Simultaneous Analysis of Pesticide Residues in Food Using Triple Quadrupole GC-MS/MS with PTV Mode of a Multimode Injection Unit (MMI)

Význam tématu

Analýza reziduí pesticidů v potravinách je klíčová pro ochranu spotřebitelů a plnění regulačních limitů. Multireziduální metody schopné současně detekovat stovky látek v komplexních matricích (listová zelenina, ovoce, obiloviny) zvyšují efektivitu laboratoří a snižují náklady na kontrolu kvality. Integrace pokročilých vstupních technik, databází MRM přechodů a AI-podporované zpracování dat umožňuje rychlejší a spolehlivější rutinní provoz.

Cíle a přehled studie

Cílem prezentované studie bylo vyvinout a ověřit simultánní GC‑MS/MS metodu pro více než 300 pesticidů v náročné potravinové matrici (špenát) s využitím triple kvadrupolu GCMS‑TQ 8040 RX a Multi‑Mode Injection (MMI) v režimu PTV (programovaná teplotní vaporizace). Metoda měla být snadno generovatelná automatizovaně prostřednictvím Smart Pesticides Database a zpracování dat urychleno AI algoritmem Peakintelligence pro GCMS.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Vzorek: špenát (vybrán pro přítomnost pigmentů a komplikovaných rušivých látek).
• Příprava: homogenizace mrazivým mlýnkem s suchým ledem; extrakce a čistění podle QuEChERS (AOAC 2007.01) s použitím komerčních sad Restek (extrakční sůl P/N 25852, dSPE P/N 26219).
• Kalibrace: matricově matované standardy v rozsahu 0.1–400 ppb (některé sloučeniny až 200 ppb); příprava přídavkem směsných standardů do blank extraktu.

Instrumentace (souhrn):

• Hmotnostní spektrometr: Shimadzu GCMS‑TQ 8040 RX (triple kvadrupolový MS/MS), akvizice v režimu MRM.
• Injektor: Multi‑Mode Injection Unit (MMI‑U) provozený v PTV režimu; pulsed splitless injekce (puls 250 kPa po 1.5 min), injekční objem 2 µL.
• Kolona: SH‑I‑5Sil MS 30 m × 0.25 mm I.D., 0.25 µm; guard/retention gap 5 m × 0.25 mm; liner: Xtra Inert Splitless Liner.
• GC nastavení: počáteční teplota 70 °C (3 min), následují rampy 10 °C/min do 130 °C, 4 °C/min do 200 °C, pak do 290 °C (celková doba viz podrobné parametry). MMI program: 60 °C (0.1 min) → 300 °C (rychlé zahřátí, 900 °C/min).
• MS podmínky: iontové zdroje 230 °C, rozhraní (interface) 280 °C; carrier He lineární rychlost 44.1 cm/s; vzorkovací čas 1 min; loop time 0.4 s.
• Softwarové nástroje: Smart Pesticides Database Ver.2.2 (baze RI a MRM přechodů pro ~530 pesticidů), LabSolutions Insight pro kvantitativní zpracování, Peakintelligence for GCMS (AI‑based peak processing).

Hlavní výsledky a diskuse

Výkon metody:

• Hodnoceno: 386 pesticidů; 357 sloučenin (~92 %) vykázalo lineární závislost kalibrační křivky s R² ≥ 0.995.
• Citlivost: z těchto 357 sloučenin bylo 213 (~60 %) detekovatelných na úrovni 0.1 ppb (LOQ).
• Opakovatelnost: při 10 ppb (n = 6) většina sloučenin splnila kriterium %RSD < 20 %; rozdělení ukázalo, že většina analyzovatelných látek měla %RSD < 10 %.
• Trueness (správnost): u velké části pesticidů byly výsledky v akceptačním rozmezí SANTE (70–120 %). Některé sloučeniny vykazovaly odchylky mimo toto rozmezí, což je běžné u velmi labilech nebo silně ovlivněných maticí.

Role MMI‑PTV a Smart Database:

• PTV vstřikování v MMI minimalizuje termický rozklad termolabilních pesticidů díky nízké teplotě v momentu aplikace a následnému rychlému zahřátí pro odpaření analyzátů; srovnání se split/splitless ukázalo lepší zachování metabolitů a vyšší citlivost u slabě těkavých nebo labilech sloučenin.
• Smart Pesticides Database obsahuje retenční indexy a až šest MRM přechodů na pesticid (celkem ~530 registrovaných látek), což umožňuje automatické vytvoření multireziduálního MRM režimu bez nutnosti standardních roztoků: metoda využívá měření n‑alkanů a AART funkci pro mapování retenčních časů a selekci přechodů s nižším rušením maticí.

AI‑zpracování dat:

• Peakintelligence for GCMS (strojové učení) poskytlo konzistentní a spolehlivou integraci píků bez nutnosti ručních nastavení parametrů a lépe zvládalo nízké koncentrace se zvýšeným baseline nebo sousedními píkami ve srovnání s konvenčním zpracováním (Chromatopac).
• To vedlo ke snížení času manuálních korekcí a ke sjednocení výsledků mezi operátory.

Přínosy a praktické využití metody

• Umožňuje rutinní multireziduální screening stovek pesticidů v náročných matricích s vysokou citlivostí a reprodukovatelností.
• Automatizované generování MRM metod z databáze snižuje čas a potřebu standardních směsí při optimalizaci metodiky.
• PTV vstřikování zvyšuje stabilitu analyzátů a snižuje ztráty při analýze termolabilních sloučenin.
• AI‑podpora integrace zkracuje dobu zpracování dat a minimalizuje subjektivitu operátora — výhodné pro vysokoprostorové laboratoře a screeningové programy kontrol potravin.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšiřování databází MRM a retenčních indexů o nové nebo regionálně regulované pesticidy a jejich metabolity pro širší geografické pokrytí.
• Propojení AI algoritmů s QC pravidly a automatickým reportováním pro kompletní end‑to‑end workflow (od vzorku po rozhodnutí o shodě/neshodě).
• Integrace LC‑MS/MS profilů se GC‑MS/MS databázemi pro komplexní pokrytí polarit a termolability látek.
• Víceúčelné MMI režimy (LVI, PTV, splitless) optimalizované dle konkrétních tříd pesticidů a matrice; vývoj inertnějších linerů a materiálů redukujících adsorpci.
• Větší využití izotopánálních interních standardů a matrikových knihoven pro zlepšení přesnosti kvantifikace v různých maticích.
• Miniaturizace a automatizace přípravy vzorků (robotické platformy QuEChERS) pro vyšší throughput a konzistenci.

Závěr

Prezentovaná kombinace GCMS‑TQ 8040 RX, MMI v PTV režimu, Smart Pesticides Database a AI‑algoritmu Peakintelligence představuje robustní a efektivní řešení pro multireziduální analýzu pesticidů v náročných potravinových matricích. Metoda dosahuje vysoké linearity a citlivosti pro většinu hodnocených sloučenin, nabízí snížené riziko termického rozkladu a významné zrychlení a standardizaci zpracování dat — vlastnosti žádoucí pro rutinní kontrolní laboratoře a referenční centra.

Reference

1. Yamada K., Kawamura K.: Simultaneous Analysis of Pesticide Residues in Food Using Triple Quadrupole GC‑MS/MS with PTV Mode of a Multimode Injection Unit (Application News, Shimadzu Corporation, First Edition Jul. 2026).
2. AOAC 2007.01: QuEChERS Official Method for pesticide residue extraction and cleanup.