Analyse de pesticides organochlorés dans un échantillon de sol par une approche QuEChERS modifiée utilisant le formate d’ammonium
Summary
Le présent protocole décrit l’utilisation du formate d’ammonium pour la répartition en phase dans QuEChERS, ainsi que la chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse, pour déterminer avec succès les résidus de pesticides organochlorés dans un échantillon de sol.
Abstract
Actuellement, la méthode QuEChERS représente le protocole de préparation d’échantillons le plus largement utilisé dans le monde pour analyser les résidus de pesticides dans une grande variété de matrices dans les laboratoires officiels et non officiels. La méthode QuEChERS utilisant le formate d’ammonium s’est déjà révélée avantageuse par rapport à l’original et aux deux versions officielles. D’une part, la simple addition de 0,5 g de formate d’ammonium par gramme d’échantillon suffit pour induire la séparation des phases et obtenir de bonnes performances analytiques. D’autre part, le formate d’ammonium réduit le besoin de maintenance dans les analyses de routine. Ici, une méthode QuEChERS modifiée utilisant le formate d’ammonium a été appliquée pour l’analyse simultanée des résidus de pesticides organochlorés (PCO) dans les sols agricoles. Plus précisément, 10 g de l’échantillon ont été hydratés avec 10 mL d’eau, puis extraits avec 10 mL d’acétonitrile. Ensuite, la séparation de phase a été réalisée à l’aide de 5 g de formiate d’ammonium. Après centrifugation, le surnageant a été soumis à une étape de nettoyage d’extraction dispersive en phase solide avec du sulfate de magnésium anhydre, de l’amine primaire-secondaire et de l’octadécylsilane. La chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse a été utilisée comme technique analytique. La méthode QuEChERS utilisant le formate d’ammonium est démontrée comme une alternative efficace pour extraire les résidus OCP d’un échantillon de sol.
Introduction
La nécessité d’augmenter la production alimentaire a conduit à l’utilisation intensive et généralisée de pesticides dans le monde entier au cours des dernières décennies. Des pesticides sont appliqués sur les cultures pour les protéger des ravageurs et augmenter les rendements des cultures, mais leurs résidus se retrouvent généralement dans l’environnement du sol, en particulier dans les zones agricoles1. De plus, certains pesticides, tels que les pesticides organochlorés (OCP), ont une structure très stable, de sorte que leurs résidus ne se décomposent pas facilement et persistent longtemps dans le sol2. Généralement, le sol a une grande capacité à accumuler des résidus de pesticides, surtout lorsqu’il a une teneur élevée en matière organique3. En conséquence, le sol est l’un des compartiments environnementaux les plus contaminés par les résidus de pesticides. À titre d’exemple, l’une des études complètes réalisées à ce jour a révélé que 83 % des 317 sols agricoles de l’Union européenne étaient contaminés par un ou plusieurs résidus de pesticides4.
La pollution des sols par les résidus de pesticides peut affecter les espèces non ciblées, la fonction du sol et la santé des consommateurs tout au long de la chaîne alimentaire en raison de la toxicité élevée des résidus 5,6. Par conséquent, l’évaluation des résidus de pesticides dans les sols est essentielle pour évaluer leurs effets négatifs potentiels sur l’environnement et la santé humaine, en particulier dans les pays en développement en raison de l’absence de réglementation stricte sur l’utilisation des pesticides7. Cela rend l’analyse multi-résidus de pesticides de plus en plus importante. Cependant, l’analyse rapide et précise des résidus de pesticides dans les sols est un défi difficile en raison du grand nombre de substances interférentes, ainsi que du faible niveau de concentration et des diverses propriétés physico-chimiques de ces analytes4.
De toutes les méthodes d’analyse des résidus de pesticides, la méthode QuEChERS est devenue l’option la plus rapide, la plus facile, la moins chère, la plus efficace, la plus robuste et la plus sûre8. La méthode QuEChERS comporte deux étapes. Dans un premier temps, une extraction à l’échelle microscopique basée sur la séparation par salage entre une couche aqueuse et une couche d’acétonitrile est effectuée. Dans la deuxième étape, un processus de nettoyage est effectué à l’aide d’une extraction dispersive en phase solide (dSPE); cette technique utilise de petites quantités de plusieurs combinaisons de sorbants poreux pour éliminer les composants interférents avec la matrice et surmonte les inconvénients de la SPE9 conventionnelle. Par conséquent, le QuEChERS est une approche respectueuse de l’environnement avec peu de solvants / produits chimiques gaspillés qui fournit des résultats très précis et minimise les sources potentielles d’erreurs aléatoires et systématiques. En fait, il a été appliqué avec succès pour l’analyse de routine à haut débit de centaines de pesticides, avec une forte applicabilité dans presque tous les types d’échantillons environnementaux, agroalimentaires et biologiques 8,10. Ce travail vise à appliquer et valider une nouvelle modification de la méthode QuEChERS qui a été précédemment développée et couplée à GC-MS pour analyser les OCP dans les sols agricoles.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’original9 et les deux versions officielles13,14 de la méthode QuEChERS utilisent du sulfate de magnésium avec du chlorure de sodium, de l’acétate ou des sels de citrate pour favoriser la séparation du mélange acétonitrile/eau pendant l’extraction. Cependant, ces sels ont tendance à se déposer sous forme de solides sur les surfaces de la source de spectrométrie de masse (SM), ce qui nécessite une maintenance accrue des mé…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Je tiens à remercier Javier Hernández-Borges et Cecilia Ortega-Zamora pour leur soutien inestimable. Je tiens également à remercier l’Universidad EAN et l’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).
