDE-d8 (IS)93952-19-3
4,4'-DDE72-55-9
Дильдрин60-57-1
Эндрин72-20-8
&бета;-эндосульфан33213-65-9
4,4'-ДДД72-54-8
Сульфат эндосульфана1031-07-8
4,4'-ДДТ50-29-3
Эндрин кетон53494-70-5
Метоксихлор72-43-5
16162016

Ссылки

  1. Sabzevari, S., Hofman, J. A worldwide review of currently used pesticides' monitoring in agricultural soils. Science of The Total Environment. 812, 152344(2022).
  2. Tzanetou, E. N., Karasali, H. A. Comprehensive review of organochlorine pesticide monitoring in agricultural soils: The silent threat of a conventional agricultural past. Agriculture. 12 (5), 728(2022).
  3. Farenhorst, A. Importance of soil organic matter fractions in soil-landscape and regional assessments of pesticide sorption and leaching in soil. Soil Science Society of America Journal. 70 (3), 1005-1012 (2006).
  4. Silva, V., et al. Pesticide residues in European agricultural soils - A hidden reality unfolded. Science of The Total Environment. 653, 1532-1545 (2019).
  5. Vischetti, C., et al. Sub-lethal effects of pesticides on the DNA of soil organisms as early ecotoxicological biomarkers. Frontiers in Microbiology. 11, 1892(2020).
  6. Alengebawy, A., Abdelkhalek, S. T., Qureshi, S. R., Wang, M. -Q. Heavy metals and pesticides toxicity in agricultural soil and plants: Ecological risks and human health implications. Toxics. 9 (3), 42(2021).
  7. Zikankuba, V. L., Mwanyika, G., Ntwenya, J. E., James, A. Pesticide regulations and their malpractice implications on food and environment safety. Cogent Food & Agriculture. 5 (1), 1601544(2019).
  8. Varela-Martínez, D. A., González-Sálamo, J., González-Curbelo, M. Á, Hernández-Borges, J. Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe (QuEChERS) extraction. Handbooks in Separation Science. , Elsevier. Amsterdam, the Netherlands. 399-437 (2020).
  9. Anastassiades, M., Lehotay, S. J., Štajnbaher, D., Schenck, F. J. Fast and easy multiresidue method employing acetonitrile extraction/partitioning and "dispersive solid-phase extraction" for the determination of pesticide residues in produce. Journal of AOAC International. 86 (2), 412-431 (2003).
  10. González-Curbelo, M. Á, et al. Evolution and applications of the QuEChERS method. Trends in Analytical Chemistry. 71, 169-185 (2015).
  11. European Union. European Regulation (EC) NO 396/2005 of the European Parliament and of the Council of 23 February 2005 on maximum residue levels of pesticides in or on food and feed of plant and animal origin and amending Council Directive 91/414/EEC. Official Journal of the European Union. 70, 1-16 (2005).
  12. Kwon, H., Lehotay, S. J., Geis-Asteggiante, L. Variability of matrix effects in liquid and gas chromatography-mass spectrometry analysis of pesticide residues after QuEChERS sample preparation of different food crops. Journal of Chromatography A. 1270, 235-245 (2012).
  13. Lehotay, S. J., et al. Determination of pesticide residues in foods by acetonitrile extraction and partitioning with magnesium sulfate: Collaborative study. Journal of AOAC International. 90 (2), 485-520 (2007).
  14. European Committee for Standardization (CEN). Standard Method EN 15662. Food of plant origin-Determination of pesticide residues using GC-MS and/or LC-MS/MS following acetonitrile extraction/partitioning and clean-up by dispersive SPE-QuEChERS method. European Committee for Standardization. , (2008).
  15. González-Curbelo, M. Á, Lehotay, S. J., Hernández-Borges, J., Rodríguez-Delgado, M. Á Use of ammonium formate in QuEChERS for high-throughput analysis of pesticides in food by fast, low-pressure gas chromatography and liquid chromatography tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography A. 1358, 75-84 (2014).
  16. Han, L., Sapozhnikova, Y., Lehotay, S. J. Method validation for 243 pesticides and environmental contaminants in meats and poultry by tandem mass spectrometry coupled to low-pressure gas chromatography and ultrahigh-performance liquid chromatography. Food Control. 66, 270-282 (2016).
  17. Lehotay, S. J., Han, L., Sapozhnikova, Y. Automated mini-column solid-phase extraction clean-up for high-throughput analysis of chemical contaminants in foods by low-pressure gas chromatography-tandem mass spectrometry. Chromatographia. 79 (17), 1113-1130 (2016).
  18. Lehotay, S. J. Possibilities and limitations of isocratic fast liquid chromatography-tandem mass spectrometry analysis of pesticide residues in fruits and vegetables. Chromatographia. 82 (1), 235-250 (2019).
  19. Han, L., Matarrita, J., Sapozhnikova, Y., Lehotay, S. J. Evaluation of a recent product to remove lipids and other matrix co-extractives in the analysis of pesticide residues and environmental contaminants in foods. Journal of Chromatography A. 1449, 17-29 (2016).
  20. Varela-Martínez, D. A., González-Curbelo, M. Á, 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. Microchemical Journal. 157, 104950(2020).
  21. González-Curbelo, M. Á, Varela-Martínez, D. A., Riaño-Herrera, D. A. Pesticide-residue analysis in soils by the QuEChERS method: A review. Molecules. 27 (13), 4323(2022).
  22. Anastassiades, M., Maštovská, K., Lehotay, S. Evaluation of analyte protectants to improve gas chromatographic analysis of pesticides. Journal of Chromatography A. 1015 (1-2), 163-184 (2003).
  23. Maštovská, K., Lehotay, S., Anastassiades, M. Combination of analyte protectants to overcome matrix effects in routine GC analysis of pesticide residues in food matrixes. Analytical Chemistry. 77 (24), 8129-8137 (2005).
  24. Rahman, M., Abd El-Aty, A., Shim, J. Matrix enhancement effect: A blessing or a curse for gas chromatography? - A review. Analytica Chimica Acta. 801, 14-21 (2013).
  25. Rouvire, F., Buleté, A., Cren-Olivé, C., Arnaudguilhem, C. Multiresidue analysis of aromatic organochlorines in soil by gas chromatography-mass spectrometry and QuEChERS extraction based on water/dichloromethane partitioning. Comparison with accelerated solvent extraction. Talanta. 93, 336-344 (2012).
  26. Lesueur, C., Gartner, M., Mentler, A., Fuerhacker, M. Comparison of four extraction methods for the analysis of 24 pesticides in soil samples with gas chromatography-mass spectrometry and liquid chromatography-ion trap-mass spectrometry. Talanta. 75 (1), 284-293 (2008).
  27. Ðurović-Pejčev, R. D., Bursić, V. P., Zeremski, T. M. Comparison of QuEChERS with traditional sample preparation methods in the determination of multiclass pesticides in soil. Journal of AOAC International. 102 (1), 46-51 (2019).
  28. European Commission. SANTE/11312/2021. Guidance document on analytical quality control and method validation procedures for pesticide residues analysis in food and feed. European Commission. , (2021).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

QuEChERS
Анализ хлорорганических пестицидов в образце почвы модифицированным подходом QuEChERS с использованием формиата аммония
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.