ניתוח של חומרי הדברה אורגנוכלורין בדגימת קרקע על ידי גישת QuEChERS שונה באמצעות פורמט אמוניום
Summary
הפרוטוקול הנוכחי מתאר את השימוש בפורמט אמוניום לחלוקת פאזה ב- QuEChERS, יחד עם ספקטרומטריית כרומטוגרפיה-מסה של גז, כדי לקבוע בהצלחה שאריות חומרי הדברה אורגנוכלורין בדגימת קרקע.
Abstract
כיום, שיטת QuEChERS מייצגת את פרוטוקול הכנת הדגימות הנפוץ ביותר בעולם לניתוח שאריות חומרי הדברה במגוון רחב של מטריצות הן במעבדות רשמיות והן במעבדות לא רשמיות. שיטת QuEChERS המשתמשת בפורמט אמוניום הוכיחה בעבר את עצמה כיתרון בהשוואה לגרסה המקורית ולשתי הגרסאות הרשמיות. מצד אחד, תוספת פשוטה של 0.5 גרם של פורמט אמוניום לכל גרם של מדגם מספיק כדי לגרום להפרדת פאזה ולהשיג ביצועים אנליטיים טובים. מצד שני, פורמט אמוניום מפחית את הצורך בתחזוקה בניתוחים שגרתיים. כאן, שיטת QuEChERS שונה באמצעות פורמט אמוניום יושמה לניתוח סימולטני של שאריות חומרי הדברה אורגנוכלורין (OCP) בקרקע חקלאית. באופן ספציפי, 10 גרם של המדגם היה hydrated עם 10 מ”ל של מים ולאחר מכן מופק עם 10 מ”ל של אצטוניטריל. לאחר מכן, הפרדת פאזה בוצעה באמצעות 5 גרם של פורמט אמוניום. לאחר צנטריפוגה, הסופרנטנט היה נתון לשלב ניקוי מיצוי פאזה מוצקה מפוזרת עם מגנזיום גופרתי נטול מים, אמין ראשוני-משני ואוקטדצילסילן. ספקטרומטריית גז כרומטוגרפיה-מסה שימשה כטכניקה האנליטית. שיטת QuEChERS המשתמשת בפורמט אמוניום מודגמת כחלופה מוצלחת לחילוץ שאריות OCP מדגימת קרקע.
Introduction
הצורך להגדיל את ייצור המזון הוביל לשימוש אינטנסיבי ונרחב בחומרי הדברה ברחבי העולם בעשורים האחרונים. חומרי הדברה מוחלים על הגידולים כדי להגן עליהם מפני מזיקים ולהגדיל את תנובת היבולים, אך שאריותיהם בדרך כלל מגיעות לסביבת הקרקע, במיוחד באזורים חקלאיים1. יתר על כן, לחלק מחומרי ההדברה, כגון חומרי הדברה אורגנוכלורין (OCPs), יש מבנה יציב מאוד, ולכן השאריות שלהם אינן מתפרקות בקלות ונמשכות בקרקע במשך זמן רב2. בדרך כלל, הקרקע יש יכולת גבוהה לצבור שאריות חומרי הדברה, במיוחד כאשר יש לו תוכן גבוה של חומר אורגני3. כתוצאה מכך, הקרקע היא אחד התאים הסביבתיים המזוהמים ביותר על ידי שאריות חומרי הדברה. לדוגמה, אחד המחקרים המלאים עד כה מצא כי 83% מתוך 317 קרקעות חקלאיות מרחבי האיחוד האירופי היו מזוהמות עם אחד או יותר שאריות הדברה4.
זיהום קרקע על ידי שאריות חומרי הדברה עלול להשפיע על מינים שאינם מטרה, על תפקוד הקרקע ועל בריאות הצרכנים דרך שרשרת המזון בגלל הרעילות הגבוהה של השאריות 5,6. כתוצאה מכך, הערכת שאריות חומרי הדברה בקרקע חיונית להערכת ההשפעות השליליות הפוטנציאליות שלהם על הסביבה ועל בריאות האדם, במיוחד במדינות מתפתחות בשל היעדר תקנות מחמירות על השימוש בחומרי הדברה7. זה הופך את ניתוח ריבוי שאריות חומרי ההדברה לחשוב יותר ויותר. עם זאת, הניתוח המהיר והמדויק של שאריות חומרי הדברה בקרקע הוא אתגר קשה בשל מספרם הרב של החומרים המפריעים, כמו גם רמת הריכוז הנמוכה והתכונות הפיסיקוכימיות המגוונות של אנליטים אלה4.
מבין כל שיטות ניתוח שאריות חומרי ההדברה, שיטת QuEChERS הפכה לאפשרות המהירה, הקלה, הזולה ביותר, היעילה ביותר, החזקה והבטוחה ביותר8. שיטת QuEChERS כוללת שני שלבים. בשלב הראשון מבוצעת מיצוי בקנה מידה זעיר המבוסס על חלוקה באמצעות המלחה בין שכבה מימית לשכבת אצטוניטריל. בשלב השני, מתבצע תהליך ניקוי תוך שימוש במיצוי פאזה מוצקה מתפזרת (dSPE); טכניקה זו משתמשת בכמויות קטנות של מספר שילובים של סורבנטים נקבוביים כדי להסיר רכיבים מפריעי מטריצה ומתגברת על החסרונות של SPE9 קונבנציונאלי. לפיכך, ה- QuEChERS היא גישה ידידותית לסביבה עם מעט ממסים / כימיקלים הולכים לפסולת המספקת תוצאות מדויקות מאוד וממזערת מקורות פוטנציאליים של שגיאות אקראיות ושיטתיות. למעשה, הוא יושם בהצלחה לניתוח שגרתי בתפוקה גבוהה של מאות חומרי הדברה, עם ישימות חזקה כמעט בכל סוגי הדגימות הסביבתיות, החקלאיות והביולוגיות 8,10. עבודה זו נועדה ליישם ולאמת שינוי חדש של שיטת QuEChERS שפותחה בעבר והוצמדה ל- GC-MS כדי לנתח OCPs בקרקע חקלאית.
Protocol
Representative Results
Discussion
9 המקורי ושתי הגרסאות הרשמיות13,14 של שיטת QuEChERS משתמשים במגנזיום גופרתי יחד עם נתרן כלורי, אצטט או מלחי ציטראט כדי לקדם הפרדת אצטוניטריל/תערובת מים במהלך המיצוי. עם זאת, מלחים אלה נוטים להיות מופקדים כמוצקים על פני השטח במקור ספקטרומטריית המסות (MS…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אני רוצה להודות לחאבייר הרננדס-בורחס וססיליה אורטגה-זמורה על תמיכתם שלא תסולא בפז. אני גם רוצה להודות לאוניברסיטת EAN ולאוניברסיטת לה לגונה.
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).
