Analyse von Organochlorpestiziden in einer Bodenprobe mit einem modifizierten QuEChERS-Ansatz unter Verwendung von Ammoniumformiat
Summary
Das vorliegende Protokoll beschreibt die Verwendung von Ammoniumformiat für die Phasenverteilung in QuEChERS, zusammen mit der Gaschromatographie-Massenspektrometrie, um organische Chlorpestizidrückstände in einer Bodenprobe erfolgreich zu bestimmen.
Abstract
Derzeit stellt die QuEChERS-Methode das weltweit am weitesten verbreitete Probenvorbereitungsprotokoll für die Analyse von Pestizidrückständen in einer Vielzahl von Matrices sowohl in offiziellen als auch in nicht-offiziellen Laboratorien dar. Das QuEChERS-Verfahren mit Ammoniumformiat hat sich bisher gegenüber dem Original und den beiden offiziellen Versionen als vorteilhaft erwiesen. Zum einen reicht die einfache Zugabe von 0,5 g Ammoniumformiat pro Gramm Probe aus, um eine Phasentrennung zu induzieren und eine gute analytische Leistung zu erzielen. Auf der anderen Seite reduziert Ammoniumformiat den Wartungsaufwand bei Routineanalysen. Hier wurde eine modifizierte QuEChERS-Methode unter Verwendung von Ammoniumformiat für die simultane Analyse von Organochlorpestizidrückständen (OCP) in landwirtschaftlichen Böden angewendet. Insbesondere wurden 10 g der Probe mit 10 ml Wasser hydratisiert und dann mit 10 ml Acetonitril extrahiert. Als nächstes wurde die Phasentrennung unter Verwendung von 5 g Ammoniumformiat durchgeführt. Nach der Zentrifugation wurde der Überstand einem dispersiven Festphasenextraktionsreinigungsschritt mit wasserfreiem Magnesiumsulfat, primär-sekundärem Amin und Octadecylsilan unterzogen. Als Analysetechnik wurde die Gaschromatographie-Massenspektrometrie eingesetzt. Die QuEChERS-Methode unter Verwendung von Ammoniumformiat hat sich als erfolgreiche Alternative zur Extraktion von OCP-Rückständen aus einer Bodenprobe erwiesen.
Introduction
Die Notwendigkeit, die Nahrungsmittelproduktion zu steigern, hat in den letzten Jahrzehnten weltweit zu einem intensiven und weit verbreiteten Einsatz von Pestiziden geführt. Pestizide werden auf die Pflanzen aufgebracht, um sie vor Schädlingen zu schützen und die Ernteerträge zu steigern, aber ihre Rückstände landen in der Regel in der Bodenumgebung, insbesondere in landwirtschaftlichen Gebieten1. Darüber hinaus haben einige Pestizide, wie z.B. Organochlorpestizide (OCPs), eine sehr stabile Struktur, so dass sich ihre Rückstände nicht leicht zersetzen und lange im Boden verbleiben2. Im Allgemeinen hat der Boden eine hohe Fähigkeit, Pestizidrückstände anzureichern, insbesondere wenn er einen hohen Gehalt an organischer Substanz3 aufweist. Infolgedessen ist der Boden eines der am stärksten durch Pestizidrückstände kontaminierten Umweltkompartimente. So ergab beispielsweise eine der bisherigen vollständigen Studien, dass 83 % der 317 landwirtschaftlichen Böden in der gesamten Europäischen Union mit einem oder mehreren Pestizidrückständen kontaminiert waren4.
Die Bodenverschmutzung durch Pestizidrückstände kann aufgrund der hohen Toxizität der Rückstände Auswirkungen auf nicht zu den Zielgruppen gehörende Arten, die Bodenfunktion und die Gesundheit der Verbraucher in der gesamten Lebensmittelkette beeinträchtigen 5,6. Daher ist die Bewertung von Pestizidrückständen in Böden von wesentlicher Bedeutung, um ihre potenziellen negativen Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu bewerten, insbesondere in Entwicklungsländern, da es keine strengen Vorschriften für den Einsatz von Pestiziden gibt7. Daher gewinnt die Pestizid-Multi-Residuen-Analyse zunehmend an Bedeutung. Die schnelle und genaue Analyse von Pestizidrückständen in Böden ist jedoch aufgrund der großen Anzahl von Störstoffen sowie der geringen Konzentration und der vielfältigen physikalisch-chemischen Eigenschaften dieser Analyten eine schwierige Herausforderung4.
Von allen Methoden zur Analyse von Pestizidrückständen ist die QuEChERS-Methode die schnellste, einfachste, billigste, effektivste, robusteste und sicherste Option8. Die QuEChERS-Methode besteht aus zwei Schritten. Im ersten Schritt wird eine mikroskalige Extraktion durchgeführt, die auf der Trennung durch Aussalzen zwischen einer wässrigen und einer Acetonitrilschicht basiert. Im zweiten Schritt wird ein Reinigungsprozess mit einer dispersiven Festphasenextraktion (dSPE) durchgeführt; Diese Technik verwendet kleine Mengen mehrerer Kombinationen von porösen Sorptionsmitteln, um matrixstörende Komponenten zu entfernen und überwindet die Nachteile herkömmlicher SPE9. Daher ist der QuEChERS ein umweltfreundlicher Ansatz mit wenig Lösungsmittel/Chemikalien, der sehr genaue Ergebnisse liefert und potenzielle Quellen für zufällige und systematische Fehler minimiert. In der Tat wurde es erfolgreich für die Hochdurchsatz-Routineanalyse von Hunderten von Pestiziden eingesetzt, mit starker Anwendbarkeit in fast allen Arten von Umwelt-, Lebensmittel- und biologischen Proben 8,10. Diese Arbeit zielt darauf ab, eine neue Modifikation der QuEChERS-Methode anzuwenden und zu validieren, die zuvor entwickelt und mit GC-MS gekoppelt wurde, um OCPs in landwirtschaftlichen Böden zu analysieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die ursprüngliche9 und die beiden offiziellen Versionen13, 14 der QuEChERS-Methode verwenden Magnesiumsulfat zusammen mit Natriumchlorid-, Acetat- oder Citratsalzen, um die Trennung von Acetonitril und Wassergemisch während der Extraktion zu fördern. Diese Salze neigen jedoch dazu, als Feststoffe auf den Oberflächen in der Massenspektrometrie (MS) -Quelle abgeschieden zu werden, was zu einer erhöhten Wartung von Flüssigchromatographi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ich möchte Javier Hernández-Borges und Cecilia Ortega-Zamora für ihre unschätzbare Unterstützung danken. Mein Dank gilt auch der Universidad EAN und der 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 |
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