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„Nachweis von Pflanzenschutzmittelrückständen in ausgewählten Weinen mittels SPME-GC/MS“Arbeitsgruppe des Autors

Susanne Jaeger, Angelika Kraus und Wilhelm Lorenz

Einleitung

Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel (Pestizide) finden heute in der Landwirtschaft eine breite Anwendung und sind aus dieser nicht mehr wegzudenken. Allein in Deutschland sind etwa 226 verschiedene Wirkstoffe zugelassen. Pestizide werden unter anderem zur Schädlingskontrolle, Fäulnishemmung, zum Schutz vor Schimmelpilzen und zur Regulierung des Reifeprozesses eingesetzt. Mit ihrem Einsatz konnte der Ernteverlust weltweit auf ein Drittel gesenkt werden. Durch die Sicherung der Ernteerträge sind Pflanzenschutzmittel eine der wesentlichen Waffen gegen den Hunger. Im Weinbau werden Pflanzenschutzmittel vor allem zur Fäulnishemmung und gegen die Traubenmotte eingesetzt. Fungizide bringt man typischerweise kurz vor oder nach der Ernte auf. Bei Beachtung der Anwendungsvorschriften finden sich im fertigen Weinerzeugnis keine oder nur geringe Pestizidrückstände, deren Überwachung trotz fehlender gesetzlicher Grenzwerte von Interesse ist.

Lebensmittelüberwachung

Der Gesetzgeber hat für Pflanzenschutzmittelrückstände in den verschiedensten Lebensmitteln zulässige Grenzwerte festgelegt, deren Einhaltung von staatlichen Untersuchungsämtern überwacht wird. Die für den Menschen gesundheitlich unbedenkliche Schadstoffmenge wird in der Regel in den Rückstandshöchstmengenverordnungen (RhmV) bzw. multi residue limits (MRLs) zusammengefasst. Darin enthalten sind zwar Rückstandshöchstmengen für Tafeltrauben oder Keltertrauben, nicht aber für Pestizide im Wein. Lediglich die Schweiz hat bisher entsprechende Grenzwerte festgelegt.

Methoden zur Untersuchung von flüssigen Lebensmitteln (Wasser, Getränke)

Zur Analyse von Pflanzenschutzmitteln stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Hier sei vor allem die Gaschromatographie (GC) genannt, die gekoppelt mit einem leistungsfähigen Detektor wie dem Massenspektrometer (MS) zu den empfindlichsten Analysenverfahren zählt, welche heute in der modernen Rückstandsanalytik eingesetzt werden. Für die Anwendung eines GC/MS-Systems müssen die zu analysierenden Verbindungen unzersetzt im Injektor des GC verdampfbar sein. Die Proben können mit unterschiedlichen Methoden für die instrumentelle GC/MS-Bestimmung vorbereitet werden. Dabei muss eine Methode genutzt werden, welche die zu untersuchenden Substanzen selektiv und möglichst quantitativ von der in hohem Überschuss vorhandenen Matrix trennt und dabei aufkonzentriert.

Abbildung 1: Schema der Festphasenmikroextraktion (SPME)

Insbesondere die Flüssig-Flüssig-Extraktion (Liquid-liquid extraction, LLE) und die Festphasenextraktion (Solid-phase extraction, SPE) haben sich als Routinemethoden in analytischen Labors bewährt. Seit einigen Jahren wird auch die neu entwickelte Methode der Festphasenmikroextraktion (Abb. 1) (Solid-phase microextraction, SPME) genutzt. Das Extraktionsmittel kann hierbei ein hochviskoses Polymer oder Copolymer sein, welches auf eine Quarzglasfaser aufgebracht ist. Mit Hilfe einer spritzenähnlichen Halterung lässt sich diese Faser direkt in die Probe oder deren Dampfraum bringen. Dadurch können Extraktion, Konzentration, Fraktionierung und Isolierung der Analyten in einem einzigen Arbeitsgang zusammengefasst werden. Damit vereint die SPME die Vorteile der LLE und der SPE ohne deren störende Nachteile. Die SPME kommt ohne Lösungsmittel aus, ist kosten- und zeitsparend. Eine Faser kann ca. 100 Mal verwendet werden und eine Analyse einschließlich Chromatographie benötigt nur 1-2 Stunden. Seit ihrer Entwicklung Ende der 90iger Jahre findet die SPME großen Zuspruch und vielfältige Anwendung u. a. auch in der Lebensmittelanalytik. So konnten beispielsweise Methoden entwickelt werden, mit denen sich Aromastoffe in Käse, Wein und Spaghetti nachweisen lassen, des weiteren Antibiotika in Milch, Nitrosamine in Räucherschinken oder Phenole in Honig.

Tabelle 1:
• Fungizid
• log ko/w = 3,1
• Sdp. 136 °C
• LD50 oral [mg/kg Ratte]: ca. 3500

Erarbeitung einer Multimethode

Unter Einsatz der SPME wurde eine Analysenmethode zur gleichzeitigen Bestimmung von acht Pflanzenschutzmitteln in Weinproben erarbeitet. Die Pestizide Dimethoat, Vinclozolin, Procymidon, Methidathion, Omethoat, Fludioxonil und Iprodion (Tab. 1) wurden aufgrund ihrer festgestellten Nachweishäufigkeit in Weinen aus Ländern der europäischen Union und der jeweils relativ hohen Rückstandsmengen ausgewählt. Ein Schwerpunkt bei der Etablierung der Multimethode für den Routinebetrieb war die Optimierung des SPME-Verfahrens mit seinen verschiedenen beeinflussenden Faktoren wie Anreicherungszeit, Desorptionszeit, Faserbeschichtung und Eintauchtiefe der Faser im Injektor (Abb. 2). Des weiteren mussten die gaschromatographischen Bedingungen und die massenspektrometrischen Parameter optimiert werden.

Abbildung 2: Orientierungshilfe für die Auswahl der Faserbeschichtung anhand der Flüchtigkeit und Polarität der zu extrahierenden Verbindungen

Für die Anreicherung der Pestizide wurden zunächst drei Fasertypen (PA, PDMS, PDMS/ DVB) getestet und die Bestimmungen dann mit einer PA-Faser optimiert. Die Extraktion erfolgte jeweils aus 3 mL Probenvolumen dotiert mit entsprechenden Standardlösungen bei einer Rührgeschwindigkeit von 700 U/min. Die Desorption erfolgte 4 min bei 250 °C im Injektor des Gaschromatographen. Dimethoat konnte mit keiner Faser zufrieden stellend angereichert werden. Weiterhin wurden die Probenagitation (Magnetrührer), die Eintauchtiefe im GC (5,6 cm), die Desorptionszeit (4 min) sowie die Injektortemperatur (250 °C) optimiert. Die besten Bedingungen wurden in Klammern angegeben.

Instrumentelle Rückstandsanalytik

Die Etablierung einer Untersuchungsmethode besteht in der Optimierung eines SPME-Verfahrens, der chromatographischen Bedingungen und der massenspektrometrischen Parameter für die Untersuchung der ausgewählten Pestizidrückstände im Wein. Nach der Anreicherung der Wirkstoffe erfolgt die Stofftrennung auf einer 30 m langen Trennkapillare im Gaschromatographen (GC) (Abb. 3). Die im GC getrennten organischen Verbindungen werden im Hochvakuum des Massenspektometers (MS) in einer Ionenquelle in für jede Substanz charakteristische positive Ionen (Fragmente) zerlegt. Diese Ionen werden nach ihrem Masse/Ladungsverhältnis getrennt und im Detektor registriert. In einer typischen GC/MS-Methode werden für jede zu bestimmende organische Substanz eine oder mehrere charakteristische Molekülionen oder Fragmentionen detektiert (Tab. 2). Ein quantitatives Verfahren der Rückstandsbestimmung von Pestiziden in Wein ist aber erst nach Abschluss von umfangreichen Zusatzversuchen zur Kalibrierung des Gesamtverfahrens mit Hilfe von Original-Referenzsubstanzen etabliert. Die Ermittlung der analytischen Randbedingungen wie Nachweis-, Bestimmungsgrenzen und Wiederholbarkeit müssen immer wieder neu überprüft werden.

PestizidRetentionszeit [min]Target-Ion (100 %) [m/z]Qualifier-Ionen und relative Intensitäten [m/z]
Omethoat19,76156110 (85 %)80 (22 %)58 (14 %)
Dimethoat22,228793 (70 %)125 (54 %)229 (10 %)
Vinclozolin24,07212198 (87 %)124 (51 %)215 (44 %)
Procymidon26,51283285 (65 %)96 (160 %)67 (64 %)
Folpet26,69260130 (59 %)104 (83 %)297 (20 %)
Methidathion26,75145302 (3 %)85 (67 %)93 (18 %)
Fludioxonil27,42248154 (26 %)127 (30 %)182 (17 %)
Iprodion30,37314316 (69 %)188 (43 %)245 (22 %)
Tabelle 2: Retentionszeiten und Qualifier-Parameter für SIM-Messungen

Die Alterung der Fasern bereitet in der Routineanalytik einige Probleme bezüglich der Nachweisgrenzen und der Quantifizierung. Zur Kalibrierung der Methode empfiehlt sich die Einführung eines internen Standards, möglicherweise Folpet. Damit ließen sich die matrixbedingten Unterschiede zwischen Rot- und Weißweinen minimieren, die Alterung der Fasern vernachlässigen und die Quantifizierung gefundener Rückstände mit größerer Genauigkeit vornehmen. Zum Einsatz eines SPME-Autosamplers zur Durchführung der Messungen ist zu raten, da ein höherer Probendurchsatz mit geringeren Standardabweichungen erreicht werden könnte. Zur Frage der Anreicherung von Omethoat und Dimethoat müssten Derivatisierungen getestet werden oder die Matrixeigenschaften durch Salzzugabe so verändert werden, dass eine Extraktion mit einer Faser möglich ist.

Abbildung 3: GC/MS-Chromatogramm einer Weißweinprobe

Nachgewiesene Rückstände in ausgewählten Weinen

Es wurden 21 Rotweine, 3 Roséweine und 16 Weißweine aus verschiedenen Ländern untersucht. Gefunden wurden Rückstände von Vinclozolin, Procymidon, Fludioxonil und Iprodion (Abb.4). In 24 Weinen konnten zwei oder mehr Substanzen nachgewiesen werden. Der Wirkstoff Vinclozolin konnte nur einmal detektiert werden, Procymidon und Fludioxonil kamen in 52,5 % und Iprodion in 65 % der Weine vor.

Abbildung 4: Anzahl der Weine mit nachweisbaren Wirkstoffgehalten

Die höchsten Rückstandsmengen betrugen bei Procymidon 26 µg/L, bei Fludioxonil 38 µg/L und bei Iprodion 670 µg/L. Sie wurden insbesondere in ausländischen Weinen (USA, Chile, Australien) gefunden (Tab. 3). In drei Weinen konnten keine Rückstände nachgewiesen werden. Damit bestätigen diese Ergebnisse vergleichbare Untersuchungen anderer Laboratorien. Hohe Rückstandsgehalte in Weinen belegen Defizite bei der Wirkstoffanwendung im Weinbau, insbesondere die Nichtbeachtung der Anweisungen der Pestizidhersteller.

Rückstandsmenge
[µg/L]
Anzahl Proben
gesamt
Anteil Proben
Deutschland
< 103920 (51 %)
10 - 1001911 (58 %)
> 10051 (20%)
Tabelle3: Rückstandsmengen in Weinen nach Herkunft


Kontakt:
  • Susanne Jaeger
    Angelika Kraus
    Wilhelm Lorenz

    Martin-Luther-Universität
    Halle-Wittenberg
    Institut für Lebensmittelchemie und Umweltchemie
    Arbeitskreis Prof. Dr. Wilhelm Lorenz
    Kurt-Mothes-Str. 2
    06120 Halle (Saale)
    E-Mail: wilhelm.lorenz@chemie.uni-halle.de