Aplicaciones de LC-MS/MS en la determinación de residuos de plaguicidas y drogas de abuso en muestras de latinoamérica. Énfasis en la problemática analática del glifosato

El modelo de agricultura actual requiere del uso de plaguicidas para mantener la producción a los niveles exigidos por una población mundial que está en continuo aumento. A pesar de sus numerosos detractores, el uso de plaguicidas es muchas veces inevitable, por lo que es habitual encontrar residuos de estos compuestos en productos vegetales y en el medio ambiente. El establecimiento de Límites Máximos de Residuos (MRLs) es uno de los aspectos más importantes en el proceso de autorización de productos fitosanitarios. Para vigilar el cumplimiento de MRLs en alimentos, es necesario implantar rigurosos programas de control, principalmente en productos vegetales. Para ello, se debe disponer de metodologías analíticas avanzadas, apropiadamente validadas, que sean capaces de detectar, identificar y cuantificar todo tipo de plaguicidas a niveles de concentración del orden de (sub)mg/kg. Los métodos analíticos deben incluir también metabolitos relevantes cuando están contemplados en la definición de residuo. Los acoplamientos cromatografía (tanto de gases como de líquidos)/espectrometría de masas son absolutamente fundamentales para este fin. Los MRLs surgen como una exigencia de la sociedad actual, y son de obligado cumplimiento. Pero muchas veces suponen una verdadera traba comercial, sobretodo en el mercado internacional, pues la superación de un MRL hace que el producto exportado no pueda comercializarse, debiendo ser destruido o devuelto a su país de origen. Por ello, es importante que todos los productos vegetales cuenten con los estudios requeridos para el establecimiento de MRLs, los cuales deben realizarse bajo los principios de las Buenas Prácticas de Laboratorio (BPL). En ausencia de dichos estudios, se suele establecer un MRL por defecto, correspondiente al límite de cuantificación (LOQ) del método analítico propuesto por el fabricante. En la práctica, esto implica que, si el plaguicida se aplica sobre el cultivo en cuestión, será muy probable que queden residuos y que se supere el MRL. Esta situación afecta a muchas frutas tropicales de Latinoamérica para las que los MRLs se han estimado por extrapolación a partir de frutas semejantes o bien se han fijado por defecto en el LOQ del método. La ausencia de metodologías analíticas para frutas tropicales es un hándicap importante, tanto para el establecimiento de MRLs como para el control de residuos en productos de consumo doméstico, y también en los destinados a la exportación. En esta Tesis Doctoral se ha desarrollado metodología analítica avanzada para frutas tropicales de elevado consumo en Colombia y de alto interés en sus exportaciones. Además de los métodos desarrollados para frutas tropicales, se ha trabajado también en la determinación de plaguicidas en suelos latinoamericanos. Una parte importante de la Tesis se ha centrado en la problemática analítica del glifosato, el herbicida más utilizado del mundo, cuyas dificultades analíticas son bien conocidas. La técnica usada en todos los trabajos ha sido cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas en tándem (LC-MS/MS) con analizador de triple cuadrupolo, considerada técnica de referencia en la actualidad para la determinación de plaguicidas y metabolitos/productos de transformación, la mayoría de los cuales son de polaridad media-alta y baja volatilidad, adecuados, por tanto, para ser abordados por esta técnica. Después de una Introducción General (Capítulo 1), en la que se discuten diversos aspectos de interés sobre el tema tratado en la Tesis, el trabajo experimental se ha organizado en tres partes bien diferenciadas. En la primera parte (Capítulo 2), se desarrolla metodología multirresidual para la determinación de plaguicidas en frutas tropicales y en suelos de Latinoamérica. Los dos primeros trabajos corresponden al desarrollo y validación de métodos multirresiduo para frutas exóticas provenientes de Colombia, que son de vital importancia para el país pues gran parte de sus exportaciones agrícolas están centradas en este tipo de productos. De acuerdo con la bibliografía, la mayoría de frutas tropicales estudiadas no disponían de métodos publicados para residuos de plaguicidas. En esta Tesis se pretende que los métodos sean sencillos y rápidos, con la menor manipulación de muestra posible, con el objeto de minimizar errores analíticos, y poderlos transferir fácilmente a laboratorios de Latinoamérica. En el primer método (artículo científico 1) se escogió una extracción con acetonitrilo, usando trituración/homogeneización con Ultraturrax. El LOQ objetivo (nivel más bajo validado con muestras fortificadas sometidas al proceso analítico completo) fue 0.05 mg/kg. El método se desarrolló para 29 plaguicidas en siete frutas tropicales (uchuva, maracuyá, pitahaya, tamarillo, gulupa, papaya y granadilla). En el segundo método (artículo científico 2), se amplió el número de matrices tropicales hasta doce, añadiendo cinco más de frecuente consumo en Colombia (lulo, carambolo, feijoa, mangostán y guayaba). El número de compuestos estudiados se redujo a 20, considerando los más detectados en el primer estudio y también metabolitos incluidos en la definición de residuo. Para la extracción se aplicó el procedimiento QuEChERS, en su versión Europea (CEN 2009), basada en el uso de tampón citrato. El objetivo fue rebajar el LOQ hasta 0.01 mg/kg, que es el valor más bajo incluido normalmente en los MRLs. En ambos trabajos, se prestó especial atención al estudio del efecto matriz y a posibles estrategias para una corrección sencilla y de fácil aplicación en laboratorios de rutina. Se propusieron dos procedimientos para su corrección: 1) calibrado en matriz, agrupando varias tipos de muestras y escogiendo una de ellas como matriz representativa para la preparación de la curva de calibrado (gulupa, pitahaya y tamarillo se analizaron usando calibrado en matriz de gulupa; maracuyá, papaya y granadilla, usando calibrado de maracuyá; y uchuva, usando su propio calibrado en matriz); 2) calibrado en solvente, aplicando factores de corrección para cada combinación analito/matriz, basados en las diferencias de pendientes entre calibrado en matriz y calibrado en solvente. En ambos métodos, se procedió a la validación a los niveles de LOQ y 10xLOQ con resultados satisfactorios para la mayoría de plaguicidas y matrices (recuperaciones entre 70 y 120%, RSD Este capítulo finaliza con el desarrollo de metodología analítica multirresiduo para suelos agrícolas de Argentina, siguiendo la misma filosofía de trabajo en cuanto al tratamiento de la muestra (artículo científico 3). En colaboración con el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) de Balcarce (Argentina), se seleccionaron 18 plaguicidas de amplio uso en Argentina y se estudiaron 11 suelos representativos de ese país. Se empleó una sencilla extracción sólido-líquido con acetonitrilo usando agitación mecánica seguida de ultrasonidos. Después de una centrifugación, el extracto del suelo se diluyó x 2 con H2O y se inyectó directamente en el sistema LC-MS/MS. En este trabajo se evaluó el efecto matriz para los 11 suelos estudiados. El método se validó satisfactoriamente a 0.5 y 0.05 mg/kg, siendo este último el LOQ objetivo del método. La cuantificación se llevó a cabo mediante calibrado externo con patrones en solvente. En su aplicación a los suelos objeto de estudio, se incluyeron QCs para cada suelo analizado. Las recuperaciones de los QCs fueron satisfactorias en la gran mayoría de combinaciones analito/suelo. Con ello, la metodología desarrollada fue testada y validada demostrando su «universalidad» para suelos muy diferentes, con notables variaciones en sus características físico-químicas. En todos los métodos multirresiduo desarrollados en este capítulo, se adquirieron dos transiciones por compuesto y se evaluaron las relaciones de intensidad (ion ratio), con el fin de asegurar la correcta identificación de los compuestos detectados en las muestras. En la segunda parte de la Tesis (Capítulo 3) se aborda la problemática analítica del herbicida glifosato en suelos latinoamericanos, por un lado, y en productos vegetales (principalmente cereales), por otro. Los trabajos llevados a cabo en suelos condujeron a la publicación de un artículo (artículo científico 4), cuyo objetivo fue desarrollar un método rápido, robusto y mejorado para residuos de glifosato y su principal metabolito AMPA en suelos complejos, con altos contenidos de materia orgánica. Las muestras estudiadas fueron tomadas de Argentina y Colombia, países en los que este herbicida es utilizado con regularidad para el control de malezas y/o para la erradicación de cultivos ilícitos de coca. Cabe destacar que en Argentina la soja transgénica, resistente al glifosato, representa la práctica totalidad de la soja cultivada, con lo que el consumo de glifosato, principalmente mediante aplicaciones aéreas, es muy elevado. El análisis de suelos se realizó sobre la base de los trabajos previos de nuestro grupo, en lo relativo a la extracción y a las condiciones de derivatización con FMOC. La investigación se centró en la etapa de clean-up, la cual resultó crítica debido al fuerte efecto matriz observado en estos suelos (supresión de ionización del orden del 90%, e incluso mayor), que no se había observado en los suelos españoles analizados hasta entonces. Para ello, se aplicó SPE probando dos tipos de sorbentes (Oasis MAX y HLB), a diferentes pH, antes y después de la derivatización con FMOC. Los mejores resultados se obtuvieron con Oasis HLB, realizando el clean-up del extracto del suelo antes de derivatizar con FMOC, previo ajuste a pH 9. En estas condiciones, tanto glifosato como AMPA, pasaron a través del cartucho Oasis HLB sin sufrir retención, y la derivatización se realizó sobre el eluato no retenido después de pasar por el cartucho de SPE. El uso de patrón interno marcado de glifosato fue fundamental para poder cuantificar correctamente. El método se validó en cuatro suelos, dos Argentinos y dos Colombianos, a dos niveles de concentración (0.5 y 5.0 mg/kg). El límite de cuantificación (LOQ) objetivo fue 0.5 mg/kg. Se analizaron 26 suelos de diferentes áreas de Colombia (15) y Argentina (11). Para garantizar la calidad de los análisis se intercalaron varias muestras QC, cuyas recuperaciones fueron en general satisfactorias. Los suelos Colombianos fueron particularmente problemáticos, especialmente para el AMPA, para el que no se cumplía la relación de intensidades entre las transiciones adquiridas (Q/q) en varias muestras. Ambos compuestos se detectaron en el 90% de las muestras, encontrándose las concentraciones más altas en los suelos de Colombia. Todos los positivos se confirmaron usando, al menos, dos transiciones MS/MS, siendo necesario que la relación Q/q y el tiempo de retención estuvieran dentro de las tolerancias máximas admitidas en las guías SANCO. Se observó que en varios suelos las transiciones medidas estaban interferidas por componentes co-extraídos, por lo que fue importante adquirir todas las transiciones posibles, con el fin de disponer de alternativas en caso de interferencias. La situación del AMPA fue aún más problemática en términos de confirmación, ya que tan sólo se pudieron optimizar dos transiciones, y una de ellas (la de cuantificación) estaba interferida en la mayoría de las muestras, hecho que dificultó en gran medida los análisis. En nuestro trabajo se sugiere aumentar la tolerancia en la relación Q/q hasta 50%, como valor más realista para la identificación en este tipo de análisis. En el segundo trabajo (artículo científico 5) se desarrolla metodología analítica para la determinación de residuos de glifosato en cereales y soja. El trabajo se centró exclusivamente en glifosato, ya que en la definición de residuos propuesta por la EFSA no incluye su principal metabolito AMPA. El objetivo principal fue evitar la etapa de derivatización, intentando la determinación directa del herbicida. Para ello, se probaron diferentes columnas de LC, seleccionando finalmente la mix-mode Obelisc N, que fue la que proporcionó mejor retención para este compuesto. Las matrices objeto de estudio se seleccionaron entre las de mayor interés por la posible presencia de este compuesto (arroz, soja y maíz), y que además se encuentran entre las de mayor uso en transgénicos resistentes al glifosato. La metodología desarrollada también se aplicó a muestras de trigo, maíz, gluten de maíz y guisantes. Este trabajo fue encaminado a realizar el menor tratamiento posible de muestra, intentando alcanzar un compromiso entre efecto matriz aceptable y menor tiempo de análisis. La extracción del glifosato en las muestras se hizo con agua mediante ultrasonidos. En matrices con alto contenido en grasa (maíz, soja) se añadió una partición liquido-liquido con diclorometano y, en el caso de la soja, se procedió a la eliminación de las proteínas mediante precipitación con acetonitrilo. Como en el resto de trabajos realizados en la Tesis, se dedicó especial atención al estudio del efecto matriz, que fue notorio en las matrices de maíz y soja, con fuertes supresiones de señal. La metodología desarrollada se validó a dos niveles de concentración, con LOQ objetivos de 0.1 mg/kg para arroz y maíz, y 2 mg/kg para soja, valores altos pero suficientes para controlar el cumplimiento de MRLs en la Unión Europea. El uso del patrón interno marcado fue clave para la cuantificación correcta del analito, al corregir el efecto matriz aún observado después del tratamiento de muestra, especialmente en soja y maíz. La ventaja de este método es que no resulta necesaria una etapa previa de derivatización, pero su principal inconveniente es la poca robustez y rápida degradación observada en la columna Obelisc N, más evidente a mayor complejidad de la matriz inyectada (ej. soja). Este hecho, unido a su elevado precio, hace que, de momento, este método sea poco atractivo para análisis de rutina, a pesar de proporcionar resultados analíticos satisfactorios. Cabe esperar que, en un futuro próximo, aparezcan nuevas columnas, más robustas y menos costosas, que permitan la separación cromatográfica del glifosato sin los inconvenientes mencionados. Finalmente, para completar el trabajo con la técnica LC-MS/MS y ampliar su campo de aplicación a nivel de residuos, en la tercera parte de esta Tesis se ha abordado (Capítulo 4) la determinación de drogas de abuso en aguas residuales urbanas (cocaína, su principal metabolito benzoylecgonine (BE), anfetamina, metanfetamina, el principal metabolito del cannabis 11-nor-9-tetrahidrocannabinol-9-carboxilic acid (THC-COOH), ketamina, 6 Monoacetylmorphine (6 MAM) y 3,4-methylen-dioxy-metamphetamine (MDMA, éxtasis). En este caso, se hizo uso de metodología analítica ya desarrollada por nuestro grupo de trabajo, por lo que la investigación se centró en el tratamiento e interpretación de los resultados obtenidos en el análisis de aguas residuales (influente urbano) de las ciudades de Castellón y Murcia, por un lado, y Bogotá y Medellín, por otro. El objetivo del trabajo fue determinar los niveles de concentración de drogas en las aguas y, a partir de los resultados obtenidos, estimar la carga diaria de estas drogas en las aguas residuales de estas poblaciones. En aquellos casos en los que se disponía de información suficiente y contrastada sobre la excreción del metabolito/biomarcador en orina, se pudo hacer una estimación del consumo de droga en la población (caso de la cocaína y su metabolito BE). Este tipo de estimaciones se enmarcan en lo que se conoce como epidemiología de las aguas residuales (Wastewater-Based Epidemiology, WBE). Los resultados obtenidos en esta Tesis mostraron que en todas las ciudades los niveles más altos, con diferencia, correspondían a la BE, con muchas muestras superando los 1000 ng/L (1 ppb). Las concentraciones de BE fueron más altas en las aguas residuales de Colombia, que también presentaron unos niveles altos de cocaína, considerablemente superiores a los de las dos ciudades españolas. Cabe destacar los niveles relativamente altos de THC-COOH, cuyas concentraciones en las aguas de las ciudades españolas y colombianas fueron bastante similares (concentraciones en general entre 100 y 300 ng/L). Además de estas dos drogas, que parecen ser las más consumidas por la población, se detectó MDMA en la mayoría de muestras, a concentraciones por debajo de 30 ng/L, excepto en el fin de semana en Bogotá en donde alcanzó los 60 ng/L. La ketamina sólo se detectó en las muestras de Colombia, en concentraciones inferiores a 30 ng/L. Se pudo estimar el consumo medio de cocaína a partir de los datos de BE en las aguas residuales teniendo en cuenta su excreción media en orina. El valor estimado para Castellón (550 mg/día/1000h) y Murcia (850) fue semejante al reportado en estudios realizados en 2011 para ciudades españolas. El consumo en Bogotá pareció encontrarse también en esta misma línea (750), por debajo de ciudades europeas como Amberes o Ámsterdam, en donde llega hasta casi 2000 mg/día/1000h. Sin embargo, Medellín estuvo por encima de todas las ciudades europeas, con un valor medio de 3000 mg/día/1000h. En cuanto al cannabis, las cargas medias encontradas para su biomarcador THC-COOH en las aguas residuales fueron semejantes en las cuatro ciudades estudiadas (entre 33 y 49 mg/día/1000h). Estos valores son del mismo orden que los encontrados en Milán, Bratislava, Sarajevo, Zagreb, Amberes, Bruselas, Praga o Valencia, pero inferiores a los de Barcelona, París, Eindhoven, Utrecht o Ámsterdam, todos ellos con cargas próximas o ligeramente superiores a 100 (200 en el caso de Ámsterdam, ciudad en la que es conocida su política liberal en el consumo de cannabis). Las cargas medias de MDMA fueron bajas en comparación con las de cannabis y BE, y semejantes en las cuatro ciudades (valores medios entre 1.5 y 4.4 mg/día/1000h). Estos resultados están en la línea de los reportados en ciudades como Zagreb, Milán, Oslo, Valencia, Castellón o Santiago, y son significativamente inferiores a los reportados en Barcelona, Amberes, Zúrich, Londres o Ámsterdam, ciudades en las que frecuentemente se superan los 30-50 mg/día/1000h. La ketamina tan sólo se detectó en las aguas de Colombia, en las dos ciudades estudiadas Bogotá y Medellín, con valores medios de 3.8 y 1.5 mg/día/1000h, respectivamente. Cabe destacar que los datos obtenidos en esta Tesis son los primeros reportados en la bibliografía sobre ciudades de Colombia.</p

Monitoring pharmaceuticals and personal care products in reservoir water used for drinking water supply

In this work, the presence of selected emerging contaminants has been investigated in two reservoirs, La Fe (LF) and Rio Grande (RG), which supply water to two drinking water treatment plants (DWTPs) of Medellin, one of the most populated cities of Colombia. An analytical method based on solid-phase extraction (SPE) of the sample followed by measurement by liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (LC– MS/MS) was developed and validated for this purpose. Five monitoring campaigns were performed in each reservoir, collecting samples from 7 sites (LF) and 10 sites (RG) at 3 different depths of the water column. In addition, water samples entering in the DWTPs and treated water samples from these plans were also analysed for the selected compounds. Data from this work showed that parabens, UV filters and the pharmaceutical ibuprofen were commonly present in most of the reservoir samples. Thus, methyl paraben was detected in around 90% of the samples collected, while ibuprofen was found in around 60% of the samples. Water samples feeding the DWTPs also contained these two compounds, as well as benzophenone at low concentrations, which was in general agreement with the results from the reservoir samples. After treatment in the DWTPs, these three compounds were still present in the samples although at low concentrations (<40 ng/L), which evidenced that they were not completely removed after the conventional treatment applied. The potential effects of the presence of these compounds at the ppt levels in drinking water are still unknown. Further research is needed to evaluate the effect of chronic exposure to these compounds via consumption of drinking water.his work has been developed under the financial support provided by Empresa Públicas de Medellin

Estimation of illicit drug use in the main cities of Colombia by means of urban wastewater analysis

Wastewater-based epidemiology (WBE) relies on the principle that traces of compounds, which a population is exposed to or consume, are excreted unchanged or as metabolites in urine and/or feces, and ultimately end up in the sewer network. Measuring target metabolic residues i.e. biomarkers in raw urban wastewater allows identifying the exposure or use of substances of interest in a community. Up to date, the most popular application of WBE is the estimation of illicit drug use and studies have been made mainly across Europe, which has allowed estimating and comparing drug use in many European cities. However, until now a comprehensive study applying WBE on the most frequently consumed illicit drugs has not been performed in South American countries. In this work, we applied this approach to samples from Colombia, selecting two of the most populated cities: Bogotá and Medellin. Several biomarkers were selected to estimate drug use of cocaine, cannabis, amphetamine, methamphetamine, MDMA (ecstasy), heroin and ketamine. Composite samples (24-h) were collected at the corresponding municipal wastewater treatment plants. Sample treatment was performed at location by applying solid-phase extraction (SPE). Before SPE, the samples were spiked with appropriate isotope labeled internal standards. In parallel, samples (spiked with the analytes under study at two concentration levels) were also processed for quality control. Analysis of influent wastewater was made by liquid chromatography-tandem mass spectrometry, with triple quadrupole analyzer. Data shown in this paper reveal a high use of cocaine by the population of the selected Colombian cities, particularly from Medellin, while the use of other illicit drugs were low. The relevance of using quality control samples, particularly in collaborative studies, as those presented in this work, where research groups from different countries participate and where the samples had to be shipped overseas, is highlighted in this paper.The authors of University Jaume I acknowledge the financial support of Generalitat Valenciana (Prometeo II 2014/023) and of the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (Project ref. CTQ2015-65603). Dr. Lubertus Bijlsma acknowledges NPS-Euronet (HOME/2014/JDRUG/AG/DRUG/7086), co-funded by the European Union, for his post-doctoral fellowship. This publication reflects the views only of the authors, and the European Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein

Pharmaceuticals and environmental risk assessment in municipal wastewater treatment plants and rivers from Peru

This is the first study dealing with removal of the pharmaceutical substances in municipal wastewater treatment plants (MWWTPs) from Peru and the impact of these compounds in surface waters receiving treated wastewater. To this aim, samples from MWWTP of Lima (Peruvian Coast), MWWTP of Cusco, Puno and Juliaca (Peruvian Highlands), as well surface water (confluence of Torococha and Coata rivers in Juliaca) were analyzed. A total of 38 target pharmaceuticals were included in this study and were determined by Liquid Chromatography coupled to tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS). Around 60% and 75% of the target pharmaceuticals could be quantified in surface water and MWWTPs, respectively. Acetaminophen was the drug found at the highest concentration, and it was present in all the treated wastewater samples reaching average values above 100 μg/L in the department of Puno. The gabapentin anti-epileptic drug (up to 11.85 μg/L in MWWTP Lima) and the antibiotics clarithromycin, trimethoprim, ciprofloxacin, sulfamethoxazole and azithromycin (1.86 to 4.47 μg/L in MWWTP Lima) were also found at moderate concentrations in the treated wastewater. In surface water, the highest concentration corresponded also to acetaminophen (28.70 μg/L) followed by sulfamethoxazole (4.36 μg/L). As regards the pharmaceuticals removal, data of this work showed that the MWWTP Cusco (aerobic biologic process by synthetic trickling filters as secondary treatment) was more efficient than the MWWTP Lima (a preliminary treatment that combines grilles, sand trap, degreaser-aerated and sieved of 1.0 mm). However, many pharmaceuticals (around 50% of the compounds investigated) presented concentrations in treated wastewater similar or even higher than in influent wastewater. The environmental ecological risk of pharmaceuticals was assessed based on calculated Risk Quotient (RQ) in the treated wastewater and surface water from the concentration data found in the samples. According to our data, three antibiotics (clarithromycin, ciprofloxacin, clindamycin) and the analgesic acetaminophen posed high environmental risk (RQ ≥ 1) on the aquatic environment. In the river, all antibiotics (except norfloxacin) as well as the analgesic-anti-inflammatory compounds acetaminophen, diclofenac posed a high environmental risk (RQ ≥ 1). Based on data reported in this work for the first time in water samples from Peru, it can be deduced that the treatment processes applied in important cities from Peru are not enough efficient to remove pharmaceuticals in wastewater. As a consequence, severe environmental risks associated to the presence of pharmaceuticals in treated wastewater and surface water are expected; so complementary treatment processes should be implemented in the MWWTPs for a more efficient elimination of these compounds

Methods involved in the treatment of four representative pharmaceuticals in hospital wastewater using sonochemical and biological processes

A primary pollution source by pharmaceuticals is hospital wastewater (HWW). Herein, the methods involved in the action of a biological system (BS, aerobic activated sludge) or a sonochemical treatment (US, 375 kHz and 30.8 W), for degrading four relevant pharmaceuticals (azithromycin, ciprofloxacin, paracetamol, and valsartan) in HWW, are shown. Before treatment of HWW, the correct performance of BS was assessed using glucose as a reference substance, monitoring oxygen consumption, and organic carbon removal. Meanwhile, for US, a preliminary test using ciprofloxacin in distilled water was carried out. The determination of risk quotients (RQ) and theoretical analyses about reactive moieties on these target substances are also presented. For both, the degradation of the pharmaceuticals and the calculation of RQ, analyses were performed by LC-MS/MS. The BS action decreased the concentration of paracetamol and valsartan by ∼96 and 86%, respectively. However, a poor action on azithromycin (2% removal) was found, whereas ciprofloxacin concentration increased ∼20%; leading to an RQ value of 1.61 (high risk) for the pharmaceuticals mixture. The analyses using a biodegradation pathway predictor (EAWAG-BDD methodology) revealed that the amide group on paracetamol and alkyl moieties on valsartan could experience aerobic biotransformations. In turn, US action decreased the concentration of the four pharmaceuticals (removals > 60% for azithromycin, ciprofloxacin, and paracetamol), diminishing the environmental risk (RQ: 0.51 for the target pharmaceuticals mixture). Atomic charge analyses (based on the electronegativity equalization method) were performed, showing that the amino-sugar on azithromycin; piperazyl ring, and double bond close to the two carbonyls on ciprofloxacin, acetamide group on paracetamol, and the alkyl moieties bonded to the amide group of valsartan are the most susceptible moieties to attacks by sonogenerated radicals. The LC-MS/MS analytical methodology, RQ calculations, and theoretical analyses allowed for determining the degrading performance of BS and US toward the target pollutants in HWW

LC-QTOF MS screening of more than 1,000 licit and illicit drugs and their metabolites in wastewater and surface waters from the area of Bogotá, Colombia

A large screening of around 1,000 emerging contaminants, focused on licit and illicit drugs and their metabolites, has been made in urban wastewaters (both influent and effluent) and surface waters from the area of Bogotá, Colombia. After a simple generic solid-phase extraction (SPE) step with Oasis hydrophilic-lipophilic balanced (HLB) cartridges, analyses were made by ultra high-performance liquid chromatography coupled to quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UHPLC-QTOF MS) under MSE mode (sequential acquisition of mass spectra at low energy (LE) and high collision energy (HE)). Accurate mass measurements and the information provided by MSE on the presence of the (de)protonated molecule and fragment ions allowed the reliable identification of the compounds detected, even without reference standards being available in some cases (tentative identification). The compounds most frequently found were acetaminophen/paracetamol, carbamazepine and its dihydro-dihydroxylated metabolite, clarithromycin, diclofenac, ibuprofen, gemfibrozil, lincomycin, losartan, valsartan, the two metabolites of metamizole (4-acetamido-antipyrine and 4-formylamino-antipyrine), sucralose, and cocaine and its main metabolite benzoylecgonine. Caffeine, the sweetener saccharin, and two hydroxylated metabolites of losartan were tentatively identified in almost all samples analyzed. Pharmaceutical lidocaine was tentatively identified and subsequently confirmed with reference standard. For the first time, a general overview of the occurrence of drugs and their metabolites in the aquatic environment of Colombia has been reported. In the near future, target methodologies, typically based on liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), will need to be set up for accurate and sensitive quantification of the contaminants selected on the basis on the information provided in the present paper

Degradation of seventeen contaminants of emerging concern in municipal wastewater effluents by sonochemical advanced oxidation processes

The simultaneous degradation of seventeen emerging concern pollutants in effluent from the municipal wastewater treatment plant (MWTP) of Bogotá-Colombia was studied using high frequency ultrasound (375 kHz). The considered compounds in the effluent corresponded to pharmaceuticals (diclofenac, carbamazepine, venlafaxine, ciprofloxacin, norfloxacin, valsartan, losartan, irbesartan, sulfamethoxazole, clarithromycin, azithromycin, erythromycin, metronidazole, trimethoprim and the high potentiality of the sono-photo-Fenton/oxalic acid system for the pollutants elimination in real-world wastewater matrices. clindamycin); cocaine and its major metabolite benzoylecgonine. Due to limitation of the MWTP for the pollutants elimination, ultrasound was applied to remove these compounds. Interestingly, ultrasonic physical action led to releasing of ciprofloxacin, norfloxacin, diclofenac and sulfamethoxazole from suspended solids, whereas the chemical effects induced degradation of the rest of compounds. For the latter ones, an interesting correlation between the sonodegradation and arithmetic multiplication between hydrophobicity and concentration of pollutants was established. Afterwards, the sonochemical process was complemented with ferrous ions (sono-Fenton), ferrous ions plus light (sono-photo-Fenton) or ferrous ions plus light in presence of oxalic acid (sono-photo-Fenton/oxalic acid). Additionally, to clarify fundamental aspects of the different systems, individual treatments in distilled water of a model pollutant (valsartan) were performed. The complemented processes significantly enhanced all compounds degradation, following the order: sono-photo-Fenton/oxalic acid > sono-photo-Fenton ~ sono-Fenton > sonochemistry. The Fe2+ addition improved the pollutants elimination by generation of more hydroxyl radicals in the solution bulk. Meanwhile, oxalic acid avoided Fe3+ precipitation favoring the iron catalytic cycle. Thus, the work demonstrate

Use of time-of-flight mass spectrometry for large screening of organic pollutants in surface waters and soils from a rice production area in Colombia

The irrigate district of Usosaldaña, an important agricultural area in Colombia mainly devoted to rice crop production, is subjected to an intensive use of pesticides. Monitoring these compounds is necessary to know the impact of phytosanitary products in the different environmental compartments. In this work, surface water and soil samples from different sites of this area have been analyzed by applying an analytical methodology for large screening based on the use of time-of-flight mass spectrometry (TOF MS) hyphenated to liquid chromatography (LC) and gas chromatography (GC). Several pesticides were detected and unequivocally identified, such as the herbicides atrazine, diuron or clomazone. Some of their main metabolites and/or transformation products (TPs) like deethylatrazine (DEA), deisopropylatrazine (DIA) and 3,4-dichloroaniline were also identified in the samples. Among fungicides, carbendazim, azoxystrobin, propiconazole and epoxiconazole were the most frequently detected. Insecticides such as thiacloprid, or p,p′-DDT metabolites (p,p′-DDD and p,p′-DDE) were also found. Thanks to the accurate-mass full-spectrum acquisition in TOF MS it was feasible to widen the number of compounds to be investigated to other families of contaminants. This allowed the detection of emerging contaminants, such as the antioxidant 3,5-di-tertbutyl-4-hydroxy-toluene (BHT), its metabolite 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy-benzaldehyde (BHT-CHO), or the solar filter benzophenone, among other

Optimization and application of a continuous flow photo-electro-Fenton system for the removal of pharmaceutical active compounds detected in irrigation water of Bogotá – Savanna (Colombia) Crops

In this study, a continuous flow photo-electro-Fenton (PEF) system was evaluated for its ability to remove pharmaceutically active compounds (PhACs) from irrigation water used in Bogotá-savanna crops. The PEF system consisted of dimensionally stable anode and graphite diffusion gas cathode, which were irradiated with LEDs. Firstly, the system was optimized using response surface methodology (RSM) in ultrapure water. The most favorable conditions for efficient generation of oxidants (the response variable) were found to be a flow rate of 210 mL/min, a current density of 15 mA/cm2, and an electrolyte concentration of 0.1 mol NaCl/L. Subsequently, model compounds of PhACs, including losartan (LOS), sulfamethoxazole (SMX), and diclofenac (DCF), were eliminated after only 10 min of treatment under the previously established conditions. After demonstrating the potential of the PEF system to eliminate PhACs, the system was applied to real irrigation water to evaluate the degradation of seven PhACs, namely carbamazepine (CBZ), sulfamethoxazole (SMX), ciprofloxacin (CIP), clarithromycin (CLR), diclofenac (DCF), valsartan (VAL), and trimethoprim (TMP). The results showed that after 30 min of treatment with the PEF system, the concentration of these compounds was drastically reduced remaining undetected. This demonstrates the high potential of the PEF system to reduce the presence of PhACs in irrigation water and associated environmental and food health risks

Occurrence of antibiotics and bacterial resistance in wastewater and sea water from the Antarctic

The potential presence of introduced antibiotics in the aquatic environment is a hot topic of concern, particularly in the Antarctic, a highly vulnerable area protected under the Madrid protocol. The increasing presence of human population, especially during summer, might led to the appearance of pharmaceuticals in wastewater. The previous discovery of Escherichia coli strains resistant to antibiotics in sea water and wastewater collected in King George Island motivated our investigation on antibiotics occurrence in these samples. The application of a multi-residue LCMS/MS method for 20 antibiotics, revealed the presence of 8 compounds in treated wastewater, mainly the quinolones ciprofloxacin and norfloxacin (92% and 54% of the samples analyzed, average concentrations 0.89 μg/L and 0.75 μg/L, respectively) and the macrolides azithromycin and clarithromycin (15% positive samples, and average concentrations near 0.4 μg/L), and erythromycin (38% positive samples, average concentration 0.003 μg/L). Metronidazole and clindamycin were found in one sample, at 0.17 and 0.1 μg/L, respectively; and trimethoprim in two samples, at 0.001 μg/L. Analysis of sea water collected near the outfall of the wastewater discharges also showed the sporadic presence of 3 antibiotics (ciprofloxacin, clindamycin, trimethoprim) at low ng/L level, illustrating the impact of pharmaceuticals consumption and the poor removal of these compounds in conventional WWTPs. The most widespread antibiotic in sea water was ciprofloxacin, which was found in 15 out of 34 sea water samples analyzed, at concentrations ranging from 4 to 218 ng/L. Bacteria resistance was observed for some antibiotics identified in the samples (e.g. trimetropim and nalidixic acid –a first generation quinolone). However, resistance to some groups of antibiotics could not be correlated to their presence in the water samples due to analytical limitations (penicillins, tetraciclines). On the contrary, for some groups of antibiotics detected in samples (macrolides), the antibacterial activity against E. Coli was not investigated because these antibiotics do not include this bacterial species in their spectrum of activity. Our preliminary data demonstrate that antibiotics occurrence in the Antarctic aquatic environment is an issue that needs to be properly addressed. Periodical monitoring of water samples and the implementation of additional treatments in the WWTPs are recommended as a first step to prevent potential problems related to the presence of antibiotics and other emerging contaminants in the near future in Antarctica