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Bacher - LC/MS

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Applikationen der <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong> aus Zulassungsstudien für<br />

Pflanzenschutzmittel<br />

Vortrag zum <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong><br />

Anwendertreffen,<br />

Wuppertal, 29.11.2005<br />

Dr. Reiner <strong>Bacher</strong><br />

Dipl. Ing. (FH) Ulrike Dorn<br />

PD Dr. Thomas Class<br />

PTRL Europe GmbH<br />

Helmholtzstrasse 22<br />

D-89081 Ulm


Übersicht der diskutierten <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Applikationen<br />

� Begleitende Analytik für die Charakterisierung des<br />

Abbauverhaltens von Pyraclostrobin und Boscalid in<br />

Gemüseproben<br />

� Analytische Methodik für Ethylenthioharnstoff (ETU) in<br />

pflanzlichen Matrizes<br />

� Bestimmung von Glyphosate und seines Metaboliten<br />

AMPA in Pflanzenmaterial<br />

� Bestimmung von Verunreinigungen in technischen<br />

Pflanzenschutzmittel-Formulierungen (Stichworte:<br />

5-Batch Analyse, Impurity Profile)


Cl<br />

N<br />

N<br />

O<br />

Applikation N 1: Abbauverhalten von Boscalid und<br />

Pyraclostrobin in Gemüseproben<br />

CH 3 O CO 2 CH 3<br />

Cl<br />

N<br />

N<br />

O<br />

Pyraclostrobin<br />

N<br />

CH 3 O CO 2 CH 3<br />

� Häufige Aufgabenstellung bei Zulassungsverfahren für<br />

Pflanzenschutzmittel:<br />

Fungizide<br />

Erstellung Abbaukurven (Applikation - Ernte) zur Ermittlung von<br />

neuen Höchstmengen bzw. Anpassung der<br />

Applikationsbedingungen an bestehende Höchstmengen.<br />

� Einfache Analysenmethode: Extraktion mit einem Gemisch aus<br />

Methanol/Wasser/HCl, Verteilung in Cyclohexan, <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> (ESI + )<br />

N<br />

O<br />

Cl<br />

N<br />

H<br />

Cl<br />

Boscalid


Cl<br />

N<br />

N<br />

O<br />

Applikation N 1: Abbauverhalten von Boscalid und<br />

Pyraclostrobin in Gemüseproben<br />

CH 3 O CO 2 CH 3<br />

Rückstand [mg/kg]<br />

Beispiel für eine typische Abbaukurve<br />

1.4<br />

1.2<br />

1<br />

0.8<br />

0.6<br />

0.4<br />

0.2<br />

0<br />

Tag 0, letzte<br />

Applikation<br />

Abbaukurve für Boscalid<br />

Tag 7 Tag 10 Tag 14 Tag 21,<br />

Ernte<br />

Tage nach letzter Applikation<br />

Vorgeschlagene Höchstmenge: 0,05 mg/kg


Applikation 1: Abbauverhalten von Boscalid und<br />

Pyraclostrobin in Gemüseproben<br />

� Beispiel für eine <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> (ESI + ) Kalibrierkurve von Pyraclostrobin<br />

(externe Kalibrierung mit Standards in Lösungsmittel)<br />

BoscalidPyraclostrobinset02.rdb (Pyraclostrobin): "Linear Through Zero" Regression ("1 / x" weighting): y = 1.34e+004 x (r = 0.9970)<br />

2.7e6<br />

2.6e6<br />

2.4e6<br />

2.2e6<br />

2.0e6<br />

1.8e6<br />

1.6e6<br />

1.4e6<br />

1.2e6<br />

1.0e6<br />

8.0e5<br />

6.0e5<br />

4.0e5<br />

2.0e5<br />

0.0<br />

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200<br />

Concentration, ng/mL<br />

Wichtiger Aspekt: „In-Matrix“Kalibration für Zulassungsstudien<br />

in USA (EPA) nicht anwendbar<br />

� Kalibrierkurve über<br />

mindestens drei<br />

Größenordnungen<br />

linear (0.2 ng/mL<br />

bis 200 ng/mL) !<br />

R 2 = 0.9940


Applikation 1: Abbauverhalten von Boscalid und<br />

Pyraclostrobin in Gemüseproben<br />

� <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Chromatogramme von zwei <strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Übergängen -<br />

Pyraclostrobin<br />

S a m p l e N a m e : " P 7 1 2 - 1 3 3 " S a m p l e I D : " " F i l e : " P 7 1 2 b o s p y r # 1 0 5 . w i f f "<br />

P e a k N a m e : " P y r a c lo s tr o b i n " M a s s ( e s ) : " 3 8 8 .1 / 1 9 4 . 1 a m u "<br />

C o m m e n t : " S ta n g e n s e l le r i e U K " A n n o t a ti o n : " P 7 1 2 b o s p y r 0 2 . d a m "<br />

S a m p l e I n d e x : 1<br />

S a m p l e T y p e :<br />

C o n c e n t r a t i o n :<br />

U n k n o w n<br />

N / A<br />

7 4 0 0<br />

C a l c u l a t e d C o n c :<br />

A c q . D a t e :<br />

0 . 1 4 8<br />

3 0 . 1 0 . 2 0 0 3<br />

n g / m L<br />

7 2 0 0<br />

A c q . T i m e : 0 6 : 1 1 : 4 2<br />

7 0 0 0<br />

M o d i f i e d : Y e s<br />

B u n c h i n g F a c t o r : 2<br />

N o i s e T h r e s h o l d : 9 3 . 2 8 c p s<br />

A r e a T h r e s h o l d : 4 6 6 . 3 9 c p s<br />

N u m . S m o o t h s : 2<br />

R T W i n d o w : 3 0 . 0 s e c<br />

E x p e c t e d R T : 6 . 0 7 m i n<br />

S e p . W i d t h : 0 . 2 0<br />

S e p . H e i g h t : 0 . 0 1<br />

E x p . P e a k R a t i o : 5 . 0 0<br />

E x p . A d j . R a t i o : 4 . 0 0<br />

E x p . V a l . R a t i o : 3 . 0 0<br />

U s e R e l a t i v e R T : N o<br />

I n t . T y p e : M a n u a l<br />

R e t e n t i o n T i m e : 6 . 0 3 m i n<br />

A r e a : 1 . 9 9 e + 0 0 3 c o u n t s<br />

H e i g h t : 3 . 3 4 e + 0 0 2 c p s<br />

S t a r t T i m e : 5 . 9 9 m i n<br />

E n d T i m e : 6 . 1 4 m i n<br />

Intensity,cps<br />

6 8 0 0<br />

6 6 0 0<br />

6 4 0 0<br />

6 2 0 0<br />

6 0 0 0<br />

5 8 0 0<br />

5 6 0 0<br />

5 4 0 0<br />

5 2 0 0<br />

5 0 0 0<br />

4 8 0 0<br />

4 6 0 0<br />

4 4 0 0<br />

4 2 0 0<br />

4 0 0 0<br />

3 8 0 0<br />

3 6 0 0<br />

3 4 0 0<br />

3 2 0 0<br />

3 0 0 0<br />

2 8 0 0<br />

2 6 0 0<br />

2 4 0 0<br />

2 2 0 0<br />

2 0 0 0<br />

1 8 0 0<br />

1 6 0 0<br />

1 4 0 0<br />

1 2 0 0<br />

1 0 0 0<br />

8 0 0<br />

6 0 0<br />

4 0 0<br />

2 0 0<br />

0<br />

4 . 4 7<br />

5 . 1 9<br />

6 . 0 3<br />

2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1<br />

T im e , m i n<br />

S a m p l e N a m e : " P 7 1 2 - 1 3 3 " S a m p l e I D : " " F i l e : " P 7 1 2 b o s p y r # 1 0 5 . w i f f "<br />

P e a k N a m e : " P y r a c l o s t r o b i n 2 . U e b e r g a n g " M a s s ( e s ) : " 3 8 8 . 1 / 1 6 3 . 3 a m u "<br />

C o m m e n t : " S t a n g e n s e l l e r i e U K " A n n o t a t i o n : " P 7 1 2 b o s p y r 0 2 . d a m "<br />

S a m p l e I n d e x : 1<br />

S a m p l e T y p e :<br />

C o n c e n t r a t i o n :<br />

U n k n o w n<br />

N / A<br />

2 6 0<br />

C a l c u l a t e d C o n c : 0 . 1 9 1 n g / m L<br />

A c q . D a t e : 3 0 . 1 0 . 2 0 0 3<br />

2 5 0<br />

A c q . T i m e : 0 6 : 1 1 : 4 2<br />

M o d i f i e d : Y e s<br />

B u n c h i n g F a c t o r : 2<br />

N o i s e T h r e s h o l d : 6 7 . 0 4 c p s<br />

A r e a T h r e s h o l d : 3 3 5 . 1 9 c p s<br />

N u m . S m o o t h s : 2<br />

R T W i n d o w : 3 0 . 0 s e c<br />

E x p e c t e d R T : 6 . 0 7 m i n<br />

S e p . W i d t h : 0 . 2 0<br />

S e p . H e i g h t : 0 . 0 1<br />

E x p . P e a k R a t i o : 5 . 0 0<br />

E x p . A d j . R a t i o : 4 . 0 0<br />

E x p . V a l . R a t i o : 3 . 0 0<br />

U s e R e l a t i v e R T : N o<br />

I n t . T y p e : M a n u a l<br />

R e t e n t i o n T i m e : 6 . 0 2 m i n<br />

A r e a : 1 . 7 7 e + 0 0 3 c o u n t s<br />

H e i g h t : 2 . 3 3 e + 0 0 2 c p s<br />

S t a r t T i m e : 5 . 8 8 m i n<br />

E n d T i m e : 6 . 2 6 m i n<br />

Intensity,cps<br />

2 4 0<br />

2 3 0<br />

2 2 0<br />

2 1 0<br />

2 0 0<br />

1 9 0<br />

1 8 0<br />

1 7 0<br />

1 6 0<br />

1 5 0<br />

1 4 0<br />

1 3 0<br />

1 2 0<br />

1 1 0<br />

1 0 0<br />

9 0<br />

8 0<br />

7 0<br />

6 0<br />

5 0<br />

4 0<br />

3 0<br />

2 0<br />

1 0<br />

0<br />

2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1<br />

T i m e , m i n<br />

� Quantifizierung auf intensivstem Übergang durch Matrixinterferenzen gestört<br />

� 2 <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Übergänge sind zuletzt für Überwachungsmethoden gefordert<br />

(BfR: veröffentlicht in Nachrichtenbl. Deut. Pflanzenschutzd. 57 (2005): S. 157)


Applikation 2: Analyse von ETU in Gemüseproben mit<br />

<strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Bestimmung<br />

HN NH<br />

S<br />

Ethylenthioharnstoff (ETU)<br />

Problematik:<br />

�ETU ist ein toxisches Abbau- und Zersetzungsprodukt von<br />

wichtigen Dithiocarbamat-Fungiziden wie Mancozeb, Thiram<br />

etc.<br />

�Höchstmenge: 0.05 mg/kg (LOQ damit ≤0.02 mg/kg<br />

anzustreben)<br />

�Klassische Analysenmethoden (z.B. DFG Methode 389-1 /<br />

S15) beinhalten aufwändige Verteilungsschritte und<br />

Säulenchromatographie als Clean-up<br />

�Selektive Bestimmungsverfahren (GC/FPD Schwefel-Mode,<br />

HP<strong>LC</strong>/UV) vorhanden<br />

�GC Bestimmung aufgrund thermischer Zersetzung des<br />

Analyten problematisch


Applikation 2: Analyse von ETU in Gemüseproben mit<br />

<strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Bestimmung<br />

Lösungsansatz: Adaptierte vereinfachte Analysenmethode mit spezifischer<br />

<strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong>-Bestimmung<br />

� Extraktion analog zu klassischen Verfahren wegen erwiesener<br />

Extraktionseffizienz:<br />

Extraktion (10 g Probe) mit Methanol/Wasser (1/1 v/v), wässriger<br />

Natriumascorbat (10%), Thioharnstoff (1%) und Ammoniumchlorid-<br />

Lösung, Methanol<br />

� Einengen auf wässrigen Rückstand, Flüssig/Flüssig-Verteilung an<br />

Extrelut mit Elution des Analyten durch Dichlormethan<br />

� Einrotieren zur Trockne, Umlösen in Methanol/Wasser 2/8 v/v<br />

� <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong>-Bestimmung (APCI + )<br />

� Analytik von ETU: Licht- und oxidationsempfindliche Substanz.


Applikation 2: Analyse von ETU in Gemüseproben mit<br />

<strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Bestimmung<br />

Prinzipien der <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong>-Bestimmungstechnik<br />

� HP<strong>LC</strong>-Säule Aquasil RP C 18, 150 x 3 mm, 3 µm<br />

� Gradientenelution, A: Methanol 2 mM Ammoniumformiat,<br />

B: 2 mM wässrige Ammoniumformiat von 10% A / 90 % B auf<br />

80 % A / 20 % B<br />

� Triple Quad <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> mit API 3000, Heated Nebulizer Quelle<br />

(APCI- Detektion, positive Ionen)<br />

Mutterion (M+H) + , 2 <strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Übergänge: 103 m/z > 60 m/z (Quantifizierung)<br />

und 103 m/z > 44 m/z (Bestätigung)<br />

� Detektion mit APCI wesentlich empfindlicher als entsprechende<br />

ESI-Technik (mindestens Faktor 5 !)<br />

� Externe Kalibrierung mit Standards in Lösungsmittel möglich


Applikation 2: Analyse von ETU in Gemüseproben mit<br />

<strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Bestimmung<br />

Beispiel für die Nachweisstärke der Triple-Quad <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong><br />

Sample Name: "K793-89" Sample ID: "" File: "P793etu#076.wiff"<br />

Peak Name: "ETU" Mass(es): "103.0/59.8 amu"<br />

Comment: "Cal 5.0 ng/mL" Annotation: "P793etu-05d.dam"<br />

Sample Index: 1<br />

Sample Type:<br />

Concentration:<br />

Standard<br />

5.00 ng/mL<br />

1200<br />

Calculated Conc: 5.19<br />

Acq. Date: 10-Mar-05<br />

Acq. Time: 22:45:04<br />

ng/mL 1150<br />

1100<br />

Modified: Yes<br />

Bunching Factor: 2<br />

Noise Threshold: 11.32 cps<br />

Area Threshold: 56.58 cps<br />

Num. Smooths: 2<br />

RT Window: 30.0 sec<br />

Expected RT: 3.87 min<br />

Sep. Width: 0.20<br />

Sep. Height: 0.01<br />

Exp. Peak Ratio: 5.00<br />

Exp. Adj. Ratio: 4.00<br />

Exp. Val. Ratio: 3.00<br />

Use Relative RT: No<br />

Kalibrierlösung ETU, 5 ng/mL �0.004 mg/kg LOD (20 % LOQ)<br />

Int. Type: Manual<br />

Retention Time: 3.85 min<br />

Area: 1.36e+004 counts<br />

Height: 1.10e+003 cps<br />

Start Time: 3.67 min<br />

End Time: 4.25 min<br />

In te n s ity , c p s<br />

1050<br />

1000<br />

950<br />

900<br />

850<br />

800<br />

750<br />

700<br />

650<br />

600<br />

550<br />

500<br />

450<br />

400<br />

350<br />

300<br />

250<br />

200<br />

0.71<br />

150 0.28 0.95 1.70<br />

1.98<br />

100<br />

3.26<br />

5.98<br />

50<br />

0<br />

3.85<br />

1 2 3 4 5 6 7<br />

Time, min<br />

Übergang 103 > 60 m/z<br />

7.71<br />

Sample Name: "K793-89" Sample ID: "" File: "P793etu#076.wiff"<br />

Peak Name: "ETU 2. Übergang" Mass(es): "103.0/44.0 amu"<br />

Comment: "Cal 5.0 ng/mL" Annotation: "P793etu-05d.dam"<br />

Sample Index: 1<br />

Sample Type: Standard<br />

Concentration:<br />

Calculated Conc:<br />

5.00<br />

5.19<br />

ng/mL<br />

ng/mL<br />

500<br />

Acq. Date: 10-Mar-05<br />

480<br />

Acq. Time: 22:45:04<br />

460<br />

Modified:<br />

Bunching Factor:<br />

Yes<br />

2<br />

440<br />

Noise Threshold: 10.91 cps<br />

420<br />

Area Threshold:<br />

Num. Smooths:<br />

54.57<br />

2<br />

cps<br />

400<br />

RT Window:<br />

Expected RT:<br />

Sep. Width:<br />

30.0<br />

3.88<br />

0.20<br />

sec<br />

min<br />

380<br />

360<br />

Sep. Height:<br />

Exp. Peak Ratio:<br />

0.01<br />

5.00<br />

340<br />

Exp. Adj. Ratio: 4.00<br />

320<br />

Exp. Val. Ratio:<br />

Use Relative RT:<br />

3.00<br />

No<br />

300<br />

Int. Type: Manual<br />

Retention Time: 3.88 min<br />

Area: 4.45e+003 counts<br />

Height: 3.56e+002 cps<br />

Start Time: 3.66 min<br />

End Time: 4.22 min<br />

In te n sity , c p s<br />

280<br />

260<br />

240<br />

0.28<br />

220<br />

200<br />

180<br />

0.96<br />

2.05<br />

2.99<br />

2.66<br />

3.05<br />

160<br />

140<br />

120<br />

100<br />

80<br />

60<br />

40<br />

20<br />

0<br />

3.88<br />

4.68<br />

5.26<br />

6.19 6.82<br />

1 2 3 4 5 6 7<br />

Time, min<br />

Übergang 103 > 44 m/z<br />

7.55


Applikation 2: Analyse von ETU in Gemüseproben mit<br />

<strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Bestimmung<br />

Dotierte Probe, Grünkohl 0.02 mg/kg LOQ<br />

Sample Name: "P793-305" Sample ID: "" File: "P793etu#068.wiff"<br />

Peak Name: "ETU" Mass(es): "103.0/59.8 amu"<br />

Comment: "Gruenkohl LOQ" Annotation: "P793etu-05d.dam"<br />

Sample Index: 1<br />

Sample Type:<br />

Concentration:<br />

Unknown<br />

N/A<br />

5500<br />

Calculated Conc: 24.4 ng/mL<br />

Acq. Date: 10-Mar-05<br />

Acq. Time: 21:02:31<br />

5000<br />

Modified: No<br />

Bunching Factor: 2<br />

Noise Threshold: 11.32 cps<br />

Area Threshold: 56.58 cps<br />

Num. Smooths: 2<br />

RT Window: 30.0 sec<br />

Expected RT: 3.87 min<br />

Sep. Width: 0.20<br />

Sep. Height: 0.01<br />

Exp. Peak Ratio: 5.00<br />

Exp. Adj. Ratio: 4.00<br />

Exp. Val. Ratio: 3.00<br />

Use Relative RT: No<br />

Int. Type: Base To Base<br />

Retention Time: 3.85 min<br />

Area: 6.42e+004 counts<br />

Height: 5.32e+003 cps<br />

Start Time: 3.67 min<br />

End Time: 4.25 min<br />

In te n sity , c p s<br />

4500<br />

4000<br />

3500<br />

3000<br />

2500<br />

2000<br />

1500<br />

1000<br />

500<br />

0<br />

1 2 3 4 5 6 7<br />

Time, min<br />

ETU,<br />

Übergang 103 > 60 m/z<br />

3.85<br />

5.85<br />

7.41<br />

7.58<br />

Grünkohl-Probe mit Rückstand < LOD<br />

Sample Name: "P793-301" Sample ID: "" File: "P793etu#088.wiff"<br />

Peak Name: "ETU" Mass(es): "103.0/59.8 amu"<br />

Comment: "Gruenkohl Bl" Annotation: "P793etu-05d.dam"<br />

Sample Index: 1<br />

Sample Type: Unknown<br />

Concentration:<br />

Calculated Conc:<br />

N/A<br />

0.333 ng/mL<br />

2800<br />

Acq. Date: 11-Mar-05<br />

Acq. Time: 01:18:55<br />

2600<br />

Modified: No<br />

Bunching Factor: 2<br />

Noise Threshold: 11.32 cps<br />

Area Threshold: 56.58 cps<br />

Num. Smooths: 2<br />

RT Window: 30.0 sec<br />

Expected RT: 3.87 min<br />

Sep. Width: 0.20<br />

Sep. Height: 0.01<br />

Exp. Peak Ratio: 5.00<br />

Exp. Adj. Ratio: 4.00<br />

Exp. Val. Ratio: 3.00<br />

Use Relative RT: No<br />

Int. Type: Base To Base<br />

Retention Time: 3.93 min<br />

Area: 8.76e+002 counts<br />

Height: 8.90e+001 cps<br />

Start Time: 3.73 min<br />

End Time: 3.96 min<br />

In te n sity , c p s<br />

2400<br />

2200<br />

2000<br />

1800<br />

1600<br />

1400<br />

1200<br />

1000<br />

800<br />

600<br />

400<br />

200<br />

0<br />

6.28<br />

2.33<br />

3.86 7.22<br />

2.87 4.99<br />

0.46 0.94 1.31 1.79<br />

3.53<br />

5.19<br />

1 2 3 4 5 6 7<br />

Time, min<br />

ETU,<br />

Übergang 103 > 60 m/z<br />

5.88<br />

7.40<br />

7.58


Applikation 3: Analyse von Glyphosate und AMPA in<br />

Pflanzenmaterial mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong><br />

HO<br />

HO<br />

O<br />

P<br />

H<br />

N<br />

Glyphosate<br />

O<br />

O<br />

HO<br />

OH P<br />

HO<br />

Problematik:<br />

NH 2<br />

Aminomethylphosphonsäure<br />

(AMPA)<br />

�Glyphosate (bekannte Formulierungen: z.B. Rodeo,<br />

Roundup) ist ein sehr wirksames systemisches Herbizid mit<br />

relativ geringer Toxizität für Mensch und Tier und schneller<br />

Abbaubarkeit in der Umwelt<br />

�Der Wirkstoff und der Hauptmetabolit sind sehr polar und<br />

damit gut wasserlöslich<br />

�Auf GC Bestimmung basierende Analysenverfahren<br />

erfordern einen aufwändigen Clean-up einschließlich<br />

mehrerer Derivatisierungsschritte


Applikation 3: Analyse von Glyphosate und AMPA in<br />

Pflanzenmaterial mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong><br />

Prinzipien der für <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> Bestimmung adaptierten<br />

Analysenmethode für Pflanzenmaterial<br />

� Extraktion von Pflanzenmaterial mit 0.1 N Salzsäure<br />

� Verteilung eines Aliquotes mit Dichlormethan zur Aufreinigung<br />

(organischer Extrakt wird verworfen)<br />

� Neutralisation der wässrigen Phase (pH 8), Zugabe von kommerziell<br />

erhältlichen, isotopenmarkierten internen Standards<br />

( 13 C 2- 15 N-Glyphosate und 13 C- 15 N-AMPA)<br />

� Direkte Bestimmung mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> ohne vorherige Derivatisierung (in<br />

der Literatur beschrieben) wurde wegen unzureichender<br />

Detektionsempfindlichkeit und Probleme mit der HP<strong>LC</strong> nicht<br />

weiterverfolgt<br />

� Lösungsansatz: Derivatisierung mit FMOC zur Erzeugung stabiler, leicht<br />

mit HP<strong>LC</strong> chromatographierbarer und <strong>MS</strong>-geeigneter Derivate<br />

Derivatisierungsausbeuten sind stark matrixabhängig !<br />

� <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong>-Bestimmung (ESI mit Detektion von negativen Ionen).


Applikation 3: Analyse von Glyphosate und AMPA<br />

in Pflanzenmaterial mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong><br />

O<br />

HO<br />

P<br />

N<br />

OH<br />

O<br />

OH<br />

O<br />

O<br />

FMOC-<br />

Glyphosate<br />

HO<br />

P<br />

H<br />

N<br />

O<br />

OH<br />

O<br />

O<br />

FMOC-<br />

AMPA


Applikation 3: Analyse von Glyphosate und AMPA<br />

in Pflanzenmaterial mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong><br />

FMOC-<br />

Glyphosate<br />

0.1 mg/kg (LOQ)<br />

IS: 13 C 2 - 15 N-<br />

FMOC-<br />

Glyphosate<br />

Sample Name: "P821-64" Sample ID: "" File: "P821api#115.wiff"<br />

Peak Name: "Glyphosate" Mass(es): "390.0/167.9 amu"<br />

Comment: "Olive LOQ" Annotation: "P821-05.dam"<br />

Sample Index: 1<br />

Sample Type: Unknown<br />

Concentration:<br />

Calculated Conc:<br />

N/A<br />

0.105 mg/kg<br />

2800<br />

Acq. Date: 30-Apr-05<br />

2600<br />

Acq. Time: 01:53:54<br />

2400<br />

Modified: Yes<br />

Bunching Factor: 3<br />

2200<br />

Noise Threshold:<br />

Area Threshold:<br />

46.96<br />

234.78<br />

cps<br />

cps<br />

2000<br />

Num. Smooths:<br />

RT Window:<br />

2<br />

30.0 sec<br />

1800<br />

Expected RT: 6.91 min<br />

1600<br />

Sep. Width: 0.20<br />

Sep. Height: 0.01<br />

1400<br />

Exp. Peak Ratio: 5.00<br />

Exp. Adj. Ratio: 4.00<br />

1200<br />

Exp. Val. Ratio:<br />

Use Relative RT:<br />

3.00<br />

No<br />

1000<br />

Int. Type: Manual<br />

Retention Time: 7.06 min<br />

Area: 2.19e+004 counts<br />

Height: 2.20e+003 cps<br />

Start Time: 6.81 min<br />

End Time: 7.33 min<br />

In ten s ity , c p s<br />

Sample Name: "P821-64" Sample ID: ""<br />

0<br />

4.5 5.0 5.5<br />

File: "P821api#115.wiff"<br />

6.0 6.5 7.0<br />

Time, min<br />

7.5 8.0 8.5 9.0<br />

Peak Name: "Glyphosate IS(IS)" Mass(es): "393.0/171.0 amu"<br />

Comment: "Olive LOQ" Annotation: "P821-05.dam"<br />

Sample Index:<br />

Sample Type:<br />

1<br />

Unknown<br />

7000<br />

7.05<br />

Concentration: 0.400 mg/kg<br />

Calculated Conc: N/A<br />

6500<br />

Acq. Date:<br />

Acq. Time:<br />

30-Apr-05<br />

01:53:54<br />

6000<br />

8.24<br />

Modified: Yes<br />

Bunching Factor: 3<br />

Noise Threshold: 17.63 cps<br />

Area Threshold: 88.15 cps<br />

Num. Smooths: 2<br />

RT Window: 30.0 sec<br />

Expected RT: 6.90 min<br />

Sep. Width: 0.20<br />

Sep. Height: 0.01<br />

Exp. Peak Ratio: 5.00<br />

Exp. Adj. Ratio: 4.00<br />

Exp. Val. Ratio: 3.00<br />

Use Relative RT: No<br />

Int. Type: Manual<br />

Retention Time: 7.05 min<br />

Area: 6.98e+004 counts<br />

Height: 7.08e+003 cps<br />

Start Time: 6.83 min<br />

End Time: 7.41 min<br />

In te n sity , c p s<br />

800<br />

600<br />

400<br />

200<br />

5500<br />

5000<br />

4500<br />

4000<br />

3500<br />

3000<br />

2500<br />

2000<br />

1500<br />

1000<br />

500<br />

7.06<br />

7.53<br />

7.85<br />

8.03<br />

0<br />

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0<br />

Time, min<br />

8.88


Applikation 3: Analyse von Glyphosate und AMPA<br />

in Pflanzenmaterial mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong><br />

Interne Standard Kalibrierkurve für Glyphosate (Kalibration<br />

in Matrix !)<br />

sampleset03gly.rdb (Glyphosate): "Linear" Regression ("1 / x" weighting): y = 1.01 x + 0.0564<br />

(r = 0.9992)<br />

Analyte Area / IS Area<br />

50<br />

45<br />

40<br />

35<br />

30<br />

25<br />

20<br />

15<br />

10<br />

5<br />

0<br />

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50<br />

Analyte Conc. / IS Conc.


Applikation 3: Analyse von Glyphosate und AMPA<br />

in Pflanzenmaterial mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong><br />

FMOC-AMPA<br />

0.1 mg/kg (LOQ)<br />

Sample Name: "P821-64" Sample ID: "" File: "P821api#298.wiff"<br />

Peak Name: "AMPA" Mass(es): "332.0/109.8 amu"<br />

Comment: "Olive LOQ " Annotation: "P821-05.dam"<br />

Sample Index: 1<br />

Sample Type: Unknown<br />

Concentration:<br />

Calculated Conc:<br />

N/A<br />

9.46 ng/mL 200<br />

Acq. Date: 09-May-05<br />

Acq. Time: 20:17:15<br />

180<br />

Modified: Yes<br />

Bunching Factor: 3<br />

Noise Threshold: 5.49 cps<br />

Area Threshold: 27.46 cps<br />

Num. Smooths: 2<br />

RT Window: 30.0 sec<br />

Expected RT: 7.96 min<br />

Sep. Width: 0.20<br />

Sep. Height: 0.01<br />

Exp. Peak Ratio: 5.00<br />

Exp. Adj. Ratio: 4.00<br />

Exp. Val. Ratio: 3.00<br />

Use Relative RT: No<br />

Int. Type: Manual<br />

Retention Time: 8.05 min<br />

Area: 2.25e+003 counts<br />

Height: 2.17e+002 cps<br />

Start Time: 7.85 min<br />

End Time: 8.45 min<br />

In te n s ity , c p s<br />

160<br />

140<br />

120<br />

100<br />

80<br />

60<br />

40<br />

20<br />

0<br />

8.05<br />

6 7 8 9 10<br />

Time, min<br />

Wegen Störung des internen Standards Auswertung mit<br />

externer Kalibration (Matrix-matched Standards)


Applikation 4: Analyse toxischer Verunreinigungen in<br />

technischen Pflanzenschutzmittel-Formulierungen mit<br />

<strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong><br />

Externe Standard Kalibrierkurve für AMPA (Kalibration in<br />

Matrix !)<br />

Area, counts<br />

ampaset05ext.rdb (AMPA): "Linear" Regression ("1 / x" weighting): y = 178 x + 564 (r = 0.9973)<br />

3.8e4<br />

3.6e4<br />

3.4e4<br />

3.2e4<br />

3.0e4<br />

2.8e4<br />

2.6e4<br />

2.4e4<br />

2.2e4<br />

2.0e4<br />

1.8e4<br />

1.6e4<br />

1.4e4<br />

1.2e4<br />

1.0e4<br />

8000.0<br />

6000.0<br />

4000.0<br />

2000.0<br />

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200<br />

Concentration, ng/mL


Applikation 4: Bestimmung von Verunreinigungen in<br />

technischen Pflanzenschutzmittelformulierungen mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong><br />

Problematik:<br />

�Für die Zulassung von Pflanzenschutzmitteln ist nach<br />

SANCO Richtlinie 3030/99 eine qualitative und quantitative<br />

Analyse der Wirkstoff-Hauptkomponente(n) und von<br />

Verunreinigungen ≥0.1 % (1 g/kg) in repräsentativen Batches<br />

von technischen Pflanzenschutzmittel-Formulierungen<br />

gefordert (Stichwort: „Impurity Profile “, „5-Batch Analyse“)<br />

�Bekannte toxische Verunreinigungen müssen dabei neben<br />

den Haupt- und Nebenkomponenten bis in den<br />

Konzentrationsbereich ≥1 ppm bestimmt werden<br />

Beispiele: N-Nitrosoverbindungen wie N-Nitrosoglyphosate,<br />

N-Nitrosoimidacloprid; Dioxine<br />

�Neben klassischen Methoden (Titration/Coulometrie: z.B.<br />

Karl-Fischer Titration zur Wasserbestimmung) und<br />

hochpräzisen chromatographischen Methoden (HP<strong>LC</strong>/UV,<br />

GC/<strong>MS</strong>) wird zunehmend auch die <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong> für Batch-Analysen<br />

eingesetzt


Applikation 4: Bestimmung von Verunreinigungen in<br />

technischen Pflanzenschutzmittelformulierungen mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong><br />

Beispiel 1: Spezifische Bestimmung von aktiven Hauptkomponenten<br />

in einem komplexen Wirkstoff-Gemisch<br />

Eingesetzte Technik:<br />

Ion Trap <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong> im Scan-Mode<br />

Für diese Anwendung wichtiger<br />

Vorteil der <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong> Spektren:<br />

Wenig Fragmentierung, d.h.<br />

wenig Überlappung mit<br />

Fragmentionen (Basision<br />

(M+H) + oder (M-H) - )


Applikation 4: Bestimmung von Verunreinigungen in<br />

technischen Pflanzenschutzmittelformulierungen mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong><br />

Beispiel 2: Bestimmung von zwei Verunreinigungen > 0.1 % Gehalt<br />

neben einer Hauptkomponente mittels <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>(<strong>MS</strong>)


Applikation 4: Bestimmung von Verunreinigungen in<br />

technischen Pflanzenschutzmittelformulierungen mit <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong><br />

Beispiel 3: Bestimmung einer toxischen Spurenkomponente (1 ppm) mittels <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong><br />

Eingesetzte Technik: Triple Quad <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> (Konzentration Wirkstoff: 1 mg/mL)<br />

mit Säulenschalttechnik<br />

Sample Name: "P928-141" Sample ID: "" File: "P928api#124.wiff"<br />

Peak Name: "N-Nitrosoimidacloprid" Mass(es): "239.6/209.9 amu"<br />

Comment: "1mg/mL batch 050725" Annotation: ""<br />

Sample Index: 1<br />

Sample Type: Unknown<br />

1250<br />

Concentration: N/A<br />

Calculated Conc: 0.00<br />

Acq. Date: 17-Oct-05<br />

Acq. Time: 16:50:03<br />

ng/mL<br />

1200<br />

1150<br />

1100<br />

1050<br />

Modified: Yes<br />

Bunching Factor: 2<br />

Noise Threshold: 3.11 cps<br />

Area Threshold: 15.57 cps<br />

Num. Smooths: 3<br />

RT Window: 30.0 sec<br />

Expected RT: 16.1 min<br />

Sep. Width: 0.20<br />

Sep. Height: 0.01<br />

Exp. Peak Ratio: 5.00<br />

Exp. Adj. Ratio: 4.00<br />

Exp. Val. Ratio: 3.00<br />

Use Relative RT: No<br />

Int. Type: Manual<br />

Retention Time: 13.6 min<br />

Area: 3.02e+004 counts<br />

Height: 1.25e+003 cps<br />

Start Time: 12.7 min<br />

End Time: 14.4 min<br />

I n te n s ity , c p s<br />

1000<br />

950<br />

900<br />

850<br />

800<br />

750<br />

700<br />

650<br />

600<br />

550<br />

500<br />

450<br />

400<br />

350<br />

300<br />

250<br />

200<br />

150<br />

100<br />

50<br />

0<br />

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21<br />

Time, min<br />

N-Nitroso-Verunreinigung (1 ppm)<br />

�1 ng/mL<br />

Sample Name: "K928-127" Sample ID: "" File: "P928api#119.wiff"<br />

Peak Name: "Imidacloprid" Mass(es): "256.0/175.0 amu"<br />

Comment: "Cal.Sol. 100ng/mL imidacloprid" Annotation: ""<br />

Sample Index: 1<br />

Sample Type:<br />

Concentration:<br />

Unknown<br />

N/A<br />

7000<br />

Calculated Conc: 0.00<br />

Acq. Date: 17-Oct-05<br />

ng/mL 6500<br />

Acq. Time: 14:50:42<br />

6000<br />

Modified: Yes<br />

Bunching Factor: 2<br />

Noise Threshold: 0.17 cps<br />

Area Threshold: 0.86 cps<br />

Num. Smooths: 3<br />

RT Window: 30.0 sec<br />

Expected RT: 3.82 min<br />

Sep. Width: 0.20<br />

Sep. Height: 0.01<br />

Exp. Peak Ratio: 5.00<br />

Exp. Adj. Ratio: 4.00<br />

Exp. Val. Ratio: 3.00<br />

Use Relative RT: No<br />

Int. Type: Manual<br />

Retention Time: 15.0 min<br />

Area: 1.19e+005 counts<br />

Height: 7.21e+003 cps<br />

Start Time: 14.4 min<br />

End Time: 16.1 min<br />

I n te n s ity , c p s<br />

5500<br />

5000<br />

4500<br />

4000<br />

3500<br />

3000<br />

2500<br />

2000<br />

1500<br />

1000<br />

500<br />

0<br />

14.98<br />

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22<br />

Time, min<br />

Wirkstoff Kalibrierung (RT + 1 min)


Zusammenfassung<br />

� <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong> und <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>/<strong>MS</strong> ist als vielseitige, spezifische und<br />

hochempfindliche Bestimmungstechnik ein<br />

unverzichtbares Element der Pflanzenschutzmittel-<br />

Rückstandsanalytik<br />

� In vielen Fällen lassen sich Analysenverfahren<br />

hinsichtlich der Probenaufarbeitung mit Hilfe der <strong>LC</strong>/<strong>MS</strong>-<br />

Technik wesentlich vereinfachen, so dass ein wichtiger<br />

Beitrag zur Effizienzsteigerung geleistet werden kann.<br />

Dies rechtfertigt auch die hohen Anschaffungs- und<br />

Unterhaltskosten.

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