Diferenciación y determinación de especies orgánicas (DMA y MMA) e inorgánicas de arsénico en algas Porphyra columbina y Durvillaea antarctica por HG-AAS para biomonitorización ambiental

Abstract

El arsénico es uno de los tóxicos ambientales más nocivo a la salud. La toxicidad del arsénico depende de su especie química y de su grado de oxidación. Las especies químicas del arsénico pueden clasificarse en dos grandes grupos: especies arsenicales inorgánicas y orgánicas. El arsenito [As (III)] y el arseniato [As (V)] son las dos especies inorgánicas mayoritarias presentes en el medio ambiente. Los efectos adversos del As en la salud humana han sido estudiados de forma casi exclusiva para el Asi, el cual está clasificado como cancerígeno humano (Grupo I) por la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC, 2002). Por su gran importancia como agente tóxico ambiental, es de gran interés conocer su incidencia sobre los seres vivos. Desde un punto de vista biológico-ambiental, la determinación de arsénico en algas es relevante, pues, las algas marinas pueden acumular metales en altas concentraciones en comparación con otros microorganismos o en el agua de mar, lo que los hace buenos monitores de contaminación en las aguas costeras. En el presente estudio se implementó un método analítico para la determinación de DMA, MMA y Asi en muestras de algas marinas mediante su extracción por SPE con la técnica de intercambio iónico utilizando una columna de amina cuaternaria (QAX) y acoplada a la técnica de detección de HG-AAS. Se agregó a la etapa de extracción un método de limpieza que permitió disminuir las interferencias durante la etapa de separación en la columna. Se utilizaron tres solventes de elución: H3BO3 (pH 4,5), CH3COOH (pH 3) y HNO3 (pH ‹1) que se agregaron a la columna en orden descendente de pH eluyendo separadamente las especies en el siguiente orden: DMA, MMA y Asi. Para la extracción de los tres analitos desde la matriz de algas, se utilizó la técnica de sonicación en baño de ultrasonido por cavitación acústica de las especies hacia el medio (H2O2 3% y HNO3 0,1 M) y posterior precipitación de las principales interferencias (mucopolisacáridos) en la columna QAX, con solvente de etanol, aplicando temperaturas inferiores a -10°C. Para DMA el LOD fue de 216 μg*kg-1 y LOQ de 717 μg*kg-1, para MMA el LOD fue de 94 μg*kg-1 y LOQ 313 μg*kg-1 y finalmente para Asi el LOD fue de 54 μg*kg-1 y LOQ de 178 μg*kg-1. La recuperación alcanzada para DMA cumplió con los criterios de aceptación de la AOAC (85,7-94, 3%) y para Asi (95,9 – 92,4%), en ambos casos con un tcalc menor al t crít. Para MMA el porcentaje de recuperación alcanzado en los tres niveles evaluados no cumplió con los criterios antes mencionados (80,4%, 75,2% y 68,1%) con un tcalc mayor que el tcrit, por lo tanto, el método implementado sólo fue aplicable para DMA y Asi de acuerdo con los criterios de validación evaluados. El método de análisis implementado y validado fue utilizado para analizar un total de veintiueve muestras de algas marinas. Diecinueve muestras analizadas en la localidad de Coronel (sector industrial de mayor riesgo de contaminación ambiental) y diez muestras en la localidad de Coliumo, Tomé (zona lejana a industrias). En el total de las muestras analizadas se encontró DMA con una concentración promedio de 1,89 mg*kg-1 en Coronel y 1,38 mg*kg-1 en Coliumo. Ninguna muestra presentó señal detectable para MMA. Para Asi se encontraron dos muestras de Porphyra columbina de la localidad de Coronel, con una concentración promedio de 0,28 mg*kg-1 y doce muestras (once muestras de Porphyra columbina y una muestra de Durvillaea antárctica) contenían concentraciones trazas superiores al LOD y menores al LOQ. En base a los criterios vigentes, las cantidades de arsénico inorgánico encontradas fueron elevadas pero no tendrían un efecto nocivo para la salud, sin embargo, no se puede asegurar cuáles serían los efectos sobre la exposición prolongada respecto del BMDL DMA, MMA y Asi, pues se requieren estudios más profundos que consideren también la influencia del estado nutricional de cada individuo. El método implementado y validado de SPE por columna QAX acoplado con una etapa de clean up y sistema de detección HG-AAS presentó un nuevo enfoque de especiación, y demostró ser adecuado para la cuantificación de Asi y DMA en muestras de algas marinas, utilizando una instrumentación económica y al alcance de muchos laboratorios de salud pública en Chile, para el control y vigilancia sanitaria ambiental

Arsenic is one of the most harmful environmental toxins to health. The toxicity of arsenic depends on its chemical species and its degree of oxidation. Arsenic chemical species can be classified into two large groups: inorganic and organic arsenical species. Arsenite [As (III)] and arsenate [As (V)] are the two major inorganic species present in the environment. The adverse effects of Arsenic on human health have been studied almost exclusively for inorganic As, which is classified as a human carcinogen (Group I) by the International Agency for Research on Cancer (IARC, 2002). Because of its great importance as an environmental toxic agent, it is of great interest to know its incidence of living beings. From a biological-environmental point of view, the determination of arsenic in algae is relevant, since seaweeds can accumulate metals in high concentrations compared to other microorganisms or in seawater, which makes them good pollution monitors in The coastal waters. In the present study, an analytical method for the determination of DMA, MMA and Asi in marine algae samples was implemented by SPE extraction with the ion exchange technique using a quaternary amine column (QAX) and coupled to the detection technique from HG-AAS. A cleaning method was added to the extraction stage that allowed reducing the interference during the column separation stage. three elution solvents were used: H3BO3 (pH 4.5), CH3COOH (pH 3) and HNO3 (pH ‹1) that were added to the column in descending order of pH, eluting the species separately in the following order: DMA, MMA and iAs. For the extraction of the three analytes from the algae matrix, the sonication technique was used in ultrasonic bath by acoustic cavitation of the species towards the medium (H2O2 3% and HNO3 0.1 M) and subsequent precipitation of the main interferences (mucopolysaccharides) in the QAX column, with ethanol solvent, applying temperatures below -10 ° C. For DMA the LOD was 216 μg*kg-1 and LOQ of 717 μg*kg-1, for MMA the LOD was 94 μg*kg-1 and LOQ 313 μg*kg-1 and finally for Thus the LOD was 54 μg*kg-1 and LOQ of 178 μg*kg-1.The recovery achieved for DMA met the AOAC acceptance criteria (85.7-94, 3%) and for Asi (95.9 - 92.4%), in both cases with a tcalc less than the critical rate. For MMA, the percentage of recovery reached in the three levels evaluated did not meet the aforementioned criteria (80.4%, 75.2%, and 68.1%) with a tcalc greater than the tcrit, therefore, the method implemented it was only applicable for DMA and Asi according to the validation criteria evaluated. The method of analysis implemented and validated was used to analyze a total of twenty nine samples of seaweed. Nine teen samples analyzed in the town of Coronel (industrial sector with the highest risk of environmental pollution) and ten samples in the town of Coliumo, Tomé (area far from industries). In the total of the samples analyzed, AMD was found with an average concentration of 1.89 mg*kg-1 in Coronel and 1.38 mg*kg-1 in Coliumo. No sample presented a detectable signal for MMA. For Asi, two samples of Porphyra columbina from the locality of Coronel were found, with an average concentration of 0.28 mg*kg-1, besides, twuelve samples were found to contain trace concentrations higher than the LOD and lower than the LOQ of Asi. Based on the current criteria, the amounts of inorganic arsenic found would not hurt health, however, the risks of the effects of prolonged exposure to the BMDL of DMA, MMA and Asi cannot be controlled, since deeper studies that also consider the influence of the nutritional status of each individual. The method implemented and validated SPE by QAX column coupled with a clean up stage and HG-AAS detection system introduced a new speciation approach, and proved to be suitable for the quantification of Asi and DMA in seaweed samples, using a economic instrumentation within the reach of many public health laboratories in Chile, for environmental health control and surveillance