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

Analisi dei pesticidi nell'avocado utilizzando il metodo QuEChERS e 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.

Preparazione del campione di avocado utilizzando il metodo QuEChERS con formiato di ammonio per l'analisi dei pesticidi

Determinazione di 45 pesticidi nelle varietà di avocado mediante il metodo QuEChERS e gascromatografia-spettrometria di massa 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.

Analisi GC-MS/MS e acquisizione dati per la valutazione dei pesticidi in campioni di avocado preparati con il metodo QuEChERS

Condurre le analisi utilizzando un sistema GC-MS/MS con un triplo quadrupolo dotato di un'interfaccia di ionizzazione elettronica di 70 elettronvolt in un autocampionatore. Assicurarsi che le pressioni del gas siano corrette. Elio a 140 PSI e argon a 65 PSI.Accendere l'interruttore GC principale situato sul pannello frontale. E accendi l'interruttore MS situato sul retro. Apri il software di analisi in tempo reale GCMS che controlla tutti i parametri del sistema GC-MS/MS.Fare clic su controllo del vuoto. Quindi avanzato seguito da una pompa rotativa per avviare il sistema del vuoto. Fare clic su start per accendere le pompe turbomolecolari uno e due.Quindi fare clic sull'opzione di avvio per il riscaldatore della sorgente ionica. Impostare la temperatura dell'interfaccia MS su 250 gradi Celsius e la temperatura della sorgente ionica su 300 gradi Celsius. Mantenere il forno GC a una temperatura iniziale di 50 gradi Celsius per un minuto.Quindi rampa fino a 180 gradi Celsius a una velocità di 25 gradi Celsius al minuto. Successivamente, aumentare la temperatura a 230 gradi Celsius a cinque gradi Celsius al minuto, e poi a 290 gradi Celsius a 25 gradi Celsius al minuto. Quindi mantenere la temperatura costante a 290 gradi Celsius per sei minuti.Il tempo totale di analisi è di 24,6 minuti. Una volta attivati tutti questi sistemi, fare clic su Chiudi. Quindi fare clic sull'opzione di regolazione dal software di analisi e selezionare la vista del monitor di picco per eseguire una verifica iniziale delle condizioni dello spettrometro di massa.Fare clic su Acquisizione e, dalla finestra visualizzata, fare clic su Scarica parametri iniziali. Verificare che l'apparecchiatura sia pronta GC e MS. Per l'acquisizione dei dati, fare clic su un nuovo file batch dal software e creare una sequenza contenente informazioni quali il nome del campione, l'ID del campione, il file del metodo, il file dei dati, il volume di iniezione e il file di ottimizzazione. Aggiungi le righe necessarie e fai clic su Salva.Fare clic su Batch Start e avviare il processo di iniezione. Eseguire l'iniezione a 250 gradi Celsius in modalità split list, mantenendo un volume di iniezione di un microlitro. Dopo un minuto dall'iniezione, aprire la fessura.Analizzare gli analiti utilizzando il monitoraggio a reazione multipla, o modalità MRM, che è la modalità standard impiegata nei sistemi MS/MS con triplo quadrupolo. Aprire il software di analisi post-esecuzione per l'analisi dei dati. Fare clic sull'iniezione da analizzare.Navigare nella tabella contenente gli analiti e selezionare il picco di interesse. Fare clic sul picco o sulla regione di interesse per visualizzare il cromatogramma. Esaminare le integrazioni di picco e, se necessario, eseguire l'integrazione manuale.Verificare le aree di tutti gli analiti per eseguire i calcoli necessari e la valutazione del metodo. La generazione di curve di calibrazione abbinate alla matrice ha rivelato un effetto matrice relativamente coerente inferiore al 20% classificato come ME morbido per la maggior parte delle combinazioni di pesticidi. I risultati nella figura visualizzata hanno dimostrato il conteggio dei pesticidi le cui percentuali medie di recupero erano comprese tra il 70 e il 120% per ciascun tipo di avocado.Una percentuale significativa dei pesticidi testati ha mostrato percentuali di recupero che rientrano in questo intervallo specifico, con valori di deviazione standard relativa inferiori al 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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Chimica