Summary
يصف البروتوكول الحالي استخدام فورمات الأمونيوم لتقسيم الطور في QuEChERS ، جنبا إلى جنب مع كروماتوغرافيا الغاز - مطياف الكتلة ، لتحديد بقايا مبيدات الآفات الكلورية العضوية بنجاح في عينة التربة.
Abstract
حاليا ، تمثل طريقة QuEChERS بروتوكول تحضير العينات الأكثر استخداما في جميع أنحاء العالم لتحليل بقايا مبيدات الآفات في مجموعة واسعة من المصفوفات في كل من المختبرات الرسمية وغير الرسمية. أثبتت طريقة QuEChERS باستخدام فورمات الأمونيوم سابقا أنها مفيدة مقارنة بالنسخة الأصلية والإصدارين الرسميين. من ناحية ، فإن الإضافة البسيطة ل 0.5 غرام من فورمات الأمونيوم لكل غرام من العينة كافية للحث على فصل الطور وتحقيق أداء تحليلي جيد. من ناحية أخرى ، يقلل فورمات الأمونيوم من الحاجة إلى الصيانة في التحليلات الروتينية. هنا ، تم تطبيق طريقة QuEChERS المعدلة باستخدام فورمات الأمونيوم للتحليل المتزامن لبقايا مبيدات الآفات الكلورية العضوية (OCP) في التربة الزراعية. وعلى وجه التحديد، تم ترطيب 10 g من العينة ب 10 mL من الماء، ثم استخلاصها ب 10 mL من الأسيتونيتريل. بعد ذلك ، تم فصل الطور باستخدام 5 غرام من فورمات الأمونيوم. بعد الطرد المركزي ، تعرض الطافي لخطوة تنظيف استخراج المرحلة الصلبة المشتتة مع كبريتات المغنيسيوم اللامائية ، والأمين الأولي الثانوي ، وأوكتاديسيلسيلان. تم استخدام كروماتوغرافيا الغاز - قياس الطيف الكتلي كتقنية تحليلية. تم إثبات طريقة QuEChERS باستخدام فورمات الأمونيوم كبديل ناجح لاستخراج بقايا OCP من عينة التربة.
Introduction
أدت الحاجة إلى زيادة إنتاج الغذاء إلى الاستخدام المكثف والواسع النطاق لمبيدات الآفات في جميع أنحاء العالم على مدى العقود القليلة الماضية. يتم تطبيق المبيدات الحشرية على المحاصيل لحمايتها من الآفات وزيادة غلة المحاصيل ، ولكن عادة ما ينتهي الأمر بقاياها في بيئة التربة ، وخاصة في المناطق الزراعية1. علاوة على ذلك ، فإن بعض المبيدات ، مثل مبيدات الآفات الكلورية العضوية (OCPs) ، لها بنية مستقرة للغاية ، لذلك لا تتحلل بقاياها بسهولة وتستمر في التربة لفترة طويلة2. بشكل عام ، تتمتع التربة بقدرة عالية على تجميع بقايا المبيدات ، خاصة عندما تحتوي على نسبة عالية من المواد العضوية3. ونتيجة لذلك ، تعد التربة واحدة من الأجزاء البيئية الأكثر تلوثا ببقايا المبيدات. على سبيل المثال ، وجدت إحدى الدراسات الكاملة حتى الآن أن 83٪ من 317 تربة زراعية من جميع أنحاء الاتحاد الأوروبي ملوثة بواحد أو أكثر من بقايا المبيدات4.
قد يؤثر تلوث التربة بمخلفات مبيدات الآفات على الأنواع غير المستهدفة ووظيفة التربة وصحة المستهلك من خلال السلسلة الغذائية بسبب السمية العالية للمخلفات 5,6. وبالتالي ، فإن تقييم بقايا مبيدات الآفات في التربة ضروري لتقييم آثارها السلبية المحتملة على البيئة وصحة الإنسان ، لا سيما في البلدان النامية بسبب عدم وجود لوائح صارمة بشأن استخدام مبيدات الآفات7. وهذا يجعل تحليل المخلفات المتعددة لمبيدات الآفات ذا أهمية متزايدة. ومع ذلك ، فإن التحليل السريع والدقيق لبقايا مبيدات الآفات في التربة يمثل تحديا صعبا بسبب العدد الكبير من المواد المتداخلة ، فضلا عن مستوى التركيز المنخفض والخصائص الفيزيائية والكيميائية المتنوعة لهذه التحليلات4.
من بين جميع طرق تحليل بقايا المبيدات ، أصبحت طريقة QuEChERS الخيارالأسرع والأسهل والأرخص والأكثر فعالية وقوة وأمانا 8. تتضمن طريقة QuEChERS خطوتين. في الخطوة الأولى ، يتم إجراء استخراج مجهري يعتمد على التقسيم عن طريق التمليح بين طبقة مائية وطبقة أسيتونيتريل. في الخطوة الثانية ، يتم إجراء عملية تنظيف باستخدام استخراج المرحلة الصلبة المشتتة (dSPE) ؛ تستخدم هذه التقنية كميات صغيرة من عدة مجموعات من المواد الماصة المسامية لإزالة المكونات المتداخلة مع المصفوفة وتتغلب على عيوب SPE9 التقليدية. ومن ثم ، فإن QuEChERS هو نهج صديق للبيئة مع القليل من المذيبات / المواد الكيميائية التي تضيع والتي توفر نتائج دقيقة للغاية وتقلل من المصادر المحتملة للأخطاء العشوائية والمنهجية. في الواقع ، تم تطبيقه بنجاح للتحليل الروتيني عالي الإنتاجية لمئات المبيدات الحشرية ، مع قابلية تطبيق قوية في جميع أنواع العينات البيئية والغذائية الزراعية والبيولوجية تقريبا 8,10. يهدف هذا العمل إلى تطبيق والتحقق من صحة تعديل جديد لطريقة QuEChERS التي تم تطويرها مسبقا واقترنت ب GC-MS لتحليل OCPs في التربة الزراعية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إعداد حلول المخزون
ملاحظة: يوصى بارتداء قفازات النتريل ومعطف المختبر ونظارات السلامة خلال البروتوكول بأكمله.
- تحضير محلول مخزون في الأسيتون عند 400 ملغم / لتر من مزيج تجاري من OCPs (انظر جدول المواد) عند 2000 ملغم / لتر في الهكسان: التولوين (1: 1) في دورق حجمي 25 مل. ويبين الجدول 1 كل من OCPs المختارة.
- تحضير محاليل المخزون اللاحقة في الأسيتون بتركيزات 50 ملغم / لتر ، 1 ملغم / لتر ، و 0.08 ملغم / لتر في قوارير حجمية سعة 10 مل ، وتخزينها في قوارير زجاجية كهرمانية عند -18 درجة مئوية.
ملاحظة: يمكن استخدام نفس الحلول طوال العمل ، ولكن من المهم تخزينها في ظل هذه الظروف بعد كل استخدام مباشرة. - تحضير محاليل المخزون في الأسيتون بتركيزات 20 ملغم / لتر و 0.4 ملغم / لتر من معيار تجاري 4،4'-DDE-d8 عند 100 ملغم / لتر في الأسيتون في قوارير حجمية 10 مل ، وتخزينها في قوارير زجاجية كهرمانية عند -18 درجة مئوية. استخدم 4،4'-DDE-d8 كمعيار داخلي (IS).
2. جمع العينات
- اجمع حوالي 0.5 كجم من الطبقة العلوية 10 سم من التربة الزراعية في وعاء زجاجي. تم جمع كائن التربة لهذه الدراسة في منطقة زراعية تقليدية لمحاصيل البطاطس.
ملاحظة: تم أخذ عينات سطحية باستخدام ملعقة. ومع ذلك ، يمكن أن يؤثر عمق التربة على خصائصها الفيزيائية والكيميائية. لذلك ، إذا كان محتوى الكربون العضوي يختلف باختلاف العمق ، فمن الضروري أخذ عينات على أعماق مختلفة. - خذ عينة التربة إلى المختبر ، ونخلها بمنخل قطره 1 مم ، وقم بتخزينها حتى تحليلها عند 4 درجات مئوية في وعاء زجاجي كهرماني.
ملاحظة: يمكن استخدام نفس عينة التربة طوال العمل ، ولكن من المهم تخزينها في ظل هذه الظروف بعد كل استخدام مباشرة.
3. تحضير العينة عبر طريقة QuEChERS المعدلة باستخدام فورمات الأمونيوم
ملاحظة: يوضح الشكل 1 تمثيلا تخطيطيا لطريقة QuEChERS المعدلة.
- قم بوزن 10 جم من عينة التربة في أنبوب طرد مركزي سعة 50 مل ، وأضف 50 ميكرولتر من محلول IS بمعدل 20 مجم / لتر لإنتاج 100 ميكروغرام / كجم. ولأغراض الاستعادة، تضاف أيضا محاليل مبيدات الآفات المعدة في الخطوة 1-2 لإنتاج 10 ميكروغرام/كغ، و50 ميكروغرام/كغ، و200 ميكروغرام/كغ (ن = 3 لكل منها).
- هز الأنبوب باستخدام دوامة لمدة 30 ثانية لدمج السنبلة في العينة بشكل أفضل.
- أضف 10 مل من الماء. هز الأنبوب باستخدام شاكر آلي على حرارة 10 × جم لمدة 5 دقائق.
- أضف 10 مل من الأسيتونيتريل. هز الأنبوب مرة أخرى عند 10 × جم لمدة 5 دقائق.
- أضف 5 جم من فورمات الأمونيوم (انظر جدول المواد) ، وهز الأنبوب بقوة لمدة دقيقة واحدة باليد ، وأجهزة الطرد المركزي عند 1800 × جم لمدة 5 دقائق.
- انقل 1 مل من مستخلص الأسيتونيتريل إلى أنبوب طرد مركزي سعة 2 مل يحتوي على 150 مجم من MgSO4 اللامائي ، و 50 مجم من الأمين الأولي الثانوي (PSA) ، و 50 مجم أوكتاديسيلسيلان (C18) (انظر جدول المواد) لأغراض التنظيف عن طريق استخراج الطور الصلب المشتت (d-SPE) 8 ، دوامة لمدة 30 ثانية ، وأجهزة طرد مركزي عند 1800 × جم لمدة 5 دقائق.
- انقل 200 ميكرولتر من المستخلص إلى قارورة أخذ عينات أوتوماتيكية تحمل علامة مناسبة مع ملحق منصهر 300 ميكرولتر ، وقم بإجراء تحليل فعال باستخدام نظام GC-MS (الخطوة 4).
ملاحظة: يتم إجراء المعايرة المطابقة للمصفوفة باتباع نفس الخطوات السابقة باستخدام مستخلصات فارغة، ولكن يتم تنظيف 5 مل من المادة الطافية في أنابيب سعة 15 مل في خطوة d-SPE (الخطوة 3.6) ولا تتم إضافة محاليل السنبلة ومثبت الصور حتى الخطوة 3.7. أضف حلول المعايرة القياسية في قوارير أخذ العينات الأوتوماتيكية لإنتاج 5 ميكروغرام / كجم ، و 10 ميكروغرام / كجم ، و 50 ميكروغرام / كجم ، و 100 ميكروغرام / كجم ، و 200 ميكروغرام / كجم ، و 400 ميكروغرام / كجم ، وتتبخر حتى تجف ، وتضاف 200 ميكرولتر من مستخلصات المصفوفة.
4. التحليل الآلي بواسطة GC-MS
- إجراء تحليلات GC-MS باستخدام نظام GC-MS مع مطياف كتلة رباعي الأقطاب واحد وواجهة تأين إلكترونية (−70 eV) (انظر جدول المواد).
- اضبط خط نقل MS على 280 درجة مئوية ومصدر الأيونات على 230 درجة مئوية.
- استخدم عمودا بنسبة 5٪ -phenyl-methylpolysiloxane 30 م × 250 ميكرومتر × 0.25 ميكرومتر (انظر جدول المواد) ونقاوة فائقة هو كغاز ناقل بمعدل تدفق ثابت 1.2 مل / دقيقة.
- حافظ على فرن GC عند 60 درجة مئوية في البداية لمدة 2 دقيقة ، ثم ارفع درجة الحرارة إلى 160 درجة مئوية عند 25 درجة مئوية / دقيقة ، واستمر لمدة 1 دقيقة. ثم ، قم بزيادة درجة الحرارة إلى 175 درجة مئوية عند 15 درجة مئوية / دقيقة ، واستمر لمدة 3 دقائق. ثم قم بزيادتها إلى 220 درجة مئوية عند 40 درجة مئوية / دقيقة ، واستمر لمدة 3 دقائق. مرة أخرى ، قم بزيادة إلى 250 درجة مئوية عند 30 درجة مئوية / دقيقة ، واستمر لمدة 2 دقيقة. أخيرا ، ارفع درجة الحرارة إلى 310 درجة مئوية عند 30 درجة مئوية / دقيقة ، واستمر لمدة 2 دقيقة. إجمالي وقت التحليل هو 22.125 دقيقة.
- قم بإجراء ضبط تلقائي كامل وفحص الهواء والماء لمرض التصلب العصبي المتعدد قبل كل تسلسل.
- افتح برنامج الاستحواذ MassHunter الذي يتحكم في جميع معلمات نظام GC-MS.
ملاحظة: يتضمن نظام الأدوات برنامج اقتناء MassHunter افتراضيا. - افتح خيار "عرض" على شريط الأدوات ، وانقر فوق التحكم في الفراغ ، وانقر فوق ضبط ، وانقر فوق ضبط تلقائي. سينتهي الضبط التلقائي بعد بضع دقائق.
- افتح خيار "عرض" ، وانقر على التحكم في الأداة.
- انقر فوق نعم ، واحفظ ملف النغمة الجديد للضبط التلقائي.
- افتح خيار "عرض" على شريط الأدوات ، وانقر فوق التحكم في الفراغ ، وانقر فوق ضبط مرة أخرى ، وانقر فوق فحص الهواء والماء. سينتهي فحص الهواء والماء بعد بضع ثوان.
- افتح خيار "عرض" ، وانقر على التحكم في الأداة.
- انقر فوق نعم ، واحفظ ملف النغمة الجديد لفحص الهواء والماء.
- افتح برنامج الاستحواذ MassHunter الذي يتحكم في جميع معلمات نظام GC-MS.
- قم بإجراء الحقن باستخدام أخذ العينات الأوتوماتيكي (انظر جدول المواد) عند 280 درجة مئوية في الوضع غير المقسم ، مع الحفاظ على حجم الحقن 1.5 ميكرولتر. بعد 0.75 دقيقة من الحقن ، افتح الانقسام بمعدل تدفق 40 مل / دقيقة.
ملاحظة: بين الحقن ، يجب غسل حقنة 10 ميكرولتر ثلاث مرات مع أسيتات الإيثيل وثلاث مرات مع سيكلو هكسان. جميع الحقن في نسختين. - تحليل التحليلات في وضع مراقبة الأيونات المحددة (SIM). هذا هو الوضع القياسي المستخدم في أنظمة MS مع رباعي قطب واحد.
ملاحظة: يبين الجدول 1 أوقات الاستبقاء (دقيقة) ومعلمات القياس الكمي استنادا إلى استخدام كمية واحدة وأيوني تعريف ل OCPs و IS. يعتمد التحليل الكمي على نسبة منطقة الذروة لأيون الكمية إلى أيون IS.
5. الحصول على البيانات
- افتح برنامج الاستحواذ MassHunter الذي يتحكم في جميع معلمات نظام GC-MS.
- افتح خيار "التسلسل" على شريط الأدوات ، وقم بتحرير التسلسل ، بما في ذلك اسم العينة ورقم القارورة وعدد الحقن وطريقة الأدوات واسم الملف المراد إنشاؤه. أضف العديد من الصفوف حسب الضرورة.
- انقر فوق "موافق" ، واحفظ التسلسل الجديد.
- افتح خيار "التسلسل" على شريط الأدوات مرة أخرى ، وانقر فوق تشغيل التسلسل في القائمة المنسدلة. سيتم فتح نافذة جديدة لتأكيد طريقة الحقن والمجلد الذي سيتم حفظ العينات فيه. انقر فوق تشغيل التسلسل مرة أخرى ، وسيبدأ الحقن.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم إجراء التحقق الكامل من الطريقة التحليلية من حيث الخطية وتأثيرات المصفوفة والاسترداد والتكرار.
واستخدمت في تقييم الخطية منحنيات معايرة مطابقة للمصفوفة مع عينات فارغة مسننة عند ستة مستويات تركيز (5 ميكروغرام/كغ، و10 ميكروغرام/كغ، و50 ميكروغرام/كغ، و100 ميكروغرام/كغ، و200 ميكروغرام/كغ، و400 ميكروغرام/كغ). كانت معاملات التحديد (R2) أعلى من أو تساوي 0.99 لجميع OCPs. تم تحديد أدنى مستوى معايرة (LCL) عند 5 ميكروغرام / كجم ، والذي يفي بالحد الأقصى المسموح به المحدد عند 10 ميكروغرام / كجم لأغراض المراقبة في التطبيقات الغذائية11.
تم إجراء تقييم تأثير المصفوفة من خلال مقارنة منحدرات منحنيات معايرة OCP في المذيب النقي ومنحنيات المعايرة المتطابقة مع المصفوفة. تم حساب تأثير المصفوفة باستخدام المعادلةالتالية 12:
تأثير المصفوفة (٪) = (ميل منحنى المعايرة المطابق للمصفوفة - ميل منحنى المعايرة القائم على المذيبات النقية) / (ميل منحنى المعايرة القائم على المذيبات النقية) × 100.
يوضح الشكل 2 توزيعات تأثير المصفوفة ل OCPs التي تمت دراستها من خلال تطبيق طريقة QuEChERS المعدلة باستخدام فورمات الأمونيوم على عينات التربة. تتوافق النسب المئوية لتأثير المصفوفة الإيجابية مع تحسين الإشارة ، بينما تعني النسب المئوية السلبية وجود قمع للإشارة. على وجه التحديد ، (1) القيم التي تتراوح بين -20٪ و 20٪ تتوافق مع تأثير مصفوفة لينة ؛ (2) القيم التي تتراوح بين -20٪ و -50٪ أو بين 20٪ و 50٪ تتوافق مع تأثير مصفوفة متوسطة ؛ (3) والقيم الأعلى من 50٪ أو أقل من -50٪ تعني أن هناك تأثير مصفوفة قوي. كما لوحظ ، عانى المزيد من OCPs من تأثيرات مصفوفة ناعمة أو متوسطة ، بينما عانى عدد أقل من OCPs من تأثيرات مصفوفة قوية.
تم تقييم الاسترداد والتكرار عن طريق رفع عينات فارغة مع مبيدات الآفات عند ثلاثة مستويات تركيز (10 ميكروغرام / كجم ، و 50 ميكروغرام / كجم ، و 200 ميكروغرام / كجم). يوضح الشكل 3 قيم الاسترداد الإجمالية وقيم الانحراف المعياري النسبي (RSD) لجميع مبيدات الآفات ومستويات الارتفاع (ن = 9). وكما يمكن ملاحظته، فإن الغالبية العظمى من مجموعات الاتصال الشريف للنشر التي شملتها الدراسة قدمت متوسط نسب مئوية للاسترداد في حدود 70٪ -120٪، مع انخفاض RSD عن 20٪، باستثناء سباعي الكلور والإندودرين والاندوسلفان β، مما أعطى متوسط استرداد أعلى قليلا.
الشكل 1: تمثيل طريقة QuEChERS المعدلة باستخدام فورمات الأمونيوم لاستخراج بقايا المبيدات من عينة التربة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 2: توزيع تأثيرات المصفوفة مقابل أوقات الاستبقاء (دقيقة) ل 17 OCPs. يتوافق تأثير المصفوفة الناعمة مع القيم بين -20٪ و 20٪ ؛ يتوافق تأثير المصفوفة المتوسطة مع قيم تتراوح بين -20٪ و -50٪ أو بين 20٪ و 50٪ ؛ يتوافق تأثير المصفوفة القوي مع القيم التي تزيد عن 50٪ أو أقل من -50٪. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 3: متوسط عمليات الاسترداد ل 17 OCPs بعد ارتفاع 10 ميكروغرام / كجم ، و 50 ميكروغرام / كجم ، و 200 ميكروغرام / كجم (ن = 9) في عينة التربة. يتم توفير عدد التحليلات ضمن نطاق الاسترداد المقبول (70٪ -120٪) و RSD (<20٪) ، إلى جانب تلك المصنفة خارج هذا النطاق. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
| أنالايت | وقت الاحتفاظ (دقيقة) | أيون الكمي | التصفيات أيون 1 | التصفيات أيون 2 |
| α-BHC | 11.35 | 181 | 219 | 111 |
| β-BHC | 11.90 | 181 | 219 | 109 |
| الليندين | 12.01 | 181 | 183 | 219 |
| δ-BHC | 12.39 | 181 | 219 | 111 |
| سباعي الكلور | 13.24 | 272 | 100 | 274 |
| الدرين | 13.94 | 263 | 66 | 265 |
| إيبوكسيد سباعي الكلور | 14.86 | 353 | 355 | 81 |
| α الاندوسلفان | 15.71 | 241 | 239 | 195 |
| 4،4'-DDE-d8 (IS) | 16.09 | 254 | 184 | 326 |
| 4،4'-DDE | 16.12 | 246 | 318 | 248 |
| الديلدرين | 16.18 | 79 | 263 | 81 |
| الاندرين | 16.57 | 263 | 317 | 345 |
| β الاندوسلفان | 16.73 | 195 | 241 | 159 |
| 4،4'-DDD | 16.89 | 235 | 237 | 165 |
| كبريت الاندوسلفان | 17.61 | 387 | 227 | 272 |
| 4،4'-DDT | 17.65 | 235 | 237 | 165 |
| إندرين كيتون | 18.64 | 317 | 67 | 315 |
| ميثوكسيكلور | 18.86 | 227 | 228 | 212 |
الجدول 1: أوقات الاستبقاء (دقيقة) ومعلمات القياس الكمي لتحليل GC-MS ل OCPs. ألفا بنزين سداسي كلوريد (α-BHC) ؛ بيتا بنزين هكساكلوريد (β-BHC) ؛ الليندين; دلتا بنزين سداسي كلوريد (δ-BHC) ؛ سباعي الكلور. الدرين; إيبوكسيد سباعي الكلور α الاندوسلفان؛ 4،4'-ثنائي كلورو ثنائي فينيل ثنائي كلورو إيثيلين-d8 (4،4'-DDE-d8) (IS) ؛ 4،4'-ثنائي كلورو ثنائي فينيل ثنائي كلورو إيثيلين (4،4'-DDE) ؛ الديلدرين; الاندرين; β الاندوسلفان؛ 4،4'-ثنائي كلورو ثنائي فينيل ثنائي كلورو الإيثان (4،4'-DDD) ؛ كبريت الاندوسلفان؛ 4،4'-ثنائي كلورو ثنائي فينيل ثلاثي كلورو الإيثان (4،4'-DDT) ؛ إندرين كيتون ميثوكسيكلور.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يستخدمالإصدار 9 الأصلي والنسختان الرسميتان13,14 من طريقة QuEChERS كبريتات المغنيسيوم مع أملاح كلوريد الصوديوم أو الأسيتات أو السيترات لتعزيز فصل خليط الأسيتونيتريل / الماء أثناء الاستخراج. ومع ذلك ، تميل هذه الأملاح إلى أن تترسب كمواد صلبة على الأسطح في مصدر قياس الطيف الكتلي (MS) ، مما يسبب الحاجة إلى زيادة صيانة الطرق القائمة على الكروماتوغرافيا السائلة (LC) -MS. وفيما يتعلق بالتغلب على هذه العيوب، أفاد غونزاليس - كوربيلو وآخرون.15 أن فورمات الأمونيوم الأكثر تقلبا تعمل بشكل جيد للحث على فصل الطور واستخراج بقايا مبيدات الآفات لكل من قياس الطيف الكتلي الترادفي LC وGC (MS/MS). استخدمت الدراسات اللاحقة أيضا 0.5 جم من فورمات الأمونيوم لكل جرام من العينة لاستخراج بقايا المبيدات من مختلف المصفوفات المعقدة16،17،18،19. بالإضافة إلى ذلك ، تبين أن استخدام فورمات الأمونيوم يوفر كميات أقل من المادة المستخرجة بشكل مشترك20 ، مما يبرر استخدامها للطرق القائمة على GC-MS. تشير الدراسة الحالية ، لأول مرة ، إلى هذا الإصدار لتحليل بقايا مبيدات الآفات في التربة21.
تحليل GC لبقايا مبيدات الآفات في المصفوفات المعقدة مثل التربة له بعض القيود بسبب عمل مكونات المصفوفة المستخرجة بشكل مشترك على الاستجابة الآلية لمبيدات الآفات ، مما يسبب تحديدا غير دقيق وحساسية أقل22,23. ومن ثم ، تم إجراء العديد من التحسينات لتقليل تأثير المصفوفة ، بما في ذلك خطوات التنظيفالمحسنة 21. ومع ذلك ، لا يزال تأثير المصفوفة يحدث ويجب تصحيحه قدر الإمكان. وبهذا المعنى ، كانت المعايرة المطابقة للمصفوفة هي النهج الرئيسي المستخدم لأنها عملية للغاية في التعويض عن تعزيز الإشارة الكروماتوغرافية فيما يتعلق بالمذيبات النقية24. وهكذا ، في هذه الدراسة ، تم تقييم الخطية من خلال بناء منحنيات المعايرة في الأسيتونيتريل النقي واستخدام مستخلصات التربة ، وتم الحصول على قيم R2 أعلى من أو تساوي 0.99 لجميع OCPs باستخدام كلا النهجين. ومع ذلك ، عند مقارنة منحنيات المعايرة ، تم العثور على تأثيرات مصفوفة ملحوظة في نطاق -49٪ إلى 191٪ (الشكل 2). على الرغم من أن عدد مبيدات الآفات التي عانت من تأثير مصفوفة قوي كان 3 فقط من 17 (الأندرين ، كيتون الإندرين ، والميثوكسيكلور) ، فقد أجريت دراسات لاحقة باستخدام منحنيات المعايرة المتطابقة مع المصفوفة للتعويض عن تأثيرات المصفوفة إلى حد أكبر.
ولم توضع حدود قصوى للمخلفات بالنسبة لمخلفات مبيدات الآفات في التربة، ولكن تم تحديد حد أقصى للمخلفات قدره 5 ميكروغرام/كغ لجميع محطات معالجة مبيدات الآفات، وهو أقل من الحد الأقصى للانبعاثات الذي حدده التشريع الدولي لتحليل مخلفات مبيدات الآفات في المنتجات الغذائية الزراعية (اللائحة 396/2005)11 وهو حد أقصى للمتبقيات. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الحد الأقصى للانبعاثات البالغ 5 ميكروغرام/كغ يوفر نسبة إشارة إلى ضوضاء تبلغ حوالي 10 بالنسبة لجميع محطات OCP. الحساسية العالية لهذه الطريقة مماثلة أو حتى أفضل من تلك التي تم الحصول عليها في الدراسات الأخرى التي حللت أيضا OCPs في التربة باستخدام طريقة QuEChERS تليها GC-MS. على سبيل المثال ، في إحدى الدراسات ، تم تحليل 34 OCPs باستخدام النسخة الرسمية من طريقة QuEChERS التي تستخدم مخزن مؤقت للسترات ، وكانت حدود القياس الكمي (LOQs) تساوي أو تزيد عن 7 ميكروغرام / كجم25. وعلى وجه الخصوص، تراوحت قيم LOQ ل α-BHC و β-BHC والليندين و δ-BHC بين 206 ميكروغرام/كغ و384 ميكروغرام/كغ. وفي عمل آخر، تم تحليل الليندين والديلدرين باستخدام نفس الصيغة من طريقة QuEChERS، وتم الحصول على قيم LOQ تبلغ 42 ميكروغرام/كغ و292 ميكروغرام/كغ،26 على التوالي. وبالمثل، حدد عمل بحثي آخر أيضا الألدرين وسباعي الكلور باستخدام QuEChERS وGC-MS، مع قيم LOQ تبلغ 13 و23 ميكروغرام/كغ، على التوالي27.
تم تطوير تقييم الاسترداد والتكاثر عند ثلاثة مستويات تركيز (منخفضة ومتوسطة وعالية) في ثلاث نسخ (ن = 9). لهذا الغرض ، تم تحديد قيم الاسترداد الإجمالية من خلال مقارنة نسب منطقة ذروة مبيدات الآفات / IS (4،4'-DDE-d8) التي تم الحصول عليها من عينات التربة التي ارتفعت في بداية تطبيق طريقة QuEChERS باستخدام فورمات الأمونيوم مع تلك الخاصة بالمعايرة المطابقة للمصفوفة. في جميع الحالات ، تم حقن كل نسخة متماثلة مرتين في نفس التسلسل. وتجدر الإشارة إلى أن استخدام IS، وهو معيار موسوم بالنظائر، يسمح بالتعويض عن الخسائر المحتملة لمبيدات الآفات التي تحدث خلال الإجراء بأكمله، فضلا عن تأثير المصفوفة و/أو التباين المحتمل في الجهاز. وفقا للنتائج ، استوفت معظم مبيدات الآفات معايير القبول لقيم استرداد 70٪ -120٪ مع RSD ≤20٪ عند كل مستوى ارتفاع28 ، مما يدل على فعالية وتكرار الطريقة. ومع ذلك، كانت قيم الاسترداد الإجمالية (ن = 9) أعلى قليلا من 120 في المائة بالنسبة لسباعي الكلور (122 في المائة)، والإندرين (121 في المائة)، والاندوسلفان β (130 في المائة)، وإن كانت متسقة (< تحديد وضع اللاجئ). وبهذا المعنى، وبالنظر إلى قيم الاسترداد الإجمالية عند ثلاثة مستويات مرتفعة، تم وضع معيار مقبول بنسبة 30٪ -140٪ مع قيم RSD ≤20٪28.
في الختام ، يمكن لطريقة QuEChERS باستخدام فورمات الأمونيوم إلى جانب GC-MS تحديد OCPs بنجاح في عينات التربة الزراعية. وقد تبين في هذه الدراسة أن الإضافة البسيطة ل 5 غرام من فورمات الأمونيوم للحث على فصل الطور بين طبقات الماء والأسيتونيتريل ضمنت الاستخلاص المناسب مع استرداد عالي للمبيدات المختارة. ومع ذلك ، استمر تأثير المصفوفة في الحدوث ، لذلك يجب دراسة الأساليب الأخرى ، مثل إضافة واقيات التحليل ، في الأعمال اللاحقة. على أي حال ، يمكن استخدام هذا البديل لإصدارات QuEChERS الرسمية لتجنب المواد الصلبة غير المرغوب فيها المودعة في النظام التحليلي بسبب استخدام أملاح المغنيسيوم والصوديوم ، خاصة في التحليل الروتيني القائم على LC-MS. في الحالة الأخيرة ، سيكون الأمر أكثر إثارة للاهتمام لأن فورمات الأمونيوم هي أداة مساعدة للتأين في التأين الكهربائي الإيجابي وقد تعزز تكوين مضافات الأمونيوم بدلا من مضافات الصوديوم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدي أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
Acknowledgments
وأود أن أشكر خافيير هيرنانديز - بورخيس وسيسيليا أورتيغا - زامورا على دعمهما القيم. أود أيضا أن أشكر جامعة EAN وجامعة لا لاغونا.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 15 mL disposable glass conical centrifuge tubes | PYREX | 99502-15 | |
| 2 mL centrifuge tubes | Eppendorf | 30120094 | |
| 50 mL centrifuge tubes with screw caps | VWR | 21008-169 | |
| 5977B mass-selective detector | Agilent Technologies | 1617R019 | |
| 7820A gas chromatography system | Agilent Technologies | 16162016 | |
| Acetone | Supelco | 1006582500 | |
| Acetonitrile | VWR | 83642320 | |
| Ammonium formate | VWR | 21254260 | |
| Automatic shaker KS 3000 i control | IKA | 3940000 | |
| Balance | Sartorius Lab Instruments Gmbh & Co | ENTRIS224I-1S | |
| Bondesil-C18, 40 µm | Agilent Technologies | 12213012 | |
| Bondesil-PSA, 40 µm | Agilent Technologies | 12213024 | |
| Cyclohexane | VWR | 85385320 | |
| EPA TCL pesticides mix | Sigma Aldrich | 48913 | |
| Ethyl acetate | Supelco | 1036492500 | |
| G4567A automatic sampler | Agilent Technologies | 19490057 | |
| HP-5ms Ultra Inert (5%-phenyl)-methylpolysiloxane 30 m x 250 µm x 0.25 µm column | Agilent Technologies | 19091S-433UI | |
| Magnesium sulfate monohydrate | Sigma Aldrich | 434183-1KG | |
| Mega Star 3.R centrifuge | VWR | 521-1752 | |
| Milli-Q gradient A10 | Millipore | RR400Q101 | |
| p,p'-DDE-d8 | Dr Ehrenstorfer | DRE-XA12041100AC | |
| Pipette tips 2 - 200 µL | BRAND | 732008 | |
| Pipette tips 5 mL | BRAND | 702595 | |
| Pipette tips 50 - 1000 uL | BRAND | 732012 | |
| Pippette Transferpette S variabel 10 - 100 µL | BRAND | 704774 | |
| Pippette Transferpette S variabel 100 - 1000 µL | BRAND | 704780 | |
| Pippette Transferpette S variabel 20 - 200 µL | BRAND | 704778 | |
| Pippette Transferpette S variabel 500 - 5000 µL | BRAND | 704782 | |
| Vials with fused-in insert | Sigma Aldrich | 29398-U | |
| OCPs | CAS registry number | ||
| α-BHC | 319-84-6 | ||
| β-BHC | 319-85-7 | ||
| Lindane | 58-89-9 | ||
| δ-BHC | 319-86-8 | ||
| Heptachlor | 76-44-8 | ||
| Aldrin | 309-00-2 | ||
| Heptachlor epoxide | 1024-57-3 | ||
| α-Endosulfan | 959-98-8 | ||
| 4,4'-DDE-d8 (IS) | 93952-19-3 | ||
| 4,4'-DDE | 72-55-9 | ||
| Dieldrin | 60-57-1 | ||
| Endrin | 72-20-8 | ||
| β-Endosulfan | 33213-65-9 | ||
| 4,4'-DDD | 72-54-8 | ||
| Endosulfan sulfate | 1031-07-8 | ||
| 4,4'-DDT | 50-29-3 | ||
| Endrin ketone | 53494-70-5 | ||
| Methoxychlor | 72-43-5 |
References
- Sabzevari, S., Hofman, J. A worldwide review of currently used pesticides' monitoring in agricultural soils. Science of The Total Environment. 812, 152344 (2022).
- 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).
- 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).
- Silva, V., et al. Pesticide residues in European agricultural soils - A hidden reality unfolded. Science of The Total Environment. 653, 1532-1545 (2019).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- González-Curbelo, M. Á, et al. Evolution and applications of the QuEChERS method. Trends in Analytical Chemistry. 71, 169-185 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
