Come si analizzano i pesticidi nell’acqua (GC-MS e LC-MS)

Questa pagina fa parte dei metodi analitici per l’acqua impiegati da un laboratorio accreditato e approfondisce, dal punto di vista strumentale, le due tecniche che rendono possibile misurare i pesticidi in acqua a livello di tracce: la gascromatografia abbinata a spettrometria di massa (GC-MS) e la cromatografia liquida abbinata a spettrometria di massa (LC-MS). Chi cerca invece come si richiede l’analisi, come si organizza il prelievo o come si legge il referto trova il percorso operativo nella pagina analisi pesticidi nell’acqua: metodo e costo; qui l’obiettivo è spiegare perché servono due tecniche diverse e non una sola, e cosa succede davvero al campione una volta arrivato in laboratorio.

In breve

• I pesticidi si analizzano con due tecniche complementari: GC-MS (gascromatografia - spettrometria di massa) e LC-MS o LC-MS/MS (cromatografia liquida - spettrometria di massa).
• La scelta tra le due dipende dalle proprietà chimico-fisiche del principio attivo: volatilità e stabilità termica orientano verso GC-MS, polarità e termolabilità verso LC-MS.
• Entrambe le tecniche prevedono una separazione cromatografica seguita da un’identificazione per massa, che distingue e quantifica ogni composto singolarmente.
• Prima dell’iniezione il campione richiede una preparazione dedicata, con estrazione e purificazione, per concentrare i principi attivi ed eliminare interferenze.
• Si usano spesso standard interni, in molti casi marcati isotopicamente, per correggere perdite di preparazione e variazioni strumentali.
• Un pannello analitico completo combina i due metodi, assegnando ogni principio attivo alla tecnica più adatta alla sua natura chimica.
• Un valore "sotto il limite di quantificazione" non equivale ad assenza certa del composto: è un concetto tecnico da leggere correttamente sul referto.
• L’affidabilità del dato dipende da controlli di qualità sistematici, elemento verificato dall’accreditamento del laboratorio.

Perché servono due tecniche, non una sola

In sintesi: i pesticidi non sono una famiglia chimica omogenea, per questo un unico strumento non basta a misurarli tutti. Alcuni principi attivi sono volatili e stabili al calore e si prestano alla gascromatografia (GC-MS); altri sono polari, poco volatili o si degradano se riscaldati, e richiedono la cromatografia liquida (LC-MS). Un laboratorio che voglia coprire un elenco ampio di sostanze deve quindi impiegare entrambe le tecniche.

Questa distinzione differenzia l’analisi pesticidi da altre ricerche di microinquinanti organici basate su un’unica tecnica di riferimento: nel caso dei PFAS, ad esempio, la cromatografia liquida LC-MS/MS è sufficiente per l’intera famiglia di composti. I pesticidi, al contrario, comprendono centinaia di principi attivi con strutture chimiche molto diverse tra loro (organofosforici, triazine, carbammati, piretroidi e molte altre classi), il che rende necessario un approccio a due tecniche per ottenere un pannello analitico realmente rappresentativo.

Come funziona la gascromatografia con spettrometria di massa (GC-MS)

In sintesi: nella GC-MS il campione preparato viene vaporizzato e i composti volatili vengono separati in una colonna capillare in base al loro punto di ebollizione e alla loro affinità con la fase stazionaria della colonna, per poi essere identificati da uno spettrometro di massa che ne misura il rapporto massa/carica.

Il campione, dopo l’estrazione, viene iniettato in un iniettore riscaldato che lo vaporizza istantaneamente. Il vapore viene trasportato da un gas inerte (in genere elio o idrogeno) attraverso una colonna capillare molto lunga e sottile, dove ogni composto si sposta a una velocità diversa in base alle proprie caratteristiche chimiche, uscendo dalla colonna in tempi differenti (il tempo di ritenzione). All’uscita della colonna, lo spettrometro di massa frammenta ogni molecola e ne misura la massa dei frammenti, generando uno "spettro" caratteristico che permette di identificare con certezza il composto, oltre a quantificarlo confrontando l’intensità del segnale con una curva di taratura.

La GC-MS è la tecnica di riferimento per i principi attivi organoclorurati, organofosforici e per molti erbicidi e insetticidi stabili al calore e sufficientemente volatili da poter essere vaporizzati senza degradarsi.

Come funziona la cromatografia liquida con spettrometria di massa (LC-MS)

In sintesi: nella LC-MS il campione, senza bisogno di vaporizzazione, viene iniettato in un flusso di solventi liquidi che lo trasporta attraverso una colonna cromatografica; i composti si separano in base alla loro polarità e vengono poi identificati da uno spettrometro di massa, spesso in configurazione tandem (LC-MS/MS) per una specificità ancora maggiore.

A differenza della GC-MS, la LC-MS non richiede che il composto sia volatile né stabile al calore: per questo è la tecnica indicata per i principi attivi polari, per alcuni carbammati, per diverse triazine e per i metaboliti di degradazione dei pesticidi, molecole spesso più solubili in acqua rispetto al composto di origine e quindi rilevanti per la matrice acquosa. Nella configurazione tandem, un primo analizzatore di massa seleziona uno ione precursore caratteristico del composto, una cella di collisione lo frammenta, un secondo analizzatore misura i frammenti prodotti: la combinazione precursore-frammento è specifica per ogni principio attivo e consente un riconoscimento affidabile anche in tracce.

Caratteristica	GC-MS	LC-MS (o LC-MS/MS)
Stato del campione richiesto	Vaporizzabile senza degradarsi	Non serve vaporizzazione
Composti tipicamente adatti	Organoclorurati, organofosforici, molti insetticidi volatili	Carbammati, triazine, composti polari, metaboliti di degradazione
Fase di separazione	Colonna capillare, gas di trasporto inerte	Colonna liquida, solventi come fase mobile
Identificazione	Spettrometria di massa su frammenti ionici	Spettrometria di massa, spesso tandem (MS/MS)

La preparazione del campione: estrazione e purificazione

In breve: prima dell’iniezione in GC-MS o LC-MS, il campione d’acqua viene sottoposto a estrazione e purificazione, quasi sempre in fase solida o con estrazione liquido-liquido, per concentrare i principi attivi presenti in tracce ed eliminare sostanze che potrebbero interferire con la misura.

I pesticidi sono ricercati a concentrazioni molto basse, spesso nell’ordine dei microgrammi o addirittura dei nanogrammi per litro. Iniettare l’acqua tal quale nello strumento non basterebbe a ottenere un segnale misurabile: serve quindi una fase di preparazione che "concentri" i composti cercati, tipicamente facendo passare il campione attraverso una cartuccia con materiale adsorbente (estrazione in fase solida) che trattiene i principi attivi, poi rilasciati con un solvente specifico. Questa fase è delicata quanto l’analisi strumentale vera e propria: un’estrazione incompleta o una purificazione insufficiente possono alterare il risultato, sia in difetto sia in eccesso.

Per correggere eventuali perdite durante questa fase, molti laboratori aggiungono al campione, prima della preparazione, standard interni a concentrazione nota, spesso marcati isotopicamente: misurando quanto di questo standard viene effettivamente recuperato al termine del processo, lo strumento può correggere matematicamente il dato del composto naturale corrispondente, rendendo la quantificazione più accurata.

Esempio pratico. Un laboratorio riceve un campione d’acqua di pozzo, prelevato secondo le indicazioni per il campionamento per pesticidi, per un’indagine mirata su un elenco di principi attivi coerenti con le colture della zona. In laboratorio il campione viene arricchito con standard interni, quindi sottoposto a estrazione in fase solida per concentrare i composti ed eliminare interferenze. L’estratto viene suddiviso: la quota di principi attivi volatili e stabili al calore viene analizzata in GC-MS, mentre la quota di composti polari e i relativi metaboliti vengono analizzati in LC-MS/MS. Il laboratorio verifica che i controlli di qualità della sessione analitica rientrino nei criteri previsti, poi riporta nel referto ogni composto con la relativa concentrazione, il limite di quantificazione e il parametro aggregato "Pesticidi totali", confrontato con il valore del D.Lgs. 18/2023.

Dal singolo composto ai parametri aggregati del referto

Il metodo, in entrambe le sue varianti GC-MS e LC-MS, misura ogni principio attivo singolarmente; è poi il referto a organizzare questi dati anche nel parametro aggregato "Pesticidi totali" previsto dal D.Lgs. 18/2023, ottenuto sommando i valori dei principi attivi rilevati sopra il limite di quantificazione. La logica di questo indicatore, insieme alla differenza rispetto al singolo valore di parametro per ciascun pesticida, è spiegata nella scheda pesticidi nell’acqua: cos’è, valori limite e rischi.

Un aspetto spesso frainteso riguarda i valori riportati come "inferiore al limite di quantificazione": non significano che il composto sia certamente assente dall’acqua, ma che la sua eventuale presenza è sotto la soglia che il metodo, in quelle condizioni, è in grado di misurare con affidabilità. Per l’interpretazione pratica del referto, comprese le implicazioni di questo dettaglio tecnico, la pagina di riferimento resta analisi pesticidi nell’acqua: metodo e costo.

Perché conta l’accreditamento del laboratorio

L’affidabilità di un dato ottenuto in GC-MS o LC-MS non dipende solo dalla sofisticazione dello strumento, ma dal sistema di controllo qualità che accompagna ogni sessione analitica: bianchi analitici per escludere contaminazioni, standard di verifica periodici, uso sistematico di standard interni, partecipazione a circuiti di confronto tra laboratori. L’accreditamento secondo la norma di riferimento per i laboratori di prova, rilasciato in Italia da ente di accreditamento, attesta che questi controlli sono applicati in modo sistematico e documentato per le prove incluse nello scopo di accreditamento, un elemento particolarmente rilevante per un parametro di interesse sanitario come i pesticidi.

In sintesi

La combinazione di GC-MS e LC-MS è ciò che rende possibile distinguere e quantificare centinaia di principi attivi fitosanitari chimicamente diversi tra loro, dai più volatili ai più polari, anche a concentrazioni molto basse. Per capire il quadro generale sui pesticidi, dalla loro origine ai valori limite, la guida di riferimento resta pesticidi nell’acqua: cos’è, valori limite e rischi; per orientarsi tra tutte le tecniche impiegate da un laboratorio accreditato, il punto di partenza è l’hub metodi analitici per l’acqua. Se vuoi passare dalla teoria alla pratica, la pagina analisi pesticidi nell’acqua: metodo e costo spiega come costruire correttamente la richiesta e come organizzare il campionamento; per approfondire il quadro normativo, la guida di riferimento è normativa acqua potabile in Italia (D.Lgs. 18/2023). Per attivare un controllo sul tuo caso specifico puoi richiedere un’analisi indicando fonte d’acqua, uso e finalità del controllo.