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

Analyse von Pestiziden in Avocados mit der QuEChERS-Methode und 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.

Probenvorbereitung von Avocados nach der QuEChERS-Methode mit Ammoniumformiat für die Pestizidanalytik

Bestimmung von 45 Pestiziden in Avocadosorten mit der QuEChERS-Methode und Gaschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie

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 und Datenerfassung zur Beurteilung von Pestiziden in Avocadoproben, die nach der QuEChERS-Methode hergestellt wurden

Führen Sie die Analysen mit einem GC-MS/MS-System mit einem Triple-Quadrupol durch, der mit einer Elektronenionisationsgrenzfläche von 70 Elektronenvolt in einem Autosampler ausgestattet ist. Stellen Sie sicher, dass die Gasdrücke korrekt sind. Helium bei 140 PSI und Argon bei 65 PSI.Schalten Sie den GC-Hauptschalter ein, der sich auf der Vorderseite befindet. Und schalten Sie den MS-Schalter auf der Rückseite ein. Öffnen Sie die Echtzeit-Analysesoftware GCMS, die alle Parameter des GC-MS/MS-Systems steuert.Klicken Sie auf Vakuumsteuerung. Dann weiter, gefolgt von einer Rotationspumpe, um das Vakuumsystem zu initiieren. Klicken Sie auf Start, um die Turbomolekularpumpen eins und zwei einzuschalten.Klicken Sie dann auf die Startoption für die Ionenquellenheizung. Stellen Sie die Temperatur der MS-Grenzfläche auf 250 Grad Celsius und die Temperatur der Ionenquelle auf 300 Grad Celsius ein. Halten Sie den GC-Ofen eine Minute lang auf einer Anfangstemperatur von 50 Grad Celsius.Erhöhen Sie dann die Temperatur auf 180 Grad Celsius mit einer Geschwindigkeit von 25 Grad Celsius pro Minute. Erhöhen Sie anschließend die Temperatur auf 230 Grad Celsius bei fünf Grad Celsius pro Minute und dann auf 290 Grad Celsius bei 25 Grad Celsius pro Minute. Halten Sie dann die Temperatur sechs Minuten lang konstant bei 290 Grad Celsius.Die Gesamtanalysezeit beträgt 24,6 Minuten. Sobald alle diese Systeme eingeschaltet sind, klicken Sie auf Schließen. Klicken Sie dann in der Analysesoftware auf die Tuning-Option und wählen Sie die Peakmonitor-Ansicht, um eine erste Überprüfung der Massenspektrometerbedingungen durchzuführen.Klicken Sie auf Akquisition und klicken Sie im angezeigten Fenster auf Anfangsparameter herunterladen. Stellen Sie sicher, dass das Gerät bereit ist GC und bereit MS. Klicken Sie für die Datenerfassung in der Software auf neue Batch-Datei und erstellen Sie eine Sequenz mit Informationen wie Probenname, Proben-ID, Methodendatei, Datendatei, Injektionsvolumen und Tuning-Datei. Fügen Sie bei Bedarf Zeilen hinzu und klicken Sie auf Speichern.Klicken Sie auf Batch Start und lassen Sie den Injektionsprozess starten. Führen Sie die Injektion bei 250 Grad Celsius im Split-List-Modus durch, wobei ein Injektionsvolumen von einem Mikroliter beibehalten wird. Öffnen Sie eine Minute nach der Injektion den Spalt.Analysieren Sie die Analyten mit dem Mehrfachreaktions-Monitoring oder MRM-Modus, dem Standardmodus, der in MS/MS-Systemen mit einem Triple-Quadrupol verwendet wird. Öffnen Sie die Analysesoftware nach dem Lauf für die Datenanalyse. Klicken Sie auf die Injektion, die analysiert werden soll.Navigieren Sie durch die Tabelle mit den Analyten und wählen Sie den gewünschten Peak aus. Klicken Sie auf den Peak oder den interessierenden Bereich, um das Chromatogramm zu visualisieren. Überprüfen Sie die Spitzenintegrationen und führen Sie bei Bedarf eine manuelle Integration durch.Überprüfen Sie die Bereiche aller Analyten, um die erforderlichen Berechnungen und Methodenbewertungen durchzuführen. Die Erstellung von matrixangepassten Kalibrierungskurven ergab einen relativ konsistenten Matrixeffekt von weniger als 20 %, der für die meisten Pestizidkombinationen als weiches ME eingestuft wurde. Die Ergebnisse in der dargestellten Abbildung zeigten die Anzahl der Pestizide, deren durchschnittliche Wiederfindungsprozentsätze für jede Avocadosorte im akzeptablen Bereich von 70 bis 120 % lagen.Ein erheblicher Teil der getesteten Pestizide wies Wiederfindungsprozentsätze auf, die innerhalb dieses spezifischen Bereichs lagen, mit relativen Standardabweichungswerten von unter 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 ...

Forschung

Chemie