Estrategias analíticas verdes aplicadas a la determinación de disruptores endócrinos en muestras complejas

Los contaminantes emergentes son sustancias que no integran naturalmente los ecosistemas, y que al encontrarse biodisponibles pueden producir efectos adversos en los seres vivos. Se detectan con frecuencia en aguas naturales y suelo y, si bien su presencia debe controlarse en forma estricta, su regulación legal es incompleta. Dentro de ellos se incluyen a los disruptores endócrinos (DEs), moléculas de origen natural o artificial con propiedades hormono-miméticas, que aún a muy bajas dosis pueden interferir con la síntesis, almacenaje, transporte, y acción de hormonas naturales. Los DEs presentes en el ambiente son de variada naturaleza química y provienen de diferentes fuentes tales como productos farmacéuticos, productos de cuidado e higiene personal, compuestos sintéticos derivados de polímeros, pesticidas, compuestos naturalmente presentes en plantas, organometálicos, compuestos producidos en la combustión incompleta de materia orgánica, entre otros. Recientemente, en un gran número de publicaciones se ha informado la presencia de DEs en alimentos, en envases plásticos e incluso en muestras de orina humana, demostrando, por un lado, el alto grado de exposición del hombre a dichas sustancias, y a su vez, la fuerte necesidad de desarrollar métodos analíticos para su detección y cuantificación a niveles de vestigios en una gran variedad de matrices. En el presente trabajo de tesis se proponen estrategias y metodologías analíticas para la determinación de DEs en matrices de interés alimenticio y ambiental. Los métodos propuestos están basados en el análisis quimiométrico de datos multivariados de origen espectroscópico y/o cromatográfico, siguiendo dos objetivos primordiales: Obtener métodos sensibles, exactos y precisos, que permitan determinar los compuestos de interés a niveles de vestigios, con un mínimo pre-tratamiento de las muestras, aún en presencia de potenciales interferentes. Desarrollar dichos métodos bajo los principios de la química analítica verde, es decir reduciendo o eliminando el uso o generación de productos o reactivos peligrosos para la salud humana o el ambiente. En la primera etapa de este trabajo se estudiaron DEs derivados del fenol: bisfenol A (BPA), empleado en la manufactura de polímeros policarbonatos y resinas epoxy, 4-octilfenol (OP) y 4-nonilfenol (NP), ambos precursores en la manufactura de surfactantes no iónicos, detergentes hogareños y pesticidas. Se evaluaron sus propiedades espectrofluorimétricas en presencia de medios organizados y la posibilidad de que estas señales permitan desarrollar metodologías analíticas amigables con el ambiente. Se demostró que las señales fluorescentes de los analitos estudiados en agua aumentan significativamente en presencia de β-ciclodextrinas nativas y modificadas, sugiriendo la formación de complejos de inclusión. Se determinaron las estequiometrías de los complejos formados, sus constantes de equilibrio en medio acuoso, y se propusieron posibles estructuras de dichos complejos, evaluándose las variables fisicoquímicas que influyen en la calidad de las señales luminiscentes. A partir de los resultados obtenidos se establecieron las condiciones de trabajo óptimas para la determinación espectrofluorimétrica de BPA, OP y NP, se construyeron las respectivas curvas de calibración univariadas y se calcularon las correspondientes cifras de mérito. En una segunda etapa, la alta sensibilidad de la fluorescencia en medios organizados combinada con la selectividad de la calibración multivariada se emplearon para la determinación de NP y BPA en muestras de plásticos, mediante la obtención de matrices excitación-emisión de fluorescencia en presencia de metil-β-ciclodextrina. Los datos se analizaron aplicando diferentes algoritmos de segundo orden, obteniendo las mejores predicciones mediante U-PLS/RBL (cuadrados mínimos parciales desdoblados acoplados a bilinearización residual). Los resultados obtenidos se validaron frente a un método de referencia utilizando cromatografía de líquidos de alta eficiencia (CLAE). El método propuesto permitió alcanzar límites de detección del orden de las partes por billón, sin necesidad de etapas de pre-concentración, aún en presencia de altas concentraciones de interferentes y con un importante solapamiento espectral. De esta manera, se evitó el uso de grandes cantidades de solventes orgánicos y técnicas separativas, resultando ser una técnica rápida, sensible, sencilla y verde. Posteriormente, se desarrolló un método cromatográfico con detección dual de arreglo de diodos y fluorescencia para la determinación de BPA, OP, NP y de ésteres del ácido ftálico (dietilftalato, dibutilftalato y dietilhexilftalato). Estos ésteres son DEs que se usan como plastificantes en la producción de polietileno, cloruro de polivinilo y otros materiales sintéticos, y no presentan propiedades fluorescentes. Siguiendo los principios de la química analítica verde, las condiciones experimentales se optimizaron minimizando el consumo de solventes orgánicos y el tiempo de análisis, aún en detrimento de la resolución. En consecuencia, y con el fin de remediar la pérdida parcial de resolución en los cromatogramas, se propuso una calibración multivariada. Se obtuvieron datos de segundo orden del tipo tiempo de elución-longitud de onda de absorbancia y tiempo de elución-longitud de onda de emisión de fluorescencia. De esta manera, los analitos se detectaron por medio de la señal más conveniente, de acuerdo a sus propiedades espectroscópicas. Las matrices se procesaron con el algoritmo MCR-ALS (resolución multivariada de curvas mediante mínimos cuadrados alternantes). El método propuesto se empleó en la cuantificación de DEs en bebidas envasadas en recipientes plásticos o que tuvieron contacto con este tipo de materiales durante el proceso de elaboración (gaseosas, jugos, agua mineral, vinos, cervezas y bebidas blancas). Los resultados se validaron frente a un método de referencia utilizando cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. Se determinaron las cifras de mérito, observando que los límites de cuantificación logrados son adecuados para la determinación de los analitos en las muestras estudiadas. La aplicación de análisis multivariado permitió resolver el solapamiento temporal y espectral entre las señales de los analitos, aún en presencia de potenciales interferentes propios de las muestras analizadas, simplificando considerablemente el tratamiento previo y disminuyendo el tiempo de análisis y el volumen de solvente, en comparación con los métodos cromatográficos tradicionales. Finalmente, se fusionaron por primera vez datos cromatográficos de segundo orden (tiempo de elución-longitud de onda de absorción y tiempo de elución-longitud de onda de emisión de fluorescencia), obtenidos mediante el análisis por CLAE con detección dual y se procesaron quimiométricamente para la cuantificación de analitos coeluyentes. Los sistemas experimentales incluyeron DEs de diferente origen y naturaleza química (agroquímicos, hormonas, plastificantes e hidrocarburos policíclicos aromáticos), algunos de los cuales presentan propiedades fluorescentes. En cada caso, se optimizaron las condiciones experimentales de análisis aplicando nuevamente los principios de la química analítica verde. Una vez obtenidos los datos de segundo orden, se los fusionó por medio de un protocolo desarrollado en esta tesis, basado en alineamiento optimizado de correlación unidimensional. Las matrices fusionadas se modelaron mediante MCR-ALS. Además, los datos provenientes de ambos detectores se procesaron independientemente, empleando el mismo algoritmo. Se compararon las cifras de mérito correspondientes a los datos fusionados y sin fusionar, observándose que la fusión permitió obtener importantes mejoras respecto al uso de un único detector en los tres sistemas estudiados. Las ventajas más significativas se obtuvieron en aquellos casos en los que un único modo de detección no brindó la selectividad necesaria para modelar adecuadamente al analito en cuestión. Además, en todos los sistemas se logró una disminución en los límites de detección y una mejora en la calidad predictiva, evidenciada en los bajos errores relativos de predicción alcanzados. Estas mismas ventajas de la fusión se verificaron en muestras reales, mediante un estudio de recuperación en muestras de aguas ambientales adicionadas. En conclusión, las nuevas estrategias experimentales, sumadas al tratamiento quimiométrico de los datos, permitieron el desarrollo de métodos alineados con los principios de la química analítica verde, a la vez que se mejoraron significativamente sus propiedades analíticas básicas: precisión, sensibilidad y selectividad.Fil: Pellegrino Vidal, Rocío Belén. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química de Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina

Chemometrics-assisted cyclodextrin–enhanced excitation–emission fluorescence spectroscopy for the simultaneous green determination of bisphenol A and nonylphenol in plastics

The aim of this work was to quantify two relevant priority chemicals, bisphenol A (BPA) and 4-nonylphenol (NP), coupling the sensitivity of fluorescence in organized media and the selectivity of multivariate calibration, measuring excitation–emission fluorescence matrices in an aqueous methyl-β-cyclodextrin solution. The studied priority pollutants are two of the most frequently found xenoestrogens in the environment, and are therefore of public health concern.The data were successfully processed by applying unfolded partial least-squares coupled to residual bilinearization (U-PLS/RBL), which provided the required selectivity for overcoming the severe spectral overlapping among the analyte spectra and also those for the interferents present in real samples. A rigorous International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)-consistent approach was applied for the calculation of the limits of detection. Values in the ranges of 1–2 and 4–14 ng mL−1 were obtained in validation samples for BPA and NP, respectively. On the other hand, low relative prediction errors between 3% and 8% were achieved. The proposed method was successfully applied to the determination of BPA and NP in different plastics. In positive samples, after an easy treatment with a small volume of ethanol at 35 °C, concentrations were found to range from 26 to 199 ng g−1 for BPA, and from 95 to 30,000 ng g−1 for NP.Fil: Pellegrino Vidal, Rocío Belén. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina.Fil: Ibañez, Gabriela Alejandra. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina.Fil: Escandar, Graciela Mónica. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina

Online third-order liquid chromatographic data with native and photoinduced fluorescence detection for the quantitation of organic pollutants in environmental water

Third-order liquid chromatographic data were generated online for the simultaneous quantitation of six organic environmental pollutants. The employed strategy consists in reducing the linear flow rate at the column outlet. A postcolumn UV reactor and a fluorimetric detector allowed to properly record both photoinduced and native excitation–emission fluorescence matrices (EEPIFMs and EEFMs, respectively). The obtained third-order liquid chromatography data were chemometrically processed with the multivariate curve resolution–alternating least-squares model. The sensitivity of the overall analytical method was enhanced by a very simple solid-phase extraction with C18 membranes, to be able to successfully apply it to natural water samples tested as real matrices. Favorable detection limits for the investigated pollutants, ranging from 0.02 to 0.27 ng mL–1, were attained, with relative prediction errors between 2 and 7%. Since the studied samples contain uncalibrated interferents, the applied strategy achieves the second-order advantage. Implications regarding the potential achievement of the third-order advantage are discussed.Fil: Pellegrino Vidal, Rocío Belén. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina.Fil: Olivieri, Alejandro César. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina.Fil: Ibañez, Gabriela A. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina.Fil: Escandar, Graciela Mónica. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina