Analytical Challenges for Pesticide Residue Analysis in Food: Sample Preparation, Processing, Extraction and Cleanup

Význam tématu

Analýza zbytků pesticidů v potravinách je klíčová pro ochranu veřejného zdraví a zajištění souladu s maximálními hladinami reziduí (MRL). Rozmanitost pesticidů s různými fyzikálně-chemickými vlastnostmi a široká škála vzorků (ovoce, zelenina, obiloviny, maso) klade vysoké nároky na přípravu vzorku, extrakci a čištění. Nepřesnosti již ve fázi homogenizace mohou vést k významným chybám výsledků, a proto je zásadní optimalizovat každý krok analytického postupu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem předkládaného white paperu je popsat hlavní výzvy a strategie v přípravě vzorku, zpracování, extrakci a čištění vzorků potravin pro stanovení reziduí pesticidů. Autoři se zaměřují především na:

• homogenizaci vzorků (kryogenní vs. pokojová teplota),
• moderní miniaturizované metody (QuEChERS a varianty),
• alternativní extrakční postupy (acetátové, acetonové, ASE),
• čištění extraktů (dSPE, GPC, SPE).

Použitá metodika a instrumentace

Metodika zahrnuje kroky:

• příjem a selekce vzorku dle evropských směrnic,
• odstranění nepotřebných částí,
• zpracování vzorku (kryogenní mlýn s kapalným dusíkem nebo suchým ledem, nebo míchání/sekání za pokojové teploty),
• extrakce (QuEChERS: MeCN + soli, varianta se štěrbinovým čištěním dSPE; acetátové nebo acetonové mini-metody; accelerated solvent extraction – ASE),
• čištění extraktů (PSA, C18, aktivní uhlí, GPC, cartridge SPE),
• analytické stanovení GC-MS, GC-MS/MS, GC Orbitrap, GC-ECD/FPD/NPD, LC-MS/MS, LC Orbitrap.

Hlavní výsledky a diskuse

Cryogenní homogenizace významně snižuje enzymatickou degradaci a ztráty polarních látek, ale je náročnější na vybavení a čas. Homogenizace při pokojové teplotě je rychlá, může však vést k degradaci nebo nerovnoměrnému rozložení reziduí. Metoda QuEChERS se ukázala jako průlomová díky malé spotřebě vzorku (10–15 g), nízké spotřebě rozpouštědel, jednoduchosti a širokému rozsahu analyzovatelných pesticidů. Buffered verze (acetátová, citrátová) chrání base- nebo kyselinově nestabilní látky. Alternativní mini-metody (Dutch mini-Luke, SweEt) nabízejí „čistší“ extrakty bez potřeby rozsáhlého čištění, ale za cenu vyšší spotřeby chlorovaných rozpouštědel. ASE významně zkracuje dobu extrakce a zvyšuje výtěžky z obtížných matric. Žádný postup však není univerzální a volba metody vyžaduje kompromisy mezi přesností, náklady a rychlostí.

Přínosy a praktické využití metody

Miniaturizované a multireziduální postupy umožňují vysokou vzorkovou propustnost, nižší náklady na rozpouštědla a prostorovou úsporu. QuEChERS a jeho varianty se staly standardem v mnoha laboratořích díky jednoduchosti implementace a přijetí akreditačními orgány. Metody jako ASE a dualní centrifugace (ZentriMix) dále zrychlují workflow a zlepšují reprodukovatelnost. Specifické SRM (QuPPe pro polar-ionické sloučeniny, derivatizace pro paraquat/diquat, headspace pro fumiganty) rozšiřují rozsah stanovitelných látek.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další automatizace přípravy vzorku (robotizace, in-cell cleanup), integrace online čištění, použití nových polymerů pro cílené odstraňování vody nebo lipidů, a rozšíření vysokorozlišovací MS (Orbitrap) pro non-target screening. Kombinace cílených a nekonvenčních postupů zvýší robustnost sledování nových kontaminantů.

Závěr

Při stanovení reziduí pesticidů v potravinách je nutné volit odlišné postupy podle typu vzorku a analyzovaných látek. Klíčová je kontrola kvality na každém kroku, zejména při homogenizaci. Multi-residuální metody jako QuEChERS doplňují specializované SRM. Laboratoře by měly validovat vybrané postupy v kontextu svých analytických potřeb a pravidelně vyhodnocovat přínosy nových technologií.

Reference

• 1. The Pesticide Manual, 16th Edition; British Crop Production Council, 2012.
• 2. European Commission DG SANTE/11945/2015. Guidance document on analytical quality control and method validation procedures for pesticide residues analysis in food and feed.
• 3. Lehotay SJ, Cook JM. J Agric Food Chem. 2015;63(18):4395–4404.
• 4. EC Directive 2002/63/EC on sampling for pesticide residues.
• 5. Farkas Zs et al. J Environ Sci Health B. 2014;49(1):1–14.
• 6. Farkas Zs et al. J Agric Food Chem. 2015;63(18):4409–4417.
• 7. Hill AR, Reynolds SL. Analyst. 1999;124(6):953–958.
• 8. Fussell RJ et al. Food Addit Contam. 2007;24(10):1247–1256.
• 9. Fussell RJ et al. J Agric Food Chem. 2007;55(4):1062–1070.
• 10. Anastassiades M et al. AOAC Int. 2003;86(2):412–431.
• 11. Lee SM et al. Fresenius J Anal Chem. 1991;339:376–383.
• 12. Andersson A, Palsheden H. Fresenius J Anal Chem. 1991;339:365–367.
• 13. Luke M et al. J Assoc Off Anal Chem. 1975;58:1020–1026.
• 14. Specht W, Tilkes M. Fresenius Z Anal Chem. 1980;301:300–307.
• 15. Specht W et al. Fresenius J Anal Chem. 1995;353:183–190.
• 16. Lozano A et al. J Chromatogr A. 2012;1268:109–122.
• 17. Lehotay SJ et al. J AOAC Int. 2005;88:615–630.
• 18. Payá P et al. Anal Bioanal Chem. 2007;389:1697–1714.
• 19. Lehotay SJ et al. J Chromatogr A. 2010;1217:2548–2560.
• 20. Maštovská K, Lehotay SJ. J Agric Food Chem. 2004;1040:259–272.
• 21. Steiniger D et al. Thermo Fisher Sci Tech Note 10295, 2009.
• 22. Steiniger D et al. J AOAC Int. 2010;93(4):1169.
• 23. Yoshii K et al. J Health Sci. 2006;52(3):221–227.
• 24. Lehotay SJ et al. J AOAC Int. 2005;88(2):595–614.
• 25. Mol HGJ et al. Anal Bioanal Chem. 2007;389:1715–1754.
• 26. Lozano A et al. Food Chem. 2016;192:668–681.
• 27. Philström T. LAPRW 2015, session I23.
• 28. Pihlström T et al. Anal Bioanal Chem. 2007;389:1773–1789.
• 29. Lippold R. LAPRW 2015, session I17.
• 30. Hildmann F et al. EPRW 2014, PD042.
• 31. Hardebusch B et al. LAPRW 2015, PA27.
• 32. Mol HGJ et al. Anal Chem. 2008;80(24):9450–9459.
• 33. Klein J, Alder L. AOAC Int. 2003;86:1015–1037.
• 34. Hanot V et al. J Chromatogr A. 2015;1384:53–66.
• 35. Granby K et al. Anal Chim Acta. 2004;520:165–176.
• 36. EURL QuPPe-PO method, v9, 2016.
• 37. Kolberg DI et al. Anal Bioanal Chem. 2012;404:2465–2474.
• 38. Amrein TM et al. J Agric Food Chem. 2014;62:2049–2055.
• 39. Steffens T et al. EPRW 2014, PD009.
• 40. Alder L. LAPRW 2015, session I3.
• 41. Mujawar S et al. Food Chem. 2014;150:175–181.
• 42. Dasgupta S et al. Thermo Fisher Sci App Note 10333, 2013.
• 43. Perati P, Rahmat Ullah SM. Thermo Fisher Sci App Brief 152, 2013.
• 44. Huebschmann HJ et al. Thermo Fisher Sci App Note 52291, 2012.
• 45. Pang GF et al. Anal Bioanal Chem. 2006;384:1366–1408.
• 46. Thermo Fisher Sci App Note 349, 2003.
• 47. Thermo Fisher Sci App Note 332, 2012.
• 48. Adou K et al. J Agric Food Chem. 2001;49(9):4153–4160.
• 49. Bousova K et al. EPRW 2014, PV005.
• 50. Thermo Fisher Sci Brochure 70315, 2012.
• 51. Thermo Fisher Sci TN-210, 2012.
• 52. Kettle A. Thermo Fisher Sci White Paper 70632, 2013.
• 53. Sun H et al. J Chromatogr A. 2012;1237:1–23.