Automated QuEChERS Extraction for Pesticides Analysis in Dry and Wet Matrix

Význam tématu

Pesticidní rezidua v potravinách představují zásadní problém pro veřejné zdraví i legislativní kontrolu. Analýza stovek různých pesticidů v komplexních potravinových matricích (mokré i suché) je výzvou kvůli nízkým koncentracím (µg/kg nebo ppb), maticovým interferencím a nutnosti vysoké reprodukovatelnosti. Automatizace QuEChERS extrakce s přímou integrací do LC/MS/MS a GC/MS/MS šetří práci, snižuje chybovost a zvyšuje standardizaci výsledků v rutinním testování potravin.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vyvinout a ověřit plně automatizovaný QuEChERS pracovní postup založený na CTC PAL3 Series 2 RTC autosampleru integrovaném s Agilent 6475 triple quadrupole LC/MS a Agilent 7010D triple quadrupole GC/MS. Metoda měla zvládnout kvantifikaci přibližně 350 pesticidů v reprezentativních matricích (rajče jako mokrá a mouka jako suchá), splnit požadavky SANTE 11312/2021 a nabídnout krátký 20minutový chromatografický běh pro vysokou propustnost laboratoře.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika

• Manuální kroky: vážení vzorků (8 g rajče, 4 g mouka) a příprava QuEChERS solí (0,5 g do 10 mL vialu).
• Automatizované kroky (PAL3): přidání acetonitrilu, vířivá extrakce, centrifugace, transfer 3 mL organické fáze do vialu se solemi, opětovné víření, druhá centrifugace, následné zředění pro GC nebo přímá injekce pro LC.
• Kalibrace: maticově přizpůsobené standardy, 1/x vážená lineární regrese, rozsahy kalibrace typicky 0.3–100 µg/L v závislosti na matrici a technice.
• Validace: pět technických replik při úrovni 10 nebo 20 µg/kg; hodnocení linearity (R²), návratnosti (recovery) a přesnosti (RSD ≤ 20 % podle SANTE).

Použitá instrumentace

• PAL autosampler: CTC PAL3 Series 2 RTC (120 cm) s moduly: dilutor, dilutor multi, liquid syringe tool, vortex mixer, centrifuge combi (2/10/20 mL), tray holders (R60, VT54), solvent a fast wash moduly, LC injection valve; metodické skripty vytvořené v CTC Method Composer a integrovány do Agilent MassHunter.
• LC/MS/MS: Agilent 6475 triple quadrupole s Agilent Jet Stream ESI, provoz v dMRM režimu; chromatografie na Agilent ZORBAX RRHD Eclipse Plus C18 2.1×150 mm, 1.8 µm; mobilní fáze 5 mM ammonium formátu s 0.1% formiovou kyselinou ve vodě a MeOH; průtok 0.4 mL/min; běh 20 min.
• GC/MS/MS: Agilent 8890 GC s 7010D TQ; MMI inlet (solvent vent), dvě 15 m Agilent J&W HP-5ms UI kolony v mid-column backflush konfiguraci s PUU a PSD; helium jako carrier; program pece: 60 °C → 170 °C (rychle) → 310 °C; run ~20.75 min; režim dMRM.
• Software a databáze: Agilent MassHunter Acquisition/Quantitative Analysis; MassHunter P&EP MRM database pro Pesticides & Environmental Pollutants.

Hlavní výsledky a diskuse

• Rozsah analyzovaných sloučenin: přibližně 350 pesticidů rozdělených mezi LC- a GC-analytiku (část překrývajících se i specifických sloučenin pro každou techniku).
• Linearita: 98 % analyzovaných látek dosáhlo R² ≥ 0.99 při použití maticově přizpůsobených standardů a 1/x vážení, což potvrzuje vynikající kvantitativní linearitu v pracovním rozsahu.
• Recovery a přesnost: podle kritérií SANTE (40–120 % recovery a RSD ≤ 20 %) bylo dosaženo u ~96 % sloučenin pro LC/TQ v rajčeti a ~93 % v mouce. U GC/TQ pak ~97 % sloučenin v obou matricích splnilo kritéria. Tyto výsledky ukazují, že automatizovaný QuEChERS postup poskytuje konzistentní a spolehlivé výtěžky pro většinu analyzovaných pesticidů.
• Provozní efektivita: plná automatizace všech kapalinných kroků po počátečním vážení výrazně snižuje pracovní zátěž operátora a minimalizuje riziko chyby při pipetování a přenosech. Fast-wash funkce zajišťuje nízké carry-over.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká propustnost: krátké chromatografické běhy (~20 min) a automatizované přípravy zvyšují kapacitu laboratoře pro rutinní monitoring.
• Kompatibilita se SANTE: metoda splňuje klíčová validační kritéria pro rezidua pesticidů, což usnadňuje regulační soulad a reportování výsledků.
• Opakovatelnost a standardizace: automatizované postupy snižují mezioperátorovou variabilitu a zlepšují srovnatelnost dat mezi šaržemi a laboratořemi.
• Integrace softwaru: uložení skriptů PAL3 přímo v MassHunteru umožňuje „one-click“ spuštění kompletního workflow včetně akvizice dat a základní vyhodnocení.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření panelu analyzovaných sloučenin: adaptace metody pro nově regulované pesticidy a metabolity, včetně polaritních a termolabilních látek.
• Další automatizace: plná automatizace vážení a fortifikace interními standardy přímo v autosampleru pro minimalizaci manuálních kroků.
• On-line spřažení a miniaturizace: integrace mikroextrakčních přístupů a on-line či tzv. hyphenovaných postupů pro snížení spotřeby rozpouštědel a zrychlení analýzy.
• Pokročilá kalibrace a korekce maticí: širší použití stabilizovaných izotopických interních standardů a algoritmů pro korekci maticových efektů.
• AI a optimalizace metod: využití strojového učení pro optimalizaci dMRM režimů, predikci retencí a zlepšení detekčních limitů.

Závěr

Automatizované QuEChERS řešení založené na PAL3 autosampleru ve spojení s Agilent 6475 LC/TQ a 7010D GC/TQ prokázalo robustnost, přesnost a lineární kvantifikaci přibližně 350 pesticidů v mokrých i suchých matricích. Metoda splnila požadavky SANTE 11312/2021 v oblasti linearity, návratnosti a opakovatelnosti a nabízí praktický přínos pro rutinní laboratoře, které potřebují zvýšit throughput a snížit manuální chyby.

Reference

1. SANTE 11312/2021: Analytical Quality Control and Method Validation Procedures for Pesticide Residues Analysis in Food and Feed. European Commission, 2026.