Approachestoanalysisofunusualandchallengingformulationsamples

WhatandWhy

• What makes a sample unusual or challenging?• Matrices? • Sub‐sampling & representative test portions• Chromatography?• Titrations‐ end‐point interference?• Unknowns and new active ingredients

Typesofchallengingsamples

Matrix Chromatographyor

Analysis

New activesor

Unknown

Unusual samples

ChallengingMatricesSOLIDS LIQUIDS Mousse or foam Aerosols Collars Shampoos Creams or gels Wipes on a roll Baits (wax or food based) Large tablets Dusts Foggers Non-uniform mixtures

ApproachestosamplingHowtoobtainarepresentativetestportion

• Always read the product label carefully• Take container size into account• Use tools• Reduce sample size if necessary• Sample the entire product if necessary• Make sure that you have plenty!

Samplingliquids>2.5gallons• Mix sample for at least 10 minutes

‐Motor driven rod & flange‐Magnetic stir plate & rod‐Rolling techniques

• Remove a sub‐sample while mixing‐tubing & syringe‐center of container

• Transfer to a storage jar with Teflon‐lined lid‐Inspect for floaters‐Is it a uniform sample?

Samplingliquids<2.5gallons

• Equilibrate to room temperature• Mix by inversion 20 times• Withdraw test portion from center of sample with a disposable pipette

• Use long‐form pipettes for 1 gallon containers• Rinse neck of flask with extraction solvent• For non‐homogeneous samples take at least 3 sample weights

Samplingaerosols• Read the label

Matrix information on internetClues about propellantSingle‐phase or multi‐phase

• Three units from the same lot number1‐ Off‐the‐Top2‐ Total exhaust3‐ Split sample for registrant

• Determine % propellantTotal exhaust, single‐phase only

• Expect to do more than once!

Aerosoltesting• 1st can‐‐ Off the top sampling• 2nd can‐‐ Total exhaust sampling• 3rd can– Split to registrant

Compressedairpropellant

CarpetSpray

AerosolSampling

• Remember to read the label!

Samplingwipesonaroll

• Ask the registrant for their method• Do not include towel weight‐Weigh the sheets wet‐Extract multiple sheets‐Allow sheets to dry‐Subtract weight of dry sheet from                sample weight

• Take sheets from various parts of the roll

• Consider active that may be bound to the towel

Representativesub‐sample?

• Start of roll• Middle of roll• End of roll• Liquid content

Samplingshampoos,gels&creams• Treat like a solidErlenmeyer, not volumetric flask

• Choose your solvent carefullyTHF is your secret weapon!Mixtures of solvents may be necessary

• Increase extraction timesUse a wrist‐action shakerUse bath or probe sonication to disperse

• Filter before chromatographyGlass fiber, nylon

• Lower the target concentration‐ use a curve

Shampoo

Insecticidemousse

Samplingsolidproducts

• Flowable

1‐Beads2‐Baits3‐Granules4‐Grains5‐Pellets6‐Feeds7‐Fertilizers

• Non‐flowable

1‐Low densityDusts / powders

2‐Baits3‐Bar soap4‐Collars, tags & strips5‐Creams, gels & mousse6‐Tablets

FOGGER

FOGGERINSTRUCTIONS

Subdivisionofsolidflowableproducts• 10lb‐50lb bag sizeCannot be mixedSlotted trier probe10 probes, diagonally across bag = sub‐sample

• <10lb bag & sub‐samples of larger productsSpinning or gated rifflerRandom selection of 3 portionsMix by tumble & roll

ToolsforSubdivision

• Open golf tubeDusts and powdersSeal with parafilm

• Slotted trierInsert slot side DOWNTurn 180° & removePour into container

Subdivisionofnon‐flowableproducts

• Cut into pieces, random selection for test portionCollars, tags & strips

• 10 plugs of cork borer, random selection for test portionWax bait, bar soap, soft tablet

• Grind with pestle & mortarSmall tablets, pellets

• Open golf tube for dustsTake multiple sample weights

• Hammer & plastic bag (low tech!)Large tablets

Particlesizereduction

• Especially useful for non‐uniform mixtures• Do the minimum required‐ analyte stability• Oster food mill• Stein mill• Analytical mill (Retsch ZM1000)5mm pre‐grind, 0.75mm analytical screen

• Freeze samples with high fat or moisture content

OsterFoodMill

• Good sample cup size• Cups ‐disposable orre‐usable

• Continuous or pulse speed settings

SteinFoodMill

• Very heavy duty• Metal sample cup• Multiple speed settings

Samplingofbaits• Variety of matricesGrain & / or grain in waxPeanut butter

• Grain based:‐Individual packets ‐ use random, multiple packetsLoose  ‐ split the sampleRequire grinding ‐may be high moisture / high fat

• Grain in wax:‐Blocks or tablets ‐ use random, multiple blocks Require grinding ‐ wax can clog

• Peanut butter:‐Extract whole product in hot solvent & filterGet more than 1 packet from same lot

Exhaustiveextraction

• Soxtherm automated extraction system• Sample is heated in solvent• Solvent is re‐circulated for optimal extraction• Allows use of larger volumes• Automatic solvent reduction• Great for: Collars, tags & strips (plastic)

Wax baits, gels & creams• Caution: analyte stability may be an issue

Soxtherm

• Exhaustive extraction• Fully automated• Programmable• Solvent recovery• Solvent reduction• Reproducible• 0‐300°C

ProblemAnalyses• Incompatible matrix and extraction solvent• Dirty solvent front (GC)• Co‐chromatography• Interference• Concentration effects‐multiple actives

Quickfixesforpoorchromatography

• Change extraction solvent• Reduce target concentration‐Adjust curve accordingly

• Split injection (narrow bore vs. megabore)• Change columnDB‐225 is a good alternate for a DB‐1 or DB‐5

• Adjust mobile phasePolarity, flow rate, use a gradient

• Adjust inlet or column temperatureUse a gradient

Shampoo

Choosingagoodextractionsolvent

• Consult “The Pesticide Manual” for information on solubility

• Consult the method (especially for LC)• Select 4‐5 different solvents Try mixtures of acetone & THF, methanol & H2O

• Set up a series of disposable test tubes• Add several mLs of solvent to each tube• Add several drops of product to each tube

Problemswithtitrations• Quaternary ammonium compounds by chloride equivalentCoulometric titrations using silver electrodes

• Some products foul the electrodesBlack tarnishing‐Clean electrodes with silver polish & repeat with fresh reagents

• Switch to testing by quaternary nitrogen equivalentTwo‐phase titration with bromophenol‐blue indicator

End‐pointinterference• Colorimetric titration for quaternary nitrogenUpper phase changes from white to violet

• Quats & HClWe only test for HCl

• Quats & H3PO4Neutralize acid with 1.0N NaOH before titration

• Strong dyes give premature end pointsWe have no way to get around this

• Cream cleansers do not extract wellAbrasive component of matrix needs to be removed

AbrasivecleanserswithChlorinol

• A.I.=Na dichloro‐s‐trazinetrione• Potentiometric titration of available chlorine

• Sample dissolved in potassium iodide and acidified with sulfuric

• Acid  erupt & foamall over the bench top!

• Registrant method: acetic instead of sulfuric and a few mLs of butanol to stop the foaming

Non‐uniformsolid

NewActivesorunknowns• Trends in pesticide use• Targeting by pesticide program• Increase capability• Incidents or cases

Tips…

• Read all product labels carefully• Spend time planning your experiment• Preliminary testing is a good thing• Document preliminary tests• Contact registrants for finished product methods• Ask company tech folks for help• Get to know your investigators/inspectors• Find out about your program