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

Význam tématu

Analýza reziduí pesticidů v potravinách pomocí GC-MS/MS je klíčová pro zabezpečení potravinové bezpečnosti a dodržování regulačních limitů. Široce rozšířené, rychlé a jednoduché extrakční metody jako QuEChERS zvyšují průtok vzorků, ale zároveň zvyšují znečištění vstupních částí analytických přístrojů a frekvenci údržby. Zlepšení vstupní techniky, automatizace tvorby analytických metod a pokročilé zpracování dat jsou proto důležité pro zvýšení produktivity, snížení prostojů přístrojů a zachování analytické kvality výsledků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem prezentované Application News je ukázat praktické nasazení systému pro simultánní multireziduální analýzu pesticidů v různých potravinových matricích (špenát, pomeranč, avokádo, zázvor) využitím triple kvadrupólu GC-MS/MS (GCMS-TQ 8040 RX) vybaveného Multi-Mode Inletem (MMI). Dále je demonstrována automatizovaná tvorba metod pomocí Smart Pesticides Database a zpracování dat s AI-algoritmem Peakintelligence, a to s důrazem na zvýšení propustnosti pracovních postupů a snížení prostojů spojených s údržbou inletu.

Použitá metodika a instrumentace

Popis vzorkování a přípravy:

• Matrice: špenát, pomeranč, avokádo, zázvor (různá složení pigmentů, lipidů a kyselin).
• Homogenizace: kryogenní mletí za použití suchého ledu.
• Odsíření a čištění: QuEChERS podle AOAC Official Method 2007.01; extrakční sůl: Q-sep (Restek P/N 25852); dSPE čisticí tuby: P/N 26219 pro špenát a zázvor, P/N 26222 pro pomeranč a avokádo.

Instrumentace a analytické podmínky (souhrn):

• Hmotnostní spektrometr a GC: GCMS-TQ 8040 RX.
• Inlet: Multi-Mode Inlet (MMI-U) s režimem Pulsed Splitless; pulzní vstřik 250 kPa po 1.5 min; teplota inletu 250 °C; vstřikovaný objem 2 µL.
• Kolona: SH-I-5Sil MS 30 m × 0.25 mm, 0.25 µm; guard column SH-I Guard / retention gap 5 m × 0.25 mm.
• Liner: Xtra Inert Splitless Liner.
• Program pece: počátečně 70 °C (3 min) → 10 °C/min → 130 °C → 4 °C/min → 200 °C → 8 °C/min → 290 °C (celkem ~12.25 min další doba); počáteční snížení teploty zlepšuje tvary píků nízkovroucích pesticidů v acetonitrilu.
• Přenosový plyn: He, lineární rychlost 44.1 cm/s.
• MS: ionizační zdroj 230 °C, rozhraní (IF) 280 °C, akvizice MRM, loop time 0.4 s.

Automatizace metody a zpracování dat:

• Smart Pesticides Database: obsahuje retenční indexy a MRM přechody pro ~530 pesticidů; automatická tvorba multireziduální MRM metody na základě měření n-alkanů a AART funkce; až šest registrovaných přechodů na sloučeninu umožňuje výběr těch, které minimalizují matrix interference.
• Kalibrace: standardní roztoky v acetonitrilu v rozsahu 0.1–400 ppb (někde do 200 ppb); přidání Analyte Protectants (AP) jako pseudo-matrice (10 % v/v); složení AP: 3-ethoxy-1,2-propanediol, D-sorbitol, L-gulonic acid γ-lactone).
• Zpracování dat: LabSolutions Insight s Peakintelligence pro GCMS – AI založený algoritmus pro integraci píků bez nutnosti ručního nastavování parametrů.




Hlavní výsledky a diskuse


Linearity a citlivost:

• Z 386 hodnocených pesticidů mělo 362 (≈94 %) korelační koeficient R² ≥ 0.99 v rozsahu kalibračních koncentrací, což indikuje velmi dobrou linearitu.
• 142 sloučenin (≈39 %) byly detekovatelné při LOQ 0.1 ppb; rozložení LOQ zahrnovalo také vyšší hodnoty pro méně citlivé analyty.

Opakovatelnost a vliv matice:

• Opakovatelnost standardních roztoků při 10 ppb: u 344/362 sloučenin (~95 %) byla %RSD < 10 %.
• Spike v extraktech matric (10 ppb) vykázal dobré opakovatelné výsledky i v náročných matricích; více než 80 % hodnocených pesticidů mělo %RSD < 10 % napříč čtyřmi testovanými matricemi.
• Scan TIC blankových extraktů prokázaly značné množství koextraktiv (pigmenty, lipidy, kyseliny), což potvrzuje potřebu selektivního výběru MRM přechodů a robustního algoritmu integrace píků.

Výkon MMI a provozní efektivita:

• MMI kombinuje vynikající tepelnou stabilitu se schopností rychlého ohřevu a chlazení, což výrazně zkracuje dobu čekání spojenou s údržbou inletu (např. výměna lineru) a tím snižuje prostoj přístroje ve srovnání s konvenčními SPL inlety.
• Automatizované generování metod z databáze a AI integrace píků snižují čas potřebný pro vývoj metody a zpracování dat, minimalizují zásahy operátora a omezují chyby lidského faktoru.



Přínosy a praktické využití metody


Hlavní přínosy uvedeného přístupu:

• Vyšší propustnost laboratoře díky zkrácení prostojů při údržbě inletu (rychlé ohřevy/chlazení MMI).
• Možnost rychlé automatizované tvorby MRM metod bez potřeby standardních směsí díky Smart Pesticides Database a retenčním indexům.
• Snížení pracovního zatížení analytiků a zrychlení zpracování dat použitím AI-algoritmu Peakintelligence srovnatelného s výkonem zkušeného operátora.
• Dosažení vysoké citlivosti a opakovatelnosti i v náročných matricích, což je důležité pro rutinní sledování zbytků pesticidů a pro plnění regulatorních požadavků.



Budoucí trendy a možnosti využití


Očekávané směry rozvoje a aplikace:

• Dálší rozšíření a zpřesnění databází MRM a retenčních informací, včetně mezinárodního harmonizovaného obsahu a aktualizací o nové účinné látky a metabolity.
• Prohlubování využití strojového učení a AI nejen pro integraci píků, ale i pro predikci interferencí, automatickou selekci přechodů a hodnocení kvality výsledků v reálném čase.
• Integrace rychlých inletů a nízkoúdržbových komponent do automatizovaných linek vzorkování a přípravy umožní zpracování větších šarží s menším dohledem.
• Vývoj robustnějších ochranných protokolů (např. vylepšené AP směsi, automatické promývání vstřikovacích systémů) ke snížení vlivu matice a dalšímu prodloužení intervalu mezi údržbami.
• Možné rozšíření na jiné typy analýz v potravinářství a environmentálním monitoringu, kde je potřeba vysoké propustnosti a spolehlivosti výsledků.



Závěr


Komplexní systém kombinující triple kvadrupólový GC-MS/MS (GCMS-TQ 8040 RX) s Multi-Mode Inletem, Smart Pesticides Database pro automatickou tvorbu metod a AI-algoritmem Peakintelligence poskytuje vyvážené řešení pro vysokopropustné, citlivé a opakovatelné multireziduální analýzy pesticidů v náročných potravinových matricích. Hlavními benefity jsou snížení prostojů souvisejících s údržbou inletu, urychlení vývoje metod bez nutnosti standardních směsí a efektivní zpracování dat s minimální intervencí operátora. Toto řešení je vhodné pro rutinní kontrolu potravin, monitorování dodržování limitů a analytické laboratoře orientované na vysokou propustnost.



Reference



• Shimadzu Corporation, Application News: Simultaneous Analysis of Pesticide Residues in Food Using Triple Quadrupole GC-MS/MS with SPL Mode of a Multimode injection Unit (MMI), First Edition: Jul. 2026.