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

Analyse des pesticides dans l’avocat à l’aide de la méthode QuEChERS et de la 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.

Préparation d’échantillons d’avocat à l’aide de la méthode QuEChERS avec du formiate d’ammonium pour l’analyse de pesticides

Dosage de 45 pesticides dans des variétés d’avocats par la méthode QuEChERS et chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse en tandem

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.

Analyse GC-MS/MS et acquisition de données pour l’évaluation des pesticides dans des échantillons d’avocats préparés par la méthode QuEChERS

Effectuer les analyses à l’aide d’un système GC-MS/MS doté d’un triple quadripôle équipé d’une interface d’ionisation d’électrons de 70 électronvolts dans un échantillonneur automatique. Assurez-vous que les pressions de gaz sont correctes. L’hélium à 140 PSI et l’argon à 65 PSI.Allumez le commutateur GC principal situé sur le panneau avant. Et allumez le commutateur MS situé à l’arrière. Ouvrez le logiciel d’analyse en temps réel du SMGC qui contrôle tous les paramètres du système GC-MS/MS.Cliquez sur contrôle du vide. Puis avancé, suivi d’une pompe rotative pour initier le système de vide. Cliquez sur démarrer pour allumer les pompes turbomoléculaires un et deux.Cliquez ensuite sur l’option de démarrage du réchauffeur de source d’ions. Réglez la température de l’interface MS sur 250 degrés Celsius et la température de la source d’ions sur 300 degrés Celsius. Maintenez le four GC à une température initiale de 50 degrés Celsius pendant une minute.Ensuite, augmentez-le jusqu’à 180 degrés Celsius à une vitesse de 25 degrés Celsius par minute. Par la suite, augmentez la température à 230 degrés Celsius à cinq degrés Celsius par minute, puis à 290 degrés Celsius à 25 degrés Celsius par minute. Ensuite, maintenez la température constante à 290 degrés Celsius pendant six minutes.La durée totale de l’analyse est de 24,6 minutes. Une fois tous ces systèmes allumés, cliquez sur Fermer. Cliquez ensuite sur l’option de réglage du logiciel d’analyse et sélectionnez la vue du moniteur de crête pour effectuer une première vérification des conditions du spectromètre de masse.Cliquez sur Acquisition, et dans la fenêtre affichée, cliquez sur Télécharger les paramètres initiaux. Vérifiez que l’équipement est prêt GC et MS. Pour l’acquisition de données, cliquez sur le nouveau fichier de lot du logiciel et créez une séquence contenant des informations telles que le nom de l’échantillon, l’ID de l’échantillon, le fichier de méthode, le fichier de données, le volume d’injection et le fichier de réglage. Ajoutez des lignes si nécessaire et cliquez sur enregistrer.Cliquez sur Démarrage par lots et laissez le processus d’injection commencer. Effectuez l’injection à 250 degrés Celsius en mode liste partagée, en maintenant un volume d’injection d’un microlitre. Au bout d’une minute après l’injection, ouvrez la fente.Analysez les analytes à l’aide du mode MRM (surveillance des réactions multiples), qui est le mode standard utilisé dans les systèmes MS/MS à triple quadripôle. Ouvrez le logiciel d’analyse post-exécution pour l’analyse des données. Cliquez sur l’injection à analyser.Naviguez dans le tableau contenant les analytes et sélectionnez le pic d’intérêt. Cliquez sur le pic ou la région d’intérêt pour visualiser le chromatogramme. Examinez les intégrations de pointe et, si nécessaire, effectuez une intégration manuelle.Vérifiez les zones de tous les analytes pour effectuer les calculs nécessaires et l’évaluation de la méthode. La génération de courbes d’étalonnage appariées à la matrice a révélé un effet de matrice relativement cohérent de moins de 20 % classé comme EM mou pour la plupart des combinaisons de pesticides. Les résultats de la figure affichée ont montré le nombre de pesticides dont les pourcentages moyens de récupération se situaient dans la fourchette acceptable de 70 à 120 % pour chaque type d’avocat.Une proportion importante des pesticides testés présentait des pourcentages de récupération se situant dans cette plage spécifique, avec des valeurs d’écart-type relatives inférieures à 20 %

Research

JoVE Journal

Chemistry

GC-MS/MS Analysis and Data Acquisition for Assessing Pesticides in Avocado Samples Prepared by the QuEChERS Method

Determination of 45 Pesticides in Avocado Varieties by the QuEChERS Method and Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

Gas chromatography (GC) tandem mass spectrometry (MS/MS) stands as a preeminent analytical instrument extensively employed for the surveillance of ...

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