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

ניתוח חומרי הדברה באבוקדו בשיטת QuEChERS ו-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.

הכנת דגימת אבוקדו בשיטת QuEChERS עם אמוניום פורמט לניתוח חומרי הדברה

קביעת 45 חומרי הדברה בזני אבוקדו בשיטת QuEChERS וספקטרומטריית מסה טנדם כרומטוגרפיית גז

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.

ניתוח GC-MS/MS ואיסוף נתונים להערכת חומרי הדברה בדגימות אבוקדו שהוכנו בשיטת QuEChERS

בצע את האנליזות באמצעות מערכת GC-MS/MS עם מרובע משולש המצויד בממשק יינון אלקטרונים של 70 אלקטרון-וולט באוטודגם. ודא כי לחצי הגז נכונים. הליום ב 140 PSI וארגון ב 65 PSI.הפעל את מתג ה- GC הראשי הממוקם בלוח הקדמי. והפעל את מתג MS הממוקם מאחור. פתח את תוכנת ניתוח זמן אמת GCMS השולטת בכל הפרמטרים של מערכת GC-MS/MS.לחץ על בקרת ואקום. לאחר מכן התקדם ואחריו משאבה סיבובית אחת כדי להפעיל את מערכת הוואקום. לחץ על התחל כדי להפעיל את משאבות טורבו מולקולריות אחת ושתיים.לאחר מכן לחץ על אפשרות ההתחלה עבור מחמם מקור היונים. הגדר את טמפרטורת ממשק MS ל- 250 מעלות צלזיוס, ואת טמפרטורת מקור היונים ל- 300 מעלות צלזיוס. שומרים על תנור GC בטמפרטורה התחלתית של 50 מעלות צלזיוס למשך דקה.לאחר מכן הגבירו אותו עד 180 מעלות צלזיוס בקצב של 25 מעלות צלזיוס לדקה. לאחר מכן, להעלות את הטמפרטורה ל 230 מעלות צלזיוס בחמש מעלות צלזיוס לדקה, ולאחר מכן ל 290 מעלות צלזיוס ב 25 מעלות צלזיוס לדקה. לאחר מכן לשמור על הטמפרטורה קבועה ב 290 מעלות צלזיוס במשך שש דקות.זמן הניתוח הכולל הוא 24.6 דקות. לאחר שכל המערכות הללו מופעלות, לחץ על סגור. לאחר מכן לחץ על אפשרות הכוונון מתוכנת הניתוח ובחר תצוגת צג שיא כדי לבצע אימות ראשוני של תנאי ספקטרומטר המסה.לחץ על רכישה, ומהחלון המוצג, לחץ על הורד פרמטרים ראשוניים. ודא שהציוד מוכן GC ומוכן MS. לרכישת נתונים, לחץ על קובץ אצווה חדש מהתוכנה וצור רצף המכיל מידע כגון שם מדגם, מזהה מדגם, קובץ שיטה, קובץ נתונים, נפח הזרקה וקובץ כוונון. הוסף שורות לפי הצורך ולחץ על שמור.לחץ על התחלה אצווה ותן לתהליך ההזרקה להתחיל. בצע את ההזרקה ב 250 מעלות צלזיוס במצב רשימה מפוצלת, תוך שמירה על נפח הזרקה של מיקרוליטר אחד. לאחר דקה לאחר ההזרקה, פתח את הפיצול.נתח את האנליטות באמצעות ניטור תגובות מרובות, או מצב MRM, שהוא המצב הסטנדרטי המשמש במערכות MS/MS עם מרובע משולש. פתח את תוכנת הניתוח שלאחר ההפעלה לניתוח נתונים. לחץ על ההזרקה כדי לנתח.ניווט בטבלה המכילה את האנליטות ובחר את שיא העניין. לחץ על הפסגה או על אזור העניין כדי לדמיין את הכרומטוגרמה. סקור את אינטגרציות השיא, ובמידת הצורך, בצע אינטגרציה ידנית.אמת את האזורים של כל האנליטות כדי לבצע את החישובים הדרושים ואת הערכת השיטה. יצירת עקומות כיול תואמות מטריצה חשפה אפקט מטריצה עקבי יחסית של פחות מ-20% המסווג כ-ME רך עבור רוב שילובי חומרי ההדברה. התוצאות באיור המוצג הדגימו את ספירת חומרי ההדברה שאחוזי ההחלמה הממוצעים שלהם היו בטווח המקובל של 70% עד 120% לכל סוג אבוקדו.חלק ניכר מחומרי ההדברה שנבדקו הציגו אחוזי התאוששות בטווח ספציפי זה, כאשר ערכי סטיית התקן היחסית נמוכים מ-20%