Métodos de análisis de residuos de pesticidas
Volumen 25, número 3, 1998
Progresos de la investigación en métodos analíticos para residuos de pesticidas en los alimentos
Academia China de Medicina Preventiva y Nutrición and Food Institute of Health, Beijing 100050
Resumen Este artículo revisa el progreso de la investigación en tecnologías de pretratamiento y métodos de determinación para el análisis de residuos de pesticidas en los últimos años, centrándose en la extracción en fase sólida, la cromatografía de permeación en gel y la cromatografía supercrítica. Extracción de fluidos. Tecnología de procesamiento. Este artículo revisa el progreso de la investigación en tecnologías de pretratamiento y métodos de determinación para el análisis de residuos de pesticidas en los últimos años, centrándose en tecnologías de pretratamiento como la extracción en fase sólida (SPE), la cromatografía de permeación en gel (GPC), la extracción de fluidos supercríticos (SFE) y la cromatografía de gases. - Métodos de cromatografía como espectrometría de masas (GC-MS), cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS), cromatografía de fluidos supercríticos (SFC), y la aplicación de la electroforesis capilar (CEP) y la biotecnología en el análisis de residuos de plaguicidas.
Palabras clave alimentos, residuos de pesticidas, métodos de análisis de múltiples residuos
El análisis de residuos de pesticidas en alimentos es la identificación y cuantificación de compuestos objetivo en matrices complejas. Dado que la cantidad de residuos de plaguicidas en los alimentos generalmente oscila entre mg/kg y microgramos/kg, se requiere que los métodos analíticos tengan una alta sensibilidad y especificidad. Para muestras de alimentos con un historial de aplicación de pesticidas desconocido, a menudo se utilizan métodos de análisis de residuos multicomponente. Debido a la complejidad de los componentes de diversas muestras de alimentos y a las diferencias en las propiedades físicas y químicas de las diferentes variedades de plaguicidas, actualmente no existe ningún método único de análisis de residuos de componentes múltiples que pueda cubrir todas las variedades de plaguicidas.
En los últimos años, los métodos de análisis de residuos de pesticidas tienden a tener las características de fuerte selectividad, alta resolución, bajo límite de detección y fácil operación. Se manifiesta principalmente en el desarrollo de análisis de residuos múltiples de pesticidas, desde el análisis de pesticidas de un solo tipo hasta el análisis de residuos múltiples de pesticidas de múltiples tipos, y se presta más atención al análisis de metabolitos de pesticidas, productos de degradación y residuos conjugados [1]. Este artículo resume brevemente los avances en las tecnologías y métodos de análisis de residuos de pesticidas en los últimos años.
1 Características de los residuos de pesticidas en alimentos y tecnología de pretratamiento de muestras Las muestras de alimentos tienen componentes complejos, grandes diferencias en la composición de la matriz y el contenido objetivo, e incluyen homólogos de pesticidas, isómeros, productos de degradación, metabolitos y conjugados, etc. Los residuos ambientales de diversos contaminantes químicos también pueden acumularse en los tejidos de los cultivos debido a la migración ambiental, aumentando así la dificultad del análisis de residuos de pesticidas en los alimentos. Antes de determinar los residuos de pesticidas, deben realizarse pasos de preprocesamiento, como extracción, purificación y concentración, que sean adecuados para diversos alimentos y tengan como objetivo las propiedades físicas y químicas. Estos procesos de preprocesamiento a menudo desempeñan un papel importante en el análisis. Los métodos de pretratamiento, como la extracción y purificación de pesticidas en muestras de alimentos, tienen sus propias particularidades. Se requieren diferentes tecnologías de pretratamiento para muestras con diferentes propiedades y diferentes objetivos.
En el análisis de residuos de pesticidas en alimentos, la purificación de muestras de alimentos debe intentar eliminar al máximo las impurezas que coexisten con las sustancias objetivo para reducir los picos de interferencia en el cromatograma y evitar que las impurezas causen daños al Columna cromatográfica y detector de contaminación. La purificación de muestras de alimentos, especialmente la purificación de muestras de alimentos que contienen más lípidos, siempre ha sido el foco de atención de los analistas. Además del uso de la separación por columna de adsorción convencional, la distribución líquido-líquido, la destilación por ebullición y otras medidas de purificación. más es el uso de tecnología moderna de análisis de separación.
En el proceso de desarrollo de la tecnología de análisis de residuos de pesticidas, se han realizado muchas investigaciones en instrumentos como la cromatografía de gases (gc) y la cromatografía líquida (lc) en términos de velocidad de análisis, resolución y grado de automatización. En comparación con Sin embargo, no se presta suficiente atención a la preparación de las muestras. Durante mucho tiempo se han utilizado la extracción clásica Soxhlet, la distribución líquido-líquido, el gel de fluorosílice, el gel de sílice, la cromatografía en columna de tierra de diatomeas y alúmina, la destilación por ebullición *** y otras tecnologías, aunque estas tecnologías no requieren equipos costosos ni instrumentos especiales. , pero es el proceso que requiere más tiempo, más mano de obra y más propenso a errores en todo el proceso de análisis. También utiliza una gran cantidad de disolventes orgánicos, lo que provoca contaminación ambiental. Después de entrar en la década de 1990, la tecnología de extracción y purificación de muestras se ha desarrollado rápidamente. Las más populares, como la extracción en fase sólida (spe), la cromatografía de permeación en gel (gpc) y la extracción de fluidos supercríticos (sfe), se han mejorado y aplicado continuamente. Por lo tanto, la investigación sobre la tecnología de pretratamiento de muestras se ha convertido en uno de los temas de frontera más activos en el campo de la química analítica [2].
1.1 La extracción en fase sólida (SPE) ha logrado grandes avances desde el lanzamiento del sep-pak de Waters. Se han aplicado varias microcolumnas con materiales de empaque especiales como c8, c18, nitrilo y amina. uno tras otro.
schenck[4] utilizó la tecnología de purificación de microcolumnas Florisil para determinar la cantidad residual de pesticidas organoclorados en los alimentos; wan[4] utilizó la tecnología de purificación de microcolumnas Florisil para determinar la cantidad residual de pesticidas organoclorados en los alimentos; microcolumna para determinar la cantidad residual de pesticidas organoclorados en los alimentos. La tecnología de purificación determina la cantidad de residuos de pesticidas organoclorados en los alimentos. Wan[5] simplificó el método de purificación para el análisis en columna de gel de sílice de residuos de OC en aceites vegetales, reduciendo el uso de disolventes orgánicos; arishaw[6] comparó GPC, destilación por soplado y cromatografía en columna Florisil para la purificación y determinación de residuos de OC en aceites animales. Método; bentabol[7] utilizó una columna C18 semipreparativa para separar los OC y los pesticidas organofosforados (ops) en aceite comestible. GILLESPIE [8] utilizó la separación y purificación en múltiples columnas de organoclorados y organofosforados en aceites vegetales y sebo. La muestra de aceite se disolvió en n-hexano y luego se procesó con una columna de tierra de diatomeas (extremlutqe) y una microcolumna de gel de sílice (OS) unida a C18. El eluido se dividió en dos partes. Una parte se concentró y se disolvió. acetona y luego se usa. El analizador analiza y divide el eluato en dos partes. Una parte se concentra y se disuelve en acetona, y los OOP se miden usando un detector fotométrico de llama (fpd). La otra parte se elimina con una microcolumna de alúmina. luego determine OCS con un detector de captura de electrones (detector de captura de electrones GC, ECD).
1.2 Cromatografía de permeación en gel La cromatografía de permeación en gel (GPC) es una tecnología de purificación rápida, adecuada para la separación de extractos de lípidos y pesticidas, utilizada para el análisis de residuos de pesticidas y es una buena herramienta para alimentos que contienen lípidos. Principales métodos de análisis de residuos de plaguicidas en muestras. Steinwandter[9] resumió la aplicación de la cromatografía en gel en el análisis de residuos de pesticidas; Li Hongbo[10] usó gel de poliestireno reticulado (ngx-01) para purificar ops en muestras de alimentos. Li Yi[11] usó perlas biológicas SS -x3 purificadas; Plaguicidas carbamatos (NMC) en productos lácteos. Hong[13] utilizó el método de extracción con disolventes para determinar 25 pesticidas en muestras de soja y arroz, y utilizó un detector de nitrógeno y fósforo (npd) gc-ecd para determinar el contenido de pesticidas, y luego utilizó el monitoreo selectivo de iones (sim) gc-ms para confirmación. Las columnas de fluorosílice, alúmina y gel de sílice se utilizan principalmente para la purificación de alimentos no lipídicos. Los métodos de purificación tradicionales no pueden garantizar la recuperación cuantitativa de pesticidas polares en alimentos lipídicos. Sannino [14] et al. utilizaron el método de purificación GPC de Biobeads-X3 para analizar 39 pesticidas y sus metabolitos en 7 alimentos lipídicos, y recuperaron cuantitativamente los pesticidas utilizando el detector de nitrógeno y fósforo GC-ECD (NPD). per[15] utilizó el método de purificación GPC para determinar Oops, Ocs y piretroides en cereales; Holstege[16] utilizó cromatografía de permeación en gel y método de purificación GPC para determinar 43 Oops, 17 Ocs y 11 Nmcs.
1.3 Método de extracción con fluidos supercríticos Después de la cromatografía de fluidos supercríticos (sfc), en la década de 1990 apareció la extracción con fluidos supercríticos (sfe). En el análisis tradicional, las muestras deben extraerse con solventes orgánicos y el volumen de la muestra es de 50 a 100 g. Durante el proceso de concentración del solvente, los pesticidas volátiles pueden perderse o parte de los pesticidas pueden degradarse. SFE extrae un pequeño volumen de muestra y realiza la extracción a baja temperatura, lo que evita la pérdida y degradación de pesticidas, mejora en gran medida la confiabilidad del método de análisis, acorta el tiempo de análisis y elimina la contaminación por solventes orgánicos. Lehotay[17] estableció el método SFE para analizar múltiples residuos de pesticidas en alimentos; Snyder[18] comparó la eficiencia de la purificación de CO2 y la extracción Soxhlet con 3% de metanol como modificador en la determinación de ocs y ops. Valverde-García [19] usó sulfato de magnesio como desecante para absorber la humedad en la muestra y extrajo metamidofos con SFE. Se prepararon muestras de vegetales con sulfato de magnesio anhidro (sulfato de magnesio: muestra = 5:7) y se extrajeron con SFE. SFE es una nueva tecnología prometedora para el análisis de múltiples residuos de pesticidas alimentarios que puede reemplazar la extracción con solventes, pero aún no se ha utilizado ampliamente en análisis de rutina.
2 Método de determinación La cromatografía sigue siendo un método común para el análisis de residuos de pesticidas. Para pesticidas volátiles, la GC se usa comúnmente para la determinación; para pesticidas con poca volatilidad, alta polaridad e inestabilidad térmica, se usa LC para la determinación. Actualmente, los métodos utilizados para el análisis de residuos de pesticidas incluyen GC, cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS), cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS), SFC y electroforesis capilar (ce) y ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (elisa), etc. Fodor-Csorba [20] revisó métodos cromatográficos para el análisis de pesticidas en alimentos y resumió los resultados de la cromatografía en capa fina. Leim[21] resumió los métodos de análisis de pesticidas orgánicos en alimentos lipídicos; Sharp[22] resumió los métodos de extracción, purificación y determinación de pesticidas, piretroides y pesticidas no crustáceos en cereales[23] Métodos para la determinación de residuos de pesticidas; en frutas y verduras; Miyata Kyoshi[24] resumió los métodos para la determinación de residuos de plaguicidas en frutas y verduras; Miyata Kyoshi[25] resumió los métodos para la determinación de plaguicidas en los alimentos; y Jinghiro Miyata [24] utilizaron cromatografía de gases, cromatografía de gases-espectrometría de masas-fuente de bombardeo de electrones (ei) y cromatografía de gases-espectrometría de masas con trampa de iones (itms)-fuente de ionización química (ci) para determinar 41 en manzanas, plátanos, trigo y arroz ops y 23 nmcs, y se compararon los tres métodos. La cromatografía juega un papel importante en el análisis de residuos de pesticidas.
2.1 Método GC y método GC-MS Con la aplicación generalizada de la columna de cromatografía capilar de fase estacionaria no polar o débilmente polar GC, ha reemplazado a las tradicionales columnas de cromatografía empaquetadas GC, GC-MS y GC-MS. -La tecnología con guiones MS se ha vuelto cada vez más madura y la espectrometría de masas se ha convertido en un método común para el análisis de residuos de pesticidas. Dado que la espectrometría de masas en tándem (MS-MS) puede reducir el impacto de la interferencia y mejorar la sensibilidad del instrumento, MS-MS es un medio eficaz de análisis y confirmación de estructuras compuestas. Dado que la espectrometría de masas en tándem con trampa de iones gc se utiliza para el análisis de residuos de pesticidas, se puede obtener sensibilidad al nivel de fg, por lo que la tecnología de trampa de iones será la tendencia de desarrollo del análisis de residuos de pesticidas. lehotay[25] utilizó extracción sfe y gc-itms para analizar ocre, ocre, pesticidas carbamatos (MCS), pesticidas piretroides, etc. en frutas y verduras, **** 46 Py-lypiw[26] utilizó detección de iones únicos GC (MSD) analizó 18 tipos de ocres y el nivel de detección más bajo fue de 10 μg/kg; Valaerd-García[27] utilizó GC-MSD para detectar residuos de tiazidas en vegetales. Fillion[28] utilizó GC-msd para analizar 189 Ocs, ¡vaya! , pesticidas carbamatos (MCS), pesticidas piretroides y otros pesticidas en frutas y verduras, mediante extracción de acetonitrilo, separación por sal y purificación en columna de carbón activado. fillion[28] utilizó gc-msd para analizar 189 Ocs, Oops, mcs, pesticidas piretroides y otros pesticidas en frutas y verduras, mediante extracción de acetonitrilo, separación por sal y purificación en columna de carbón activado. fillion[28] utilizó gc-msd para analizar frutas, 189 tipos de Ocs, Oops, mcs, pesticidas piretroides y otros pesticidas en verduras y hortalizas. Se extrajeron con acetonitrilo, se separaron mediante sal y se purificaron mediante una columna de carbón activado. Hogendoorn [29] utilizó un método mejorado para analizar 125 residuos de pesticidas en 2000 muestras de frutas y verduras. Miyahara [30] utilizó el método de purificación GC-ITMS plus SFE para determinar las cantidades residuales de pentaclonitrobenceno y sus metabolitos en las verduras; [32] utilizaron este método más el método de purificación sfe para determinar la cantidad residual de pentaclonitrobenceno en frutas y verduras. Las cantidades residuales de hexaclorobenceno (HCB) en vegetales se determinaron usando el método GC-ITMS de SFE y los metabolitos. Las cantidades residuales de hexaclorobenceno (HCB) en vegetales se determinaron usando el método GC-ITMS de SFE. Sin embargo, el uso de GC-ITMS para determinaciones cuantitativas de rutina requiere un mayor desarrollo.
2.2 Para sustancias que se descomponen o inactivan fácilmente con el calor, el método HPLC y el método LC-MS no se pueden analizar directamente o no son adecuados para el análisis por GC. Precisamente porque muchos compuestos orgánicos son altamente polares, térmicamente inestables, de alto peso molecular y baja volatilidad, han promovido el avance de la tecnología de cromatografía líquida.
En el análisis de residuos de pesticidas se suele utilizar cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) de fase inversa c8 y c18, mientras que como fases unidas polares de la columna se utilizan gel de sílice, nitrilo y aminoácidos. para análisis específicos; las columnas cortas o de pequeño diámetro aumentan la velocidad del análisis. Además de los detectores UV de longitud de onda fija o variable, para la identificación estructural también se pueden utilizar detectores UV de matriz de diodos y espectrómetros de masas.
El acoplamiento de hplc y sfe puede mejorar la selectividad del método de análisis, combinar los procesos de purificación y análisis y reducir la pérdida de componentes analizados causada por enlaces intermedios. La investigación sobre el acoplamiento de HPLC y MS comenzó en la década de 1970. En comparación con GC-MS, la interfaz LC-MS es más compleja. El acoplamiento LC-MS ha aparecido en una variedad de interfaces, como la interfaz de electropulverización (ES) y la pulverización térmica. interfaz (ts), interfaz de pulverización de iones (is), interfaz de ionización química a presión atmosférica (apci) e interfaz de haz de partículas (pb), etc. La LC, la espectrometría de masas por bombardeo atómico rápido (FAB-MS) y la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) también se han aplicado en el análisis de residuos de pesticidas.
La HPLC y la LC-MS se utilizan ampliamente en el análisis de compuestos no volátiles y térmicamente inestables y son medios eficaces para el análisis cualitativo y cuantitativo de residuos de pesticidas, especialmente la detección de pesticidas carbamatos (MCS). Yang[31] resumió el progreso del análisis de residuos de nmcs; Krause[32] estableció un método de fluorescencia para la determinación de carbamatos. Las muestras de alimentos se extrajeron con metanol y disulfuro de acetonitrilo y luego se extrajeron con una solución acuosa. Las muestras de alimentos se extrajeron con metanol, distribución líquido-líquido de acetonitrilo-diclorometano, purificación en columna de carbón activado-sepiolita, separación por LC de fase inversa y derivatización de ftalato. El límite de detección fue de 5 a 50 μg/kg. Los resultados se analizaron mediante confirmación de MS. . seiber[33] utilizó el método de derivatización de perfluororacilo para analizar compuestos de carbamato en cereales; lau[34] utilizó el método de derivatización de trifluoroacetilo para analizar compuestos de carbamato mixtos en cereales; bakowski[35] utilizó el método de derivatización de heptafluorobutirilo, utilizando gc-eims para determinar 10 fenil-n; -compuestos de metilcarbamato en tejido hepático; Ali[36] analizó compuestos de carbamatos en tejidos de carne de res, cerdo y aves. Liu[37] et al. utilizaron LC-MS para analizar carbamatos en frutas y verduras. Para 19 pesticidas, incluidos el aldicarb y la sulfona de zinc, el límite de detección es de 0,025 a 1 mg/kg. Newsome[38] comparó los métodos de fluorescencia de derivatización post-columna LC-APCI-MS y LC para la determinación de NMC en alimentos. Ambos detectores tienen mejores resultados en el rango de 10 a 100 μg/kg, pero ambos no son específicos. Todos los detectores tienen interferencia de matriz. Para medir con precisión su contenido, se debe utilizar MS de alta resolución para la confirmación.
2.3 Cromatografía de fluidos supercríticos La cromatografía de fluidos supercríticos es un método cromatográfico que utiliza fluido supercrítico como fase móvil. Los fluidos supercríticos no solo tienen la fuerte solubilidad de los líquidos y son adecuados para separar sustancias con poca volatilidad e inestabilidad térmica; también tienen las propiedades de baja viscosidad y alta difusión de los gases, rápida transferencia de masa y análisis acelerado; SFC se puede usar con GC o el detector de HPLC se usa junto con MS y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). El desarrollo de la cromatografía capilar de fluidos supercríticos (CSFC) ha promovido el avance de la tecnología SFC. csfc-ms es una tecnología conjunta desarrollada en los últimos años. csfc-ms tiene ventajas sobre gc-ms y lc-ms porque csfc supera las deficiencias de gc y lc y al mismo tiempo tiene las ventajas de ambos. Csfc-ms se utiliza principalmente para analizar mezclas complejas con gran peso molecular e inestabilidad térmica, especialmente sustancias térmicamente inestables. La GC no puede analizarlas directamente y la LC tiene una selectividad y sensibilidad insuficientes para separarlas y analizarlas más fácilmente. Los pesticidas que contienen heteroátomos como syp son altamente polares y difíciles de analizar mediante gc y lc, especialmente el análisis de trazas.
El uso de CS-FC combinado con detectores selectivos como FPD, NPD, ECD, etc. es un método ideal para el análisis del nivel de trazas de pesticidas. Al agregar 1% de metanol como modificador al CO2, los pesticidas polares se pueden separar bien y se eliminan los picos de cola. Sin embargo, en el análisis de residuos de pesticidas, el SFC se utiliza principalmente para sustancias no polares o débilmente polares. La forma de analizar sustancias polares será la dirección de futuras investigaciones [39].
2.4 Método TLC La TLC no requiere equipo especial, es simple y fácil de realizar, puede analizar múltiples muestras al mismo tiempo y se usa principalmente para la separación y cribado de mezclas complejas. Además de usar colorantes especiales para observar el color de las manchas y los valores cualitativos de rf, la tlc también se puede usar junto con otras técnicas para permitir el análisis no solo cualitativo sino también cuantitativo de uno o más componentes en la muestra separada. La cromatografía de capa fina de alto rendimiento (hptlc), desarrollada en la década de 1980, combinada con tecnología de escaneo, es una técnica semicuantitativa fácil de establecer y dominar. La Unión Europea llevó a cabo un análisis cuantitativo de 256 residuos de pesticidas en el agua potable mediante hptlc utilizando tecnología automatizada de imágenes multicanal.
El método 2.5ce se ha desarrollado rápidamente en los últimos años debido a su alta eficiencia de separación, velocidad rápida y pequeño volumen de muestra. Se han establecido varios modos de separación y se han introducido continuamente instrumentos comerciales de alto rendimiento. el mercado. Para moléculas no cargadas, el desarrollo de la cromatografía electrocinética micelar (MEKC) ha ampliado el alcance de las aplicaciones de CE. La electroforesis capilar junto con la espectrometría de masas (CE-MS) se puede utilizar para detectar residuos de pesticidas y metabolitos en cereales y otras matrices de grupos cargados. ce se puede utilizar junto con la espectrofotometría atómica [2], como la espectrofotometría de absorción atómica (AAS), la espectrometría de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) y la ICP-MS.
2.6 Biotecnología La biotecnología se utiliza cada vez más en el análisis de residuos de pesticidas, especialmente en la industria láctea [41]. La biotecnología incluye inmunoensayos, tecnologías bioanalíticas y de biosensores y cromatografía de inmunoafinidad. Kramer [42] resumió la composición, características técnicas y aplicaciones de biosensores e inmunosensores.
La combinación específica de anticuerpos y antígenos proporciona soporte técnico para el análisis de residuos de pesticidas. La aplicación de muchos kits disponibles comercialmente hace que el inmunoanálisis sea un método eficaz para la detección de residuos de pesticidas, acortando el tiempo de análisis de residuos de pesticidas y aliviando la carga. del análisis de residuos de pesticidas. Reducir la carga laboral de los operadores. Los métodos inmunológicos a menudo se combinan con otras técnicas [43], como ELISA y métodos tradicionales de extracción y purificación, SFE, HPLC y GC-MS; también se han informado métodos inmunoquímicos automatizados asistidos por robot. Se informó [41] que se utilizó sfe-elisa para analizar fenitrotión, clorpirifos-metilo y metilpiridinato en cebada; hplc-elisa se utilizó para determinar el contenido de fosfátidos en frutas y verduras. Debido a que este método de inmunoensayo es de bajo costo, rápido, confiable, tiene una alta sensibilidad del sensor y equipo automatizado, se usa ampliamente en la investigación sobre el monitoreo de residuos de pesticidas y la exposición ambiental humana.
3 Conclusión
Con la aplicación de diversas tecnologías nuevas, los métodos de análisis de residuos de pesticidas se están desarrollando cada vez más hacia la sistematización, estandarización, miniaturización y automatización. Al mismo tiempo, debido a que la tecnología de acoplamiento en línea puede evitar pérdidas por transferencia de muestras y reducir diversos errores humanos, se convertirá en el foco de la investigación sobre métodos de análisis de residuos de pesticidas.