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

Analyzing Pesticides in Avocado Using the QuEChERS Method and 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.

Avocado Sample Preparation Using the QuEChERS Method with Ammonium Formate for Pesticide Analysis

Определение 45 пестицидов в сортах авокадо методом QuEChERS и газовой хроматографией-тандемной масс-спектрометрией

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.

Анализ GC-MS/MS и сбор данных для оценки пестицидов в образцах авокадо, полученных по методу QuEChERS

Проводите анализы с помощью системы GC-MS/MS с тройным квадруполем, оснащенным интерфейсом ионизации электронов в 70 электронвольт в автосамплере. Убедитесь, что давление газа правильное. Гелий при 140 фунтах на квадратный дюйм и аргон при 65 фунтах на квадратный дюйм.Включите главный переключатель GC, расположенный на передней панели. И включаем переключатель МС, расположенный сзади. Откройте программное обеспечение для анализа в режиме реального времени GCMS, которое контролирует все параметры системы GC-MS/MS.Нажмите на регулятор вакуума. Затем продвигается ротационный насос номер один для запуска вакуумной системы. Нажмите на кнопку «Пуск», чтобы включить первый и второй турбомолекулярные насосы.Затем нажмите на опцию запуска для нагревателя ионного источника. Установите температуру интерфейса MS на 250 градусов Цельсия, а температуру ионного источника на 300 градусов Цельсия. Поддерживайте в духовке GC начальную температуру 50 градусов Цельсия в течение одной минуты.Затем увеличьте его до 180 градусов Цельсия со скоростью 25 градусов Цельсия в минуту. Впоследствии увеличивают температуру до 230 градусов по Цельсию при пяти градусах Цельсия в минуту, а затем до 290 градусов по Цельсию при 25 градусах Цельсия в минуту. Затем поддерживайте постоянную температуру на уровне 290 градусов по Цельсию в течение шести минут.Общее время анализа составляет 24,6 минуты. Как только все эти системы будут включены, нажмите «Закрыть». Затем нажмите на опцию настройки в программном обеспечении для анализа и выберите вид монитора пиков, чтобы выполнить первоначальную проверку условий масс-спектрометра.Нажмите на Получение, и в открывшемся окне нажмите на Скачать начальные параметры. Убедитесь, что оборудование готово GC и готово MS. Для получения данных нажмите на новый пакетный файл в программном обеспечении и создайте последовательность, содержащую такую информацию, как имя образца, идентификатор образца, файл метода, файл данных, объем впрыска и файл настройки. Добавьте строки по мере необходимости и нажмите «Сохранить».Нажмите «Запустить пакет» и дайте начать процесс впрыска. Выполняйте инъекцию при температуре 250 градусов Цельсия в режиме разделенного списка, поддерживая объем впрыска в один микролитр. Через минуту после инъекции откройте шпагат.Анализируйте аналиты с помощью режима мониторинга множественных реакций, или режима MRM, который является стандартным режимом, используемым в системах MS/MS с тройным квадруполем. Откройте программное обеспечение для анализа данных после прогона. Нажмите на инъекцию, которую нужно проанализировать.Навигация по таблице, содержащей аналиты, и выбор интересующего пика. Нажмите на пик или область интереса, чтобы визуализировать хроматограмму. Просмотрите пиковые интеграции и, при необходимости, выполните интеграцию вручную.Проверьте площади всех аналитов для выполнения необходимых расчетов и оценки метода. Построение калибровочных кривых, согласованных с матрицей, показало относительно стабильный матричный эффект менее 20%, классифицируемый как мягкий МЭ для большинства комбинаций пестицидов. Результаты, представленные на рисунке, показали количество пестицидов, средний процент восстановления которых находился в допустимом диапазоне от 70 до 120% для каждого вида авокадо.Значительная часть испытанных пестицидов продемонстрировала процент восстановления, попадающий в этот конкретный диапазон, со значениями относительного стандартного отклонения ниже 20%