Análisis y destino de residuos farmacéuticos en aguas subterráneas, superficiales y residuales

Abstract

Los fármacos, compuestos químicos con actividad biológica, y sus productos de transformación, metabolitos y otros derivados en las plantas de tratamiento y en el medio ambiente, con actividad farmacológica remanente, son contaminantes antropogénicos que, en muchos casos, están llegando al medioambiente a través de las aguas residuales, y son las aguas superficiales el primer y principal compartimento ambiental destino. Este es un hecho que, en la actualidad, es ya ampliamente reconocido por la comunidad científica, tras el desarrollo de métodos de análisis capaces de la determinación de estos microcontaminantes en el medio ambiente, y su posterior aplicación en estudios de presencia en diferentes matrices ambientales. Los científicos, por lo tanto, están demandando medidas de control de los mismos por parte de las autoridades. Aunque tímidos, se están dando pasos adelante en materia legislativa en la lucha contra este tipo de contaminación, lo que muestra la toma de conciencia de la importancia en el control de las fuentes de entrada de estos contaminantes emergentes, así como de su eliminación del medioambiente. Esto conlleva un aumento importante en el número de estudios y, por lo tanto, en las muestras a procesar por parte de los laboratorios medioambientales. De ahí nace la necesidad de optimizar la eficiencia y competitividad de los métodos analíticos actuales, de manera que progresen en fiabilidad y sensibilidad, aumentando al mismo tiempo su versatilidad, así como su capacidad y rendimiento. El desarrollo tecnológico en el sector es muy rápido, y en general, es la comunidad científica la que evalúa en primer término la viabilidad y bonanza de las diferentes propuestas tecnológicas. Con la presente tesis se ha pretendido dar respuesta a estas necesidades. Así se ha llevado a cabo: - El desarrollo y validación de métodos analíticos para la determinación de fármacos y sus derivados en aguas medioambientales y residuales, mostrando las ventajas y puntos débiles de cada uno de ellos. En concreto, se han usado dos fuentes de fiabilidad, que no son excluyentes y pueden ser utilizadas simultáneamente. La primera ha consistido en la introducción de la automatización en el tratamiento de muestra, llevando al mínimo la manipulación de las muestras por parte del analista. La segunda ha consistido en la introducción de surrogados y patrones internos adecuados que han puesto de manifiesto las incidencias producidas durante el proceso analítico, para que hayan podido ser corregidas. Por otro lado, se han conseguido métodos que presentan una elevada sensibilidad para la determinación de los microcontaminantes objeto de estudio presentes a bajas concentraciones en matrices complejas. Para ello se ha utilizado espectrómetros de masas de triple cuadrupolo de última generación, que trabajando en modo SRM (Selected Reaction Monitoring), han proporcionado una muy buena sensibilidad, además de una elevada selectividad, que ha allananado el camino de la fiabilidad comentada anteriormente. Además, se apostó también, por el desarrollo de métodos con la suficiente versatilidad como para que hayan podido ser aplicados sobre cualquier tipo de agua ambiental dulce continental, tanto superficial como subterránea, así como a agua residual y potable, con el fin de propiciar la intercalación de muestras de diferente naturaleza analizadas consecutivamente en una misma tanda. Finalmente, se propusieron métodos dotados de una elevada capacidad, de manera que un solo método haya sido capaz de analizar el mayor número de residuos de interés posibles, incluyendo fármacos y sus derivados, metabolitos y otros productos de transformación. Pero a la vez, se ha conseguido un aumento en el rendimiento analítico de estos métodos, es decir, se ha logrado una disminución del tiempo de análisis por muestra y un aumento del número de muestras por día. Para esto se apostó claramente por la automatización, eliminando algunas etapas en el proceso analítico, lo que, además de redundar en fiabilidad como se ha comentado anteriormente, ha proporcionado métodos analíticos más cortos y autónomos y, por lo tanto, capaces de trabajar en ausencia del analista. Otra enfoque en esta dirección fue la utilización de cromatografía rápida. - Otra parte importante de la presente tesis, ha sido la aplicación posterior de los métodos desarrollados, en estudios medioambientales de elevado interés científico por su innovación. En concreto en los siguientes: A) Estudio del impacto medioambiental a escala real, en un escenario de reutilización de agua residual para el mantenimiento del caudal ecológico de un río mediterráneo. Además, se valoró el riesgo ecotoxicológico y de estrogenicidad en las muestras del río. B) Estudio de presencia de fármacos y sus productos de transformación en las aguas superficiales de la cuenca del río Ebro. C) Estudio de la distribución tridimensional y origen de residuos farmacéuticos (fármacos y sus productos de transformación) en las aguas subterráneas bajo la ciudad de Barcelona (España). D) Determinación enantiomérica de 13 residuos farmacéuticos quirales en las aguas superficiales de la cuenca del río Guadalquivir, así como en las aguas de entrada y salida a las principales EDARs asociadas a la cuenca. Además, se discutieron las implicaciones en la toxicidad de las relaciones racémicas y no racémicas.

Pharmaceuticals are compounds with biological activity and their transformation products with remaining activity are arriving the environment through sewage waters, and superficial waters are the main receiving compartment. Some steps towards the fight this kind of contamination. This is creating an increase in the number of studies, and therefore, in the number of samples to be processed by the environmental laboratories. For this reason, the need to optimize the efficiency of current analytical methods, by improving the reliability, sensitivity, versatility, capacity and throughput, is a must. Technologic development is very fast in the sector, and the scientific community is generally the one that first assesses it. This thesis has tried to give answer to these requests. Thus, four multi-residue analytical methods for the analysis of pharmaceuticals and their transformation products in environmental and sewage waters, have been developed making use of cutting edge technology. The advantages and disadvantages of each of them have been discussed. Different online and offline pre-treatment technologies, fast and conventional liquid chromatographies and several kinds of triple quadrupoles for mass spectrometry, have been tested. Other important part of this thesis has been the application of the developed methods with high scientific studies, as follows: - Impact of the discharge of reclaimed sewage water in a Mediterranean river, and assessment of the eco-toxicological consequences. - Presence of pharmaceuticals and their transformation products in Ebro River basin, one of the main ones in the Iberian Peninsula. - Three-dimensional distribution of pharmaceuticals and their transformation products in the ground waters underlying Barcelona city (Spain). - Enantimeric determination of 13 chiral pharmaceutical residues in Guadalquivir River basin, one of the main ones in the Iberian Peninsula, and the assessment of the eco-toxicity issues related.