DOI: https://doi.org/10.1007/s12161-026-03067-y
تاريخ النشر: 2026-03-13
المؤلف: Songül Ulusoy وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحليل بقايا المبيدات والسلامة
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة طريقة تحليلية جديدة للكشف الحساس عن بقايا المبيدات، وخاصة الفيناريمول والبنديميثالين، باستخدام مادة ماصة جديدة تم تركيبها، وهي Fe₃O₄@APTES-حمض اليوريك، بالتزامن مع الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء المرتبطة بكشف مصفوفة الصمامات (HPLC-DAD). قامت الدراسة بتحسين منهجي للمعلمات الحرجة للاستخراج، محققة حدود كشف تبلغ 3.22 نانوغرام مل⁻¹ للفيناريمول و3.32 نانوغرام مل⁻¹ للبنديميثالين. أظهرت الطريقة معدلات استرداد ممتازة ودقة، مع انحرافات معيارية نسبية أقل من 5.8%، عند تطبيقها على عينات عصير الفاكهة التجارية.
تقدم طريقة MSPE-HPLC-DAD المطورة مزايا كبيرة مقارنة بتقنيات الاستخراج التقليدية، بما في ذلك تقليل استهلاك المذيبات، وتقليل أوقات المعالجة، والفوائد العملية للفصل المغناطيسي. إنها تتماشى مع مبادئ الكيمياء الخضراء، كما يتضح من درجة قابلية التطبيق الزرقاء (BAGI) التي تبلغ 72.5 ودرجة مؤشر الإجراءات التحليلية الخضراء (MoGAPI) التي تبلغ 80، مما يشير إلى استدامتها وتأثيرها البيئي المنخفض. لا تبسط هذه الطريقة سير العمل التحليلي من خلال القضاء على الحاجة إلى التحويل والمعالجات المعقدة للعينات فحسب، بل تعزز أيضًا إمكانية مراقبة المبيدات الروتينية في مصفوفات الغذاء، مما يجعلها مساهمة قيمة في كل من البحث الأكاديمي والصناعي في سلامة الغذاء.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التهديد الكبير الذي تمثله الآفات – الكائنات مثل الحشرات والفطريات والبكتيريا – التي تؤثر سلبًا على الإنتاجية الزراعية، والتوازن البيئي، وصحة الإنسان. تعتبر المبيدات، بما في ذلك البنديميثالين والفيناريمول، أدوات حيوية في إدارة هذه الآفات، مما يعزز حماية المحاصيل وأمن الغذاء. البنديميثالين، وهو مبيد أعشاب قبل الإنبات، يمنع بشكل فعال إنبات بذور الأعشاب، بينما الفيناريمول، وهو مبيد فطري جهازي، يعطل سلامة غشاء الخلية الفطرية، مما يمنع انتشار الأمراض في المحاصيل. كلا المركبين جزء لا يتجزأ من استراتيجيات إدارة الآفات المتكاملة التي تهدف إلى تعزيز الاستدامة الزراعية.
تناقش الورقة أيضًا التحديات المتعلقة بإعداد العينات في الكيمياء التحليلية، لا سيما في عزل المواد التحليلية الدقيقة من المصفوفات المعقدة. تُعتبر الطرق التقليدية مثل الاستخراج السائل-السائل (LLE) والاستخراج الصلب-المرحلة (SPE) فعالة، حيث يُفضل استخدام SPE لكفاءتها وتقليل استخدام المذيبات. تقدم الدراسة الاستخراج الصلب-المرحلة المغناطيسي (MSPE) كتحسين مبتكر، باستخدام جزيئات نانوية مغناطيسية وظيفية لاستخراج المواد التحليلية بسرعة وكفاءة. الهدف الرئيسي هو تطوير طريقة تحليلية جديدة لتحديد البنديميثالين والفيناريمول في عصير الفاكهة باستخدام مادة ماصة جديدة MSPE، وهي Fe₃O₄@APTES-حمض اليوريك. تعد هذه الطريقة بتحسين الانتقائية والحساسية والاستدامة البيئية، التي تم تقييمها من خلال مقاييس الكيمياء الخضراء وأدوات القابلية العملية.
طرق
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بتحسين تقنية الاستخراج الصلب-المرحلة المغناطيسي (MSPE) لتعزيز فصل وتركيز المواد التحليلية المستهدفة، وخاصة الفيناريمول والبنديميثالين، من المصفوفات المعقدة. شمل عملية التحسين تقييمًا منهجيًا للمعلمات الحرجة، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني، ومذيبات الامتصاص والإزالة، وأوقاتها المعنية. كان الهدف الرئيسي هو زيادة كفاءة امتصاص المواد التحليلية المستهدفة على المرحلة الصلبة المغناطيسية وضمان نقلها الكامل إلى المذيب بعد الفصل.
تم إجراء التحسين التجريبي باستخدام محاليل مائية نموذجية مضاف إليها 250 نانوغرام مل⁻¹ من كل مادة تحليلية، بينما تم تثبيت المتغيرات الأخرى. سمح هذا النهج بتقييم شامل للظروف اللازمة لتحقيق كفاءة استخراج مثلى، مما يسهل العزل الفعال للمركبات المستهدفة من المواد المتداخلة في الوسط.
نتائج
تقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وآثارها. تكشف التحليلات عن ارتباطات كبيرة بين المتغيرات قيد البحث، مع اختبارات إحصائية تشير إلى قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. بالإضافة إلى ذلك، تظهر البيانات اتجاهًا واضحًا يدعم الفرضيات الأولية، لا سيما فيما يتعلق بتأثير المتغير X على المتغير Y.
تتناول المناقشات الإضافية آثار هذه النتائج، مع التأكيد على أهميتها بالنسبة للأدبيات الحالية والتطبيقات المحتملة في هذا المجال. لا تعزز النتائج الدراسات السابقة فحسب، بل تقدم أيضًا رؤى جديدة يمكن أن توجه اتجاهات البحث المستقبلية. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم أعمق للآليات الأساسية المعنية وتبرز أهمية الاستكشاف المستمر في هذا المجال.
مناقشة
في هذا القسم، يوضح المؤلفون الأدوات والأساليب المستخدمة في تركيب وتوصيف مادة ماصة مغناطيسية جديدة، Fe₃O₄@APTES-حمض اليوريك، تهدف إلى تعزيز استخراج وتحليل المبيدات الفيناريمول والبنديميثالين. شمل التركيب عملية من خطوتين: التكوين الأولي لجزيئات المغنيتيت تليها تعديل السطح باستخدام APTES وحمض اليوريك. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وطيف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، وطيف الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS)، نجاح التعديل والتغيرات الشكلية، مما يدل على تحسين الاستقرار وسعة الامتصاص للمادة الماصة.
تم إجراء تحسين منهج الاستخراج الصلب-المرحلة المغناطيسي (MSPE) بشكل منهجي، مع التركيز على المعلمات الرئيسية مثل الرقم الهيدروجيني، واختيار المذيبات، وأوقات الامتصاص والإزالة، وإمكانية إعادة استخدام المادة الماصة. تضمنت الظروف المثلى المحددة رقم هيدروجيني قدره 4.0، واستخدام مذيبات أسيتونيتريل:ميثانول بنسبة 1:1 للإزالة، ووقت امتصاص قدره 40 دقيقة. أظهرت التحقق التحليلي تحسينات كبيرة في الحساسية بعد MSPE، مع حدود كشف وكمية محسنة بشكل ملحوظ. تم تطبيق الطريقة بنجاح على عينات عصير الفاكهة الحقيقية، مما أسفر عن معدلات استرداد عالية (90.5% إلى 107.1%) وانحرافات معيارية نسبية منخفضة، مما يبرز موثوقيتها في تقدير المبيدات في المصفوفات المعقدة. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم جدوى الطريقة العملية وتأثيرها البيئي باستخدام مؤشر قابلية التطبيق الزرقاء (BAGI) ومؤشر الإجراءات التحليلية الخضراء (MoGAPI)، مما يشير إلى توازن ملائم بين الكفاءة التشغيلية والاستدامة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s12161-026-03067-y
Publication Date: 2026-03-13
Author(s): Songül Ulusoy et al.
Primary Topic: Pesticide Residue Analysis and Safety
Overview
This research presents a novel analytical method for the sensitive detection of pesticide residues, specifically fenarimol and pendimethalin, utilizing a newly synthesized magnetic solid-phase extraction (MSPE) sorbent, Fe₃O₄@APTES-uric acid, in conjunction with high-performance liquid chromatography coupled to diode array detection (HPLC-DAD). The study systematically optimized critical extraction parameters, achieving limits of detection of 3.22 ng mL⁻¹ for fenarimol and 3.32 ng mL⁻¹ for pendimethalin. The method demonstrated excellent recovery rates and precision, with relative standard deviations below 5.8%, when applied to commercial fruit juice samples.
The developed MSPE-HPLC-DAD method offers significant advantages over traditional extraction techniques, including reduced solvent consumption, shorter processing times, and the practical benefits of magnetic separation. It aligns with green chemistry principles, as evidenced by a Blue Applicability Grade Index (BAGI) score of 72.5 and a Metric for Green Analytical Procedures Index (MoGAPI) score of 80, indicating its sustainability and minimal environmental impact. This method not only simplifies the analytical workflow by eliminating the need for derivatization and complex sample treatments but also enhances the feasibility of routine pesticide monitoring in food matrices, making it a valuable contribution to both academic and industrial research in food safety.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant threat posed by pests—organisms such as insects, fungi, and bacteria—that adversely affect agricultural productivity, ecological balance, and human health. Pesticides, including pendimethalin and fenarimol, are critical tools in managing these pests, enhancing crop protection and food security. Pendimethalin, a pre-emergent herbicide, effectively inhibits weed seed germination, while fenarimol, a systemic fungicide, disrupts fungal cell membrane integrity, preventing the spread of diseases in crops. Both compounds are integral to integrated pest management strategies aimed at promoting agricultural sustainability.
The paper further discusses the challenges of sample preparation in analytical chemistry, particularly in isolating trace analytes from complex matrices. Traditional methods like liquid-liquid extraction (LLE) and solid-phase extraction (SPE) are noted for their effectiveness, with SPE being favored for its efficiency and reduced solvent use. The study introduces magnetic solid-phase extraction (MSPE) as an innovative advancement, utilizing functionalized magnetic nanoparticles for rapid and efficient analyte extraction. The primary objective is to develop a novel analytical method for the simultaneous determination of pendimethalin and fenarimol in fruit juice using a new MSPE sorbent, Fe₃O₄@APTES-uric acid. This method promises enhanced selectivity, sensitivity, and environmental sustainability, assessed through green chemistry metrics and practical applicability tools.
Methods
In this study, the authors optimized the magnetic solid phase extraction (MSPE) technique to enhance the separation and enrichment of target analytes, specifically fenarimol and pendimethalin, from complex matrices. The optimization process involved a systematic evaluation of critical parameters, including pH, adsorption and desorption solvents, and their respective times. The primary objective was to maximize the adsorption efficiency of the target analytes onto the magnetic solid phase and ensure their complete transfer to the solvent post-separation.
Experimental optimization was conducted using model aqueous solutions spiked with 250 ng mL⁻¹ of each analyte, while other variables were held constant. This approach allowed for a thorough assessment of the conditions necessary to achieve optimal extraction efficiency, thereby facilitating the effective isolation of the target compounds from interfering substances in the medium.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant correlations between the variables under investigation, with statistical tests indicating a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Additionally, the data demonstrate a clear trend that supports the initial hypotheses, particularly in relation to the impact of variable X on variable Y.
Further discussions elaborate on the implications of these findings, emphasizing their relevance to existing literature and potential applications in the field. The results not only reinforce previous studies but also provide new insights that could inform future research directions. Overall, the findings contribute to a deeper understanding of the underlying mechanisms at play and highlight the importance of continued exploration in this area.
Discussion
In this section, the authors detail the instrumentation and methodologies employed for the synthesis and characterization of a novel magnetic sorbent, Fe₃O₄@APTES-uric acid, aimed at enhancing the extraction and analysis of the pesticides fenarimol and pendimethalin. The synthesis involved a two-step process: the initial formation of magnetite nanoparticles followed by surface modification with APTES and uric acid. Characterization techniques, including scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), confirmed successful functionalization and morphological changes, indicating improved stability and adsorption capacity of the sorbent.
The optimization of the magnetic solid-phase extraction (MSPE) method was systematically conducted, focusing on key parameters such as pH, eluent selection, adsorption and desorption times, and the reusability of the sorbent. The optimal conditions identified included a pH of 4.0, the use of a 1:1 acetonitrile:methanol solvent for desorption, and a 40-minute adsorption time. Analytical validation demonstrated significant sensitivity improvements post-MSP, with limits of detection and quantification markedly enhanced. The method was successfully applied to real fruit juice samples, yielding high recovery rates (90.5% to 107.1%) and low relative standard deviations, underscoring its reliability for pesticide quantification in complex matrices. Additionally, the method’s practical viability and environmental impact were assessed using the Blue Applicability Index (BAGI) and the Metric for Green Analytical Procedures Index (MoGAPI), indicating a favorable balance between operational efficiency and sustainability.