Metodología analítica avanzada basada en lc-ms/ms para la determinación de contaminantes orgánicos de elevada dificultad analítica en aguas

Resumen

El control analítico de contaminantes orgánicos en las aguas, especialmente en las empleadas como suministro para aguas de consumo, ha ido incrementándose en los últimos años debido a su impacto negativo en los ecosistemas y en la salud humana. Actualmente, existe una gran batería de métodos analíticos usados para este fin, desde métodos multirresiduales en los que se incluyen un buen número de contaminantes de distintas familias, hasta métodos individuales/específicos para un número muy limitado de compuestos, que por sus particularidades físico-químicas requieren tratamientos especiales. Así mismo, se encuentran vigentes numerosos programas de control en todo el mundo, al igual que estrictas regulaciones respecto a los niveles máximos permitidos o recomendables en diferentes tipos de aguas. De este modo se pretende minimizar o, preferiblemente, eliminar su presencia en el medioambiente y, con ello, el riesgo que conllevan. A lo largo de la presente Tesis Doctoral se ha evaluado el potencial de la cromatografía líquida (LC) acoplada a espectrometría de masas en tándem (MS/MS) con analizador de triple cuadrupolo (QqQ), para la determinación de distintos tipos de contaminantes en aguas de diversas procedencias. Se han desarrollado diferentes metodologías basadas en HPLC-MS/MS (cromatografía de alta resolución) ó UHPLC-MS/MS (cromatografía de ultra resolución), las cuales han sido validadas en base a los criterios establecidos en la Unión Europea. Los compuestos seleccionados han sido, en su mayoría, contaminantes orgánicos altamente polares e hidrofílicos, cuya presencia en las aguas supone un peligro para la salud. Estos compuestos son raramente incluidos en métodos multirresiduales, que son los preferidos para análisis de rutina, debido a las dificultades analíticas que presentan como consecuencia de su elevada polaridad y solubilidad en agua (a veces incluso se encuentran en forma iónica al pH de las muestras) y su pequeño tamaño molecular. Después de una Introducción general sobre el tema que nos ocupa (Capítulo 1), la Tesis se ha dividido en cinco capítulos, en los que se desarrollan métodos analíticos para la determinación de uno o varios contaminantes problemáticos en aguas mediante HPLC-MS/MS o UHPLC-MS/MS con analizador QqQ. Los trabajos llevados a cabo han dado lugar a la publicación de cinco artículos en revistas científicas, los cuales están incluidos en los respectivos capítulos. El detector de triple cuadrupolo resulta idóneo para la detección, identificación y cuantificación de los compuestos orgánicos seleccionados (análisis target), gracias a la gran sensibilidad y selectividad que ofrece en modo SRM (Selected Reaction Monitoring). Los analitos escogidos para su estudio forman parte de listas de contaminantes prioritarios y/o son considerados nocivos para humanos y animales, por lo que deben ser rigurosamente controlados. En cada uno de estos trabajos se han evaluado diferentes técnicas de clean-up y preconcentración/extracción (normalmente en una sola etapa) según las propiedades de cada compuesto, así como diversas alternativas para mejorar su retención en las columnas cromatográficas y su detección mediante MS en tándem, estudiándose la fuente de ionización óptima en cada caso. ¿ En el primer trabajo (Capítulo 2, artículo científico 1) se ha desarrollado metodología analítica basada en SPE on-line HPLC(ESI)MS/MS para la determinación de epiclorhidrina en aguas. Este compuesto es muy nocivo y probable cancerígeno para los humanos, pudiendo aparecer en aguas potables a través de las plantas de tratamiento, al estar presente en algunas resinas y coagulantes comúnmente empleados en ellas. La epiclorhidrina presenta una gran dificultad analítica cuando se pretende determinar a niveles de sub-ppb, lo que queda reflejado por la escasez de métodos reportados en la bibliografía para este fin. Para ello se ha optimizado una etapa previa de derivatización mediante aminólisis, la cual favorece su análisis al disminuir su grado de polaridad, seguida de una preconcentración basada en extracción en fase sólida (SPE) en modo on-line, con la que se mejora considerablemente la sensibilidad del método. Esto ha permitido alcanzar un límite de detección (LOD) de 0.03 µg/L, con un nivel bajo de validación de 0.1 µg/L, cumpliendo así con los requisitos legales exigidos para aguas potables. ¿ En el Capítulo 3 (artículo científico 2) se presenta un estudio analítico sobre la determinación en aguas de etefón, plaguicida regulador de crecimiento que se encuentra en forma aniónica al pH habitual de las aguas. Para su adecuada retención en las columnas cromatográficas de fase reversa se emplea la formación de pares iónicos (ion pair, IP), lo que le permite adquirir una carga global neutra mediante la adición de una sal de amonio cuaternario. La preconcentración/extracción del analito de las muestras se lleva a cabo mediante un cartucho de intercambio aniónico, precedido de una desionización parcial del agua con una resina para minimizar los iones interferentes en el proceso de retención - elución del etefón y en la formación del par iónico. El método SPE off-line IP-HPLC(ESI)MS/MS ha resultado satisfactorio para aguas de baja salinidad, lográndose alcanzar un nivel de cuantificación de 0.1 µg/L con al menos dos de las cinco transiciones SRM adquiridas. ¿ En el trabajo presentado en el Capítulo 4 (artículo científico 3) se exponen dos alternativas para llevar a cabo el análisis de etilentiourea (ETU) y propilentiourea (PTU) en aguas superficiales, subterráneas y potables. Estos dos compuestos tóxicos son metabolitos/productos de transformación de los fungicidas ditiocarbamatos, y presentan propiedades como una elevada polaridad y pequeño tamaño molecular, que dificultan en gran medida su determinación en aguas a bajos niveles de concentración. La primera aproximación consiste en la determinación por SPE on-line HPLC(ESI)MS/MS, método que ha sido validado satisfactoriamente a 0.1 y 1 µg/L para etilentiourea, dando lugar a un LOD de 0.03 µg/L gracias a la inyección en el sistema de 1 mL de muestra. La segunda se basa en un rápido análisis por inyección directa UHPLC(ESI)MS/MS, que unido a la elevada sensibilidad y velocidad de adquisición de un detector QqQ de última generación, ha permitido la determinación de ETU con un LOD de 0.06 µg/L. Con ambas metodologías es posible detectar la propilentiourea a niveles de 0.1 µg/L, aunque su cuantificación no ha sido del todo satisfactoria a pesar de emplear como patrón interno su propio analito marcado con seis deuterios, que no ha permitido una buena corrección del intenso efecto matriz. ¿ En el Capítulo 5 (artículo científico 4) se presenta una metodología SPE off-line UHPLC(ESI)MS/MS para la determinación de los estrógenos 17ß-estradiol (E2) y 17¿-etinilestradiol (EE2) junto con sus principales metabolitos conjugados (sulfatos y glucurónidos) en aguas superficiales. Para estos compuestos se requieren métodos analíticos extraordinariamente sensibles debido a la estricta legislación vigente para aguas superficiales, que establece unos niveles máximos de 0.4 ng/L para E2 y 0.035 ng/L para EE2. La sensibilidad lograda en el método desarrollado en esta Tesis es muy elevada, ya que ha sido posible llevar a cabo la validación al nivel de 0.1 ng/L, con unos LODs de 0.06 ng/L y 0.03 ng/L para E2 y EE2, respectivamente. También se propone metodología rápida (UHPLC(ESI)MS/MS), sin etapa de preconcentración, obteniéndose LODs por debajo de 25 ng/L para estos dos estrógenos y sus conjugados sulfatos. ¿ En el último trabajo (Capítulo 6, artículo científico 5) se desarrolla un método multirresidual SPE off-line HPLC(APCI)MS/MS para el análisis de ocho nitrosaminas en aguas de consumo y aguas procedentes de diferentes puntos de plantas de tratamiento de aguas potables y residuales. Estos contaminantes aparecen como derivados de algunos productos de desinfección empleados en el tratamiento de aguas, siendo la nitrosodimetilamina (NDMA) la más nociva y frecuentemente encontrada, con estrictos niveles permitidos (9 ng/L). Esta metodología, la única de las aquí expuestas en la que se emplea la interfase APCI, ha sido validada para todos los compuestos seleccionados a 10 ng/L y 100 ng/L, con la adquisición de un mínimo de dos transiciones SRM para cada uno. El LOD obtenido para la NDMA es de 2 ng/L. El método ha sido aplicado a muestras de diferentes puntos de plantas de tratamiento de aguas potables y residuales (antes y después de ser tratadas con cloro y ozono), habiéndose detectado mayoritariamente NDMA en las aguas residuales a niveles de alrededor de 100 ng/L (entrada y salida canal de cloración) y de 25 ng/L (salida ozonización).