3. Tulemused ja arutelu
3.9 Glüfosaadi sisaldused Võrtsjärves
Antud töö raames määrati glüfosaadi ja AMPA sisaldused Võrtsjärves, viies Võrtsjärve vesikonnas asuvas jões (Väike Emajõgi, Suur Emajõgi, Ohne, Tarvastu ja Tänassilma) ning kahes haritava põllu äärses piirikraavis (Kobilu (kahes erinevas kohas) ja Konguta) (Joonis 4).
Võrtsjärves ja seda ümbritsevates jõgedes viidi monitooring läbi vahemikus mai 2011 kuni mai 2012 ja piirikraavides vahemikus mai 2011 kuni november 2012.
Glüfosaadi sisaldus ületas kõikides proovivõtu kohtades vähemalt ühel kuul LoQ nii glüfosaadi kui ka AMPA jaoks, mis olid vastavalt 0,2 µg/l ja 0,02 µg/l (Tabelid 5 ja 6). Võrtsjärves ületas glüfosaadi sisaldus määramispiiri ühel korral (0,3 µg/l augustis 2011) ning AMPA sisaldus neljal korral (kõrgeim 0,63 µg/l augustis 2011). Jõgedest võetud proovides oli suurim glüfosaadi sisaldus Suures Emajões (3,4 µg/l juunis 2011), millest leiti kuu aega hiljem kõrgeim AMPA sisaldus uuritud jõgedes (0,69 µg/l juulis 2011). Piirikraavides oli nii LoD ületavate proovide tihedus kui ka kõrgeimad sisaldused suuremad kui jõgedes (Tabel 6). Kõrgeim glüfosaadi sisaldus leiti Kobilu piirikraavist (5,0 µg/l oktoobris 2011) ja kõrgeim AMPA sisaldus Konguta piirikraavist (0,36 µg/l mais 2012).
30 Tabel 5 Glüfosaadi ja AMPA sisaldused Võrtsjärves ja sinna suubuvates või sealt lähtuvates jõgedes
Proovivõtu aeg Väike Emajõgi Ohne Tarvastu Glüfosaat AMPA Glüfosaat AMPA Glüfosaat AMPA mai 2011 <0,2 <0,02 <0,2 <0,02 <0,2 <0,02
Proovivõtu aeg Tänassilma Suur Emajõgi Võrtsjärv Glüfosaat AMPA Glüfosaat AMPA Glüfosaat AMPA mai 2011 <0,2 <0,02 <0,2 <0,02 <0,2 <0,02
31 Tabel 6 Glüfosaadi ja AMPA sisaldused Võrtsjärve lähedastes piirikraavides. Kuudel, mil võeti proove mitmel nädalal on nädal lisatud sulgudesse.
Proovivõtu aeg Konguta pkr Kobilu pkr Glüfosaat AMPA Glüfosaat AMPA mai 2011 <0,2 <0,02 <0,2 <0,02 juuni 2011 <0,2 0,08 <0,2 <0,02
juuli 2011 0,2 0,08 <0,2 <0,02
august 2011 <0,2 <0,02 <0,2 <0,02
september 2011 <0,2 0,04 0,8 0,08
oktoober 2011 <0,2 <0,02 5,0 0,04
november 2011 <0,2 <0,02 0,2 0,09
detsember 2011 <0,2 <0,02 0,2 0,02
jaanuar 2012 <0,2 0,04 <0,2 <0,02 veebruar 2012 <0,2 0,03 <0,2 <0,02
märts 2012 0,2 0,33 <0,2 <0,02
aprill 2012 <0,2 0,31 0,2 0,29 Kobilu pkr 2
mai 2012 0,4 0,36 <0,2 0,34 Glüfosaat AMPA
september (1) 2012 0,2 0,09 <0,2 0,11 <0,2 0,05
september (2) 2012 0,2 0,07 <0,2 0,10 <0,2 <0,02
oktoober (1) 2012 <0,2 0,09 <0,2 0,09 <0,2 0,10
oktoober (2) 2012 <0,2 <0,02 <0,2 0,11 0,3 <0,02
oktoober (3) 2012 <0,2 <0,02 <0,2 0,20 0,5 0,14
oktoober (4) 2012 0,3 0,29 <0,2 0,03 0,6 0,12
oktoober (5) 2012 0,4 0,04 <0,2 0,05 <0,2 <0,02
november (1) 2012 0,5 0,02 0,2 0,05 0,2 0,02
november (2) 2012 <0,2 <0,02 <0,2 0,03 <0,2 <0,02 november (3) 2012 <0,2 <0,02 <0,2 0,03 <0,2 <0,02
november (4) 2012 0,2 0,02 <0,2 0,02 0,2 0,02
32 Joonis 4 Glüfosaadi proovivõtukohad
(täpsem kaart: https://maps.google.com/maps/ms?msid=216254788535147165923,0004bdb991833c326a6c2&msa=0)
33
Kokkuvõte
Käesoleva töö eesmärgiks oli välja töötada metoodika glüfosaadi ja AMPA määramiseks looduslikus vees kasutades ioon-lõks massispektromeetrit, määrata analüütide sisaldused Võrtsjärves ning selle vesikonnas asuvates jõgedes (Tänassilma, Tarvastu, Ohne, Väike Emajõgi, Suur Emajõgi) ja kahes Võrtsjärve lähedal asuvas põlluäärses piirikraavis (Kobilu ja Konguta) vahemikus mai 2011 kuni mai 2012 (piirikraavides kuni november 2012) ning tuua välja kirjanduses varem kirjeldamata kitsaskohad SPE HPLC/ESI/MS põhinevatel glüfosaadi määramismetoodikates.
Käesoleva töö tulemusena töötati välja ja optimeeriti metoodika glüfosaadi määramiseks looduslikus vees ning kasutati seda Võrtsjärve vesikonna glüfosaadi sisalduse monitooringuks grandi ETF8373 raames. Lisaks sellele näidati, et SPE HPLC/ESI/MS metoodika glüfosaadi määramiseks võib omada ulatuslikku ME, mida saab vähendada optimeerides prooviruumala ning HPLC gradienti ja puhvri koostist. Samuti näidati, et 13C-glüfosaat võib põhjustada ME, mis on heas kooskõlas Enke poolt koostatud matemaatilise mudeliga. Näidati, et boraatpuhver põhjustab glüfosaat-FMOC derivaadi lagunemist proovi kokkuaurutamisel ja mõjutab glüfosaadi tr. Näidati, et MS ei pruugi analüüdi ja 1 Da erinevusega isotoopmärgistatud sisestandardite kontsentratsioone ühel jooksul adekvaatselt hinnata ilma MS parameetrite optimeerimiseta.
Metoodika parendamiseks saaks kasutusele võtta suurema massierinevusega glüfosaadi isotoopmärgistatud sisestandardi, et oleks võimalik analüüsida analüüdid ühe jooksuga ning seega võtta arvesse ka erinevast süstisuurusest tulenev korduvus. AMPA sisalduste adekvaatseks hindamiseks tuleks kasutusele võtta vastav isotoopmärgistatud sisestandard ning optimeerida metoodika parameetrid selle kasutamiseks.
34 Evaluation and solving of crucial problems in glyphosate groundwater analysis with SPE
HPLC/ESI/MS
Vahur Toss
Summary
Glyphosate is one of the most widely used broad-spectrum post-emergence herbicides which is mainly used in agriculture and forestry most often as a component of Monsanto Company´s product called Roundup. The need for monitoring of glyphosate levels in natural waters arises from its wide use and controversy surrounding its toxicity.
The aim of these thesis was to develop a method for determining glyphosate in natural waters using HPLC/ESI/MS system in the Testing Centre of University of Tartu and monitor glyphosate levels in Võrtsjärve river basin starting from May 2011 until May 2012 (until November 2012 in two diches). The monitoring was done with waters from lake Võrtsjärv, rivers surrounding it Tänassilma, Tarvastu, Ohne, Väike Emajõgi, Suur Emajõgi and in two streams draining agricultural fields (Kobilu, Konguta).
Surface water samples were collected in the framework of a glyphosate monitoring project from southern Estonia and stored in plastic bottles at -20oC. The samples were warmed up prior to the analysis using 13C-glyphosate as internal standard and derivatization with FMOC-Cl. Sample pre-concentration was carried out using SPE and sample drying under nitrogen flow after which glyphosate and AMPA levels were determined using HPLC/ESI/MS system.
Since LoQ can change from sample to sample 0.2 μg/l was accepted as LoQ because it could be observed even in samples where process efficiency was lowest. The average trueness using 13 C-glyphosate correction was 79% ± 20% (n=6) for spiked (0,2 and 1 µg/l) groundwater samples containing glyphosate below LoD which is acceptable for trace analysis.
Glyphosate and AMPA levels exceeded LoD at least once in every monitored area. In lake Võrtsjärv glyphosate exceeded LoD once (0.3 µg/l, August 2011) and AMPA four times (highest 0.63 µg/l, August 2011). Highest glyphosate and AMPA levels monitored in the rivers of interest were from Suur Emajõgi (3.4 µg/l of glyphosate in June 2011 and 0.69 µg/l of AMPA in July 2011). The highest glyphosate concentration appeared in Kobilu dich (5.0 µg/l, October 2011) and highest AMPA concentration in Konguta dich (0.36 µg/l May 2012).
35 In conclusion it can be said that method to determine glyphosate and AMPA from natural waters was developed. This method was used to monitor glyphosate and AMPA concentrations in Võrtsjärv river basin in the framework of the project ETF8373.
36
Kasutatud kirjandus
[1] M. Cuhra, T. Traavik, T. Bohn, Clone- and age-dependent toxicity of a glyphosate commercial formulation and its active ingredient in Daphnia magna. Ecotoxicology 22 (2013) 251.
[2] A.L. Williams, R.E. Watson, J.M. DeSesso, Developmental and reproductive outcomes in humans and animals after glyphosate exposure: a critical analysis. J Toxicol. Env.
Heal. B 15 (2012) 39.
[3] S. Dousset, C. Chauvin, P. Durlet, M. Thevenot, Transfer of hexazinone and glyphosate through undisturbed soil columns in soils under Christmas tree cultivation. Chemosphere 57 (2004) 265.
[4] F.C. Chang, M.F. Simcik, P.D. Capel, Occurrence and fate of the herbicide glyphosate and its degradate aminomethylphosphonic acid in the atmosphere. Environ. Toxicol.
Chem. 30 (2011) 548.
[5] E. Hietanen, K. Linnainmaa, H. Vainio, Effects of phenoxyherbicides and glyphosate on the hepatic and intestinal biotransformation activities in the rat. Acta Pharmacol. Tox. 53 (1983) 103.
[6] R.J. Menendez-Helman, G.V. Ferreyroa, M. dos Santos Afonso, A. Salibian, Glyphosate as an acetylcholinesterase inhibitor in Cnesterodon decemmaculatus. B. Environ.
Contam. Tox. 88 (2012) 6.
[7] L.J. Moore, L. Fuentes, J.H. Rodgers, Jr., W.W. Bowerman, G.K. Yarrow, W.Y. Chao, W.C. Bridges, Jr., Relative toxicity of the components of the original formulation of Roundup to five North American anurans. Ecotox. Environ. Safe. 78 (2012) 128.
[8] P.J. Peruzzo, A.A. Porta, A.E. Ronco, Levels of glyphosate in surface waters, sediments and soils associated with direct sowing soybean cultivation in north pampasic region of Argentina. Environ. Pollut. 156 (2008) 61.
[9] D.R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics 85th edition. CRC Handbook of Chemistry and Physics 85th edition (2005).
[10] C.D. Stalikas, C.N. Konidari, Analytical methods to determine phosphonic and amino acid group-containing pesticides. J. Chromatogr. A 907 (2001) 1.
37 [11] M. Oss, A. Kruve, K. Herodes, I. Leito, Electrospray Ionization Efficiency Scale of
Organic Compounds. Anal. Chem. 82 (2010) 2865.
[12] Y.B. Si, Y. Xiang, C. Tian, X.Y. Si, J. Zhou, D.M. Zhou, Complex Interaction and Adsorption of Glyphosate and Lead in Soil. Soil Sediment Contam. 22 (2013) 72.
[13] M. Ibáñez, Ó.J. Pozo, J.V. Sancho, F.J. López, F. Hernández, Residue determination of glyphosate, glufosinate and aminomethylphosphonic acid in water and soil samples by liquid chromatography coupled to electrospray tandem mass spectrometry. J.
Chromatogr. A 1081 (2005) 145.
[14] J. Patsias, A. Papadopoulou, E. Papadopoulou-Mourkidou, Automated trace level determination of glyphosate and aminomethyl phosphonic acid in water by on-line anion-exchange solid-phase extraction followed by cation-anion-exchange liquid chromatography and post-column derivatization. J. Chromatogr. A 932 (2001) 83.
[15] M.N. Marques, E.A. Passos, M.T.S. da Silva, F.O. Correia, A.M.O. Santos, S.S. Gomes, J.P.H. Alves, Determination of glyphosate in water samples by IC. J. Chromatogr. Sci. 47 (2009) 822.
[16] W.M. Niessen, P. Manini, R. Andreoli, Matrix effects in quantitative pesticide analysis using liquid chromatography-mass spectrometry. Mass Spectrom. Rev. 25 (2006) 881.
[17] S.J. Lee, S. Park, J.Y. Choi, J.H. Shim, E.H. Shin, J.H. Choi, S.T. Kim, A.M.A. El-Aty, J.S. Jin, D.W. Bae, S.C. Shin, Multiresidue analysis of pesticides with hydrolyzable functionality in cooked vegetables by liquid chromatography tandem mass spectrometry.
Biomed. Chromatogr. 23 (2009) 719.
[18] H. Stahnke, S. Kittlaus, G. Kempe, L. Alder, Reduction of matrix effects in liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometry by dilution of the sample extracts: how much dilution is needed? Anal. Chem. 84 (2012) 1474.
[19] C.G. Enke, A predictive model for matrix and analyte effects in electrospray ionization of singly-charged ionic analytes. Anal. Chem. 69 (1997) 4885.
[20] A. Kloepfer, J.B. Quintana, T. Reemtsma, Operational options to reduce matrix effects in liquid chromatography–electrospray ionisation-mass spectrometry analysis of aqueous environmental samples. J. Chromatogr. A 1067 (2005) 153.
38 overcome matrix effects in the determination of pesticides in fruit by HPLC-ESI-MS-MS.
Fresen. J. Anal. Chem. 371 (2001) 550.
[24] I.R. Pizzutti, A. de Kok, M. Hiemstra, C. Wickert, O.D. Prestes, Method validation and comparison of acetonitrile and acetone extraction for the analysis of 169 pesticides in soya grain by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. A 1216 (2009) 4539.
[25] P. Manini, R. Andreoli, A. Mutti, Application of liquid chromatography-mass spectrometry to biomonitoring of exposure to industrial chemicals. Toxicol. Lett. 162 (2006) 202.
[26] A. Kruve, K. Herodes, I. Leito, Optimization of electrospray interface and quadrupole ion trap mass spectrometer parameters in pesticide liquid chromatography/electrospray ionization mass spectrometry analysis. Rapid Commun. Mass Sp. 24 (2010) 919.
[27] M. Villagrasa, M. Guillamon, E. Eljarrat, D. Barcelo, Matrix effect in liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry analysis of benzoxazinoid derivatives in plant material. J. Chromatogr. A 1157 (2007) 108.
[28] S. Kowal, P. Balsaa, F. Werres, T.C. Schmidt, Determination of the polar pesticide degradation product N,N-dimethylsulfamide in aqueous matrices by UPLC-MS/MS.
Anal. Bioanal. Chem. 395 (2009) 1787.
[29] B.K. Choi, A.I. Gusev, D.M. Hercules, Postcolumn introduction of an internal standard for quantitative LC-MS analysis. Anal. Chem. 71 (1999) 4107.
[30] J.C. Van De Steene, K.A. Mortier, W.E. Lambert, Tackling matrix effects during development of a liquid chromatographic-electrospray ionisation tandem mass spectrometric analysis of nine basic pharmaceuticals in aqueous environmental samples.
J. Chromatogr. A 1123 (2006) 71.
39 [31] J. Zrostlikova, J. Hajslova, J. Poustka, P. Begany, Alternative calibration approaches to compensate the effect of co-extracted matrix components in liquid chromatography-electrospray ionisation tandem mass spectrometry analysis of pesticide residues in plant materials. J. Chromatogr. A 973 (2002) 13.
[32] T. Berg, D.H. Strand, 13C labelled internal standards-a solution to minimize ion suppression effects in liquid chromatography-tandem mass spectrometry analyses of drugs in biological samples? J. Chromatogr. A 1218 (2011) 9366.
[33] C. Chin, Z.P. Zhang, H.T. Karnes, A study of matrix effects on an LC/MS/MS assay for olanzapine and desmethyl olanzapine. J. Pharmaceut. Biomed. 35 (2004) 1149.
[34] H.R. Liang, R.L. Foltz, M. Meng, P. Bennett, Ionization enhancement in atmospheric pressure chemical ionization and suppression in electrospray ionization between target drugs and stable-isotope-labeled internal standards in quantitative liquid chromatography/tandem mass spectrometry. Rapid. Commun. Mass Sp. 17 (2003) 2815.
[35] I. Hanke, H. Singer, J. Hollender, Ultratrace-level determination of glyphosate, aminomethylphosphonic acid and glufosinate in natural waters by solid-phase extraction followed by liquid chromatography-tandem mass spectrometry: performance tuning of derivatization, enrichment and detection. Anal. Bioanal. Chem. 391 (2008) 2265.
[36] V. Toss, Glüfosaadi määramine looduslikus vees HPLC/ESI/MS metoodikaga. Tartu (2011).
[37] L.P. Morin, J.N. Mess, M. Furtado, F. Garofolo, Reliable procedures to evaluate and repair crosstalk for bioanalytical MS/MS assays. Bioanalysis 3 (2011) 275.
40 Lihtlitsents lõputöö reprodutseerimiseks ja lõputöö üldsusele kättesaadavaks tegemiseks
Mina Vahur Toss________________________________________________________________
(autori nimi)
(sünnikuupäev: 04.03.1988_______________________________________________________)
annan Tartu Ülikoolile tasuta loa (lihtlitsentsi) enda loodud teose
Glüfosaadi määramine pinnaveest SPE HPLC/ESI/MS/MS metoodikaga: kitsaskohad ja nende lahendamine___________________________________________________________________
__________________________________________________________________________, (lõputöö pealkiri)
mille juhendaja on Anneli Kruve, PhD___________________________________________, (juhendaja nimi)
reprodutseerimiseks säilitamise ja üldsusele kättesaadavaks tegemise eesmärgil, sealhulgas digitaalarhiivi DSpace-is lisamise eesmärgil kuni autoriõiguse kehtivuse tähtaja lõppemiseni;
üldsusele kättesaadavaks tegemiseks Tartu Ülikooli veebikeskkonna kaudu, sealhulgas digitaalarhiivi DSpace´i kaudu kuni autoriõiguse kehtivuse tähtaja lõppemiseni.
olen teadlik, et punktis 1 nimetatud õigused jäävad alles ka autorile.
kinnitan, et lihtlitsentsi andmisega ei rikuta teiste isikute intellektuaalomandi ega isikuandmete kaitse seadusest tulenevaid õigusi.
Tartus, 21.05.2013