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

Методическая статья

Модифицированный метод QuEChERS для анализа органофосфорных пестицидов в сельскохозяйственных почвах с помощью газовой хроматографии с тандемной масс-спектрометрией

114 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/72745

⸱

18 сентября 2026 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

В данном протоколе описывается модифицированный метод Quick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe (QuEChERS) с очисткой путем дисперсионной твердофазной экстракции на основе адсорбента из силиката магния для многокомпонентного определения органофосфорных пестицидов в сельскохозяйственных почвах с помощью газовой хроматографии с тандемной масс-спектрометрией, что позволяет улучшить удаление соэкстрактов, минимизировать аналитические помехи, обусловленные матрицей, и обеспечить надежное количественное определение на уровне следовых концентраций.

Аннотация

Точное определение остатков фосфорорганических пестицидов (ФОП) в сельскохозяйственных почвах методом газовой хроматографии с тандемной масс-спектрометрией (ГХ-МС/МС) часто затруднено матричными эффектами сигнала, вызванными соэкстракцией органического вещества, гуминовых веществ и минеральных интерферентов. Традиционные стратегии очистки Quick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe (QuEChERS) могут быть недостаточно эффективны для удаления компонентов матрицы из сложных почвенных экстрактов, что снижает аналитические показатели. В данном исследовании представлен модифицированный протокол QuEChERS, включающий адсорбент в состав смешанной сорбентной дисперсионной твердофазной экстракции (дТФЭ) для одновременного определения 12 ФОП в сельскохозяйственных почвах методом ГХ-МС/МС. Были оценены семь комбинаций сорбентов дТФЭ на шести образцах сельскохозяйственных почв с различными свойствами. Степень удаления соэкстрактивных веществ определяли гравиметрически; комбинация первичного-вторичного амина, октадецилсилана и адсорбента на основе силиката магния (по 50 mg каждого, с 150 mg безводного сульфата магния) обеспечила наивысшее среднее удаление соэкстрактов (8%). Для минимизации матричных эффектов в конечные экстракты вводили протекторы аналитов, состоящие из этилглицерина, γ-лактона L-гулоновой кислоты, D-сорбитола и шикимовой кислоты, а вариации сигнала, специфичные для конкретной почвы, компенсировали с помощью калибровки по матрице. В качестве процедурного и инжекционного внутренних стандартов использовали хлорпирифос-метил-d10 и трифенилфосфат соответственно. Калибровочные кривые по матрице (5–600 µg/kg) продемонстрировали отличную линейность с коэффициентами детерминации ≥0,993 для большинства комбинаций аналит-почва. Предел обнаружения (5 µg/kg) использовали для оценки линейности, в то время как методический предел количественного определения был установлен на уровне 50 µg/kg как самый низкий валидированный уровень. Правильность и прецизионность, оцененные на трех уровнях извлечения (50, 20 и 40 µg/kg, n = 5 на уровень), показали степень извлечения от 70% до 120% при относительном стандартном отклонении ≤20% для большинства комбинаций аналит-почва, что соответствует критериям эффективности SANTE/2020/12830 (Rev.2). Более низкое извлечение наблюдалось только для фенамифоса, пиримифоса-этила и этиона в некоторых почвенных матрицах. Результаты показывают, что адсорбент на основе силиката магния улучшает очистку методом дТФЭ за счет снижения количества соэкстрактивных веществ, а его сочетание с протекторами аналитов и калибровкой по матрице обеспечивает надежное многокомпонентное определение ФОП в сложных почвенных матрицах методом ГХ-МС/МС.

Введение

Фосфорорганические пестициды (ФОП) остаются одним из наиболее широко используемых классов агрохимикатов во всем мире благодаря широкому спектру эффективности и универсальности данной группы пестицидов при защите сельскохозяйственных культур1. Хотя многие ФОП подвергаются разложению в окружающей среде быстрее, чем хлорорганические пестициды, повсеместное и повторное применение этих соединений приводит к их постоянному присутствию в сельскохозяйственных почвах2. Почва выступает в качестве основного компонента окружающей среды, принимающего поступления пестицидов, и может служить временным резервуаром, из которого остатки могут переноситься в сельскохозяйственные культуры, поверхностные и грунтовые воды, а также в окружающие экосистемы3. Присутствие остатков ФОП вызывает обеспокоенность, поскольку эти соединения связаны с нейротоксическими эффектами у людей вследствие ингибирования активности ацетилхолинэстеразы, а также с неблагоприятным воздействием на нецелевые организмы, почвенные микробные сообщества и функционирование экосистем2. Таким образом, наличие остатков ФОП в сельскохозяйственных почвах может способствовать утрате биоразнообразия, экологическому дисбалансу и воздействию на окружающую среду через пищевые цепочки и водные пути3. Следовательно, надежное определение остатков ФОП необходимо для получения высококачественных данных об их присутствии, поддержки оценки воздействия на окружающую среду и улучшения понимания поведения ФОП в окружающей среде при различных сельскохозяйственных условиях. Более того, аналитические методы, разработанные и оптимизированные с использованием одного типа почвы, не обязательно обеспечат эквивалентную эффективность при применении к почвам с контрастными физико-химическими характеристиками4,5, что подчеркивает важность оценки применимости метода в различных сельскохозяйственных средах. Однако количественное определение следовых уровней остается сложной задачей, поскольку сельскохозяйственные почвы характеризуются значительной физико-химической изменчивостью, которая влияет на эффективность экстракции, матричные эффекты (МЭ) и общие аналитические показатели6.

Газовое хромато-масс-спектрометрия с тандемным масс-анализатором (ГХ-МС/МС) широко признана эталонным аналитическим методом для определения остаточных количеств нескольких видов органофосфорных пестицидов (ОФП) на следовых уровнях в сложных матрицах7,8. Тем не менее, точность количественного определения зависит не только от характеристик прибора, но и от эффективности подготовки проб. Экстракты почвы обычно содержат совместно экстрагированные компоненты матрицы, которые попадают в хроматографическую систему вместе с целевыми аналитами и могут изменять отклик аналита за счет подавления или усиления сигнала4,5,6. Степень этих эффектов значительно варьируется в зависимости от типа почвы и подвержена влиянию таких факторов, как содержание органического вещества, глинистая фракция, минеральный состав и pH. Следовательно, матричные эффекты остаются одним из основных источников аналитической неопределенности при определении пестицидов методом ГХ-МС/МС, что подчеркивает необходимость в стратегиях очистки, способных снизить нагрузку совместно экстрагируемых веществ при сохранении степени извлечения аналитов5,9,10. Кроме того, получение надежных данных об остаточных количествах требует соблюдения международно признанных критериев аналитической эффективности для обеспечения точности метода, сопоставимости исследований и пригодности для применения в экологическом мониторинге1.

Метод Quick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe (QuEChERS) стал наиболее широко используемым подходом к подготовке проб для мультирезидуального анализа пестицидов благодаря своей простоте, низкому расходу растворителей и широкой применимости к различным сельскохозяйственным матрицам4,12,13. Его модульная и гибкая структура позволила провести обширную адаптацию метода для различных типов образцов и аналитических целей, что способствовало его повсеместному внедрению в современный мультирезидуальный анализ и частому соотнесению с принципами «зеленой» аналитической химии ввиду сокращения расхода растворителей и упрощения подготовки проб. Такая адаптивность также позволяет настраивать метод, выбирая условия экстракции и очистки в зависимости от конкретных характеристик матрицы. При анализе почв эффективность этапа очистки методом дисперсионной твердофазной экстракции (dSPE) имеет решающее значение, поскольку недостаточное удаление соэкстрагированных компонентов матрицы может отрицательно повлиять на аналитические характеристики последующего определения методом ГХ-МС/МС4,14. Традиционные комбинации сорбентов на основе первичных и вторичных аминов (PSA) и октадецилсилана (C18) часто обеспечивают ограниченное удаление полярных гуминовых компонентов, которые являются одними из основных факторов возникновения матричных эффектов в экстрактах сельскохозяйственных почв14. Florisil, адсорбент на основе силиката магния, обладающий сродством к соединениям в широком диапазоне полярности, продемонстрировал многообещающую эффективность очистки в матрицах пищевых продуктов и растений15,16. Однако его роль в стратегиях очистки dSPE с использованием смешанных сорбентов для сельскохозяйственных почв остается недостаточно изученной, особенно для почв с различными физико-химическими свойствами17,18,19,20,21.

В данном исследовании представлен модифицированный протокол QuEChERS, в котором оценивались семь комбинаций сорбентов dSPE для шести типов сельскохозяйственных почв с различным pH, содержанием органического вещества и текстурой. Исследование основывалось на гипотезе о том, что включение адсорбента на основе силиката магния в очистку dSPE со смешанными сорбентами улучшит удаление соэкстрагированных компонентов матрицы из экстрактов сельскохозяйственных почв. Выбор сорбента основывался на гравиметрической оценке удаления соэкстрактов, а комбинация, обеспечившая наибольшую среднюю эффективность очистки, впоследствии была подвергнута полной аналитической валидации. Оптимизированная процедура была валидирована для одновременного определения 12 OPP с использованием внутреннего стандарта, калибровки по матрице и ГХ-МС/МС. Кроме того, в окончательный протокол были включены протекторы аналитов (этильглицерин, γ-лактон L-гулоновой кислоты, D-сорбитол и шикимовая кислота) в качестве дополнительной стратегии для минимизации остаточных эффектов сигнала, вызванных матрицей. Благодаря интеграции систематической оптимизации очистки с комплексной аналитической валидацией почв с контрастными физико-химическими свойствами, данный протокол обеспечивает надежный и воспроизводимый рабочий процесс, который может облегчить определение остатков пестицидов в неоднородных сельскохозяйственных почвах.

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

Протокол

Исходные данные, лежащие в основе экспериментальной оптимизации процедуры очистки методом dSPE, набор данных об эффекте матрицы и физико-химические характеристики шести образцов сельскохозяйственных почв были размещены в Zenodo и доступны по адресу DOI: 10.5281/zenodo.21644870. Подробная информация о использованных реагентах и оборудовании приведена в Таблице материалов.

1. Отбор и подготовка проб почвы

ПРИМЕЧАНИЕ: В целях обеспечения личной безопасности на протяжении всего данного протокола рекомендуется использовать лабораторный халат, защитные очки и нитриловые перчатки.

  1. Соберите общую композитную пробу почвы из верхнего слоя (0–10 см) в каждой выбранной сельскохозяйственной локации, объединив 8 индивидуальных подпроб, отобранных согласно систематической схеме отбора проб по квадратной сетке22.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Схема отбора по квадратной сетке из 8 точек соответствует рекомендациям Агентства по охране окружающей среды Нового Южного Уэльса (NSW EPA) для участков площадью примерно 1000 m2 (0,1 га)22.
  2. Объедините и тщательно перемешайте эти подпробы в полевых условиях, чтобы получить одну репрезентативную общую пробу (≥500 g) для каждой локации, создавая гомогенизированную базовую матрицу для оценки эффективности метода.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Композитный отбор проб используется здесь исключительно для стандартизации фоновых эффектов матрицы при оптимизации и валидации метода. В рамках нормативных требований по оценке загрязнения земель в реальных условиях или при неизвестном составе загрязнений композитный отбор проб строго ограничен NSW EPA из-за риска химического разбавления22. Для фактической характеристики участка или обнаружения «горячих точек» пробы из узлов сетки должны оставаться разделенными и анализироваться индивидуально, чтобы предотвратить ложноотрицательные результаты и сохранить данные о пространственной изменчивости.
  3. Транспортируйте пробы почвы в лабораторию в герметичных контейнерах из янтарного стекла в темноте.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Стеклянные контейнеры предпочтительнее полиэтиленовых пакетов, чтобы минимизировать потери гидрофобных или полулетучих ОФП за счет адсорбции на пластиковых поверхностях, а также снизить риск вымывания загрязнений или взаимодействия полимеров с аналитом. Темнота минимизирует фотодеградацию светочувствительных соединений при транспортировке.
  4. Высушите пробы на воздухе при температуре окружающей среды в отсутствие прямого света до достижения постоянной массы.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Воздушная сушка применяется для стандартизации содержания влаги в почве и обеспечения представления результатов в пересчете на сухой вес, что улучшает сопоставимость проб с разным естественным содержанием воды. Принудительная сушка в печи исключается, чтобы предотвратить возможные потери термически лабильных или полулетучих ОФП, а также изменения в структуре органического вещества почвы и сорбционных свойствах.
  5. Вручную разбейте почвенные агрегаты и просейте через сито из нержавеющей стали с ячейками 2 mm. Храните гомогенизированные почвы в герметичных контейнерах из янтарного стекла в темноте и в охлажденных условиях при 4 °C до момента экстракции.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Физико-химические характеристики шести типов почв, использованных в данном исследовании, были получены из предыдущих рутинных анализов почв. Эти данные использовались исключительно для выбора сельскохозяйственных почв с широким диапазоном pH (почва:H2O, 1:2)23, содержания органического вещества (метод Уоки-Блэка)24 и гранулометрического состава (метод Буйукоса)25 для оценки метода.

2. Приготовление реагентов, стандартов и растворов внутреннего стандарта

ПРИМЕЧАНИЕ: Если не указано иное, индивидуальные стоковые растворы пестицидов, смешанные рабочие стандартные растворы, растворы процедурного внутреннего стандарта (P-IS) и внутреннего стандарта для ввода пробы (I-IS), растворы для определения степени извлечения и градуировочные стандартные растворы готовят в мерных колбах объемом 10 mL, переносят в виалы из янтарного стекла и хранят при −20 °C до использования. Матричное соответствие градуировки, использование протекторов аналитов, P-IS и I-IS были внедрены, поскольку каждый из этих методов устраняет различный источник аналитической вариабельности, тем самым повышая надежность количественного анализа в сложных почвенных матрицах.

  1. Приготовьте индивидуальные основные растворы каждого из 12 коммерческих стандартов OPP (см. Таблицу материалов) с концентрацией 1000 mg/L в толуоле.
  2. Смешайте соответствующие объемы индивидуальных основных растворов для приготовления смешанного рабочего стандартного раствора в ацетонитриле (ACN) с концентрацией 400 mg/L.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот смешанный рабочий стандартный раствор впоследствии используется для приготовления растворов для определения степени извлечения и калибровочных растворов.
  3. Приготовьте раствор хлорпирифос-метил-d10 в качестве P-IS в ACN с концентрацией 750 mg/L. Добавьте его во время экстракции (шаг 3.2) для мониторинга и коррекции процедурной вариабельности.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Хлорпирифос-метил-d10 был выбран в качестве P-IS, поскольку, будучи изотопно-меченным OPP, он проявляет физико-химическое поведение, схожее с поведением целевых аналитов, оставаясь при этом легко отличимым при MS/MS.
  4. Приготовьте раствор трифенилфосфата в качестве I-IS в ACN с концентрацией 1050 mg/L. Добавьте его непосредственно перед инструментальным анализом (шаг 4.2.4) для коррекции вариабельности ввода пробы.
  5. Приготовьте основные растворы для проверки извлечения в ACN, подкисленном 0,05% (v/v) муравьиной кислотой, чтобы обеспечить конечные концентрации OPP, эквивалентные почвенным, 50 µg/kg, 200 µg/kg и 400 µg/kg при добавлении 300 µL к 5 g чернозема перед экстракцией. Приготовьте отдельный раствор P-IS, соответствующий эквиваленту пробы 200 µg/kg.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Подкисление муравьиной кислотой повышает стабильность OPP при хранении.
  6. Приготовьте калибровочные растворы, содержащие 12 OPP и хлорпирифос-метил-d10 в ACN с 0,05% (v/v) муравьиной кислотой, соответствующие конечным почвенно-эквивалентным концентрациям 5, 10, 25, 75, 200, 400 и 600 µg/kg для аналитов и 200 µg/kg для P-IS.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эти растворы впоследствии используются для построения калибровочных кривых с учетом матричных эффектов для каждой почвенной матрицы, которые были аппроксимированы с помощью невзвешенной линейной регрессии. Предел обнаружения (LOD) и предел количественного определения (LOQ) были определены в соответствии с руководящим документом SANTE/2020/12830 (Rev.2). LOD считался самым низким уровнем калибровки в матрице, в то время как LOQ соответствовал самому низкому валидированному уровню концентрации, демонстрирующему приемлемый выход и прецизионность.
  7. Приготовьте смесь протекторов аналитов, состоящую из этилглицерина (100 g/L), L-гулоновой кислоты γ-лактона (10 g/L), D-сорбитола (10 g/L) и шикимовой кислоты (5 g/L) в смеси ACN:вода (1:1, v/v), подкисленной 0,1% муравьиной кислотой. Храните при −20 °C. Добавьте непосредственно перед инструментальным анализом (шаг 4.2.4) для минимизации матричного эффекта (ME).

3. Экстракция методом QuEChERS

  1. Взвесьте 5,00 g ± 0,01 g подсушенной на воздухе и просеянной почвы в полипропиленовую центрифужную пробирку объемом 50 mL.
  2. Для экспериментов по определению степени извлечения добавьте раствор P-IS (приготовленный на этапе 2.3) и соответствующий раствор для извлечения (приготовленный на этапе 2.5) для получения конечных концентраций 200 µg/kg для хлорпирифос-метил-d10 и 50, 200 или 400 µg/kg для целевых ОФХ (n = 5 для каждого уровня извлечения для каждой почвы).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для экспериментов по определению степени извлечения и P-IS, и растворы пестицидов для извлечения добавляются перед экстракцией, как описано на этапе 3.2. При рутинном анализе образцов почвы перед экстракцией добавляется только P-IS для компенсации процедурной вариабельности при подготовке и анализе образцов. При приготовлении калибровочных экстрактов с учетом матричного эффекта ни P-IS, ни стандарты пестицидов не добавляются во время экстракции; готовятся экстракты пустой почвы, а калибровочные стандарты, содержащие как аналиты, так и P-IS (приготовленные на этапе 2.6), добавляются после очистки (см. этап 4.2.4).
  3. Перемешайте на вортексе в течение 30 s и дайте обогащенным образцам уравновеситься в течение 10 min при комнатной температуре.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Период уравновешивания способствует взаимодействию между добавленными аналитами и почвенной матрицей перед экстракцией, что повышает репрезентативность экспериментов по извлечению.
  4. Добавьте 10 mL деионизированной воды и встряхните вручную в течение 30 s, чтобы обеспечить полное увлажнение почвенной матрицы.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Регидратация улучшает десорбцию аналитов из частиц почвы и способствует эффективному распределению при экстракции.
  5. Добавьте 10 mL ACN, содержащего 1% (v/v) уксусной кислоты. Немедленно закройте пробирку крышкой и интенсивно встряхивайте в течение 2 min.
  6. Добавьте 6,0 g безводного сульфата магния (MgSO4) и 1,5 g ацетата натрия, и немедленно интенсивно встряхните пробирку в течение 1 min.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Оперативное перемешивание после добавления солей необходимо для обеспечения эффективного фазового распределения и предотвращения образования агрегатов солей.
  7. Центрифугируйте при 1800 × g в течение 5 min.
  8. Перенесите верхнюю фазу ACN в чистую пробирку для последующей очистки методом dSPE.

4. Очистка методом дисперсионной твердофазной экстракции

ПРИМЕЧАНИЕ: Данный раздел состоит из двух этапов. Сначала были оценены семь комбинаций сорбентов для dSPE, чтобы определить состав для очистки, обеспечивающий наибольшее среднее удаление соэкстрактов в шести образцах сельскохозяйственных почв. Впоследствии выбранная комбинация сорбентов была использована в качестве оптимизированной процедуры очистки для валидации метода в соответствии с руководством Генерального директора по вопросам здравоохранения и безопасности пищевых продуктов Европейской комиссии (DG SANTE) SANTE/2020/12830 (Rev.2)11.

  1. Оптимизация комбинаций сорбентов dSPE
    ПРИМЕЧАНИЕ: В качестве критерия оптимизации было выбрано гравиметрическое удаление совместно экстрагируемых веществ, так как оно обеспечивает независимую от аналита меру эффективности очистки. Оцененные количества сорбентов соответствуют стандартным пропорциям, широко используемым в процедурах dSPE на основе QuEChERS, что облегчает внедрение предлагаемого протокола в работу обычных аналитических лабораторий.
    1. Подготовьте микроцентрифужные пробирки объемом 2 мл, содержащие следующие комбинации сорбентов: (i) 150 mg безводного MgSO4 + 50 mg PSA; (ii) 150 mg безводного MgSO4 + 50 mg C18; (iii) 150 mg безводного MgSO4 + 50 mg адсорбента на основе силиката магния; (iv) 150 mg безводного MgSO4 + 50 mg PSA + 50 mg C18; (v) 150 mg безводного MgSO4 + 50 mg PSA + 50 mg адсорбента на основе силиката магния; (vi) 150 mg безводного MgSO4 + 50 mg C18 + 50 mg адсорбента на основе силиката магния; (vii) 150 mg безводного MgSO4 + 50 mg PSA + 50 mg C18 + 50 mg адсорбента на основе силиката магния.
    2. Перенесите аликвоты по 1,0 mL экстракта, полученного на этапе 3.8, в каждую пробирку dSPE.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Проводите все оценки сорбентов в трех повторностях для каждой почвы. Аликвоты, используемые для сравнения, должны быть взяты из одного и того же экстракта, чтобы различия в удалении совместно экстрагируемых веществ были обусловлены исключительно составом очистки.
    3. Перемешайте на вортексе в течение 1 min и центрифугируйте при 1800 × g в течение 5 min.
    4. Перенесите по 1,0 mL каждого очищенного экстракта в предварительно высушенные и взвешенные стеклянные пробирки. Испарите растворитель досуха под слабым током азота при 40 °C.
    5. Дайте пробирке остыть в эксикаторе до комнатной температуры и определите массу оставшегося остатка. Рассчитайте массу совместно экстрагируемых веществ, вычтя начальный вес пустой пробирки из конечного веса после испарения растворителя.
    6. Определите количество совместно экстрагируемых веществ в экстрактах без очистки dSPE, испарив эквивалентные аликвоты необработанного экстракта при тех же условиях.
    7. Рассчитайте удаление совместно экстрагируемых веществ согласно Уравнению 126:
      Формула статического равновесия для процента удаления совместно экстрагируемых веществ; диаграмма химического уравнения.
    8. Рассчитайте среднее удаление совместно экстрагируемых веществ по трем повторностям для каждой комбинации сорбентов и каждой почвы. Затем рассчитайте среднее удаление по шести сельскохозяйственным почвам для каждой комбинации сорбентов.
    9. Оцените различия между комбинациями сорбентов с помощью дисперсионного анализа (ANOVA) в рамках рандомизированного полного блока (RCBD), рассматривая комбинацию сорбентов как фактор воздействия, а почвенную матрицу — как блокирующий фактор. Перед проведением ANOVA оцените нормальность остатков и однородность дисперсий с помощью тестов Шапиро-Уилка и Левена соответственно. Выполните попарные сравнения с помощью критерия Тьюки (HSD) при уровне значимости α = 0,05.
    10. Выберите состав очистки на основе совокупной оценки статистического анализа и общего среднего значения удаления совместно экстрагируемых веществ.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Снижение нагрузки совместно экстрагируемых веществ минимизирует попадание компонентов матрицы в хроматографическую систему, что улучшает хроматографические характеристики, снижает загрязнение системы ГХ-МС/МС и уменьшает потребность в техническом обслуживании прибора.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Комбинация, содержащая PSA, C18 и адсорбент на основе силиката магния (по 50 mg каждого, с 150 mg безводного MgSO4), обеспечила самое высокое среднее удаление совместно экстрагируемых веществ и, следовательно, была выбрана в качестве оптимизированной процедуры очистки для всех последующих анализов.
  2. Применение оптимизированной процедуры очистки dSPE
    1. Перенесите 1,0 mL экстракта, полученного на этапе 3.8, в микроцентрифужную пробирку объемом 2 мл, содержащую 150 mg безводного MgSO4, 50 mg PSA, 50 mg C18 и 50 mg адсорбента на основе силиката магния.
    2. Перемешайте на вортексе в течение 1 min для обеспечения полного взаимодействия между экстрактом и сорбентами.
    3. Центрифугируйте при 1800 × g в течение 5 min.
    4. Перенесите 200 µL очищенного супернатанта в виалу для автосамплера и добавьте 20 µL смеси протектора аналитов, приготовленной на этапе 2.7, и 50 µL раствора трифенилфосфата, приготовленного на этапе 2.4. Тщательно перемешайте перед инструментальным анализом.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для калибровки по матрице приготовьте холостые экстракты каждой почвы, следуя процедурам экстракции и очистки, описанным в разделах 3 и 4.2, без добавления пестицидов или P-IS. После очистки перенесите 200 µL очищенного холостого экстракта в семь отдельных виал для автосамплера и добавьте калибровочные растворы, приготовленные на этапе 2.6, чтобы получить конечные концентрации 5, 10, 25, 75, 200, 400 и 600 µg/kg для аналитов и 200 µg/kg для P-IS. В каждую виалу добавьте 20 µL смеси протектора аналитов и 50 µL трифенилфосфата, как описано в пункте 4.2.4, что приведет к конечному объему в виале 270 µL. Постройте независимые калибровочные кривые по матрице для каждой почвенной матрицы. Концентрации в эквиваленте почвы основаны на аликвоте 200 µL очищенного экстракта, которая представляет экстракт, полученный из исходной пробы почвы массой 5 g. Последующее добавление протекторов аналитов и I-IS увеличивает конечный объем в виале, но не изменяет количество почвы, представленное аликвотой экстракта. Для калибровки по растворителю замените аликвоту 200 µL очищенного почвенного экстракта на 200 µL ACN и подготовьте калибровочные виалы, используя те же концентрации аналитов, P-IS, I-IS и смесь протектора аналитов, что и при калибровке по матрице. Эти калибровочные кривые по растворителю в дальнейшем используются для оценки ME.
    5. Выполните инструментальный анализ с использованием системы ГХ-МС/МС.

5. Анализ методом ГХ-МС/МС и сбор данных

ПРИМЕЧАНИЕ: Подробные описания конфигурации GC-MS/MS и процедур сбора данных представлены в работе Varela-Martínez et al.27. Основные хроматографические и масс-спектрометрические параметры приведены ниже.

  1. Используйте систему ГХ-МС/МС, оснащенную тройным квадрупольным масс-спектрометром, источником электронной ионизации (ЭИ), работающим при −70 eV, и автосамплером.
  2. Установите низкополярную капиллярную колонку из плавленого кварца (30 m × 0.25 mm вн. д. × 0.25 µm толщина слоя) и используйте гелий в качестве газа-носителя при постоянной скорости потока 1.2 mL/min.
  3. Перед началом анализа убедитесь в готовности прибора, включая подачу газа-носителя, работу вакуумной системы, состояние шприца и уровень промывочного растворителя в автосамплере. Выполните настройку прибора в соответствии с рекомендациями производителя.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Перед запуском любой аналитической последовательности убедитесь, что рабочий вакуум соответствует спецификациям, рекомендованным производителем прибора.
  4. Установите следующую программу температуры термостата ГХ: начальная температура 50 °C в течение 1 min; повышение до 180 °C со скоростью 25 °C/min; затем до 230 °C со скоростью 5 °C/min и, наконец, до 290 °C со скоростью 25 °C/min. Выдержите конечную температуру в течение 6 min. Общее время анализа составляет 24.6 min.
  5. Установите температуру испарительного порта на 250 °C и выполняйте впрыскивание по 1 µL в режиме без деления потока (splitless). Откройте вентиляционный канал через 1 min после впрыска.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для минимизации переноса остатков веществ последовательно промывайте шприц автосамплера метанолом, этилацетатом и ACN между впрысками.
  6. Установите температуру интерфейса МС на 250 °C, а температуру источника ионов — на 300 °C.
  7. Сбор данных проводите в режиме мониторинга множественных реакций (MRM), используя переходы ион-предшественник/ион-продукт, перечисленные в Таблице 1.
  8. Количественно определите аналиты, используя калибровочные кривые, построенные на матрице, приготовленные для каждого типа почвы. Рассчитайте концентрации аналитов по соотношению площади пика аналита к площади пика хлорпирифос-метил-d10.
  9. Используйте трифенилфосфат в качестве внутреннего стандарта ввода (I-IS) для проверки стабильности впрыска на протяжении всей аналитической серии.
  10. Рассчитайте матричные эффекты (ME) согласно Уравнению 228:
    Формула матричного эффекта, ME(%)=[Slope_matrix/Slope_solvent-1]x100, формула аналитической химии.
    где отрицательные значения указывают на подавление сигнала, а положительные — на усиление сигнала.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Схематический обзор полного аналитического процесса представлен на Рисунке 1.

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

Результаты

Шесть сельскохозяйственных почв, выбранных для оценки метода, представляли широкий диапазон свойств почв (см. Таблицу 2), включая значения pH (почва:H2O, 1:2) от 4,67 до 7,31, содержание органического вещества от 0,18% до 6,46% и глинистые фракции от 22,9% до 48,5%. Пять образцов почв были взяты из сельскохозяйственных регионов Колумбии, один — из Испании. Такое разнообразие было намеренно включено для оценки надежности предлагаемой процедуры очистки в различных почвенных матрицах, поскольку и...

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

Обсуждение

Определение остаточных количеств пестицидов в почвах остается сложной аналитической задачей из-за высокой вариабельности физико-химических свойств почв и resulting различий в составе соэкстрагируемых веществ4,5,6,14,17,18,19,20,...

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

Раскрытие информации

При подготовке данной работы авторы использовали бесплатную версию Claude (Anthropic) для помощи в разработке графического оформления Рисунка 3 и бесплатную версию ChatGPT (GPT-5.5, OpenAI) для проверки грамматики и орфографии. После использования этих инструментов авторы тщательно проверили и при необходимости отредактировали весь контент. Все научное содержание, данные, анализы и выводы были созданы, проверены и утверждены авторами, которые несут полную ответственность за точность и целостность опубликованной статьи.

Благодарности

Авторы выражают глубокую благодарность Университету EAN и его Офису по управлению исследованиями и трансфером за поддержку данного исследования. Авторы также благодарят лаборатории Университета EAN за предоставление аналитических мощностей и технических ресурсов, необходимых для проведения данной работы, включая доступ к приборам GC-MS/MS, использованным в ходе исследования. Данная работа была поддержана Офисом по управлению исследованиями и трансфером Университета EAN, Богота, Колумбия.

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

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
3-Этокси-1,2-пропандиол (этилглицерин)Sigma Aldrich260428-1G
Уксусная кислотаSigma Aldrich695092
АцетонитрилMerck10652500
Автосамплер AOAC 20i/sShimadzu21-72315-58
ВесыOHAUSPA24
C18Sigma Aldrich5260-U
Центрифужные пробирки, 2 mLEppendorf4610-1815
Центрифужные пробирки, 50 mLNest60202
Центрифуга Z206AMERMLE60195018
Колонка SH-Rxi-5sil MS, 30 m x 0.25 mm, 0.25 µmShimadzu21-75954-30
Контейнер с крышкой, из янтарного стекла, 10 mLSigma AldrichZ674176
ЭксикаторSimax415262302
Дозатор Dispensette 5-50 mLBRAND460361
D-СорбитолSigma Aldrich240850-5G
ЭтилацетатMerk1313181212
Флорисил <20 mesh, тонкий порошокSigma Aldrich28705-50G
Муравьиная кислотаMerck1026410
GCMS-TQ8040Shimadzu21152
Шприц для инъекцийShimadzuLC21346180
L-Гулоновая кислота γ-лактонSigma Aldrich310301-5G
Безделительный лайнер (splitless)Shimadzu21-487-02
Сульфат магния (безводный)Sigma AldrichM7506-2KG
МетанолPanreac131091.12.12
Сверхчистая вода Milli-Q (тип 1)MilliporeF4H4783518
Наконечники для пипеток 10 - 10 µLBiologix2010
Наконечники для пипеток 10 - 10 µLBrand541287
Наконечники для пипеток 20 - 20 µLBrand732028
Пипетки ПастераNORMAX5426023
Пипетка Transferpette S с переменным объемом 10 - 10 µLBRAND704774
Пипетка Transferpette S с переменным объемом 10 - 100 µLBRAND704780
Пипетка Transferpette S с переменным объемом 20 - 20 µLSCILOGEX7121099
Первичный-вторичный амин (PSA)Sigma Aldrich52738-U
Холодильник/морозильникHacebNEV ALC 404
Шикимовая кислотаSigma AldrichS5375-1G
Ацетат натрияSigma Aldrich241245-1KG
Программное обеспечение GCMSsolutionShimadzu23-18472-92
Сетка из нержавеющей стали 2 mmPinzuarPS3N10
Пробирка стеклянная, 10 mLSigma AldrichBR14508
ТолуолMerck108325250
Трифенилфосфат (I-IS)Sigma Aldrich24128-50G
Виалы со встроенным вкладышем, 0.3 mLSigma Aldrich29398-U
Виалы с завинчивающейся крышкой, из янтарного стекла, 15 mLSigma Aldrich2708-U
Мерная колба, 10 mLSigma AldrichDWK28017-10
ВортексScilogex8212004
Пестициды
ХлорпирифосSigma Aldrich45395-10MG2921-8-2
Хлорпирифос-метилSigma Aldrich45396-250MG598-13-0
Хлорпирифос-метил-d10 (P-IS)Sigma Aldrich9047-5MG285138-81-0
ЭтионSigma Aldrich45477-250MG563-12-2
ФенамифосSigma Aldrich45483-250MG224-92-6
ФенитротионSigma Aldrich45487-250MG122-14-5
ФентионSigma Aldrich3652-250MG5-38-9
МалатионSigma Aldrich36143-10MG121-75-5
МетидатионSigma Aldrich36158-100MG950-37-8
Паратион-метилSigma Aldrich36187-10MG298-0-0
Пиримифос-этилSigma Aldrich45628-250MG23505-41-1
Пиримифос-метилSigma Aldrich32058-250MG29232-93-7
Толклофос-метилSigma Aldrich31209-250MG5701804-9

Ссылки

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

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

Перепечатки и разрешения

Больше статей

Фосфорорганические пестицидыэкстракция по методу QuEChERSдисперсионная твердофазная экстракцияматричные эффектыудаление соэкстрагированных веществпротекторы аналитовкалибровка по матрице
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.