Determinación de glifosato y ácido aminometilfosfónico mediante la reacción de derivatización con 9-fluorenilmetilcloroformiato (FMOC-CL) y detección por HPLC-fluorescencia en matrices de suelos

Abstract

Glifosato §-(fosfonometil) glicina, GPS) es actualmente el herbicida más utilizado tanto a nivel nacional como mundial, en agricultura, silvicultura y uso urbano. Su principal metabolito es el Ácido Aminometilfosfonico (AMPA) que se produce principalmente por biodegradación. Ambas moléculas presentan propiedades químicas y físicas similares: son poco volátiles, polares e insolubles en solventes orgánicos. La cuantificación de GPS y AMPA a niveles residuales es muy compleja debido a sus características químicas, en particular la detección por fluorescencia no puede ser aplicada sin una reacción previa de derivatización por la ausencia de grupos funcionales fluoroforos. En este seminario de título se estudió, optimizó y validó un método para la determinación analítica de GPS y AMPA en matrices de suelo a partir de una reacción de derivatización con 9-fluorenilmetilcloroformiato (FMOC-CI) y el uso de cromatografía líquida de alta eficiencia GPLC) con detector de fluorescencia. Además se aplicó el método en un estudio de adsorción de ambos compuestos en suelos a través de isotermas y en un estudio preliminar de extracción por medio de microondas. Las condiciones cromatográficas óptimas para la separación y cuantificación de GPS y AMPA se establecieron utilizando una columna YMC-Pack Pro C18, S-5 pm de 250x4,6 mm I.D. y fase móvil CH3CN:Buffer borato pH 8, a un flujo de 1,2 mL/min y una temperatura de columna de 35°C.

Se estableció la influencia de cinco factores en el rendimiento de la reacción de derivatización a través de un diseño factorial de tipo exploratorio y, a partir de 1os resultados obtenidos, se determinaron las condiciones óptimas a partir de un diseño factorial multinivel con tres factores experimentales: tiempo de reacción, concentración de FMOC-CI y relación entre la concentración de AMPA y GPS. Los resultados de ambos tipos de diseño fueron analizados mediante ANOVA. Para una curva de calibrado entre 0,2 y 1,0 ug/ml, el método propuesto tiene una linealidad de 0,964 para GPS y 0,989 para AMPA definidos por la relación entre la pendiente y su desviación estándar (R2-> 0,99 para ambos analitos) con un límite de detección de 0,025 y 0,011 ug/mL y límite de cuantificación de 0,083 y 0,039 ug/mL para GPS y AMPA, respectivamente. Como una primera aplicación del método de derivatización se realizó un estudio de adsorción de GPS y AMPA en tres suelos provenientes de la VI, VII y D( Región del país para los cuales se establecieron las constantes Kr y l/n del modelo empírico de Freundlich. Además se realizó un estudio exploratorio de los factores que influyen en la eficiencia de extracción de GPS y AMPA desde suelos utilizando microondas como fuente de energía. Este estudio preliminar es la base de estudios posteriores de optimización y validación del método para su aplicación en diferentes tipos de suelos

Glyphosate §-(phosphonomethyl) glycine, GPS) is the most widely used herbicide in agriculture, forestry and urban activities both in Chile and globally. Its main metabolite, the aminomethylphosphonic acid (AMPA), is produced principally by biodegradation. Both molecules have simila¡ chemical and physical properties: they are poorly volatile, polar and insoluble in organic solvents. Quantification of GPS and AMPA at residual levels is very complex due to these chemical properties, including the fluorescence detection which cannot be applied without a previous derivatüation reaction due to the absence of functional fluorophore groups. In this seminar a method for the analytical determination of GPS and AMPA in soil derived matrices based on the derivatization reaction with 9-Fluorenylmethyl chloroformate, (FN{OC-CI) associated with High Performance Liquid Chromatography and fluorescence detection was studied. Optimal conditions for the maximum yield were established and subsequently the method was validated. Finally it was applied in two kinds of works: an adsorption study through isotherms for both compounds and a preliminary study of an extraction method assisted by microwaves. The optimal chromatographic conditions for the appropriate resolution and quantificadon of GPS and AMPA were established by using a YMC-Pack Pro C18 column (S-5 um, 12 nm of 250x4,6 mm ID) and CII:CN: borate buffer pH 8 as the mobile phase at a flow 1.2 mllmin. The column temperature was 35 o C. The irfluence of five factors on the yield of the reaction of derivatization was established through an exploratory factorial design, and according to the results, optimal \-\'i conditions were determined from a multi Actorial design with three experimental factors: reaction time, concentration of FMOC-CI and the concentration ratio between AMPA and GPS. The results ofboth designs were analyzed using ANOVA. For a calibralion curve between 0.2 and 1.0 mg / mL, the proposed metlod has a linearity of 0-964 to 0.989 for AMPA GPS and defined by the relationship between rhe slope and its standard deüation (R2 > 0.99 for both analytes) wit}r a detection limit of 0.025 a¡d 0.011 mg / mL and quanrification limit of 0.083 and 0.039 mg / rnL for GpS and AMPA, respectively. As a first application of the derivatization metho4 a study related to the adsorption of GPS and AMPA on three Chilean soils fiom \|I, \|II and D( Region was carried out. The constants tr(r and l/n from the empirical Freundlich model were established. Furthermore an exploratory factorial design was done for establishing the influence of different factors on the extraction efficiency of GPS and AMPA from soils by using an extraction method assisted by microwave energy. This preliminary study constitutes the base for the optimization and validation analytical steps and further application in different class of soils.