Extraction and Analysis of Pesticides from Water by Solid Phase Extraction and GC/MS

Význam tématu

Monitoring reziduí pesticidů v pitné a povrchové vodě je klíčový pro ochranu veřejného zdraví a pro splnění národních i mezinárodních limitů (např. normy BIS, příklady z EPA). Metoda kombinující solid-phase extraction (SPE) pro obohacení stopových koncentrací a následnou analýzu plynovou chromatografií s hmotnostní spektrometrií (GC/MS) umožňuje dosáhnout citlivosti a přesnosti potřebné pro rutinní regulativní analýzy.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit a demonstrovat použití postupů podle EPA Method 525.2 s kartridžovým SPE (Agilent Bond Elut C18) pro extrakci 22 pesticidů z vodních vzorků v trace úrovních a jejich kvantitativní analýzu pomocí Agilent 8890 GC v kombinaci s MSD 5977. Studie hodnotila linearitu, přesnost (recovery) a opakovatelnost pro koncentrace fortifikace v rozmezí 5–80 ng/L (odpovídá 5–80 ng/mL po 1000násobném soustředění).

Použitá metodika

Klíčové kroky vzorkování a přípravy:

• Vzorek: 1 L vodního vzorku, upraven na pH ~2 před zatížením na SPE kartridž.
• SPE: Agilent Bond Elut C18 (1 g, 3 mL). Kartridž byla kondicionována sekvenčně etylacetátem, methylenchloridem a methanolem (po stanovených objemech) a poté byl napuštěn 1 L vzorek při vakuovém tahu ~13 cm Hg; průtok ~1 L/2 h.
• Eluce: oplach vzorkové nádoby a eluce kartridže etylacetátem (5 mL) a methylenchloridem (5 mL). Eventuální voda separující se od eluátu byla odstraněna průchodem přes vrstvu bezvodého síranu sodného a promytím methylenchloridem.
• Soustředění: výtažek byl soustředěn pod jemným proudem dusíku na konečný objem 1 mL (1000× koncentrační faktor) a přenesen do GC vialky.
• Kalibrace: pracovní standard 400 ng/mL v etylacetátu; extrahované kalibrační vzorky připraveny fortifikací blank 1 L na 5, 10, 20, 40 a 80 ng/L (po extrakci dá 5–80 ng/mL).

Použitá instrumentace

Hlavní analytické přístroje a parametry:

• GC/MS: Agilent 8890 plynová chromatografie spojená s MSD Agilent 5977.
• Kolona: Agilent J&W HP-5ms UI, 30 m × 0,25 mm, 0,25 µm.
• Nosný plyn: helium, konstantní průtok 1,2 mL/min.
• Vstup: Agilent Multimode Inlet (MMI), 280 °C, splitless injekce 1 µL (liner Ultra Inert, splitless, s glass wool).
• Teplotní program tubusu: počáteční teplota 60 °C (drží 1 min), následné rampy do ~170 °C a do koncové teploty ~310 °C s konečným držení 3 min; přenosová linie 310 °C.
• MS podmínky: zdroj 300 °C, kvadrupól 150 °C; akvizice v režimu SIM pro cílové ionty jednotlivých pesticidů.
• Doplňkové spotřební materiály: uvedeny specifické typy sept, ferrulí, stříkaček a kartridží pro dosažení analytické integrity.

Hlavní výsledky a diskuse

Linearity a senzitivita:

• Pro všech 22 analyzovaných pesticidů byly získány extrahované kalibrační křivky v rozsahu 5–80 ng/mL (odpovídá fortifikaci 5–80 ng/L před extrakcí) s koeficientem determinace R2 > 0,995.

Obnovitelnost a přesnost:

• Recoveries se pohybovaly převážně v rozmezí 80–120 % pro všechny analyty při úrovních fortifikace již od 5 ng/L; asociované relativní směrodatné odchylky (RSD) byly obvykle < 15 %.
• Tabulková data ukazují průběžné hodnoty recovery pro jednotlivé dny a replikáty při 5, 10, 20, 40 a 80 ng/L, přičemž většina analyzovaných sloučenin vykázala konzistentní a přijatelné výsledky ve všech úrovních.

Praktické poznatky:

• Metoda efektivně odstraňuje vodné interferenty (nutné sušení přes Na2SO4 při přítomnosti immiscible vrstvy) a poskytuje reproducibilní extrakční výtěžky z velkého objemu vzorku.
• Použití SIM režimu zvyšuje citlivost a selektivitu pro sledované pesticidy, umožňující detekce hluboko pod regulačními limity BIS.

Přínosy a praktické využití metody

• Metoda je vhodná pro regulační a referenční laboratoře provádějící rutinní screening a kvantifikaci pesticidů v pitné, balené a povrchové vodě.
• Vysoký koncentrační faktor (1000×) v kombinaci s GC/MS v SIM režimu poskytuje nízké limity detekce a spolehlivé kvantitativní výsledky.
• Provozní postupy (kartridžová SPE, běžné organické eluenty) jsou kompatibilní s laboratorní praxí a umožňují relativně rychlé zpracování více vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace SPE a online SPE-GC/MS pro zvýšení průtoku práce a konzistence přípravy vzorků.
• Nasazení izotopově značených vnitřních standardů pro korekci ztrát během extrakce a soustředění a pro zlepšení kvantifikace v náročných matricích.
• Rozšíření na LC-MS/MS nebo HRMS pro analýzu polarnejších pesticidů a nekonvenčních metabolitů, které nejsou ideálně amenable pro GC.
• Minimalizace spotřeby toxických organických rozpouštědel (zelené postupy), miniaturizace SPE a validace alternativních eluentů.
• Využití vysokorozlišovací MS pro nestrukturované screeningy a identifikaci neočekávaných kontaminantů.

Závěr

Implementovaná metoda podle EPA 525.2 s použitím Agilent Bond Elut C18 SPE a analýzou Agilent 8890-5977 GC/MS prokázala vysokou linearitu, přesnost a opakovatelnost pro 22 vybraných pesticidů. Metoda umožňuje měření na úrovních relevantních pro regulace pitné vody (detekce a kvantifikace při 5 ng/L a výše) a je vhodná pro laboratoře zabývající se kontrolou kvality vody a regulatorními analýzami.

Reference

1. Bureau of Indian Standards. IS 10500: Drinking water — Specification.
2. Bureau of Indian Standards. IS 14543: Packaged drinking water — Specification.
3. Bureau of Indian Standards. IS 13428: Natural mineral water — Specification.
4. U.S. Environmental Protection Agency. EPA Method 525.2 — Determination of Organic Compounds in Drinking Water by Liquid–Solid Extraction and Capillary Column Gas Chromatography/Mass Spectrometry.