Replacing Multiple 50-Minute GC and GC-MS/SIM Analyses with One 15-Minute Full-Scan GC-MS Analysis for Nontargeted Pesticides Screening and >10x Productivity Gain

Význam tématu

Potřeba spolehlivé a rychlé detekce reziduí pesticidů v potravinách vzniká z nutnosti zajištění bezpečnosti potravinového řetězce. Složité vzorky ovoce, zeleniny či doplňků stravy obsahují stovky potenciálně relevantních látek na úrovni ng/g či nižší. Tradiční přístupy kombinují selektivní GC detektory a opakované injekce GC-MS/SIM, což vede k nízké produktivitě a prodlouženým analýzám. Zrychlení při zachování dostatečné citlivosti a potvrzovací hodnoty je klíčové pro moderní laboratoře QA/QC, regulační orgány i výzkumné týmy.

Cíle a přehled studie / článku

Studie představuje novou strategii pro nontargetované monitorování pesticidů, která nahrazuje tři ~50minutové GC nebo GC-MS/SIM analýzy jedinou 15minutovou full-scan GC-MS analýzou. Cílem je demonstrovat více než desetinásobné zvýšení produktivity při zachování identifikační schopnosti a srovnatelné citlivosti. Klíčovými komponentami jsou kapilární třícestný splitter, funkce Trace Ion Detection (TID) a dekonvoluční reporting software (DRS) založený na AMDIS.

Použitá metodika

Sample‐preparation podle modifikovaných QuEChERS protokolů:

• Homogenizace (1–2 kg ovoce/zeleniny, 1–2 g sušeného zázvoru)
• Extrahování 1% AcOH/ACN, přidání MgSO₄ a NaOAc, centrifugace
• Krok s C-18, PSA a GCB pro odstranění příměsí; doplnění vnitřního standardu
• Parciální extrakce do toluenu, sušení, doplnění do objemu

Post-run backflush za účelem vymytí vysoko­vařených složek do 4 min po analýze, snížení doby óvárku, prodloužení životnosti kolony a omezení ghost peaků.

Použitá instrumentace

• GC: Agilent 7890A Fast Oven
• Injektor: 7683 PTV v splitless režimu
• Kolona: HP-5MS 15 m × 0,25 mm i.d., film 0,25 µm
• MSD: Agilent 5975C, full-scan 50–550 amu, 20 Hz datové tempo
• Split-splitter: Agilent třícestný kapilární splitter (1 : 1 : 0,1 MSD : DFPD : µECD)
• Selektivní detektory: Dual FPD (S/P režim), µECD
• Software: ChemStation E.01.00+, AMDIS_32 v2.65, DRS A.03.00+, NIST05 a Agilent RTL knihovna (926 sloučenin)

Hlavní výsledky a diskuse

Backflush ukázal efektivní odstranění pozdních eluerů během 1–4 min, což odsune dobu dalších kroků mimo analýzu a udržuje stabilní retenční časy.
TID výrazně zlepšuje poměr signál/šum a umožňuje AMDIS dekonvoluci rozdělit překryvné spektra (např. atrazin, diazinon) a zabránit falešným negativům.
Současné záznamy z MSD i µECD/FPD potvrzují přítomnost detekovaných pesticidů. DRS reporty pro vzorky ginseng, broskev a rajče ukázaly identifikaci až 12 cílových sloučenin v jediné 15minutové analýze.
Srovnání s FDA/CFSAN postupy (3–4 injekce, 200 min celkem) prokazuje dohledání všech stejných halogenovaných a organofosforečných látek, včetně dalších N-obsahujících pesticidů (carbaryl, azoxystrobin), s podobnými kvantitativními výsledky (<10 % odchylka), a to v jedné desetině doby.

Přínosy a praktické využití metody

• Více než 10× zrychlení analýzy
• Jednoinjekční full-scan screening všech cílových sloučenin
• Vyšší přehlednost dat díky DRS a TID
• Úspora nákladů na provoz GC kolony a údržbu MSD
• Snadná škálovatelnost do rutinní provozu QA/QC a regulace

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozšíření knihoven a algoritmů dekonvoluce pro nedefinované neznámé sloučeniny
• Integrace s LC-MS/MS pro komplementární screening polarních a termolabilních látek
• Automatizace celého workflow a využití strojového učení pro rychlejší odhalování neznámých reziduí
• Standardizace pro regulační laboratoře a mezinárodní auditní srovnání

Závěr

Kombinace kapilárního třícestného splitteru, funkce Trace Ion Detection a dekonvolučního reportingu poskytuje robustní full-scan GC-MS metodiku pro nontargetované multireziduální screening pesticidů. Metoda zkracuje dobu analýzy na 15 minut a zároveň zachovává citlivost i selektivitu, čímž dosahuje výrazného nárůstu produktivity a nižších provozních nákladů.

Reference

1. Anastassiades M., et al. “Fast and Easy Multiresidue Method Employing Acetonitrile Extraction/Partitioning and Dispersive Solid-Phase Extraction for the Determination of Pesticide Residues in Produce,” J. AOAC Int, 2003, 86, 412–431.
2. Lehotay S.J., Maštovská K., Lightfield A.R., “Use of Buffering and Other Means to Improve Results of Problematic Pesticides in a Fast and Easy Method for Residue Analysis of Fruits and Vegetables,” J. AOAC Int, 2005, 88, 615–629.
3. Wong J.W., et al., “Analysis of Organophosphorus Pesticides in Dried Ground Ginseng Root by Capillary GC-MS and Flame Photometric Detection,” J. Agric. Food Chem, 2007, 55, 1117–1128.
4. Meng C.-K., Quimby B., “Identifying Pesticides with Full Scan, SIM, µECD, and FPD from a Single Injection,” Agilent Technologies, 5989-3299, 2005.
5. Quimby B., Szelewski M., “Screening for Hazardous Chemicals in Homeland Security and Environmental Samples Using a GC/MS/ECD/FPD with a 731 Compound DRS Database,” Agilent Technologies, 5989-4834EN, 2006.
6. Meng C.-K., “Improving Productivity and Extending Column Life with Backflush,” Agilent Technologies, 5989-6018EN, 2006.
7. Klee M., “Simplified Backflush Using Agilent 6890 GC Post Run Command,” Agilent Technologies, 5989-5111EN, 2006.
8. Roushall R., Prest H., “The 5975C Series MSDs: Method Optimization and Trace Ion Detection,” Agilent Technologies, 5989-6425EN, 2007.
9. Wylie P.L., et al., “Comprehensive Pesticide Screening by GC/MSD Using Deconvolution Reporting Software,” Agilent Technologies, 5989-1157EN, 2004.
10. Wylie P.L., “Screening for 926 Pesticides and Endocrine Disruptors by GC/MS with Deconvolution Reporting Software and a New Pesticide Library,” Agilent Technologies, 5989-5076EN, 2006.
11. Szelewski M., Meng C.-K., “New Features of Deconvolution Reporting Software Revision A.02,” Agilent Technologies, 5989-4159EN, 2005.
12. Philip L. Wylie, Michael J. Szelewski, Chin-Kai Meng, Christopher P. Sandy, “Comprehensive Pesticide Screening by GC/MSD Using Deconvolution Reporting Software,” Agilent Technologies, 5989-1157EN, 2004.