تحليل مبيدات الآفات الكلورية العضوية في عينة التربة بواسطة نهج QuEChERS المعدل باستخدام فورمات الأمونيوم
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.
Protocol
Representative Results
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 الأس?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأود أن أشكر خافيير هيرنانديز – بورخيس وسيسيليا أورتيغا – زامورا على دعمهما القيم. أود أيضا أن أشكر جامعة EAN وجامعة لا لاغونا.
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).
