Aplicació de tècniques acoblades a la cromatografia líquida per a la determinació de contaminants orgànics en aigües i sediments portuaris

Abstract

L'objectiu de la present tesi ha estat el desenvolupament de mètodes analítics per a la determinació de diferents famílies de contaminants orgànics en mostres d'aigua i sediments portuaris.<br/><br/>Aquests mètodes s'han basat en l'acoblament de la cromatografia líquida d'alta resolució a diferents tècniques de detecció, com els detectors de fluorescència o l'espectrometria de masses, així com en l'acoblament on-line i off-line de diferents tècniques d'extracció.<br/><br/>Com a detectors, s'han desenvolupat mètodes emprant el detector UV-visible, ja que aquest detector s'utilitza de forma habitual. No obstant això, degut als baixos nivells de concentració que s'han d'assolir en l'anàlisi de mostres ambientals, és preferible utilitzar detectors més sensibles, com el detector de fluorescència o l'espectrometria de masses (MS). És per això que es van triar aquests detectors per a la determinació d'algunes de les famílies de compostos que han estat objecte d'estudi en la present Tesi Doctoral. Pel que fa a l'acoblament de la MS i la cromatografia líquida, es va triar la interfase APCI degut a les característiques d'ionització dels compostos estudiats.<br/><br/>Pel que fa a les tècniques d'extracció, per a la determinació de contaminants en mostres aquoses s'ha triat l'extracció en fase sòlida (SPE), que s'ha acoblat a la cromatografia líquida tant de forma on-line com off-line. En funció de les propietats dels compostos, s'han utilitzat diferents tipus de sorbents polimèrics. Així, s'ha utilitzat el PLRP-s en la SPE acoblada en línia a la cromatografia líquida per a la determinació de compostos aromàtics policíclics. Però, degut al desenvolupament dels sorbents polimèrics altament entrecreuats i tenint en compte els bons resultats obtinguts en l'extracció d'altres contaminants orgànics en altres tipus de mostres aquoses, aquests sorbents també s'han emprats en alguns dels treballs inclosos en la present Tesi Doctoral. D'entre els diferents sorbents de què es disposava, es van triar dos polímers de poliestirè-divinilbenzè, el LiChrolut EN i l'Isolute ENV+.<br/><br/>Per a l'anàlisi de sediments marins, la tècnica que s'ha utilitzat consisteix en posar en contacte la mostra i un solvent orgànic. S'ha triat aquesta tècnica degut a la seva senzillesa respecte a d'altres. Concretament, aquesta tècnica s'ha aplicat a l'extracció de diferents compostos utilitzant diclormetà i acetonitril com a solvent. Per afavorir l'extracció d'alguns dels compostos estudiats, en alguns casos s'han utilitzat ultrasons.<br/><br/>A més del desenvolupament de mètodes analítics basats en l'acoblament de diferents tècniques a la cromatografia líquida, també cal esmentar la utilització de dos mètodes de calibració de segon ordre, el 3-PLS i el GRAM, en alguns dels treballs presentats, com a eina matemàtica per resoldre alguns dels problemes sorgits en la determinació dels contaminants estudiats, com la quantificació dels analits a partir de pics parcialment solapats, la qual cosa permet la disminució del temps d'anàlisi, i la quantificació en mostres complexes com els sediments marins, que solen presentar efecte matriu, mitjançant únicament una mostra de calibració, la qual cosa permet la quantificació sense realitzar de nou la calibració per a cada nova mostra. <br/><br/>En tots els treballs presentats, els mètodes desenvolupats s'han aplicat a l'anàlisi de mostres reals. Aquestes mostres han estat preses als ports de Tarragona, tot i que també s'han analitzat algunes mostres de la depuradora d'aigua d'aquesta ciutat per tal d'avaluar la seva incidència sobre la contaminació del medi marí. A més, també s'han analitzat algunes mostres d'aigua del riu Ebre. També cal destacar d'entre aquests mètodes el desenvolupat per a la determinació de plaguicides antialgues i que ha permès la monitorització durant un període de cinc mesos en mostres de diferents ports de la costa de Tarragona.

The aim of this thesis has been the development of analytical methods for the determination of some groups of organic contaminants in coastal water and sediment samples.<br/><br/>These methods were based on the coupling of high-performance liquid chromatography to different detection techniques, such as fluorescence detection or mass-spectrometry, as well as the on-line and off-line coupling to different extraction techniques.<br/><br/>As detectors, the developed methods used UV-visible detector, since it is commonly used. However, due to the low concentration levels to be achieved when real environmental samples are analysed, more sensitive detectors, such as fluorescence detector or mass spectrometry, are preferred. So these detectors have been used for the determination of some of the families of compounds studied in this thesis. As regards to coupling mass spectrometry to high-performance liquid chromatography, the atmospheric-pressure chemical ionization interface has been chosen because of the ionization characteristics of the studied compounds.<br/><br/>Referring to the extraction techniques, solid-phase extraction has been chosen for the analysis of aqueous samples. This technique has been coupled on-line and off-line to the high-performance liquid chromatography. Taking into account the characteristics of the compounds, different polymeric sorbents have been used. In this way, PLRP-s, a styrene-divinylbenzene copolymer, has been used for the determination of polycyclic aromatic compounds. But due to the development of the highly-crosslinked polymeric sorbents, which present a greater retention of the most polar compounds, and taking into account the good results obtained for the extraction of other organic contaminants for other kinds of aqueous samples, these kind of sorbents was also used in some of the studies. Between them, LiChrolut EN and Isolute ENV+ were chosen.<br/><br/>For the analysis of sediment samples, the extraction of the analytes was carried out using an organic solvent that is kept in contact with the sample. To be concrete, this technique, which is simpler than others, has been used for the extraction of different compounds using acetonitrile or dichloromethane as solvents. To improve the extraction of some of the studied compounds, in some cases ultrasonic extraction has been chosen.<br/><br/>In addition to the development of analytical methods based on coupling of different techniques to the high-performance liquid chromatography, it is also important to mention the use of two second-order calibration algorithms, the 3-PLS (three-way Partial Least Squares) and the GRAM (Generalized Rank Annihilation Method), in some of the studies, as a mathematical tool to solve some of the problems arisen in the determination of the studied compounds, such as quantification from overlapped peaks, which allows the decrease in the analysis time, or quantification in very complex samples, such as marine sediment samples, which usually present matrix effect, by using only one calibration sample, which allows quantification without carrying out a new calibration for every new sample.<br/><br/>In all the presented studies, the developed methods have been applied to the analysis of real samples taken from the ports of Tarragona, although some samples of the wastewater treatment plant of this city have also been analysed in order to evaluate its effect into the contamination in the coastal environment. Moreover, some samples taken from the river Ebre have also been analysed. It is also important to highline the method developed for the determination of some antifouling pesticides, since this method allowed the monitorization of the presence of the studied compounds in samples from different ports of the coast of Tarragona during a period of five months.