Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs): Estudio de métodos cromatográficos. Aplicación a muestras de aire ambiente y alimentos

Abstract

El treball desenvolupat a la present tesis es centra en l’estudi de la família dels Hidrocarburs Aromàtics Policíclics (HAPs). Aquesta família de contaminants orgànics és d’interès prioritari degut a les propietats d’aquests compostos com a POPs, a la seva amplia distribució en el medi ambient i la seva elevada toxicitat sobre els essers vius. Per aquests motius, en aquests darrers anys, s’ha aixecat un gran interès en aquests tipus de compostos pel que respecta la seva presència i control tant a l’aire que respirem com en els aliments que ingerim. Així, la present tesis s’ha centrat en l’estudi i el coneixement d’aquesta complexa família de compostos tant en el camp ambiental com en el de l’alimentació. I. S’han desenvolupat mètodes cromatogràfics tant per HPLC-FLU com per HRGC-MS (EI/SIM) per a la determinació de 24 HAPs. S’ha prioritzat aconseguir un mínim temps d’anàlisis amb resolucions adequades entre els pics a estudi. Així, ha estat necessari treballar amb columnes amb fases estacionàries específiques per a aquest tipus de compostos i amb dimensions que afavorien maximitzar l’eficàcia i la velocitat (UHPLC i Fast GC). II. Degut a la gran nombre de compostos que formen aquesta família de contaminants i a la complexitat de la seva separació, s’han considerat interesant l’ampliació dels models de predicció basats en les metodologies QSRR, per aconseguir descriure el mecanisme que regeix la separació dels HAPs quan es treballa amb sistemes de cromatografia líquida o de gasos. D’aquesta manera, s’aconsegueix no només el coneixement teòric del mecanisme de separació sinó que permet ampliar el conjunt de HAPs a estudi. Amb el coneixement cromatogràfic adquirit s’ha treballat amb aquests contaminants en diferents matrius. III. S’ha desenvolupat un procediment per a la determinació de HAPs en mostres d’aire ambient a partir de la fracció PM10 de material particulat, amb la finalitat de poder complir el RD 102/2011. El procediment posat a punt ha estat acreditat per la norma 17025:2005. Per això, ha estat necessari dur a terme un conjunt d’activitats per aconseguir la seva acreditació (validació, càlcul d’incertesa a més d’una sèrie de controls continus i rutinaris, que permeten assegurar la validesa dels resultats obtinguts). A més, en aquest cas, el procediment acreditat s’ha aplicat a l’anàlisi de les mostres de la XVPCA corresponents als anys 2009 a 2012 de tot el territori Català. De manera, que ha estat possible realitzar un estudi de la presència d’aquests contaminants en l’aire, tant a nivell estacional com de l’àrea de captació (relacionat amb l’entorn d’emissió).. IV. Finalment, s’han desenvolupat procediments per a la determinació dels HAPs en dues matrius alimentaries: llets crues i cafè en gra, tant verd com torrat. En aquests casos, ha estat necessari optimitzar convenientment l’etapa de preparació de mostra amb la finalitat de reduir l’efecte matriu i aconseguir arribar als baixos nivells en que aquests contaminats es troben en aquestes mostres. Aquests procediments han estat aplicats a diferents mostres amb la finalitat de determinar el nivell d’aquests contaminants i per comprovar si durant el processat es generen HAPs.

El trabajo desarrollado en la presente tesis se centra en el estudio de la familia de los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs). Esta familia de contaminantes orgánicos es de interés prioritario debido a sus propiedades como compuestos orgánicos persistentes, a su amplia distribución en el medio ambiente y a su elevada toxicidad sobre los seres vivos. Por estos motivos, en estos últimos años, se ha despertado un elevado interés en este tipo de compuestos en lo que respecta a su presencia y control tanto en el aire que respiramos como en los alimentos que ingerimos. Así, la presente tesis se ha centrado en el estudio y conocimiento de esta compleja familia de compuestos tanto en el campo ambiental como en el de la alimentación. I. Se han desarrollado métodos cromatográficos tanto por HPLC-FLU como por HRGC-MS (EI/SIM) para la determinación de 24 HAPs. En la optimización, se ha priorizado conseguir un mínimo tiempo de análisis con resoluciones adecuadas entre los picos a estudio. Por ello, ha sido necesario trabajar con columnas con fases estacionarias específicas para la separación de este tipo de compuestos y con dimensiones que favorecían maximizar la eficacia y la velocidad (UHPLC y Fast GC). II. Debido al gran número de compuesto que forman esta familia de contaminantes y a la complejidad de la separación, se ha considerado interesante la aplicación de los modelos de predicción basados en las metodologías QSRR, para conseguir describir el mecanismo que rige la separación de los HAPs cuando se trabaja con sistemas de cromatografía líquida o de gases. De esta manera, se consigue no sólo el conocimiento teórico del mecanismo de separación sino que permite ampliar el conjunto de HAPs a estudio. Con los conocimientos cromatográficos adquiridos, ha sido posible determinar estos contaminantes en diferentes matrices. III. Se ha desarrollado un procedimiento para la determinación de HAPs e muestras de aire ambiente a partir de la fracción PM10 de material particulado, con la finalidad de cumplir el RD 102/2011. El procedimiento puesto a punto, ha sido acreditado por la norma 17025:2005. Por ello, ha sido necesario realizar un conjunto de actividades para poder asegurar la validez de los resultados. Además, en este caso, el procedimiento acreditado se ha aplicado al análisis de las muestras de la XVPCA captadas entre los años 2009 a 2012, de todo el territorio catalán. De esta manera, ha sido posible realizar un estudio de la presencia de estos contaminantes en el aire, tanto a nivel estacional como de área de captación. IV. Finalmente, se han desarrollado procedimientos para la determinación de los HAPs en dos matrices alimentarias: leche cruda y café en grano (verde o tostado). En estos casos, ha sido necesario optimizar convenientemente la etapa de la preparación de la muestra con la finalidad de reducir el efecto matriz y conseguir llegar a los bajos niveles en que estos contaminantes se encuentran en las m muestras. Además, estos procedimientos han sido aplicados con éxito al análisis de muestras.

This thesis focusses on the study of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. These compounds are of priority interest because of its properties as persistent organic pollutants, their wide distribution in the environment and its high toxicity. For these reasons, in recent years, it has created a high interest in these group of compounds both in the air and in food. So, this thesis has focused on the knowledge of this complex family of compounds in the environmental and food. I. Chromatographic methods have been developed for determination 24 PAHs by HPLC-FLU and HRGC-MS (EI/SIM). In optimization process, it has prioritized getting a minimum chromatographic time with suitable resolution between peaks. Therefore, it has been necessary to work with specific stationary phases and columns with dimensions that have been allowed maximize efficiency and speed (UHPLC and Fast GC columns). II. Due to the large number of compounds that are PAHs and complexity of their separation, it has been considered interesting to apply predictive models based on methodologies QSSR. They can describe the mechanism governing the separation of PAHs when working both LC and GC. And they allow to extend some compounds of the same family that have not been included in the model. III. A procedure for the determination of PAHs in ambient air (samples from PM10 fraction of particulate matter) has been developed, in order to meet the RD 102/2011. This procedure has been accredited by UNE-EN ISO 17025: 2005 standard. For accreditation, it has been necessary to perform a set of activities to ensure the validity of results (validation, estimation uncertainty, system suitability, interlaboratory and periodic analysis of a certified reference material). Apart from that, with this procedure has been analyzed XVPCA samples (2009 to 2012). Thus, it has been possible to make a study of the presence of these pollutants in the air, according to season or catchment area. IV. Finally, it has been developed procedures for determining PAHs in two food samples: raw milk and coffee beans (green or roasted). In these cases, it has been necessary to optimize sample preparation in order to reduce the matrix effect and determining low concentration levels that these pollutants are in samples. Moreover, these methods have been successfully applied to the analysis of samples.