gc-ms/ms analysis and data acquisition for assessing pesticides in avocado samples prepared by the quechers method

Analyse van pesticiden in avocado met behulp van de QuEChERS-methode en CG-MS/MS

In chemical analysis, the matrix effect (ME) can be defined in various ways, but a widely accepted general definition is as follows: it refers to the change in the signal, particularly a change in the slope of the calibration curve when the sample matrix or portion of it is present during the analysis of a specific analyte. As a critical aspect, ME necessitates thorough investigation during the validation process of any analytical method, as it directly affects the accuracy of quantitative measurement for the target analytes1. Ideally, a sample pretreatment procedure should be selective enough to avoid extracting any components from the sample matrix. However, despite significant efforts, many of these matrix components still end up in the final determination systems in most cases. Consequently, such matrix components often compromise the recovery and precision values, introduce additional noise, and escalate the overall cost and labor involved in the method.
In gas chromatography (GC), ME arises due to the presence of active sites within the GC system, which interact with the target analytes through various mechanisms. On the one hand, the matrix constituents block or mask these active sites that would otherwise interact with the target analytes, resulting in frequent signal enhancement2. On the other hand, active sites that remain unobstructed may cause peak tailing or analyte decomposition due to strong interactions, leading to a negative ME. However, this can offer potential benefits in certain cases2. It is crucial to emphasize that achieving complete inertness in a GC system is exceedingly challenging, despite using highly inert components and proper maintenance. With continuous use, the accumulation of matrix components in the GC system becomes more pronounced, causing an increased ME. Nowadays, it is widely recognized that analytes containing oxygen, nitrogen, phosphorus, sulfur, and similar elements, exhibit a greater ME as they readily interact with these active sites. Conversely, highly stable compounds such as hydrocarbons or organohalogens do not undergo such interactions and do not show observable ME during analysis2,3.
Overall, ME cannot be fully eliminated, leading to the development of several strategies for compensation or correction when complete removal of matrix components is not feasible. Among these strategies, the utilization of deuterated internal standards (ISs), analyte protectants, matrix-matched calibration, the standard addition method, or the modification of injection techniques have been documented in scientific literature1,2,4,5. The SANTE/11312/2021 guidelines have also recommended these strategies6.
Regarding the application of matrix-matched calibration to compensate for MEs, sample sequences in practical situations encompass diverse types of foods or various samples from the same commodity. In this case, the assumption is made that employing any sample from the same commodity will effectively compensate for ME in all samples. However, there is a lack of sufficient studies in the existing literature that specifically investigate this issue7.
The multiresidue determination of pesticides in matrices containing an appreciable percentage of fat and pigments constitutes a challenging task. The considerable amount of coextracted material can significantly affect the extraction efficiency and interfere with the subsequent chromatographic determination, potentially damaging the column, source, and detector, and resulting in significant MEs8,9,10. Consequently, the analysis of pesticides at trace levels in such matrices necessitates a significant reduction of matrix components before analysis while ensuring high recovery values7. Obtaining high recovery values is crucial to ensure that pesticide analyses remain reliable, accurate, and compliant with regulatory standards. This is vital for ensuring food safety, environmental protection, and informed decision-making in agriculture and related fields.
Avocado is a fruit of high commercial value cultivated in tropical and Mediterranean climates worldwide and widely consumed both in its regions of origin and in the numerous export markets. From the analytical point of view, avocado is a complex matrix containing a significant number of fatty acids (i.e., oleic, palmitic, and linoleic), similar to nuts, a significant pigment content, as in green leaves, as well as sugars and organic acids, similar to those found in other fruits11. Due to its fatty nature, special attention must be given when employing any analytical method for analysis. While pesticide residue analysis has been conducted on avocados using GC-MS in some instances8,12,13,14,15,16,17,18,19,20, it has been relatively less frequent compared to other matrices. In most cases, a version of the Quick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe (QuEChERS) method has been applied8,12,13,14,15,16,17,18. None of these studies have investigated the consistency of MEs among different avocado varieties.
Therefore, the aim of this work was to study the consistency of MEs and recovery values for 45 representative pesticides across different varieties of avocado (i.e., Criollo, Hass, and Lorena) using the QuEChERS method with ammonium formate and GC-MS/MS. To the best of our knowledge, this is the first time that this type of study has been conducted on such fatty matrix samples.

Voorbereiding van avocadomonsters met behulp van de QuEChERS-methode met ammoniumformiaat voor analyse van pesticiden

Bepaling van 45 pesticiden in avocadovariëteiten met behulp van de QuEChERS-methode en gaschromatografie-tandem massaspectrometrie

To begin the sample preparation using the QuEChERS method, weigh five grams of an avocado sample of interest in a 50 milliliter centrifuge tube. Add 50 microliters of the procedural internal standard or P-IS solution to the tube. Add 10 milliliters of aceto nitrile to the centrifuge tube and shake the tube at 70 RPM for five minutes.Then add 2.5 grams of ammonium formate to it and shake the tube again at 70 RPM for five minutes. Subsequently, centrifuge the tube at 1, 800 G for five minutes. Next, in a two milliliter centrifuge tube, take the appropriate amounts of the reagents displayed on the screen.Then add one milliliter of the extract into the tube for purification using dispersive solid phase extraction. Vortex the tube for 30 seconds before centrifuging it at 1, 800 G for five minutes. Transfer 200 microliters of the purified extract to an auto-sampler vial, and add 20 microliters of the analyte protectant solution, followed by adding 50 microliters of a pre-prepared triphenyl phosphate solution.Finally, perform instrumental analysis using a GC-MS/MS system.

GC-MS/MS-analyse en gegevensverzameling voor het beoordelen van pesticiden in avocadomonsters die zijn voorbereid met de QuEChERS-methode

Voer de analyses uit met behulp van een GC-MS/MS-systeem met een drievoudige quadrupool uitgerust met een elektronenionisatie-interface van 70 elektronvolt in een autosampler. Zorg ervoor dat de gasdruk correct is. Helium bij 140 PSI en argon bij 65 PSI.Zet de hoofdschakelaar GC op het voorpaneel aan. En zet de MS-schakelaar aan de achterkant aan. Open de GCMS real-time analysesoftware die alle parameters van het GC-MS/MS-systeem bestuurt.Klik op vacuümregeling. Dan geavanceerd, gevolgd door roterende pomp één om het vacuümsysteem te starten. Klik op start om de turbomoleculaire pompen één en twee aan te zetten.Klik vervolgens op de startoptie voor de ionenbronverwarmer. Stel de temperatuur van de MS-interface in op 250 graden Celsius en de temperatuur van de ionenbron op 300 graden Celsius. Houd de GC-oven gedurende één minuut op een begintemperatuur van 50 graden Celsius.Verhoog het vervolgens tot 180 graden Celsius met een snelheid van 25 graden Celsius per minuut. Verhoog vervolgens de temperatuur tot 230 graden Celsius bij vijf graden Celsius per minuut en vervolgens tot 290 graden Celsius bij 25 graden Celsius per minuut. Houd de temperatuur vervolgens zes minuten constant op 290 graden Celsius.De totale analysetijd is 24,6 minuten. Zodra al deze systemen zijn ingeschakeld, klikt u op sluiten. Klik vervolgens op de afstemmingsoptie in de analysesoftware en selecteer piekmonitorweergave om een eerste verificatie van de massaspectrometeromstandigheden uit te voeren.Klik op acquisitie en klik in het weergegeven venster op Initiële parameters downloaden. Controleer of de apparatuur klaar is GC en klaar MS. Voor gegevensverzameling klikt u op een nieuw batchbestand van de software en maakt u een reeks met informatie zoals de naam van het monster, de voorbeeld-ID, het methodebestand, het gegevensbestand, het injectievolume en het afstemmingsbestand. Voeg indien nodig rijen toe en klik op opslaan.Klik op Batch Start en laat het injectieproces beginnen. Voer de injectie uit bij 250 graden Celsius in de gesplitste lijstmodus, waarbij u een injectievolume van één microliter aanhoudt. Open na één minuut na de injectie de split.Analyseer de analyten met behulp van de meervoudige reactiebewaking, of MRM-modus, de standaardmodus die wordt gebruikt in MS/MS-systemen met een drievoudige quadrupool. Open de post-run analysesoftware voor gegevensanalyse. Klik op de injectie die u wilt analyseren.Navigeer door de tabel met de analyten en selecteer de piek van interesse. Klik op de piek of het interessegebied om het chromatogram te visualiseren. Bekijk de piekintegraties en voer indien nodig handmatige integratie uit.Controleer de gebieden van alle analyten om de nodige berekeningen en methode-evaluatie uit te voeren. Het genereren van matrix-gematchte kalibratiecurven onthulde een relatief consistent matrixeffect van minder dan 20%geclassificeerd als een zachte ME voor de meeste pesticidecombinaties. De resultaten in de weergegeven figuur toonden het aantal pesticiden aan waarvan de gemiddelde herstelpercentages binnen het aanvaardbare bereik van 70 tot 120% voor elk type avocado lagen.Een aanzienlijk deel van de geteste pesticiden vertoonde herstelpercentages die binnen dit specifieke bereik lagen, met relatieve standaarddeviatiewaarden van minder dan 20%