Capillary electrophoresis tandem mass spectrometry to determine multiclass cyanotoxins in reservoir water and spinach samples

Abstract

Cyanotoxins constitute a group of toxic secondary metabolites, the presence of which in any water body poses a major health risk. Moreover, advanced organisms such as edible plants exposed to these toxins, are a possible pathway for human exposure. Green analytical chemistry is demanding environmentally friendly analytical techniques. In this sense, we propose the use of capillary electrophoresis coupled to tandem mass spectrometry (CE-MS/MS) to determine a mixture of eight cyanotoxins belonging to three different classes: cyclic peptides (microcystin-LR, microcystin-RR and nodularin), alkaloids (cylindrospermopsin and anatoxin-a) and three isomeric non-protein amino acids (β-methylamino-l-alanine, 2,4-diaminobutyric acid and N-(2-aminoethyl)glycine). Separation was achieved by using an acidic background electrolyte consisting of 2 M formic acid and 20% acetonitrile in water. Parameters affecting MS/MS detection and the sheath-liquid interface were also studied. Finally, a combination of pH-junction, field-amplified sample stacking (FASS) and acid barrage as online preconcentration strategies, was employed to improve sensitivity and efficiency. The online preconcentration applied, in combination with a dual cartridge solid-phase extraction (SPE) system, allows to obtain limits of detection in the very low range of µg·L−1 for these multiclass cyanotoxins in reservoir water samples (from 0.005 to 0.10 µg·L−1). Furthermore, for the first time cyanotoxins are analysed in spinach samples through CE-MS/MS using the same SPE procedure, following lyophilisation and solid-liquid extraction with 6 mL 80 % aqueous MeOH.

Las cianotoxinas constituyen un grupo de metabolitos secundarios tóxicos, cuya presencia en cualquier masa de agua supone un importante riesgo para la salud. Además, los organismos avanzados, como las plantas comestibles expuestas a estas toxinas, son una posible vía de exposición humana. La química analítica verde exige técnicas analíticas respetuosas con el medio ambiente. En este sentido, proponemos el uso de electroforesis capilar acoplada a espectrometría de masas en tándem (CE-MS/MS) para determinar una mezcla de ocho cianotoxinas pertenecientes a tres clases diferentes: péptidos cíclicos (microcistina-LR, microcistina-RR y nodularina), alcaloides (cilindrospermopsina y anatoxina-a) y tres aminoácidos isoméricos no proteicos (β-metilamino-l-alanina, ácido 2,4-diaminobutírico y N-(2-aminoetil)glicina). La separación se logró utilizando un electrolito ácido que consistía en ácido fórmico 2 M y acetonitrilo al 20 % en agua. También se estudiaron los parámetros que afectan la detección MS/MS. Finalmente, se empleó una combinación de unión de pH, preconcentración de muestras amplificada en campo (FASS) y bombardeo ácido como estrategias de preconcentración en línea para mejorar la sensibilidad y la eficiencia. La preconcentración en línea aplicada, en combinación con un sistema de extracción en fase sólida (SPE) de doble cartucho, permite obtener límites de detección en el rango de µg/L para estas cianotoxinas multiclase en muestras de agua de embalses (de 0,005 a 0,10 µg/L). Además, por primera vez se analizan las cianotoxinas en muestras de espinacas mediante CE-MS/MS utilizando el mismo procedimiento SPE, tras liofilización y extracción sólido-líquido con 6 ml de MeOH acuoso al 80 %.