Microextracción de hormonas desde aguas residuales utilizando corcho laminar como fase sorbente y su determinación por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas

Abstract

Las sustancias en el ambiente que no están normadas, pero tienen el potencial de causar daño a la salud o el ambiente aun en muy bajas concentraciones, han sido denominadas contaminantes emergentes. Algunas de estas sustancias han sido clasificadas como disruptores endocrinos (EDCs) que son agentes que interfieren con la producción, liberación, transporte, metabolismo acción o eliminación de las hormonas naturales del cuerpo. Los EDCs pueden ser agrupados de acuerdo con su origen: naturales (estrógenos y andrógenos), semisintéticos (anticonceptivos) y sintéticos (xenoestrógenos). Este grupo de contaminantes se deriva principalmente de productos utilizados en grandes cantidades en la vida cotidiana y es por eso, por lo que existe la gran preocupación respecto a ellos debido al potencial de acarrear un impacto ecológico y efectos adversos en la salud, a concentraciones extremadamente bajas (ngL-1). Entre los EDCs más conocidos tenemos las hormonas estrogénicas naturales: estrona (E1) Estradiol (E2) estriol (E3) secretadas por seres humanos y animales y la hormona sintética de uso anticonceptivo, la 17 αetinilestradiol (EE2) la que presenta mayor grado de actividad estrogénicas. Estos compuestos no se eliminan totalmente de las plantas de tratamiento, aun en concentraciones bajas, son persistentes en el tiempo a esto se suma la complejidad de las matrices ambientales en que se encuentran, lo que hace necesario la implementación de un método analítico de alta sensibilidad y selectividad que permita separarlos de la matriz y concentrarlos. En este estudio se introdujo en la práctica de la Química Analítica Ecoeficiente, el corcho como fase extraíble renovable (verde) para la microextracción de compuestos de baja polaridad. Mediante la microextracción por sorción en disco rotatorio (RDSE) y la adhesión de una lámina de corcho como fase fueron utilizadas para la extracción y posterior medición y cuantificación de estas hormonas mediante Cromatografía gaseosa acoplada a espectrometría de masas (GC-MS) a partir de muestras de aguas residuales. El RDSE se seleccionó por ser una técnica económica versátil y Ecoeficiente (química verde) mientras que el GC-MS ofrece una buena sensibilidad y límites de detección bajos para la investigación en muestras complejas. Los analitos son retenidos y preconcentrados en una fase laminar de corcho, que se encuentra inmobilizada en la superficie de un disco plano de teflón. Las condiciones óptimas de extracción fueron una agitación de 2000 rpm por un tiempo de 45 min y volumen de muestra de 20 mL. Se realizó un previo acondicionamiento de la fase sorbente (corcho) a 2000 rpm con volúmenes de 10 mL de metanol y finalmente agua durante 5 min por cada solvente utilizado. La desorción de los compuestos se realizó en 1 etapa de 15 minutos con 5 mL de metanol, posteriormente el extracto se evaporó con nitrógeno hasta sequedad. Al eluato seco se le agregó 50 μL del derivatizante N-metil-N- (trimetilsilil)- trifluoroacetamida (MSTFA) y 50 μL de piridina. Posteriormente se sometió a un ambiente de temperatura a 80°C por 30 minutos. Una vez completada la derivatización se agregó 20 μL de 3,3', 4,4’-Tetraclorobifenil (PCB 77, estándar interno) y finalmente se inyectaron 2 μL en el GC-MS. Además, en parte el proceso se incorporó un estándar “Surrogate” ((20,21)-13C2-EE2). Las características analíticas del método desarrollado pudieron determinar que los 4 compuestos estrogénicos tienen un R2 superior a 0.99. Las recuperaciones absolutas fueron mayores de 63% y la precisión expresada como desviación estándar relativa varió entre 2 a 16%. Los rangos de LOD y LOQ fueron 3 - 19 y 10 - 62 ngL-1 respectivamente. Este método propuesto se aplicó al análisis de aguas residuales y la concentración de hormonas en una planta de tratamiento de aguas residuales en Santiago de Chile iban desde <LOD a 48 ngL-1

Substances in the environment that are not regulated but have the potential to cause damage to health or the environment even in very low concentrations, have been called emerging pollutants. Some of these substances have been classified as endocrine disruptors (EDCs) that are agents that interfere with the production, release, transport, metabolism, action, or elimination of the body's natural hormones. EDCs can be grouped according to their origin: natural (estrogens and androgens), semi-synthetic (contraceptives) and synthetic (xenoestrogens). This group of pollutants is derived mainly from products used in large quantities in everyday life and that is why, there is great concern about them due to the potential to carry an ecological impact and adverse health effects, at extremely high concentrations. Low (ng L-1). Among the best-known EDCs, we have the natural estrogenic hormones: estrone (E1) Estradiol (E2); estriol (E3) secreted by humans and animals and the synthetic hormone for contraceptive use, 17 α-ethinylestradiol (EE2), which has the highest degree of estrogenic activity. These compounds are not completely eliminated from the treatment plants, even at low concentrations, they are persistent over time to this the complexity of the environmental matrices in which they are found is added, which makes it necessary to implement a high sensitivity analytical method and selectivity that allows them to be separated from the matrix and concentrated. In this study, cork was introduced into the practice of Eco-efficient Analytical Chemistry, the cork as a removable renewable phase (green) for the microextraction of low polarity compounds. Through the microextraction by rotary disk sorption (RSDE) and the adhesion of a sheet Cork as phase were used for the extraction and subsequent measurement and quantification of these hormones by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) from sewage samples. The RDSE was selected as a versatile and eco-efficient economic technique (green chemistry) while the GC-MS offers good sensitivity and low detection limits for complex sample research. The analytes are retained and pre-concentrated in a laminar phase of cork, which is immobilized on the surface of a flat Teflon disk. The optimal extraction conditions were a 2000 rpm agitation for a time of 45 min and a sample volume of 20 mL A preconditioning of the sorbent phase (cork) was carried out at 2000 rpm with volumes of 10 mL of methanol and finally water for 5 min for each solvent used. The desorption of the compounds was carried out in 1 stage of 15 minutes with 5 mL of methanol, then the extract was evaporated with nitrogen until dry. To the dry eluate, 50 μL of the N-methyl-N- (trimethylsilyl) -trifluoroacetamide (MSTFA) derivative and 50 μL of pyridine was added. Subsequently it was subjected to a temperature environment at 80 ° C for 30 minutes. Once the derivatization was completed, 20 μL of 3, 3 ', 4, 4’-Tetrachlorobiphenyl (PCB 77, internal standard) was added and finally 2 μL was injected into the GC-MS. In addition, in part the process incorporated a “Surrogate” standard ((20, 21) -13C2-EE2). The analytical characteristics of the method developed could determine that the 4 estrogenic compounds have an R2 greater than 0.99. Absolute recoveries were greater than 63% and the accuracy expressed as relative standard deviation varied between 3 to 19%. The ranges of LOD and LOQ were 3 - 19 and 10 - 62 ngL-1, respectively. This proposed method was applied to the analysis of wastewater and the concentration of hormones in a wastewater treatment plant in Santiago de Chile ranged from <LOD and 48 ngL-1