Summary
Het huidige protocol beschrijft het gebruik van ammoniumformiaat voor faseverdeling in QuEChERS, samen met gaschromatografie-massaspectrometrie, om met succes organochloorbestrijdingsmiddelresiduen in een bodemmonster te bepalen.
Abstract
Momenteel vertegenwoordigt de QuEChERS-methode wereldwijd het meest gebruikte monstervoorbereidingsprotocol voor het analyseren van residuen van bestrijdingsmiddelen in een breed scala aan matrices, zowel in officiële als niet-officiële laboratoria. De QuEChERS-methode met ammoniumformaat is eerder voordelig gebleken in vergelijking met de originele en de twee officiële versies. Aan de ene kant is de eenvoudige toevoeging van 0,5 g ammoniumformiaat per gram monster voldoende om fasescheiding te induceren en goede analytische prestaties te bereiken. Aan de andere kant vermindert ammoniumformiaat de behoefte aan onderhoud in routineanalyses. Hier werd een aangepaste QuEChERS-methode met ammoniumformiaat toegepast voor de gelijktijdige analyse van residuen van organochloorbestrijdingsmiddelen (OCP) in landbouwgrond. Specifiek werd 10 g van het monster gehydrateerd met 10 ml water en vervolgens geëxtraheerd met 10 ml acetonitril. Vervolgens werd fasescheiding uitgevoerd met behulp van 5 g ammoniumformiaat. Na centrifugatie werd het supernatant onderworpen aan een dispersieve vaste fase extractie reinigingsstap met watervrij magnesiumsulfaat, primair secundair amine en octadecylsilaan. Gaschromatografie-massaspectrometrie werd gebruikt als analysetechniek. De QuEChERS-methode met ammoniumformiaat wordt gedemonstreerd als een succesvol alternatief voor het extraheren van OCP-residuen uit een bodemmonster.
Introduction
De noodzaak om de voedselproductie te verhogen heeft de afgelopen decennia geleid tot het intensieve en wijdverbreide gebruik van pesticiden wereldwijd. Pesticiden worden op de gewassen toegepast om ze te beschermen tegen plagen en de gewasopbrengsten te verhogen, maar hun residuen komen meestal in het bodemmilieu terecht, vooral in landbouwgebieden1. Bovendien hebben sommige pesticiden, zoals organochloorpediesticiden (OCP's), een zeer stabiele structuur, zodat hun residuen niet gemakkelijk ontbinden en lang in de bodem blijvenhangen 2. Over het algemeen heeft de bodem een hoog vermogen om residuen van bestrijdingsmiddelen te accumuleren, vooral wanneer deze een hoog gehalte aan organische stof heeft3. Als gevolg hiervan is de bodem een van de milieucompartimenten die het meest verontreinigd zijn door residuen van bestrijdingsmiddelen. Uit een van de volledige studies tot nu toe bleek bijvoorbeeld dat 83% van de 317 landbouwgronden uit de hele Europese Unie verontreinigd was met een of meer residuen van bestrijdingsmiddelen4.
Bodemverontreiniging door residuen van bestrijdingsmiddelen kan niet-doelsoorten, de bodemfunctie en de gezondheid van de consument via de voedselketen beïnvloeden vanwege de hoge toxiciteit van de residuen 5,6. Daarom is de evaluatie van residuen van bestrijdingsmiddelen in de bodem van essentieel belang om de mogelijke negatieve effecten ervan op het milieu en de menselijke gezondheid te beoordelen, met name in ontwikkelingslanden als gevolg van een gebrek aan strikte voorschriften voor het gebruik van pesticiden7. Dit maakt de analyse van multiresidu's van pesticiden steeds belangrijker. De snelle en nauwkeurige analyse van residuen van bestrijdingsmiddelen in de bodem is echter een moeilijke uitdaging vanwege het grote aantal storende stoffen, evenals het lage concentratieniveau en de diverse fysisch-chemische eigenschappen van deze analyten4.
Van alle analysemethoden voor residuen van bestrijdingsmiddelen is de QuEChERS-methode de snelste, gemakkelijkste, goedkoopste, meest effectieve, robuuste en veiligste optie8 geworden. De QuEChERS-methode bestaat uit twee stappen. In de eerste stap wordt een extractie op microschaal uitgevoerd op basis van verdeling via salting-out tussen een waterige en een acetonitrillaag. In de tweede stap wordt een reinigingsproces uitgevoerd met behulp van een dispersieve vaste fase extractie (dSPE); deze techniek maakt gebruik van kleine hoeveelheden van verschillende combinaties van poreuze sorptiemiddelen om matrix-storende componenten te verwijderen en overwint de nadelen van conventionele SPE9. Vandaar dat de QuEChERS een milieuvriendelijke aanpak is met weinig oplosmiddel / chemicaliën die naar afval gaan die zeer nauwkeurige resultaten oplevert en potentiële bronnen van willekeurige en systematische fouten minimaliseert. In feite is het met succes toegepast voor de high-throughput routineanalyse van honderden pesticiden, met een sterke toepasbaarheid in bijna alle soorten milieu-, agrovoedings- en biologische monsters 8,10. Dit werk heeft tot doel een nieuwe wijziging van de QuEChERS-methode toe te passen en te valideren die eerder werd ontwikkeld en gekoppeld aan GC-MS om OCP's in landbouwgrond te analyseren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Voorbereiding van de voorraadoplossingen
OPMERKING: Het wordt aanbevolen om nitrilhandschoenen, een laboratoriumjas en een veiligheidsbril te dragen tijdens het hele protocol.
- Bereid een stamoplossing in aceton bij 400 mg/l uit een commerciële mix van OCP's (zie materiaaltabel) bij 2.000 mg/l in hexaan:tolueen (1:1) in een maatkolf van 25 ml. Tabel 1 toont elk van de geselecteerde OCP's.
- Bereid de volgende stamoplossingen in aceton in concentraties van 50 mg/l, 1 mg/l en 0,08 mg/l in maatkolven van 10 ml en bewaar ze in amberkleurige glazen injectieflacons bij −18 °C.
OPMERKING: Dezelfde oplossingen kunnen tijdens het hele werk worden gebruikt, maar het is belangrijk om ze onder deze omstandigheden net na elk gebruik op te slaan. - Bereid de stamoplossingen in aceton in concentraties van 20 mg/l en 0,4 mg/l van een commerciële standaard van 4,4'-DDE-d8 bij 100 mg/l in aceton in maatkolven van 10 ml en bewaar in amberkleurige glazen injectieflacons bij −18 °C. Gebruik 4,4'-DDE-d8 als interne standaard (IS).
2. Monsterverzameling
- Verzamel ongeveer 0,5 kg van de bovenste 10 cm laag van een landbouwgrond in een glazen container. Het bodemobject van deze studie werd verzameld in een traditionele landbouwzone van aardappelgewassen.
OPMERKING: Oppervlaktemonsters met een spatel werden uitgevoerd. De diepte van de bodem kan echter van invloed zijn op de fysisch-chemische eigenschappen. Daarom, als het organische koolstofgehalte varieert met de diepte, is het noodzakelijk om monsters te nemen op verschillende diepten. - Breng het bodemmonster naar het laboratorium, zeef het met een zeef met een diameter van 1 mm en bewaar het tot analyse bij 4 °C in een amberkleurige glazen container.
OPMERKING: Hetzelfde bodemmonster kan tijdens het werk worden gebruikt, maar het is belangrijk om het onder deze omstandigheden net na elk gebruik op te slaan.
3. Monstervoorbereiding via de gemodificeerde QuEChERS-methode met ammoniumformiaat
OPMERKING: Figuur 1 toont een schematische weergave van de gewijzigde QuEChERS-methode.
- Weeg 10 g van het bodemmonster in een centrifugebuis van 50 ml en voeg 50 μL van de IS-oplossing toe bij 20 mg/l om 100 μg/kg te verkrijgen. Voeg voor terugwinningsdoeleinden ook de in stap 1.2 bereide pesticideoplossingen toe die 10 μg/kg, 50 μg/kg en 200 μg/kg (n = 3 elk) opleveren.
- Schud de buis met behulp van een vortex gedurende 30 s om de spike beter in het monster te integreren.
- Voeg 10 ml water toe. Schud de buis met behulp van een geautomatiseerde shaker op 10 x g gedurende 5 minuten.
- Voeg 10 ml acetonitril toe. Schud de tube opnieuw op 10 x g gedurende 5 min.
- Voeg 5 g ammoniumformiaat toe (zie materiaaltabel), schud de buis krachtig gedurende 1 minuut met de hand en centrifugeer gedurende 5 minuten bij 1.800 x g .
- Breng 1 ml van het acetonitrilextract over naar een centrifugebuis van 2 ml met 150 mg watervrije MgSO4, 50 mg primair-secundair amine (PSA) en 50 mg octadecylsilaan (C18) (zie materiaaltabel) voor reinigingsdoeleinden door dispersieve-vaste fase-extractie (d-SPE)8, vortex gedurende 30 s en centrifugeer bij 1.800 x g gedurende 5 minuten.
- Breng 200 μL van het extract over naar een correct gelabelde autosampler-injectieflacon met een gesmolten inzetstuk van 300 μL en voer een instrumentele analyse uit met behulp van een GC-MS-systeem (stap 4).
OPMERKING: Matrix-matched kalibratie wordt uitgevoerd volgens dezelfde stappen als voorheen met blanco extracten, maar 5 ml van het supernatant wordt gereinigd in 15 ml buizen in de d-SPE stap (stap 3.6) en de spike- en IS-oplossingen worden pas in stap 3.7 toegevoegd. Voeg de standaard kalibratieoplossingen toe in de injectieflacons met autosampler om 5 μg/kg, 10 μg/kg, 50 μg/kg, 100 μg/kg, 200 μg/kg en 400 μg/kg op te leveren, verdampt tot droogheid en voeg 200 μL van de matrixextracten toe.
4. Instrumentele analyse door GC-MS
- Voer de GC-MS-analyses uit met behulp van een GC-MS-systeem met een enkele quadrupool massaspectrometer en een elektronenionisatie-interface (−70 eV) (zie Materiaaltabel).
- Stel de MS-overdrachtslijn in op 280 °C en de ionenbron op 230 °C.
- Gebruik een kolom van 5%-fenyl-methylpolysiloxaan van 30 m x 250 μm x 0,25 μm (zie Materiaaltabel) en ultrahoge zuiverheid He als dragergas bij een constant debiet van 1,2 ml/min.
- Houd de GC-oven in eerste instantie 2 minuten op 60 °C, voer vervolgens de temperatuur op tot 160 °C bij 25 °C/min en houd deze 1 min vast. Verhoog vervolgens de temperatuur tot 175 °C bij 15 °C/min en houd deze 3 minuten vast. Verhoog vervolgens tot 220 °C bij 40 °C/min en houd dit 3 minuten vast. Nogmaals, verhoog tot 250 °C bij 30 °C/min en houd het 2 minuten vast. Breng ten slotte de temperatuur op 310 °C bij 30 °C/min en houd deze 2 minuten vast. De totale analysetijd is 22.125 min.
- Voer een volledige autotune en een lucht- en watercontrole van de MS uit vóór elke reeks.
- Open de MassHunter-acquisitiesoftware die alle parameters van het GC-MS-systeem beheert.
OPMERKING: Het instrumentsysteem bevat standaard de MassHunter-acquisitiesoftware. - Open de optie "Weergave" op de werkbalk en klik op Vacuümregeling, klik op Tune en klik op Autotune. De autotune eindigt na een paar minuten.
- Open de optie "Weergave" en klik op Instrumentbesturing.
- Klik op Ja en sla het nieuwe tune-bestand op voor de autotune.
- Open de optie "Weergave" op de werkbalk en klik op Vacuümregeling, klik nogmaals op Tune en klik op Lucht- en watercontrole. De lucht- en watercontrole eindigt na enkele seconden.
- Open de optie "Weergave" en klik op Instrumentbesturing.
- Klik op Ja en sla het nieuwe tune-bestand op voor de lucht- en watercontrole.
- Open de MassHunter-acquisitiesoftware die alle parameters van het GC-MS-systeem beheert.
- Voer de injectie uit met behulp van een autosampler (zie materiaaltabel) bij 280 °C in de splitless-modus, waarbij het injectievolume 1,5 μL wordt gehouden. Open na 0,75 minuten van de injectie de split met een debiet van 40 ml/min.
OPMERKING: Tussen de injecties moet de spuit van 10 μL drie keer worden gewassen met ethylacetaat en drie keer met cyclohexaan. Alle injecties zijn in tweevoud. - Analyseer de analyten in de geselecteerde ionenbewakingsmodus (SIM). Dit is de standaardmodus die wordt gebruikt in MS-systemen met een enkele quadrupole.
OPMERKING: Tabel 1 toont de retentietijden (min) en de kwantificeringsparameters op basis van het gebruik van één kwantificering en twee identificatie-ionen voor de OCP's en de IS. De kwantitatieve analyse is gebaseerd op de verhouding tussen het piekoppervlak van het kwantificeringsion en het ion van IS.
5. Data-acquisitie
- Open de MassHunter-acquisitiesoftware die alle parameters van het GC-MS-systeem beheert.
- Open de optie "Volgorde" op de werkbalk en bewerk de reeks, inclusief de voorbeeldnaam, het injectieflaconnummer, het aantal injecties, de instrumentele methode en de naam van het te genereren bestand. Voeg zoveel rijen toe als nodig is.
- Klik op OK en sla de nieuwe reeks op.
- Open de optie "Sequence" op de werkbalk opnieuw en klik op Run Sequence in het vervolgkeuzemenu. Er wordt een nieuw venster geopend om de injectiemethode en de map waarin de monsters worden opgeslagen te bevestigen. Klik nogmaals op Reeks uitvoeren en de injectie begint.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De volledige validatie van de analysemethode werd uitgevoerd in termen van lineariteit, matrixeffecten, herstel en herhaalbaarheid.
Voor de lineariteitsbeoordeling werden matrixgematchte kalibratiecurven gebruikt met puntloze blanco monsters met zes concentratieniveaus (5 μg/kg, 10 μg/kg, 100 μg/kg, 200 μg/kg en 400 μg/kg). De bepalingscoëfficiënten (R2) waren hoger dan of gelijk aan 0,99 voor alle OCP's. Het laagste kalibratieniveau (LCL) werd vastgesteld op 5 μg/kg, wat voldoet aan de maximaal toelaatbare grenswaarde die is vastgesteld op 10 μg/kg voor bewakingsdoeleinden in levensmiddelentoepassingen11.
De matrixeffectbeoordeling werd uitgevoerd door de hellingen van de OCP-kalibratiecurven in zuiver oplosmiddel en de matrix-gematchte kalibratiecurven te vergelijken. Het matrixeffect werd berekend met behulp van de volgende vergelijking12:
Matrixeffect (%) = (helling van de matrix-matched kalibratiecurve − helling van de zuivere solvent-gebaseerde kalibratiecurve)/(helling van de op zuiver oplosmiddel gebaseerde kalibratiecurve) × 100.
Figuur 2 toont de matrixeffectverdelingen voor de OCP's die zijn bestudeerd door een gemodificeerde QuEChERS-methode met ammoniumformiaat toe te passen op bodemmonsters. Positieve matrixeffectpercentages komen overeen met een signaalverbetering, terwijl negatieve percentages betekenen dat er sprake is van signaalonderdrukking. In het bijzonder komen (1) waarden tussen −20% en 20% overeen met een zacht matrixeffect; (2) waarden tussen −20% en -50% of tussen 20% en 50% komen overeen met een medium matrixeffect; (3) en waarden hoger dan 50% of lager dan −50% betekenen dat er een sterk matrixeffect is. Zoals waargenomen, leden meer OCP's aan zachte of gemiddelde matrixeffecten, terwijl minder OCP's sterke matrixeffecten hadden.
De recuperatie en herhaalbaarheid werden geëvalueerd door blanco monsters te spuwen met pesticiden op drie concentratieniveaus (10 μg/kg, 50 μg/kg en 200 μg/kg). Figuur 3 toont de totale herstelwaarden en relatieve standaarddeviatiewaarden (RSD) voor alle pesticiden en spikingniveaus (n = 9). Zoals kan worden waargenomen, presenteerde de overgrote meerderheid van de bestudeerde OCP's gemiddelde herstelpercentages in het bereik van 70% -120%, met RSD's lager dan 20%, behalve heptachloor, endrine en β-endosulfan, wat iets hogere gemiddelde herstelwaarden gaf.
Figuur 1: Weergave van de gewijzigde QuEChERS-methode met ammoniumformiaat om residuen van bestrijdingsmiddelen uit het bodemmonster te halen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Verdeling van de matrixeffecten versus retentietijden (min) voor de 17 OCP's. Een zacht matrixeffect komt overeen met waarden tussen −20% en 20%; een medium matrixeffect komt overeen met waarden tussen −20% en −50% of tussen 20% en 50%; een sterk matrixeffect komt overeen met waarden die groter zijn dan 50% of minder dan −50%. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Gemiddelde terugvorderingen voor de 17 OCP's na pieken van 10 μg/kg, 50 μg/kg en 200 μg/kg (n = 9) in het bodemmonster. Het aantal analyten binnen het aanvaardbare bereik van terugwinning (70%-120 %) en RSD (<20 %) wordt vermeld, samen met de analyten die buiten dat bereik zijn gelabeld. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Analyt | Bewaartijd (min) | Kwantor ion | Kwalificatienummer 1 | Kwalificatienummer 2 |
| α-BHC | 11.35 | 181 | 219 | 111 |
| β-BHC | 11.90 | 181 | 219 | 109 |
| Lindaan | 12.01 | 181 | 183 | 219 |
| δ-BHC | 12.39 | 181 | 219 | 111 |
| Heptachloor | 13.24 | 272 | 100 | 274 |
| Aldrin | 13.94 | 263 | 66 | 265 |
| Heptachloor epoxide | 14.86 | 353 | 355 | 81 |
| α-Endosulfan | 15.71 | 241 | 239 | 195 |
| 4,4'-DDE-d8 (IS) | 16.09 | 254 | 184 | 326 |
| 4,4'-DDE | 16.12 | 246 | 318 | 248 |
| Dieldrin | 16.18 | 79 | 263 | 81 |
| Endrin | 16.57 | 263 | 317 | 345 |
| β-Endosulfan | 16.73 | 195 | 241 | 159 |
| 4,4'-DDD | 16.89 | 235 | 237 | 165 |
| Endosulfansulfaat | 17.61 | 387 | 227 | 272 |
| 4,4'-DDT | 17.65 | 235 | 237 | 165 |
| Endrine keton | 18.64 | 317 | 67 | 315 |
| Methoxychlor | 18.86 | 227 | 228 | 212 |
Tabel 1: Retentietijden (min) en kwantificeringsparameters voor de GC-MS-analyse van de OCP's. Alfa-benzeenhexachloride (α-BHC); bèta-benzeenhexachloride (β-BHC); Lindaan; delta-benzeenhexachloride (δ-BHC); Heptachloor; Aldrin; heptachloor epoxide; α-endosulfan; 4,4'-dichloordifenyldirichloorethyleen-d8 (4,4'-DDE-d8) (IS); 4,4'-dichloordifenyldirichloorethyleen (4,4'-DDE); dieldrin; Endrin; β-endosulfan; 4,4'-dichloordifenyldichlorethaan (4,4'-DDD); endosulfansulfaat; 4,4'-dichloordifenyltrichloorethaan (4,4'-DDT); endrine keton; methoxychlor.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De originele9 en de twee officiële versies13,14 van de QuEChERS-methode gebruiken magnesiumsulfaat samen met natriumchloride, acetaat of citraatzouten om de scheiding van acetonitril / watermengsels tijdens de extractie te bevorderen. Deze zouten hebben echter de neiging om als vaste stoffen op de oppervlakken in de massaspectrometriebron (MS) te worden afgezet, wat de noodzaak veroorzaakt voor meer onderhoud van vloeistofchromatografie (LC) -MS-gebaseerde methoden. Om deze nadelen te overwinnen, rapporteerden González-Curbelo et al.15 dat het meer vluchtige ammoniumformiaat goed werkte om fasescheiding en de extractie van residuen van bestrijdingsmiddelen te induceren voor zowel LC- als GC-tandem massaspectrometrie (MS / MS). Latere studies hebben ook 0,5 g ammoniumformiaat per gram monster gebruikt om residuen van bestrijdingsmiddelen uit verschillende complexe matrices 16,17,18,19 te extraheren. Bovendien is aangetoond dat het gebruik van ammoniumformiaat lagere hoeveelheden co-geëxtraheerd materiaaloplevert 20, wat het gebruik ervan voor op GC-MS gebaseerde methoden rechtvaardigt. De huidige studie rapporteert voor het eerst deze versie om residuen van bestrijdingsmiddelen in de bodem te analyseren21.
De GC-analyse van residuen van bestrijdingsmiddelen in complexe matrices zoals bodems heeft enkele beperkingen vanwege de werking van de mede-geëxtraheerde matrixcomponenten op de instrumentele respons van de pesticiden, wat onnauwkeurige bepaling en lagere gevoeligheid veroorzaakt22,23. Daarom zijn er verschillende verbeteringen aangebracht om het matrixeffect te minimaliseren, waaronder geoptimaliseerde opschoningsstappen21. Toch vindt het matrixeffect nog steeds plaats en moet het zoveel mogelijk worden gecorrigeerd. In die zin is matrix-matched kalibratie de belangrijkste benadering geweest die is gebruikt, omdat het zeer praktisch is bij het compenseren van de verbetering van het chromatografische signaal ten opzichte van dat van zuivere oplosmiddelen24. In deze studie werd de lineariteit dus geëvalueerd door de kalibratiecurven in zuiver acetonitril te bouwen en bodemextracten te gebruiken, en R2-waarden hoger dan of gelijk aan 0,99 voor alle OCP's werden verkregen met behulp van beide benaderingen. Wanneer beide kalibratiecurven echter werden vergeleken, werden merkbare matrixeffecten gevonden in het bereik van -49% tot 191% (figuur 2). Hoewel het aantal pesticiden met een sterk matrixeffect slechts 3 van de 17 was (endrine, endrineketon en methoxychloor), werden latere studies uitgevoerd met behulp van de matrix-gematchte kalibratiecurven om de matrixeffecten in grotere mate te compenseren.
Er zijn geen maximumwaarden voor residuen van bestrijdingsmiddelen (MRL's) in de bodem vastgesteld, maar voor alle OCP's is een LCL van 5 μg/kg vastgesteld, wat lager is dan de zeer veeleisende standaard-MRL die in de internationale wetgeving voor de analyse van bestrijdingsmiddelenresiduen in agrovoedingsproducten (Verordening (EG) nr. 396/2005)11 op 10 μg/kg is vastgesteld. Bovendien leverde de LCL van 5 μg/kg een signaal-ruisverhouding (S/N) op van ongeveer 10 voor alle OCP's. De hoge gevoeligheid van deze methode is vergelijkbaar met of zelfs beter dan die verkregen in andere studies die ook OCP's in bodems hebben geanalyseerd met behulp van de QuEChERS-methode gevolgd door GC-MS. In één studie werden bijvoorbeeld 34 OCP's geanalyseerd met behulp van de officiële versie van de QuEChERS-methode die een citraatbuffer gebruikt, en de limieten van kwantificering (LOQ's) waren gelijk aan of hoger dan 7 μg / kg25. Met name de LOQ-waarden van α-BHC, β-BHC, lindaan en δ-BHC lagen tussen 206 μg/kg en 384 μg/kg. In een ander werk werden lindaan en dieldrin geanalyseerd met dezelfde versie van de QuEChERS-methode en LOQ-waarden van respectievelijk 42 μg / kg en 292 μg / kg werden verkregen, respectievelijk26. Evenzo bepaalde een ander onderzoekswerk ook aldrine en heptachloor met behulp van QuEChERS en GC-MS, met LOQ-waarden van respectievelijk 13 en 23 μg / kg, respectievelijk27.
De beoordeling van herstel en reproduceerbaarheid werd ontwikkeld op drie concentratieniveaus (laag, gemiddeld en hoog) in drievoud (n = 9). Hiertoe werden de totale herstelwaarden bepaald door de piekoppervlakteverhoudingen van het bestrijdingsmiddel/IS (4,4'-DDE-d8) die werden verkregen uit de bodemmonsters die aan het begin van de toepassing van de QuEChERS-methode met ammoniumformiaat werden geprikt, te vergelijken met die van matrixgematchte kalibratie. In alle gevallen werd elke replica tweemaal in dezelfde volgorde geïnjecteerd. Opgemerkt moet worden dat het gebruik van een IS, een isotopisch gelabelde standaard, het mogelijk maakt om de mogelijke verliezen van de pesticiden die plaatsvinden tijdens de hele procedure te compenseren, evenals het matrixeffect en / of mogelijke variabiliteit in het instrument. Volgens de resultaten voldeden de meeste pesticiden aan de aanvaardbaarheidscriteria van 70% -120% herstelwaarden met RSD-≤20% bij elke spiking-niveau28, wat de effectiviteit en herhaalbaarheid van de methode aantoonde. Niettemin waren de totale herstelwaarden (n = 9) iets hoger dan 120% voor heptachloor (122%), endrine (121%) en β-endosulfan (130%), hoewel ze consistent waren (RSD's <13%). In die zin is, rekening houdend met de totale herstelwaarden op drie spikingniveaus, een aanvaardbaarheidscriterium van 30% -140% met RSD-waarden ≤20% vastgesteld28.
Kortom, de QuEChERS-methode met behulp van ammoniumformiaat in combinatie met GC-MS kan met succes OCP's in agrarische bodemmonsters bepalen. In deze studie werd aangetoond dat de eenvoudige toevoeging van 5 g ammoniumformiaat om fasescheiding tussen de water- en acetonitrillagen te induceren, zorgde voor een geschikte extractie met hoge terugwinningen van de geselecteerde pesticiden. Het matrixeffect bleef echter plaatsvinden, dus andere benaderingen, zoals de toevoeging van analytbeschermingsmiddelen, moeten in volgende werken worden bestudeerd. In ieder geval kan dit alternatief voor de officiële QuEChERS-versies worden gebruikt om de ongewenste vaste stoffen te vermijden die in het analysesysteem worden afgezet als gevolg van het gebruik van magnesium- en natriumzouten, vooral in routinematige LC-MS-gebaseerde analyse. In het laatste geval zou het nog interessanter zijn omdat ammoniumformiaat een hulpmiddel is voor ionisatie bij positieve elektrospray-ionisatie en de vorming van ammoniumadducten in plaats van natriumadducten kan verbeteren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ik heb geen belangenconflicten bekend te maken.
Acknowledgments
Ik wil Javier Hernández-Borges en Cecilia Ortega-Zamora bedanken voor hun onschatbare steun. Ik wil ook de Universidad EAN en de Universidad de La Laguna bedanken.
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).
