Analisi Diossine in alimenti con GC-MSMS

Proprietary & Confidential
1
Davide Facciabene
Product Specialist GC, GC-MS
Thermo Fisher Scientific S.p.A.
Bari, 7 Luglio 2016
ANALISI IN GC-MS/MS
DI DIOSSINE SU MATRICI ALIMENTARI

2
Cosa sono le diossine?
• Diossine è un termine generale che viene usato per descrivere un gruppo di un
centinaio di composti capaci di persistere per lungo tempo nell’ambiente.
• Questo gruppo include polychlorinateddibenzo-dioxins (PCDDs) e
polychlorinated dibenzo-furans (PCDFs).
• Non sono prodotte deliberatamente ma nascono come sottoprodotto di
numerosi processi chimici in cui sono coinvolti prodotti clorurati. Le fonti
principali di diossine sono rappresentate da: inceneritori di rifiuti, emissioni di
attività industriali quali la produzione di pesticidi ed altre sostanze chimiche
come il cloruro di polivinile (meglio noto come PVC), le operazioni di
sbiancatura della carta, gli impianti di riscaldamento domestico a legna, gli
incendi e il traffico veicolare.

3
La biomagnificazione e il bioaccumulo
Se liberati nell'ambiente, le diossine e i
PCB persistono per anni a causa della loro
resistenza all'azione degli agenti chimici e
biologici.
Benché la loro idrosolubilità sia
estremamente debole, le piccolissime
quantità di questi composti presenti sulla
superficie delle acque si volatilizzano
costantemente depositandosi di nuovo
sulla terra o sull'acqua dopo essere stati
trasportati nell'aria per alcuni giorni.
Data la loro persistenza e solubilità nei
tessuti adiposi, le diossine e i PCB presenti
nelle catene alimentari subiscono una
biomagnificazione.

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Le Diossine in sintesi
- 210 COMPOSTI CHIMICI (75 CONGENERI DI PCDD E 135 FURANI)
- 17 CONGENERI CLORO SOSTITUITI DI DIOSSINE E FURANI (TETRA, PENTA, ESA,
EPTA, OCTA) PER LA LORO TOSSICITA’, STABILITA’ E CARATTERE LIPOFILO.
- LA PIU’ TOSSICA, LA TCDD (2,3,7,8 tetraclorodibenzodiossina).

5
Il sistema di Tossicità Equivalente: TEQ
• Per riuscire ad esprimere la tossicita dei singoli congeneri, è stato
introdotto il concetto di fattore di tossicità equivalente (TEF).
• Ad ogni composto è attribuito un Fattore di Tossicità Equivalente TEF
che indica il grado di tossicità comparato alla 2,3,7,8-TCDD, il cui
valore di riferimento è pari ad 1 (la più tossica).
• Per esprimere la concentrazione complessiva di diossine nelle diverse
matrici si è introdotto il concetto di tossicità equivalente totale (TEQ)
che si ottiene sommando i prodotti tra i valori TEF dei singoli congeneri
e le rispettive concentrazioni, espresse con l’unita di misura della
matrice in cui vengono riscontrate, ovvero:
TEQ = Σ (concentrazione congenere * TEF congenere)

6
Valori TEF : World Heath Organization (WHO)

7
Regolamento UE
PASSATO:
Commision Regulation (EU) No 252/2012
GC-HRMS per analisi di conferma
GC-MS/MS per screening
PRESENTE:
Commision Regulation (EU) No 589/2014
GC-HRMS o GC-MS/MS per analisi di conferma

8
Regolamento UE
Specifiche richieste del regolamento:
Doppia transizione MS/MS per tutti i su PCDD/PCDF naturali e marcate
Risoluzione unitaria dei quadrupoli (FWHM 0,7)
Rapporto di abbondanza IRC% +/- 15%
Linearità della risposta in RSD% minore +/-20% sul RRF
Rispetto dei criteri previsti dai metodi EPA 1613 e 1668 (con l’eccezione
dell’obbligo dell’uso di HRMS)

9
Preparativa

10
TSQ 8000 Evo – Innovazione in QqQ
SENSIBILITA’
SELETTIVITA’
PRODUTTIVITA’

11
Perché un Triplo GC?
• SELETTIVITA’
• Eliminazione del rumore di fondo
• Discriminazione del principio attivo
• Qualità nel dato analitico
• SENSIBILITA’
• Elevato rapporto S/N
• Basso LOQ
• Rapido clean-up dei campioni
• PRODUTTIVITA’
• Analisi multiresiduo
• Prestazioni costanti
• Minima manutenzione
RT: 11.83 - 31.00 SM: 7G
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Time (min)
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
Relative
Abundance
0
20
40
60
80
100
18.65
16.83
16.93
16.24
15.98
18.83
15.70
19.91
15.10
20.06
13.79 21.22
14.63
12.36
24.49 24.91
23.83
22.01 22.22
13.43
23.19
25.32 27.61
26.11
27.74 29.35 30.17
18.26
16.49
17.40 19.14
16.17 21.05
19.78
12.57 14.95 23.73
21.78 24.89 29.97
25.31
22.68
14.32 26.15 27.54 28.49
RT: 17.21
SN: 132RMS
RT: 17.54
SN: 11RMS
NL: 1
TIC M
NL: 8
m/z=
20100
NL: 5
TIC F
[250.9
355.0
465.1
20100
Food Safety
Anabolic steroids in „meat production“
Full Scan
Single Quad SIM
Triple Quad MRM
?
!!

12
Perché un Triplo GC?
RT: 11.83 - 31.00 SM: 7G
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Time (min)
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
18.65
16.83
16.93
16.24
15.98
18.83
15.70
19.91
15.10
20.06
13.79 21.22
14.63
12.36
24.49 24.91
23.83
22.01 22.22
13.43
23.19
25.32 27.61
26.11
27.74 29.35 30.17
18.26
16.49
17.40 19.14
16.17 21.05
19.78
12.57 14.95 23.73
21.78 24.89 29.97
25.31
22.68
14.32 26.15 27.54 28.49
RT: 17.21
SN: 132RMS
RT: 17.54
SN: 11RMS
NL: 1.26E10
TIC MS 20100222_Performance_58
NL: 8.61E7
m/z= 479.50-480.50 MS
20100222_Performance_58
NL: 5.03E6
TIC F: + c EI SRM ms2 480.190
[250.999-251.001, 267.029-267.031,
355.059-355.061, 370.069-370.071,
465.169-465.171] MS ICIS
20100222_performance_48
Anabolic steroids in „meat production“
Full Scan
Single Quad SIM
Triple Quad MRM
?
S/N 132 rms !!

13
GC-MS/MS in breve
Transizione SRM: Single Reaction Monitor
Q1 ione precursore
m/z 182
Q3 ione prodotto
SRM m/z 153
“Monitorare una singola transizione”
dal Precursore nel Q1 al Prodotto nel Q3
Argon
Collision Gas

14
Step 1: Precursor Ion Selection
Selected analyte
precursor ion
Matrix ion with
same mass
number

15
Step 2: Fragmentation in Collision Cell
Acibenzolar-S-Methyl – 10 ppb in Lettuce
Significant contribution
from matrix ion causes
peak area to be too high

16
Step 2: Fragmentation in Collision Cell
Fragmentation of both
analyte and matrix ion

17
Step 3: Production Ion Selection
Selection of unique
product ion of analyte

18
Step 3: Production Ion Selection
SIM on m/z 182 SRM on m/z 182 > 153
m/z 182
m/z 153
SRM removes the
shoulder on from
matrix interference &
reduces background

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Stato dell’Arte nell’Analisi Multiresiduale

20
TSQ 8000 Evo - Overview
Sorgente
Prefiltro
Quadrupolare
1° Quadrupolo
“Q1”
3° Quadrupole
“Q3”
2° Quadrupolo
“Q2”
Cella di collisione
Dinodo ed
Elettromoltiplicatore

21
TSQ 8000 Evo – Sorgente ExtractaBrite™
• Repeller
maggiore efficienza nel trasferimento ionico
• Nuove leghe metalliche, T° max 350°C
Maggiore robustezza ed inerzia

22
• Doppio sistema di riscaldamento, per Ion Volume, Lenti, Guida Ionica e Prefiltro

23
• Doppio sistema di riscaldamento, per Ion Volume, Lenti, Guida Ionica e Prefiltro

24
• Doppio Filamento
Maggiore produttività
Selezionabile via software
Protetto da una lente elettronica
Entrambi i filamenti operano nella stessa orientazione magnetica

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• Prefiltro quadrupolare a doppio stadio S-Shape™
Maggiore sensibilità, forte rimozione del rumore di fondo, sistema off-axyss
Sistema NON in linea !!!

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• Sistema No-Vent
Rimozione della sorgente senza togliere il vuoto

27
CONDIZIONI STRUMENTALI GC & MS

28
CONDIZIONI STRUMENTALI GC & MS

29
Transizioni SRM

30
Linearità – 6 livelli da 0,1 a 40 pg/uL

31
Linearità – 6 livelli da 0,1 a 40 pg/uL

32
Precisione retta di taratura – 8 iniezioni

33
Precisione livello più basso – 16 iniezioni

34
Sensibilità

35
Sensibilità

36
Ion Ratio Confirmation

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PROVA SU STRADA
• Sono stati analizzati campioni di uova, grasso animale e del
cibo per pesci.
• La concentrazione calcolata per ogni singolo congenere (TEQ
pg / g-grasso ) è stata confrontata con il valore ottenuto dal GC-
HRMS.

38
Cromatografia & selettività: 2378-TCDD nei campioni estratti
Cibo per pesci Grasso animale Uova

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UOVA: confronto con GC-HRMS

40
CIBO PER PESCI: confronto con GC-HRMS

41
PESCE: confronto con GC-HRMS

42
CIBO PER PESCI: precisione del contenuto totale diossine n=13

43
GRASSO ANIMALE: precisione del contenuto totale diossine
n=13

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Confronto con GC-HRMS
• Valore medio dei contenuti totali di diossina nei campioni (WHO-
PCDD/F-TEQ) da (n) repliche con la deviazione standard
percentuale corrispondente.
• Deviazione media dai valori di GC-HRMS < 4%

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CONCLUSIONI
• Il TSQ 8000 Evo è lo spettrometro di massa a triplo quadrupolo per
sistemi GC-MS/MS in grado di soddisfare i requisiti analitici per la
quantificazione e conferma dei bassi livelli di diossine e furani in matrici
quali mangimi e alimenti.
• Il TSQ 8000 Evo è particolarmente adatto per sopportare grandi carichi di
lavoro, campioni in matrici complesse.
• Il TSQ 8000 Evo può lavorare praticamente ininterrottamente grazie al
fermo macchina quantificato in qualche ora a seguito della pulizia della
sorgente.
• Il TSQ 8000 Evo costituisce lo stato dell’arte nelle analisi multiresiduali di
pesticidi o di classi di composti che richiedono di determinare centinaia di
analiti in un’unica corsa strumentale.

46
RINGRAZIAMENTI
Dr. Cesare Rossini
Business Development Manager -
Environmental and Food Safety
Chromatography and Mass Spectrometry
Division.
Cristian Cojocariu, PhD
Senior Applications Specialist
GC Triple Quadrupole Mass Spectrometry
Chromatography and Mass Spectrometry Division

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