AS-Applikationsnote ASAN 1404

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1 AS-Applikationsnote Bestimmung von Neonicotinoiden in Wasser mittels Online-SPE und LC-MS/MS-Kopplung Einführung Neonicotinoide gehören zur Stoffgruppe der Insektizide aus der Substanzklasse der Pestizide. In den letzten Jahren sind Neonicotinoide vermehrt in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt, weil sie im Verdacht stehen, ein großes Bienensterben zu verursachen. Schon sehr geringe Wirkkonzentrationen können das Orientierungsvermögen von Bienen beeinflussen. Dies hat dazu geführt, dass die EU Kommission die Nutzung der Neonicotinoide stark eingeschränkt hat. Trotz der Einschränkung liegt der derzeitige Marktanteil weltweit bei etwa 25% aller eingesetzten Pestizide. Ungeachtet der hohen Verbrauchszahlen sind der Eintrag in die Umwelt und die dortige Verteilung bislang kaum untersucht. Hier ist es wichtig, analytische Methoden zu entwickeln, um Gewässer, die an Nutzungsgebiete angrenzen, sowie das umgebende Grundwasser zu überwachen. Zu den am häufigsten eingesetzten Wirkstoffen gehören Thiamethoxam, Thiacloprid, Imidacloprid, Clothianidin, Acetamiprid und Nitenpyram. Geräteaufbau Abbildung 1: Aqualyzer PICO - Online-SPE-System zur Kopplung mit MS-Systemen AS-Applikationsnote 144 Seite 1 von 8

2 AS-Applikationsnote Seit einiger Zeit bietet die Online-SPE eine zeit- und kostensparende Alternative zur konventionellen Festphasenextraktion. Zur Analyse von Spurenstoffen wird die Online-SPE üblicherweise in Kopplung mit LC-MS Systemen angewendet. Im Vergleich zur konventionellen Analytik lassen sich für die Online-SPE wesentliche Vorteile herausstellen: Einerseits werden durch den Anreicherungsschritt die erreichbaren Nachweis- und Bestimmungsgrenzen im Vergleich zur Direktmessung verbessert. Andererseits werden über die Kartusche Matrixbestandteile aus der Probe entfernt und so störende Effekte wie Ionensuppression reduziert. Wie bei allen analytischen Methoden spielt auch bei der Online-SPE die Automatisierung eine große Rolle. Neben einer verbesserten Effizienz bietet die Online-SPE den Vorteil einer besseren Reproduzierbarkeit und dem deutlich geringeren Kontaminationsrisiko im Vergleich zur manuellen Handhabung. So werden sowohl die Analysenqualität als auch die analytische Leistungsfähigkeit erhöht. Um eine robuste Automatisierung zu ermöglichen, kommen bei der Online-Methode spezielle SPE- Kartuschen zum Einsatz. Die miniaturisierten Hochdruck-SPE-Kartuschen sind mit SPE-Material besonders kleiner Körnung gepackt und um ein Vielfaches effizienter als herkömmliche SPE-Anreicherungseinheiten. Durch den Einsatz dieser bis zu 3 bar druckfesten Kartuschen kann die Förderung von Probe und Elutionsmittel mit Hilfe einer Hochdruckspritzenpumpe vorgenommen werden, die eine präzise und reproduzierbare Förderung sicherstellt. Ein weiterer Vorzug in der Verwendung der miniaturisierten Hochdruckkartuschen liegt darin, für jede Probe eine frische Kartusche verwenden zu können. Insbesondere bei komplexen Probenmatrices, wie beispielsweise Urin oder Serum, oder bei besonders niedrigen Nachweisgrenzen können so Kontaminationen und Verschleppungen sicher vermieden werden. Messparameter und Ergebnisse Für die Methodenentwicklung wurden die sechs ausgewählten Neonicotinoide Thiamethoxam, Thiacloprid, Imidacloprid, Clothianidin, Acetamiprid und Nitenpyram in wässriger Lösung bei ph 7 vorgelegt. Zur Kalibration wurden Standards im Konzentrationsbereich von,1 µg/l bis 1 µg/l angesetzt. Von den angesetzten Kalibrationsstandards wurden mittels Online-SPE, 1 µl analysiert. Für die Wiederfindung in Realproben wurden die Analyten zu Leitungswasserproben in einer Konzentration von 8 ng/l zudotiert. Vor der Messung wurden die Proben über,45 µm-spritzenfilter filtriert. Die Analytik wurde unter folgenden Parametern durchgeführt: Massenspektrometer: AB Sciex API 3 Ionisation: ESI Polarität: positiv Messmodus: Multiple Reaction Monitoring (MRM) mit zwei Massenübergängen (Q1 und Q3) NEB: 14 psi CUR: 9 psi TEM: 55 C IS: 55 V CAD: medium EP: 1 V AS-Applikationsnote 144 Seite 2 von 8

3 AS-Applikationsnote MRM Q1 m/z Q3 m/z DP (V) FP (V) CE (ev) CXP (V) Acetamiprid Thiacloprid Nitenpyram Thiamethoxam Imidacloprid Clothianidin Flüssigchromatographie: Aqualyzer PICO Trennsäule: Kinetex 2,6µm, 5 mm x 2,1 mm (Phenomenex Inc.) Temperatur: 3 C Kanal A: Kanal B: Wasser +,1% Ameisensäure Acetonitril +,1% Ameisensäure Gradient: Zeit: % B :1 5 7: 1 7:3 1 7:45 5 1: 5 Online-Anreichung: Kartusche: Elutionsmodus: Elution time: Aqualyzer Pico Spark Holland HySphere C 18 1 mm x 1 mm Gradient Elution 2 min Lösemittel Volumen Flussrate Konditionierung Methanol 1 µl 2 µl/min Equilibrierung Wasser 2 µl 2 µl/min Extraktion Wasser 1 µl 5 µl/min AS-Applikationsnote 144 Seite 3 von 8

4 AS-Applikationsnote Online-SPE Im Rahmen der Quantifizierung der Neonicotinoide wurden für die Online-Anreicherung aus 1 µl im XLC-Modus folgende Kalibrationsdaten ermittelt: Acetamprid Thiacloprid 4.E+5 3.E+5 y = x R² = E+5 3.E+5 y = 62338x R² = E+5 2.E+5 1.E+5 1.E+5 7.E+5 6.E+5 5.E+5 Nitenpyram y = 1E+6x R² = E+5 8.E+4 Thiamethoxam y = x R² = E+5 3.E+5 2.E+5 1.E+5 6.E+4 4.E+4 2.E+4 Imidacloprid Clothianidin 1.E+4 8.E+3 6.E+3 y = 18316x R² = E+4 4.E+4 y = x R² = E+3 2.E+3 2.E+4 Abbildung 2: Kalibrationsgeraden Neonicotinoide via Online-Anreicherung. AS-Applikationsnote 144 Seite 4 von 8

5 AS-Applikationsnote Acetamiprid m/z c =,1 µg/l S/N = 4, Abbildung 3: Chromatogramm der 1 µl Online-SPE Messung für Acetamiprid, c =,1 µg/l Acetamprid:,2 bis,5 µg/l NWG (S/N = 3),67 µg/l BG (S/N = 1),22 µg/l Thiacloprid m/z c =,1 µg/l S/N = 6, Abbildung 4: Chromatogramm der 1 µl Online-SPE Messung für Thiacloprid, c =,1 µg/l Thiacloprid:,2 bis,5 µg/l NWG (S/N = 3),45 µg/l BG (S/N = 1),15 µg/l AS-Applikationsnote 144 Seite 5 von 8

6 AS-Applikationsnote Nitenpyram m/z c =,2 µg/l S/N = 6, Abbildung 5: Chromatogramm der 1 µl Online-SPE Messung für Nitenpyram, c =,2 µg/l Nitenpyram:,1 bis,5 µg/l NWG (S/N = 3),1 µg/l BG (S/N = 1),33 µg/l Thiamethoxam m/z c =,1 µg/l S/N = 3, Abbildung 6: Chromatogramm der 1 µl Online-SPE Messung für Thiamethoxam, c =,1 µg/l Thiamethoxam:,1 bis,5 µg/l NWG (S/N = 3),97 µg/l BG (S/N = 1),32 µg/l AS-Applikationsnote 144 Seite 6 von 8

7 AS-Applikationsnote Imidacloprid m/z c =,6 µg/l S/N = 5, Abbildung 7: Chromatogramm der 1 µl Online-SPE Messung für Imidacloprid, c =,6 µg/l Imidacloprid:,5 bis,5 µg/l NWG (S/N = 3),36 µg/l BG (S/N = 1),12 µg/l Clothianidin m/z c =,2 µg/l S/N = 5, Abbildung 8: Chromatogramm der 1 µl Online-SPE Messung für Clothianidin, c =,2 µg/l Imidacloprid:,1 bis,5 µg/l NWG (S/N = 3),11 µg/l BG (S/N = 1),35 µg/l AS-Applikationsnote 144 Seite 7 von 8

8 AS-Applikationsnote Reproduzierbarkeit innerhalb einer Messserie Die Reproduzierbarkeit und Präzision innerhalb einer Messserie dient der Überprüfung der automatisierten Anreicherung. Dazu wurde eine Probe mehrfach (n = 6) mit einer Konzentration von 8 ng/l auf HySphere C 18 Kartuschen angereichert und mittels LC-MS/MS analysiert. Die Mehrfachinjektion ergab folgende Wiederfindungsraten einschließlich Standardabweichungen: Analyt WFR einer Mehrfachinjektion Acetamiprid 14 ± 2,5 % Thiacloprid 1 ± 5,2 % Nitenpyram 111 ± 1,7 % Thiamethoxam 9,2 ± 2, % Imidacloprid 14 ± 8,5 % Clothianidin 95,9 ± 3,5 % Wiederfindung in Realproben Die abschließende Übertragbarkeit auf Realproben wurde anhand der Wiederfindungsraten von einer dotierten Leitungswasserprobe (8 ng/l) überprüft. Analyt WFR einer Leitungswasserprobe Acetamiprid 88,4 % Thiacloprid 84,5 % Nitenpyram 14 % Thiamethoxam 87,3 % Imidacloprid 9, % Clothianidin 93,4 % Zusammenfassung Mittels Integrierung der Online-Anreicherung liegen die Nachweisgrenzen zwischen,45 µg/l und,36 µg/l. Die berechneten mittleren Abweichungen von 1,7-8,5% innerhalb einer Messserie sprechen für eine gute Reproduzierbarkeit der automatisierten Online-Anreicherung. Die Übertragbarkeit der Methode auf Realproben wurde anhand von Leitungswasser bestätigt, ohne dass eine Störung der Analytik durch Matrixeffekte auftritt. AS-Applikationsnote 144 Seite 8 von 8