GC-ToF im Bereich der Pestizidrückstandsanalytik. Outline

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1 Info - Tag Pestizide GC-ToF im Bereich der Pestizidrückstandsanalytik Erfahrungen mit pflanzlichen Proben in der Routine Ellen Scherbaum CVUA Stuttgart Outline Kurze Vorstellung, wer sind wir Weshalb ist GC-ToF interessant Funktionsweise Deconvolution Geräteparameter und Einsatzgebiet am CVUA Stuttgart Bibliothekssuche, Identifizierung Quantifizierung Software, Wartung, Service Probleme und Ausblick auf weitere Aktivitäten Vorläufiges Fazit

2 Wer sind wir? Zentrallabor für Pestizidanalytik in pflanzlichen Lebensmitteln (und Wasser) in Baden-Württemberg seit 2002 (10 Mio. Einwohner) Vermeidung von Mehrfach-Arbeit und Kosten Standardverwaltung, Ringversuche, Validierungen, Gerätebeschaffung und -Instandhaltung etc. Optimalere Nutzung von Geräten und Personal Logistische Vorteile Probenanforderung, Dokumentation, statistische Auswertungen Ausstattung Aufgabe: Pestizide in pflanzlichen Lebensmitteln Zentrallabor für Baden-Württemberg ca Proben pro Jahr Personal: 4 Lebensmittelchemiker (+ 3 Projektstellen) 9 CTA (+ 2 Projektstellen) Geräteausstattung: GC: ECD, NPD, 4 x MSD (EI und CI), GC-ToF LC: 2 x MS (ESI, APCI), 2 x MS-MS

3 Organisationsstrukturen Ein Team: Arbeitsschwerpunkte aber keine feste Zuordnung von Personal, Geräten Proben größtmögliche Flexibilität...freitags abends um 18:00 Was machen wir Planproben im Rahmen der amtlichen Überwachung (problemorientierte Schwerpunkte) Monitoringprogramme EU, Bund (Warenkorb-orientiert) Öko-Monitoring-BW (Vergleich Bio-konventionell) Forschungsprojekte Methodenentwicklung Datenbank Pesticides-Online Ziel: Pestizide die da sind auch erfassen!

4 Probenplanung was wird beprobt : Frischobst, -gemüse, Getreide und verarbeitete Produkte Auswahl der Probenart problem- und jahreszeitenorientiert, unter Berücksichtigung von Marktangebot und Herkunftsland wo wird beprobt : Erzeuger Großhandel, Großmärkte Verteilzentren der Supermarktketten d.h. bevorzugt an Knotenpunkten, Probenahme durch WKD wie wird geplant : Probenplan von Woche zu Woche, Planung liegt beim CVUA, dadurch fließen aktuelle Befunde und Informationen sofort in die Probenplanung ein steigender Aufwand... Messmethoden 1992 GC / FID, NPD, ECD LC / UV, FLD 2002 GC / NPD, ECD, FPD, AED, MSD, ITD, TOF-MS MS, MS-MS, FLD Erfassbare Stoffe (Stuttgart) ca. 100 ca. 350 Proben (CVUA Stuttgart) Qualitätssicherung Dokumentations- Berichtspflichten 950 Proben (31% pos) 580 Befunde (28 HMÜ) wenig Aufwand wenig Aufwand 1600 Proben (75 % positiv) 3527 Befunde (256 HMÜ) Akkreditierung, QS-System, LVU s EU Quality-Control-Procedures, Alle Rückstandsdaten werden gemeldet BVL EU, RASFF häufig anlassbezogene statistische Auswertungen

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6 steigende Trefferquote... Zahl der verschiedenen gefundenen Pestizide Obst Gemüse Warum GC-ToF? Wie dargestellt werden sehr viele verschiedene Pestizide in Obst und Gemüse nachgewiesen: 2003 über 150 verschiedene Stoffe. Mit GC-MSD können im SIM-Modus pro Lauf maximal Stoffe erfasst werden (wenn 3 bis 4 m/z pro Pestizid aufgezeichnet werden). Um ein umfassendes Stoffspektrum mit niedrigen Nachweisgrenzen zu erfassen muss jede Probe mit mehreren SIM-Methoden laufen. Problematisch ist dabei, dass Fenster nachkorrigiert werden müssen, wenn die Säule gekürzt wird. Zusätzlich sind Läufe mit der LC-MS notwendig.

7 Warum GC-ToF? Die Ausweitung des Stoffspektrums in den letzten Jahren hat dazu geführt, dass jede Probe mit über 10 verschiedenen GC- oder LC-Methoden untersucht wird. Durch schnelle Multimethoden konnte Personal in die Messtechnik verschoben werden. Warum GC-ToF? Zunehmende Forderungen wirtschaftlicher zu arbeiten Befunde schneller zu erstellen am Ball zu bleiben verlangen neue Wege! GC-ToF?

8 Was kann ein GC-ToF? - Funktionsweise Was kann ein GC-ToF? - Funktionsweise

9 Was kann ein GC-ToF? - Hohe Spektrenzahl pro Sekunde Bis zu 500 scans/s GC-ToF GC-MSD Nur wenig scans/s Was kann ein GC-ToF? Gleiche Massenspektren über den Peak

10 Was kann ein GC-ToF? Deconvolution Was kann ein GC-ToF? Deconvolution Peak 258

11 Was kann ein GC-ToF? Deconvolution Peak 258 Was kann ein GC-ToF? Deconvolution Peak 258 Gesamtspektrum bei 732 s

12 Was kann ein GC-ToF? Deconvolution Peak 258 Errechnetes Gesamtspektrum Spektrum bei 732 bei s 732 s

13 Was kann ein GC-ToF? Deconvolution Peak 258 Spektrenbibliothek Trifloxystrobin LECO Pegasus III

14 LECO Pegasus III Turbo- Pumpe Quelle Flugstrecke diagonal nach unten Geräte-Parameter GC: Agilent 6890 Keine Fast-GC! Injektor: PTV Kein automatischer Solvent-vent mode, buffled liner Liner-Wechsel! Injektionsmenge 3 µl Injektor-Temperaturprogramm: 50 C, 0,8 min 720 C/min 300 C Solvent vent 30 s, solvent vent flow 20 ml Säule: 25 m DB5-MS, 0,25 mm ID, 0,25 µm Filmdicke, mit unbelegter Vorsäule Trägergas Helium, 2 ml constant flow Ofen-Temperaturprogramm: 40 C, 2 min mit 30 C/min 220 C mit 5 C/min 260 C - 20 C/min 280 C, 15 min ToF: Acquisition rate 20 Spektren/s, Massenbereich

15 Bibliothekssuche Alle Proben im scan, Bibliothekssuche Peakerkennung: Peakbreite (2 s), baseline offset (1,2 = über dem Rauschen) S/N 3 Similarity 450 Bibliotheken: vom Quadrupol mit ca. 850 Einträgen vom ToF mit derzeit etwa 400 Einträgen Einstellungen haben große Auswirkung! Niedrig angesetzt! Viel Handarbeit Spektrenbibliothek Vergleich ToF/Quad ToF Quad

16 Spektrenbibliothek was uns entgangen wäre Mepanipyrim in Erdbeeren DEET in Pfifferlingen aus Litauen Pendimethalin in Karotten Linuron in Sellerie Aclonifen in Koriandergrün Quantifizierung über Referenztabelle Quantitativ auf 120 Pestizide (Referenztabelle) Untersucht wurden alle GC-gängigen Pestizide die am CVUA Stuttgart in den letzten zwei Jahren in Obst und Gemüse nachgewiesen wurden Acrinathrin Azoxystrobin Benalaxyl Bifenthrin Bitertanol Brompropylat Bromuconazol Bupirimat Buprofezin Captan Chlorfenvinphos Chlorthalonil Chlozolinat Cyfluthrin Cypermethrin Cyproconazol Cyprodinil Deltamethrin Diazinon Dichlorvos Dicloran Dicofol Dieldrin Diethofencarb Difenoconazol Dimethomorph Diniconazol alpha-endosulfan Endosulfan,beta- Endosulfan-sulfat Ethion Ethoprophos Ethoxyquin Etofenprox Etridiazol Famoxadon Fenarimol Fenbuconazol Fenhexamid Fenitrothion Fenoxycarb Fenpropathrin Fenthion Fenvalerat, Gesamt- Flucythrinat Fludioxonil Fluquinconazol Flusilazol Tau-Fluvalinat Folpet Hexachlorbenzol Hexaconazol Hexazinon Indoxacarb Iprodion Iprovalicarb Kresoxim-methyl Lambda-Cyhalothrin Lindan Malathion Mecarbam Mepanipyrim Mepronil Metalaxyl Metconazol Methidathion Metolachlor Mevinphos Myclobutanil Nuarimol Orthophenylphenol Oxadixyl Parathion Parathion-methyl Penconazol Pendimethalin Pentachloranilin Pentachloranisol Permethrin, Gesamt- Phosalon Phosmet Piperonylbutoxid Pirimicarb Pirimiphos-methyl Procymidon Profenofos Propargit Propiconazol Prothiofos Pyrazophos Pyridaben Pyridaphenthion Pyrifenox Pyrimethanil Pyriproxifen Quinalphos Quinoxyfen Quintozen Tebuconazol Tebufenpyrad Tetraconazol Tetradifon Tolclofos-methyl Triadimefon Triadimenol Triazophos Trichlorfon Trifloxystrobin Triflumizol Trifluralin Vinclozolin

17 Quantifizierung über Referenztabelle Quantitativ auf 120 Pestizide (Referenztabelle) % der Wirkstoffe gefunden Gurke Orange Karotte 0,01 0,1 0,05 mg/kg Quantifizierung über Referenztabelle Problematisch d.h. zu unempfindlich sind derzeit noch: Pyrethroide (wenig charakteristisches Massenspektrum, mehrere Peaks) Chlorthalonil, Iprodion (Zersetzung) Spät eluierende Substanzen wie Azoxystrobin, Famoxadon mit geringer Empfindlichkeit und breiten Peaks Stoffe mit wenig charakteristischen Massenspektren wie Phosmet

18 Quantifizierung über Referenztabelle Beispiel spanische Trauben (Gehalt in mg/kg): Stoff ToF Quad ECD/NPD LC/MS Famoxadon 0,16 0,15 Azoxystrobin 0,16 0,19 0,15 Dimethomorph 0,18 0,20 0,20 Chlorpyrifos-ethyl 0,02 0,01 0,01 Trifloxystrobin - 0,009 0,009 Fenarimol - 0,01 0,01 Metalaxyl 0,04 0,04 0,02 Procymidon 0,02 0,01 0,02 Software, Wartung, Service Software: Einfach zu lernen, kein Speichern nötig Keine Dateienstruktur wie sonst üblich Import/Export/Archivierung Peaks werden nicht immer erkannt Zeitaufwand für Referenzliste von 120 Stoffen: 1 h Auswerterechner erforderlich Wartung: Quelle reinigen entfällt, Filament wechseln ca. 1 mal pro Jahr, Ölwechsel bei der Vorpumpe Service: Telefonseelsorge gut, Kundendienst kommt schnell Keine Ersatzteilliste mit Preisen verfügbar

19 Pläne Fast-GC: dünnere Säule 0,17 µm ID oder low-pressure gas chromatography (LP-GC-MS, dünne Vorsäule, dicke analytische Säule 0,53 µm ID) ausprobieren Ziel: schmalere Peaks, größere Empfindlichkeit Large-volume injection ausprobieren, Carbofrit-Liner Bibliothek verbessern Vorläufiges Fazit Schnelligkeit verbessert: großer Probendurchsatz, nur ein Lauf für Screening und Quantifizierung erforderlich große Sicherheit durch Gesamt-Spektren Screening verbessert, Deconvolution funktioniert Empfindlichkeit sollte noch verbessert werden (large volume injection, fast-gc ausprobieren) Bibliothek weiter ausbauen Peakerkennung und -identifizierung nicht absolut zuverlässig gute Ergänzung..wir geben das ToF nicht mehr her!

20 Dank Mein besonderer Dank gilt Frau Irina Sigalova für ihre engagierte und zuverlässige Arbeit..und Ihnen für Ihr Interesse und Ihre Aufmerksamkeit!