Bir Toprak Numunesindeki Organoklorin Pestisitlerinin Amonyum Format Kullanarak Modifiye QuEChERS Yaklaşımı ile Analizi
Summary
Bu protokol, bir toprak örneğindeki organoklor pestisit kalıntılarını başarılı bir şekilde belirlemek için QuEChERS’de faz bölümlemesi için amonyum formatının gaz kromatografisi-kütle spektrometresi ile birlikte kullanılmasını açıklamaktadır.
Abstract
Şu anda, QuEChERS yöntemi, hem resmi hem de resmi olmayan laboratuvarlarda çok çeşitli matrislerde pestisit kalıntılarını analiz etmek için dünya çapında en yaygın kullanılan numune hazırlama protokolünü temsil etmektedir. Amonyum format kullanan QuEChERS yönteminin daha önce orijinal ve iki resmi versiyona kıyasla avantajlı olduğu kanıtlanmıştır. Bir yandan, numunenin gramı başına 0,5 g amonyum formatın basit bir şekilde eklenmesi, faz ayrımını indüklemek ve iyi analitik performans elde etmek için yeterlidir. Öte yandan, amonyum format rutin analizlerde bakım ihtiyacını azaltır. Burada, tarım toprağındaki organoklorin pestisit (OCP) kalıntılarının eşzamanlı analizi için amonyum format kullanılarak modifiye edilmiş bir QuEChERS yöntemi uygulanmıştır. Spesifik olarak, numunenin 10 gramı 10 mL su ile nemlendirildi ve daha sonra 10 mL asetonitril ile ekstrakte edildi. Daha sonra, faz ayırma 5 g amonyum format kullanılarak gerçekleştirildi. Santrifüjlemeden sonra, süpernatant susuz magnezyum sülfat, birincil-ikincil amin ve oktadesilsilan içeren dağıtıcı bir katı faz ekstraksiyon temizleme adımına tabi tutuldu. Analitik teknik olarak gaz kromatografisi-kütle spektrometresi kullanılmıştır. Amonyum format kullanan QuEChERS yöntemi, OCP kalıntılarını bir toprak örneğinden çıkarmak için başarılı bir alternatif olarak gösterilmiştir.
Introduction
Gıda üretimini artırma ihtiyacı, son birkaç on yılda dünya çapında pestisitlerin yoğun ve yaygın kullanımına yol açmıştır. Pestisitler, zararlılardan korunmak ve mahsul verimini artırmak için mahsullere uygulanır, ancak kalıntıları genellikle toprak ortamında, özellikle tarım alanlarında sona erer1. Ayrıca, organoklor pestisitleri (OCP’ler) gibi bazı pestisitler çok kararlı bir yapıya sahiptir, bu nedenle kalıntıları kolayca ayrışmaz ve toprakta uzun süre kalır2. Genel olarak, toprak, özellikle yüksek organik madde içeriğine sahip olduğunda, pestisit kalıntılarını biriktirme kapasitesiyüksektir 3. Sonuç olarak, toprak, pestisit kalıntıları tarafından en çok kirlenmiş çevresel bölmelerden biridir. Örnek olarak, bugüne kadar yapılan tüm çalışmalardan biri, Avrupa Birliği genelinde 317 tarım toprağının% 83’ünün bir veya daha fazla pestisit kalıntısı ile kontamine olduğunu bulmuştur4.
Pestisit kalıntılarından kaynaklanan toprak kirliliği, kalıntıların yüksek toksisitesi nedeniyle besin zinciri yoluyla hedef olmayan türleri, toprak fonksiyonunu ve tüketici sağlığını etkileyebilir 5,6. Sonuç olarak, topraklardaki pestisit kalıntılarının değerlendirilmesi, pestisitlerin kullanımına ilişkin katı düzenlemelerin bulunmaması nedeniyle, özellikle gelişmekte olan ülkelerde, çevre ve insan sağlığı üzerindeki potansiyel olumsuz etkilerini değerlendirmek için esastır7. Bu, pestisit çoklu kalıntı analizini giderek daha önemli hale getirmektedir. Bununla birlikte, topraklardaki pestisit kalıntılarının hızlı ve doğru analizi, çok sayıda müdahale eden maddenin yanı sıra düşük konsantrasyon seviyesi ve bu analitlerin çeşitli fizikokimyasal özellikleri nedeniyle zor bir zorluktur4.
Tüm pestisit kalıntı analizi yöntemleri arasında, QuEChERS yöntemi en hızlı, en kolay, en ucuz, en etkili, en sağlam ve en güvenli seçenek8 haline gelmiştir. QuEChERS yöntemi iki adımdan oluşur. İlk adımda, bir sulu ve bir asetonitril tabaka arasında tuzlama yoluyla bölümlemeye dayanan mikro ölçekli bir ekstraksiyon gerçekleştirilir. İkinci adımda, dispersif katı faz ekstraksiyonu (dSPE) kullanılarak bir temizleme işlemi gerçekleştirilir; Bu teknik, matrise müdahale eden bileşenleri çıkarmak için az miktarda birkaç gözenekli sorbent kombinasyonu kullanır ve geleneksel SPE9’un dezavantajlarının üstesinden gelir. Bu nedenle, QuEChERS, çok doğru sonuçlar veren ve potansiyel rastgele ve sistematik hata kaynaklarını en aza indiren, çok az çözücü / kimyasal atıkla çevre dostu bir yaklaşımdır. Aslında, yüzlerce pestisitin yüksek verimli rutin analizi için başarıyla uygulanmıştır ve hemen hemen her türlü çevresel, tarımsal gıda ve biyolojik numunede güçlü uygulanabilirlik 8,10. Bu çalışma, tarım toprağındaki OCP’leri analiz etmek için daha önce geliştirilen ve GC-MS ile birleştirilen QuEChERS yönteminin yeni bir modifikasyonunu uygulamayı ve doğrulamayı amaçlamaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
QuEChERS yönteminin orijinal9 ve iki resmi versiyonu 13,14, ekstraksiyon sırasında asetonitril / su karışımı ayrımını teşvik etmek için sodyum klorür, asetat veya sitrat tuzları ile birlikte magnezyum sülfat kullanır. Bununla birlikte, bu tuzlar kütle spektrometresi (MS) kaynağındaki yüzeylerde katı madde olarak birikme eğilimindedir, bu da sıvı kromatografisi (LC)-MS tabanlı yöntemlerin daha fazla korunmasına ih…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Javier Hernández-Borges ve Cecilia Ortega-Zamora’ya paha biçilmez destekleri için teşekkür ederim. Ayrıca Universidad EAN ve Universidad de La Laguna’ya teşekkür etmek istiyorum.
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).
