A Rapid Solution for Screening and Quantitating Targeted and Non-Targeted Pesticides in Water using the Exactive Orbitrap LC/MS

Význam tématu

V oblasti environmentální analytiky roste potřeba rychlých a spolehlivých postupů pro identifikaci a kvantifikaci reziduí pesticidů ve vodách. Regulace postupně snižují přípustné limity, zatímco počet sledovaných látek exponenciálně narůstá. Metody založené na vysokém rozlišení a přesné hmotnosti (HRAM) umožňují v jednom analytickém běhu vyhledat jak cílené, tak neočekávané kontaminanty.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo demonstrovat unified workflow pro screening a kvantifikaci pesticidů ve vzorcích povrchových, podzemních a pitných vod pomocí systému EQuan MAX s online SPE a Orbitrapem Exactive. Studie zahrnuje jak plánovanou (targeted), tak neplánovanou (non-targeted) analýzu bez nutnosti separátního běhu.

Použitá metodika

Vzorky vody (povrchová, podzemní, pitná) byly obohaceny směsí 20 pesticidů a metabolitů reprezentujících široké spektrum polarity. Následovalo online SPE na EQuan MAX pro předkoncentraci (objem až 20 mL) se dvěma kolonkami v řadě: nejprve C18 (Hypersil GOLD 20×2,1 mm, 12 µm), poté velmi polární Hypercarb (10×2,1 mm, 5 µm). Eluce v režimu zpětného proplachu směřovala na analytickou kolonku PFP (Hypersil GOLD PFP 100×2,1 mm, 1,9 µm). Injekční objem činil 1000 µL.
Hmotnostní spektrometrie probíhala na Exactive Orbitrapu se zdrojem HESI-II v režimu pozitivně/negativního přepínání (~1 s cyklus). Klíčové parametry:

• rozlišení 50 000 (FWHM při m/z 200)
• spray voltáž +4100 V / –3100 V
• teplota kapiláry 250 °C, topný blok 300 °C
• plyny N2 (sheath 30 a.u., aux 5 a.u.)
• doba akvizice 20 min

Použitá instrumentace

• Thermo Scientific EQuan MAX automated high throughput LC-MS systém
• Thermo Scientific Exactive benchtop LC-MS Orbitrap
• Columns: Hypersil GOLD C18, Hypercarb, Hypersil GOLD PFP
• Source: HESI-II
• Software: ExactFinder

Hlavní výsledky a diskuse

Všechny cílové analyty vykázaly lineární odezvu v rozsahu 0,02–0,60 µg/L bez významných interferencí. Metoda prokázala vysokou znovuprodukovatelnost a dobré recovery díky interním standardům. Identifikace probíhala na základě přesné hmotnosti (±5 ppm), doby zadržení a izotopického vzoru. Neočekávané screeningy odhalily navíc např. karbendazim a thiametoxam. Všechny výsledky (kvalitativní i kvantitativní) byly získány v jediném datovém souboru beze ztráty přesnosti.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí:

• vysokou průchodnost vzorků díky online SPE a automatizaci
• sjednocenou analýzu cílených i necílených látek v jednom běhu
• splnění přísných regulačních limitů až v řádu ng/L
• minimální riziko falešných pozitiv kvůli vysokému rozlišení

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření databází pro neočekávané screeningy, integrace strojového učení pro předpověď vzorců kontaminace a aplikace metod na širší spektrum matrik. Další vývoj HRAM technologií povede k rychlejšímu sběru dat a vyšší selektivitě.

Závěr

Prezentovaná metoda spolehlivě kombinuje chromatografickou předúpravu a Orbitrap LC/MS pro komplexní screening pesticidů ve vodách. Umožňuje vysokou průchodnost, jednoduchou práci a robustní výsledky vhodné pro rutinní i výzkumné laboratoře.

Reference

• Zhang A., Chang J., Gu C., Sanders M. Non-targeted Screening and Accurate Mass Confirmation of 510 Pesticides on the High Resolution Exactive Benchtop LC/MS Orbitrap Mass Spectrometer. Thermo Fisher Scientific Application Note 51878, 2010.
• Beck J., Yang C. LC-MS/MS Analysis of Herbicides in Drinking Water at Femtogram Levels Using 20 mL EQuan Direct Injection Techniques. Thermo Fisher Scientific Application Note 437, 2008.