Analyse af organiske chlorpesticider i en jordprøve ved en modificeret QuEChERS-tilgang under anvendelse af ammoniumformiat
Summary
Denne protokol beskriver anvendelsen af ammoniumformiat til fasedeling i QuEChERS sammen med gaskromatografi-massespektrometri til vellykket bestemmelse af organiske chlorpesticidrester i en jordprøve.
Abstract
I øjeblikket repræsenterer QuEChERS-metoden den mest anvendte prøveforberedelsesprotokol på verdensplan til analyse af pesticidrester i en bred vifte af matricer både i officielle og ikke-officielle laboratorier. QuEChERS-metoden ved anvendelse af ammoniumformiat har tidligere vist sig at være fordelagtig sammenlignet med den originale og de to officielle versioner. På den ene side er den enkle tilsætning af 0,5 g ammoniumformiat pr. gram prøve tilstrækkelig til at inducere faseseparation og opnå god analytisk ydeevne. På den anden side reducerer ammoniumformiat behovet for vedligeholdelse i rutinemæssige analyser. Her blev en modificeret QuEChERS-metode ved anvendelse af ammoniumformiat anvendt til samtidig analyse af organiske chlorpesticidrester (OCP) i landbrugsjord. Specifikt blev 10 g af prøven hydreret med 10 ml vand og derefter ekstraheret med 10 ml acetonitril. Dernæst blev faseseparation udført under anvendelse af 5 g ammoniumformiat. Efter centrifugering blev supernatanten underkastet et dispergerende fastfaseekstraktionstrin med vandfrit magnesiumsulfat, primær-sekundær amin og octadecylsilan. Gaskromatografi-massespektrometri blev anvendt som analytisk teknik. QuEChERS-metoden ved anvendelse af ammoniumformiat demonstreres som et vellykket alternativ til ekstraktion af OCP-rester fra en jordprøve.
Introduction
Behovet for at øge fødevareproduktionen har ført til intensiv og udbredt anvendelse af pesticider på verdensplan i løbet af de sidste par årtier. Pesticider påføres afgrøderne for at beskytte dem mod skadedyr og øge afgrødeudbyttet, men deres rester ender normalt i jordmiljøet, især i landbrugsområder1. Desuden har nogle pesticider, såsom organiske chlorpesticider (OCP’er), en meget stabil struktur, så deres rester nedbrydes ikke let og forbliver i jorden i lang tid2. Generelt har jorden en høj kapacitet til at akkumulere pesticidrester, især når den har et højt indhold af organisk materiale3. Som følge heraf er jorden et af de miljørum, der er mest forurenet med pesticidrester. F.eks. viste en af de fuldstændige undersøgelser til dato, at 83 % af 317 landbrugsjorder i hele EU var forurenet med en eller flere pesticidrester4.
Jordforurening med pesticidrester kan påvirke ikke-målarter, jordfunktion og forbrugersundhed gennem fødekæden på grund af restkoncentrationernes høje toksicitet 5,6. Det er derfor vigtigt at evaluere pesticidrester i jorden for at vurdere deres potentielle negative virkninger på miljøet og menneskers sundhed, navnlig i udviklingslandene på grund af mangel på strenge regler for anvendelsen af pesticider7. Dette gør analyse af pesticidrester stadig vigtigere. Hurtig og nøjagtig analyse af pesticidrester i jorden er imidlertid en vanskelig udfordring på grund af det store antal interfererende stoffer samt disse analysanders lave koncentrationsniveau og forskellige fysisk-kemiske egenskaber4.
Af alle metoderne til analyse af pesticidrester er QuEChERS-metoden blevet den hurtigste, nemmeste, billigste, mest effektive, robuste og sikreste mulighed8. QuEChERS-metoden involverer to trin. I det første trin udføres en mikroskalaekstraktion baseret på opdeling via saltning mellem et vandigt og et acetonitrillag. I det andet trin udføres en rengøringsproces under anvendelse af en dispersiv fastfaseekstraktion (dSPE); denne teknik bruger små mængder af flere kombinationer af porøse sorbenter til at fjerne matrixinterfererende komponenter og overvinder ulemperne ved konventionel SPE9. Derfor er QuEChERS en miljøvenlig tilgang med lidt opløsningsmiddel/kemikalie, der går til spilde, der giver meget nøjagtige resultater og minimerer potentielle kilder til tilfældige og systematiske fejl. Faktisk er det blevet anvendt med succes til rutinemæssig analyse med høj kapacitet af hundredvis af pesticider med stærk anvendelighed i næsten alle typer miljø-, landbrugsfødevare- og biologiske prøver 8,10. Dette arbejde sigter mod at anvende og validere en ny modifikation af QuEChERS-metoden, der tidligere blev udviklet og koblet til GC-MS for at analysere OCP’er i landbrugsjord.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den originale9 og de to officielle versioner13,14 af QuEChERS-metoden bruger magnesiumsulfat sammen med natriumchlorid-, acetat- eller citratsalte til at fremme adskillelse af acetonitril/vandblanding under ekstraktion. Imidlertid har disse salte tendens til at blive deponeret som faste stoffer på overfladerne i massespektrometrikilden (MS), hvilket medfører behovet for øget vedligeholdelse af væskekromatografi (LC)-MS-baserede metoder…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Jeg vil gerne takke Javier Hernández-Borges og Cecilia Ortega-Zamora for deres uvurderlige støtte. Jeg vil også gerne takke Universidad EAN og Universidad de La Laguna.
Materials
| 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. &. #. 1. 9. 3. ;., Hernández-Borges, J. Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe (QuEChERS) extraction. Handbooks in Separation Science. , 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. &. #. 1. 9. 3. ;., 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. &. #. 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. 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. &. #. 1. 9. 3. ;., 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. &. #. 1. 9. 3. ;., 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).
