Dosage de 45 pesticides dans des variétés d’avocats par la méthode QuEChERS et chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse en tandem
Summary
Le présent protocole décrit l’analyse des résidus de pesticides multiclasses dans les variétés d’avocats à l’aide de la méthode Qu ick-E asy-Cheap-E ffective-R ugged-S afe (QuEChERS) avec formiate d’ammonium, suivie d’une chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem.
Abstract
La spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) par chromatographie en phase gazeuse (GC) est un instrument d’analyse prééminent largement utilisé pour la surveillance des résidus de pesticides dans les aliments. Néanmoins, ces méthodes sont vulnérables aux effets de matrice (EM), qui peuvent potentiellement affecter la quantification précise en fonction de la combinaison spécifique de l’analyte et de la matrice. Parmi les diverses stratégies visant à atténuer les EM, l’étalonnage matriciel représente l’approche dominante dans les applications de résidus de pesticides en raison de sa rentabilité et de sa simplicité de mise en œuvre. Dans cette étude, un total de 45 pesticides représentatifs ont été analysés dans trois variétés différentes d’avocats (c.-à-d. Criollo, Hass et Lorena) à l’aide de la méthode Qu ick-Easy-Ch eap-E fective-R ugged-S afe (QuEChERS) avec du formiate d’ammonium et GC-MS/MS.
À cette fin, 5 g de l’échantillon d’avocat ont été extraits avec 10 mL d’acétonitrile, puis 2,5 g de formiate d’ammonium ont été ajoutés pour induire la séparation de phase. Par la suite, le surnageant a subi un processus de nettoyage par extraction en phase solide dispersive utilisant 150 mg de MgSO4 anhydre, 50 mg d’amine primaire-secondaire, 50 mg d’octadécylsilane, 10 mg de noir de carbone graphitisé et 60 mg d’un sorbant à base d’oxyde de zirconium (Z-Sep+). L’analyse GC-MS/MS a été réalisée avec succès en moins de 25 min. Des expériences de validation rigoureuses ont été menées pour évaluer les performances de la méthode. L’examen d’une courbe d’étalonnage matricielle appariée pour chaque variété d’avocat a révélé que l’EM est demeuré relativement constant et inférieur à 20 % (considéré comme un EM mou) pour la plupart des combinaisons pesticide/variété. De plus, les limites de quantification de la méthode étaient inférieures à 5 μg/kg pour les trois variétés. Enfin, les valeurs de récupération de la plupart des pesticides se situaient dans la fourchette acceptable de 70 à 120 %, avec des valeurs d’écart-type relatif inférieures à 20 %.
Introduction
En analyse chimique, l’effet de matrice (EM) peut être défini de différentes manières, mais une définition générale largement acceptée est la suivante : il s’agit de la modification du signal, en particulier une modification de la pente de la courbe d’étalonnage lorsque la matrice de l’échantillon ou une partie de celle-ci est présente lors de l’analyse d’un analyte spécifique. En tant qu’aspect critique, l’EM nécessite une investigation approfondie lors du processus de validation de toute méthode analytique, car elle affecte directement la précision des mesures quantitatives pour les analytes cibles1. Idéalement, une procédure de prétraitement d’échantillon devrait être suffisamment sélective pour éviter d’extraire des composants de la matrice de l’échantillon. Cependant, malgré des efforts considérables, bon nombre de ces éléments de la matrice se retrouvent encore dans les systèmes de détermination finale dans la plupart des cas. Par conséquent, ces composants matriciels compromettent souvent les valeurs de récupération et de précision, introduisent du bruit supplémentaire et augmentent le coût global et la main-d’œuvre impliqués dans la méthode.
Dans la chromatographie en phase gazeuse (GC), l’EM apparaît en raison de la présence de sites actifs dans le système GC, qui interagissent avec les analytes cibles par divers mécanismes. D’une part, les constituants de la matrice bloquent ou masquent ces sites actifs qui interagiraient autrement avec les analytes cibles, ce qui entraîne une amélioration fréquente du signal2. D’autre part, les sites actifs qui restent dégagés peuvent provoquer un pic de résidus ou une décomposition de l’analyte en raison de fortes interactions, conduisant à une EM négative. Cependant, cela peut offrir des avantages potentiels dans certains cas2. Il est crucial de souligner qu’il est extrêmement difficile d’obtenir une inertie totale dans un système GC, malgré l’utilisation de composants très inertes et un entretien approprié. Avec une utilisation continue, l’accumulation de composants matriciels dans le système GC devient plus prononcée, provoquant une augmentation de l’EM. De nos jours, il est largement reconnu que les analytes contenant de l’oxygène, de l’azote, du phosphore, du soufre et des éléments similaires présentent une plus grande EM car ils interagissent facilement avec ces sites actifs. À l’inverse, les composés très stables tels que les hydrocarbures ou les organohalogènes ne subissent pas de telles interactions et ne montrent pas d’EM observable lors de l’analyse 2,3.
Dans l’ensemble, l’EM ne peut pas être complètement éliminée, ce qui a conduit à l’élaboration de plusieurs stratégies de compensation ou de correction lorsque l’élimination complète des composants de la matrice n’est pas réalisable. Parmi ces stratégies, l’utilisation d’étalons internes (IS) deutérés, de protecteurs d’analytes, d’étalonnage apparié à la matrice, de la méthode d’addition d’étalons ou de la modification des techniques d’injection ont été documentées dans la littérature scientifique 1,2,4,5. Les lignes directrices SANTE/11312/2021 ont également recommandé ces stratégies6.
En ce qui concerne l’application de l’étalonnage matriciel pour compenser les EM, les séquences d’échantillons dans des situations pratiques englobent divers types d’aliments ou divers échantillons d’un même produit. Dans ce cas, on suppose que l’utilisation d’un échantillon provenant du même produit compensera efficacement l’EM dans tous les échantillons. Cependant, il n’y a pas suffisamment d’études dans la littérature existante pour examiner spécifiquement cette question7.
Le dosage de plusieurs résidus de pesticides dans des matrices contenant un pourcentage appréciable de matières grasses et de pigments constitue une tâche difficile. La quantité considérable de matériau coextrait peut affecter de manière significative l’efficacité de l’extraction et interférer avec la détermination chromatographique ultérieure, endommageant potentiellement la colonne, la source et le détecteur, et entraînant des EM significatifs 8,9,10. Par conséquent, l’analyse des pesticides à l’état de traces dans de telles matrices nécessite une réduction significative des composants de la matrice avant l’analyse tout en assurant des valeurs de récupération élevées7. L’obtention de valeurs de récupération élevées est cruciale pour garantir que les analyses de pesticides restent fiables, précises et conformes aux normes réglementaires. C’est essentiel pour garantir la sécurité alimentaire, la protection de l’environnement et la prise de décisions éclairées dans l’agriculture et les domaines connexes.
L’avocat est un fruit de haute valeur commerciale, cultivé dans les climats tropicaux et méditerranéens du monde entier et largement consommé tant dans ses régions d’origine que sur les nombreux marchés d’exportation. Du point de vue analytique, l’avocat est une matrice complexe contenant un nombre important d’acides gras (oléique, palmitique et linoléique), semblable aux noix, une teneur importante en pigments, comme dans les feuilles vertes, ainsi que des sucres et des acides organiques, similaires à ceux que l’on trouve dans d’autres fruits11. En raison de sa nature grasse, une attention particulière doit être accordée lors de l’utilisation de toute méthode d’analyse pour l’analyse. Bien que l’analyse des résidus de pesticides ait été effectuée sur des avocats à l’aide de la GC-MS dans certains cas 8,12,13,14,15,16,17,18,19,20, elle a été relativement moins fréquente que celle d’autres matrices. Dans la plupart des cas, une version de la méthode Qu ick-Easy-Ch eap-E fective-R ugged-S afe (QuEChERS) a été appliquée 8,12,13,14,15,16,17,18. Aucune de ces études n’a examiné la consistance des EM entre différentes variétés d’avocats.
Par conséquent, l’objectif de ce travail était d’étudier la cohérence des EM et des valeurs de récupération pour 45 pesticides représentatifs dans différentes variétés d’avocats (c’est-à-dire Criollo, Hass et Lorena) en utilisant la méthode QuEChERS avec du formiate d’ammonium et GC-MS/MS. À notre connaissance, c’est la première fois que ce type d’étude est mené sur de tels échantillons de matrice graisseuse.
Protocol
Representative Results
Discussion
La principale limitation associée à l’étalonnage matriciel provient de l’utilisation d’échantillons vierges comme étalons d’étalonnage. Cela conduit à une augmentation du nombre d’échantillons à traiter pour l’analyse et à une augmentation de l’injection de composants matriciels dans chaque séquence analytique, ce qui peut entraîner une augmentation des exigences de maintenance des instruments. Néanmoins, cette stratégie est plus adaptée que l’addition standard, qui générerait un nombre b…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous tenons à remercier l’Université EAN et l’Université de La Laguna.
Materials
| 3-Ethoxy-1,2-propanediol | Sigma Aldrich | 260428-1G | |
| Acetonitrile | Merk | 1006652500 | |
| Ammonium formate | Sigma Aldrich | 156264-1KG | |
| AOAC 20i/s autosampler | Shimadzu | 221-723115-58 | |
| Automatic shaker MX-T6-PRO | SCILOGEX | 8.23222E+11 | |
| Balance | OHAUS | PA224 | |
| Centrifuge tubes, 15 mL | Nest | 601002 | |
| Centrifuge tubes, 2 mL | Eppendorf | 4610-1815 | |
| Centrifuge tubes, 50 mL | Nest | 602002 | |
| Centrifuge Z206A | MERMLE | 6019500118 | |
| Choper 2L | Oster | 2114111 | |
| Column SH-Rxi-5sil MS, 30 m x 0.25 mm, 0.25 µm | Shimadzu | 221-75954-30 | MS GC column |
| Dispensette 5-50 mL | BRAND | 4600361 | |
| DSC-18 | Sigma Aldrich | 52600-U | |
| D-Sorbitol | Sigma Aldrich | 240850-5G | |
| Ethyl acetate | Merk | 1313181212 | |
| GCMS-TQ8040 | Shimadzu | 211552 | |
| Graphitized carbon black | Sigma Aldrich | 57210-U | |
| Injection syringe | Shimadzu | LC2213461800 | |
| L-Gulonic acid γ-lactone | Sigma Aldrich | 310301-5G | |
| Linner splitless | Shimadzu | 221-4887-02 | |
| Magnesium sulfate anhydrus | Sigma Aldrich | M7506-2KG | |
| Methanol | Panreac | 131091.12.12 | |
| Milli-Q ultrapure (type 1) water | Millipore | F4H4783518 | |
| Pipette tips 10 – 100 µL | Biologix | 200010 | |
| Pipette tips 100 – 1000 µL | Brand | 541287 | |
| Pipette tips 20 – 200 µL | Brand | 732028 | |
| Pipettes Pasteur | NORMAX | 5426023 | |
| 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 | SCILOGEX | 7.12111E+11 | |
| Primary-secondary amine | Sigma Aldrich | 52738-U | |
| Shikimic acid | Sigma Aldrich | S5375-1G | |
| Syringe Filter PTFE/L 25 mm, 0.45 µm | NORMAX | FE2545I | |
| Triphenyl phosphate (QC) | Sigma Aldrich | 241288-50G | |
| Vials with fused-in insert | Sigma Aldrich | 29398-U | |
| Z-SEP+ | Sigma Aldrich | 55299-U | zirconium oxide-based sorbent |
| Pesticides | CAS registry number | ||
| 4,4´-DDD | Sigma Aldrich | 35486-250MG | 72-54-8 |
| 4,4´-DDE | Sigma Aldrich | 35487-100MG | 72-55-9 |
| 4,4´-DDT | Sigma Aldrich | 31041-100MG | 50-29-3 |
| Alachlor | Sigma Aldrich | 45316-250MG | 15972-60-8 |
| Aldrin | Sigma Aldrich | 36666-25MG | 309-00-2 |
| Atrazine | Sigma Aldrich | 45330-250MG-R | 1912-24-9 |
| Atrazine-d5 (IS) | Sigma Aldrich | 34053-10MG-R | 163165-75-1 |
| Buprofezin | Sigma Aldrich | 37886-100MG | 69327-76-0 |
| Carbofuran | Sigma Aldrich | 32056-250-MG | 1563-66-2 |
| Chlorpropham | Sigma Aldrich | 45393-250MG | 101-21-3 |
| Chlorpyrifos | Sigma Aldrich | 45395-100MG | 2921-88-2 |
| Chlorpyrifos-methyl | Sigma Aldrich | 45396-250MG | 5598-13-0 |
| Deltamethrin | Sigma Aldrich | 45423-250MG | 52918-63-5 |
| Dichloran | Sigma Aldrich | 45435-250MG | 99-30-9 |
| Dichlorvos | Sigma Aldrich | 45441-250MG | 62-73-7 |
| Dieldrin | Sigma Aldrich | 33491-100MG-R | 60-57-1 |
| Diphenylamine | Sigma Aldrich | 45456-250MG | 122-39–4 |
| Endosulfan A | Sigma Aldrich | 32015-250MG | 115-29-7 |
| Endrin | Sigma Aldrich | 32014-250MG | 72-20-8 |
| EPN | Sigma Aldrich | 36503-100MG | 2104-64-5 |
| Esfenvalerate | Sigma Aldrich | 46277-100MG | 66230-04-4 |
| Ethion | Sigma Aldrich | 45477-250MG | 563-12-2 |
| Fenamiphos | Sigma Aldrich | 45483-250MG | 22224-92-6 |
| Fenitrothion | Sigma Aldrich | 45487-250MG | 122-14-5 |
| Fenthion | Sigma Aldrich | 36552-250MG | 55-38-9 |
| Fenvalerate | Sigma Aldrich | 45495-250MG | 51630-58-1 |
| HCB | Sigma Aldrich | 45522-250MG | 118-74-1 |
| Iprodione | Sigma Aldrich | 36132-100MG | 36734-19-7 |
| Lindane | Sigma Aldrich | 45548-250MG | 58-89-9 |
| Malathion | Sigma Aldrich | 36143-100MG | 121-75-5 |
| Metalaxyl | Sigma Aldrich | 32012-100MG | 57837-19-1 |
| Methidathion | Sigma Aldrich | 36158-100MG | 950-37-8 |
| Myclobutanil | Sigma Aldrich | 34360-100MG | 88671-89-0 |
| Oxyfluorfen | Sigma Aldrich | 35031-100MG | 42874-03-3 |
| Parathion-methyl | Sigma Aldrich | 36187-100MG | 298-00-0 |
| Penconazol | Sigma Aldrich | 36189-100MG | 66246-88-6 |
| Pirimiphos-methyl | Sigma Aldrich | 32058-250MG | 29232-93-7 |
| Propiconazole | Sigma Aldrich | 45642-250MG | 60207-90-1 |
| Propoxur | Sigma Aldrich | 45644-250MG | 114-26-1 |
| Propyzamide | Sigma Aldrich | 45645-250MG | 23850-58-5 |
| Pyriproxifen | Sigma Aldrich | 34174-100MG | 95737-68-1 |
| Tolclofos-methyl | Sigma Aldrich | 31209-250MG | 5701804-9 |
| Triadimefon | Sigma Aldrich | 45693-250MG | 43121-43-3 |
| Triflumizole | Sigma Aldrich | 32611-100MG | 68694-11-1 |
| α-HCH | Sigma Aldrich | 33377-50MG | 319-86-8 |
| β-HCH | Sigma Aldrich | 33376-100MG | 319-85-7 |
References
- Raposo, F., Barceló, D. Challenges and strategies of matrix effects using chromatography-mass spectrometry: An overview from research versus regulatory viewpoints. Trends Analyt Chem. 134, 116068 (2021).
- Rahman, M. M., Abd El-Aty, A. M., Shim, J. H. Matrix enhancement effect: a blessing or a curse for gas chromatography?-A review. Anal Chim Acta. 801, 14-21 (2013).
- Poole, C. F. Matrix-induced response enhancement in pesticide residue analysis by gas chromatography. J Chromatogr A. 1158 (1-2), 241-250 (2007).
- Anastassiades, M., Maštovská, K., Lehotay, S. J. Evaluation of analyte protectants to improve gas chromatographic analysis of pesticides. J Chromatogr A. 1015 (1-2), 163-184 (2003).
- Trufelli, H., Palma, P., Famiglini, G., Cappiello, A. An overview of matrix effects in liquid chromatography-mass spectrometry. Mass Spectrom Reviews. 30 (3), 491-509 (2011).
- 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).
- 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. J Chromatogr A. 1270, 235-245 (2012).
- Lehotay, S. J., Maštovská, K., Yun, S. J. Evaluation of two fast and easy methods for pesticide residue analysis in fatty food matrixes. J AOAC Int. 88 (2), 630-638 (2005).
- González-Curbelo, M. &. #. 1. 9. 3. ;., González-Sálamo, J., Varela-Martínez, D. A., Hernández-Borges, J. Analysis of pesticide residues in pollen and dairy products. Sustainable Agriculture Reviews 47. 47, 47-89 (2020).
- Madej, K., Kalenik, T. K., Piekoszewski, W. Sample preparation and determination of pesticides in fat-containing foods. Food Chem. 269, 527-541 (2018).
- Yanty, N. A. M., Marikkar, J. M. N., Long, K. Effect of varietal differences on composition and thermal characteristics of avocado oil. J Am Oil Chem Soc. 88, 1997-2003 (2011).
- Pano-Farias, N. S., Ceballos-Magaña, S. G., Muniz-Valencia, R., Gonzalez, J. Validation and assessment of matrix effect and uncertainty of a gas chromatography coupled to mass spectrometry method for pesticides in papaya and avocado samples. J Food Drug Anal. 25 (3), 501-509 (2017).
- Pano-Farias, N. S., Ceballos-Magaña, S. G., Jurado, J. M., Aguayo-Villarreal, I. A., Muñiz-Valencia, R. Analytical method for pesticides in avocado and papaya by means of ultra-high performance liquid chromatography coupled to a triple quadrupole mass detector: Validation and uncertainty assessment. J Food Sci. 83 (8), 2265-2272 (2018).
- Pano-Farias, N. S., Ceballos-Magaña, S. G., Gonzalez, J., Jurado, J. M., Muñiz-Valencia, R. Supercritical fluid chromatography with photodiode array detection for pesticide analysis in papaya and avocado samples. J Sep Sci. 38 (7), 1240-1247 (2015).
- Lozano, A., Rajski, &. #. 3. 2. 1. ;., Uclés, S., Belmonte-Valles, N., Mezcua, M., Fernández-Alba, A. R. Evaluation of zirconium dioxide-based sorbents to decrease the matrix effect in avocado and almond multiresidue pesticide analysis followed by gas chromatography tandem mass spectrometry. Talanta. 118, 68-83 (2014).
- 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. J Chromatogr A. 1449, 17-29 (2016).
- Chamkasem, N., Ollis, L. W., Harmon, T., Lee, S., Mercer, G. Analysis of 136 pesticides in avocado using a modified QuEChERS method with LC-MS/MS and GC-MS/MS. J Agric Food Chem. 61 (10), 2315-2329 (2013).
- Rajski, &. #. 3. 2. 1. ;., Lozano, A., Uclés, A., Ferrer, C., Fernández-Alba, A. R. Determination of pesticide residues in high oil vegetal commodities by using various multi-residue methods and clean-ups followed by liquid chromatography tandem mass spectrometry. J Chromatogr A. 1304, 109-120 (2013).
- Hernández-Borges, J., Ravelo-Pérez, L. M., Hernández-Suárez, E. M., Carnero, A., Rodríguez-Delgado, M. &. #. 1. 9. 3. ;. Analysis of abamectin residues in avocados by high-performance liquid chromatography with fluorescence detection. J Chromatogr A. 1165 (1-2), 52-57 (2007).
- Moreno, J. F., Liébanas, F. A., Frenich, A. G., Vidal, J. M. Evaluation of different sample treatments for determining pesticide residues in fat vegetable matrices like avocado by low-pressure gas chromatography-tandem mass spectrometry. J Chromatogr A. 1111 (1), 97-105 (2006).
- . Commission Directive 2002/63/EC of 11 July 2002 establishing Community methods of sampling for the official control of pesticide residues in and on products of plant and animal origin and repealing Directive 79/700/EEC. Official Journal of the European Union. L187, 30-43 (2002).
- . European Regulation, 396/2005, 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. L70, 1-16 (2005).
- González-Curbelo, M. &. #. 1. 9. 3. ;., Lehotay, S. J., Hernández-Borges, J. Validation of a modified QuEChERS version for high-throughput analysis of a wide range of pesticides in foods. Abstracts of Papers of the American Chemical Society. 246, (2013).
- González-Curbelo, M. &. #. 1. 9. 3. ;., Lehotay, S. J., Hernández-Borges, J., Rodríguez Delgado, J. Ammonium formate buffer in QuEChERS for high throughput analysis of pesticides in food by fast, low-pressure GC-MS/MS and LC-MS/MS. Abstracts of Papers of the American Chemical Society. 248, (2014).
- González-Curbelo, M. &. #. 1. 9. 3. ;., Lehotay, S. J., Hernández-Borges, J., Rodríguez-Delgado, M. &. #. 1. 9. 3. ;. 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. J Chromatogr A. 1358, 75-84 (2014).
- Varela-Martínez, D. A., González-Sálamo, J., González-Curbelo, M. &. #. 1. 9. 3. ;., Quick Hernández-Borges, J. Quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe (QuEChERS) extraction. Handbooks in Separation Science. , 399-437 (2020).
- González-Curbelo, M. &. #. 1. 9. 3. ;. Analysis of organochlorine pesticides in a soil sample by a modified QuEChERS approach using ammonium formate. J Vis Exp. 191, e64901 (2023).
- González-Curbelo, M. &. #. 1. 9. 3. ;., Dionis-Delgado, S., Asensio-Ramos, M., Hernández-Borges, J. Pesticide analysis in toasted barley and chickpea flours. J Sep Sci. 35 (2), 299-307 (2012).
- Varela-Martínez, D. A., González-Curbelo, M. &. #. 1. 9. 3. ;., González-Sálamo, J., Hernández-Borges, J. High-throughput analysis of pesticides in minor tropical fruits from Colombia. Food Chem. 280, 221-230 (2019).
- Li, L., Li, W., Qin, D. M., Jiang, S. R., Liu, F. M. Application of graphitized carbon black to the QuEChERS method for pesticide multiresidue analysis in spinach. J AOAC Int. 92 (2), 538-547 (2009).
