Süt ve süt ürünlerinde pestisit analizi için deneysel tasarım uygulamaları
Experimental design applications for pesticide analysis in milk and milk products
Yazar: ÖZÜN GÖREL MANAV
Danışman: PROF. DR. GÜZİN ALPDOĞAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasında, süt ve süt ürünlerinde çoklu pestisit kalıntı analizi koşullarının iyileştirilmesi için deneysel tasarım uygulanmış ve ekstraksiyon veriminin en yüksek olduğu optimum çalışma koşulları belirlenerek bir analiz yöntemi geliştirilmiştir. Pestisit kalıntılarının analizleri Sıvı Kromatografisi Tandem Kütle Spektrometresi (LC-MS/MS) ve Gaz Kromatografisi Kütle Spektrometresi (GC-MS) cihazlarında gerçekleştirilmiştir. Tüm deneysel tasarım hesaplamaları ve yüzey cevap grafikleri Minitab 17 programı ile elde edilmiştir. Öncelikle optimum sıvı kromatografik analiz koşullarını belirleyebilmek için Box-Behnken deneysel tasarımı (3 seviyeli, 3 değişkenli, 15 deney) kullanılmıştır. Kromatografik analizde incelenen değişkenler ve seviyeleri hareketli faz A'nın başlangıç yüzdesi, % 30, % 40 ve % 50; hareketli fazın akış hızı, 0,1 mL/dk, 0,2 mL/dk ve 0,3 mL/dk ve hareketli fazda bulunan amonyum format derişimi, 0, 0,5 ve 1 mM olarak seçilmiştir. Optimizasyon sonucunda LC koşulları; hareketli faz A'nın başlangıç yüzdesi % 40,5, akış hızı 0,176 mL/dk ve amonyum format miktarı 0,575 mM olarak belirlenmiştir (α=0,05). Pestisit ekstraksiyonuna etki eden değişkenler ve bu değişkenler arasındaki etkileşimler Plackett-Burman tarama tasarımı (2 seviyeli, 11 değişkenli, 12 deney) ile belirlenmiştir. Tasarımda cevap olarak LC-MS/MS'te 156 adet pestisitin analizinden elde edilen ortalama geri kazanımlar kullanılmıştır. Bu çalışmanın sonucunda ekstraksiyon verimine etki eden en önemli değişkenler sodyum sülfat (Na2SO4), sodyum klorür (NaCl), sodyum asetat (NaAC) miktarları ve santrifüj süresi olarak belirlenmiştir (α=0,05). Ekstraksiyon aşamasında etkili olan değişkenlerin optimizasyonu için Box-Behnken deneysel tasarımı (3 seviyeli, 4 değişkenli, 27 deney) kullanılmıştır. Bu çalışmanın sonucunda optimum değerler sodyum sülfat (Na2SO4) miktarı için 6,03 g, sodyum klorür (NaCl) miktarı için 5,73 g, sodyum asetat (NaAc) miktarı için 4,21 g ve santrifüj süresi için de 5,5 dk olarak belirlenmiştir (α=0,05). Pestisit analizinin clean-up aşamasında diatome toprağı ve C18 karışımı kullanılmıştır. Elde edilen kromatogramlardan diatome toprağının C18 ile birlikte süt ve süt ürünlerinde kullanılabileceği gözlenmiştir. Bu çalışmaların sonucunda geliştirilen ekstraksiyon ve clean-up yöntemi GC-MS ile 25 adet pestisitin analizi için de uygulanmıştır. Her iki analitik yöntem için de doğrusallık, tanıma (LOD) ve tayin (LOQ) limitleri ve geri kazanım çalışmaları SANTE 11945/2015'e göre yapılmış olup peynir, yoğurt ve krema numuneleri için de elde edilen geri kazanımlar değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre süt ve süt ürünlerindeki çoklu pestisit kalıntılarının rutin analizleri için geliştirilen yöntemin uygun olduğu bulunmuştur. 

Anahtar Kelimeler: Anahtar Kelimeler: pestisit kalıntıları, LCMS/MS, dispersif katı faz ekstraksiyonu, Box-Behnken deney tasarımı, süt

Abstract:
In this thesis study, an application of experimental design was implemented to develop multiple pesticide residue analysis which is carried out by determining the optimum working conditions with high extraction efficiency in milk and dairy products. Analyzes of pesticide residues were performed in Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS) and Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC-MS). All experimental design calculations and surface response graphs were obtained with the Minitab 17 program. First, the experimental study was designed by applying the Box-Behnken method (3 levels, 3 variables, 15 experiments) in order to determine the optimum liquid chromatographic analysis conditions. Initial percentage of the mobile phase A (30%, 40% and 50%), flow rate of the mobile phase (0.1 mL/min, 0.2 mL/ min and 0.3 mL / min) and the concentration of ammonium formate (0, 0.5, 1 mM) were selected as variables in the chromatographic analysis. As a result of this optimization study, initial percentage of optimum mobile phase A was determined as 40.5 %, flow rate was 0.176 mL/min and the amount of ammonium formate was 0.575 mM (α = 0.05). The variables affecting pesticide extraction and the interactions between these variables were determined by the Plackett-Burman screening method (2 levels, 11 variables, 12 experiments). Average recoveries obtained by 156 pesticides analyzed in LC-MS/MS were used as a response in Plackett-Burman screening design.   As a result of this study, the most significant variables affecting the extraction yield were determined as the amounts of sodium sulfate (Na2SO4), sodium chloride (NaCl), sodium acetate (NaAc) and centrifugation time (α = 0,05). Optimization study of the significant variables on the extraction stage was carried out by using the Box Behnken experimental design (3 levels, 4 variables, 27 experiments). According to this study, optimum values for variables investigated were determined as 6.03 g for the amount of sodium sulfate (Na2SO4), 5.73 g for the amount of sodium chloride (NaCl), 4,21 g for the amount of sodium acetate (NaAc) and 5.5 min for centrifugation time (α = 0.05). Diatomaceous earth and C18 mixture were used for the clean-up phase of the pesticide analysis. From the obtained chromatograms, it was observed that diatomaceous earth could be used in milk and dairy products together with C18. The analytical method developed here was also tested for the analyses of 25 pesticides in GC-MS. Linearity, limit of determination (LOD), limit of quantification (LOQ)and recovery studies were performed in both analyical methods according to SANTE 11945/2015 directive and recovery values were also obtained for cheese, yoghurt and cream samples. In compliance with the obtained results, the validity of the developed analytical methods was demonstrated for multiple pesticide residue analysis and suitability of these methods shows that the both analytical methods could be used for routine analysis of pesticide residues in milk and dairy products.

Keyword: pesticide residues, LC-MS/MS, dispersive solid phase extraction, Box-Behnken experimental design, milk.