Organic pollutants in indoor dust: method development, site-specific monitoring and human exposure

Abstract

Dust has been used as a surrogate of indoor organic contamination for several decades. Their concerns for human health include from sensitization effects such as allergies to toxic effects derived from those organic pollutants adsorbed to the dust particles, such as neurotoxicity, endocrine disruption and carcinogenic responses. Given that nowadays people spend more than a 90% of their time indoors, the exposure to this cocktail of pollutants is a challenge that must be handled. The present PhD thesis project develop instrumental methods for the quantitative analysis of the levels of organic pollutants using indoor dust as matrix and evaluate human exposure and risk by using the so-obtained empirical data and theoretical calculations. To do so, a multi-residue extraction method based on solid-liquid and ultrasound assisted extraction (UAE) and a gas chromatography method coupled to tandem mass spectrometry were set up (article 1). This allowed to detected almost 100% of the studied compounds in different indoor ambients along Barcelona (public and private environments, article 2) and the Ecuadorian Amazonia (dwellings surrounding petrochemical complexes, article 3). The encountered levels of the organic pollutants draw a big picture about the legacy and current uses of such chemical compounds. They are polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), organophosphorus flame retardants (OPFRs), polychlorinated biphenils (PCBs), organochlorinated pesticides (OCs), phthalates, alkylphenols (APs), bisphenol A (BPA) and nicotine, all of them selected on a basis of their toxic effects and widespread use worldwide. Article 4 focuses on the development of a novel method to assess exposure to organic pollutants through inhalation. It is a non-invasive technique that consists on nasal lavages of the inner part of the nose. Thus, intake of pollutants is evaluated and a common pattern between occurrence in dust and nasal lavages can

be easily observed, which suggests a strong influence of dust contamination over the human exposure to these organic pollutants. As a whole, the present PhD thesis outlines a connection among environmental analytical chemistry and other disciplines such as exposure science or environmental epidemiology. It attempts to serve as a tool to other knowledge areas and social groups to improve the understanding of the accumulation of organic pollutants in indoor dust and the related human exposure and disease.

El polvo ha demostrado ser en los últimos años una matriz idónea para la medida de la contaminación dado que sus características fisicoquímicas facilitan la disolución y absorción de las moléculas de los contaminantes sobre la superficie de las partículas que lo componen. Su alto contenido en materia orgánica hace que a los efectos de sensibilización que produce (asma, alergia) se le sumen los efectos tóxicos que los contaminantes orgánicos a él adheridos inducen en la salud humana al entrar en contacto con el organismo (neurotoxicidad, disrupción endocrina, carcinogénesis, entre otros). El actual modelo de desarrollo humano hace que la vida de las personas transcurra un gran porcentaje del día en ambientes de interior, viéndose estas expuestas por diferentes vías al cóctel de contaminantes que allí se acumulan, tanto en la fase gaseosa como en las partículas en suspensión y el polvo asentado. El estado de la ciencia en cuanto a los fenómenos físicos que permiten caracterizar el reparto de los contaminantes entre las distintas fases en el interior avanza complementando observaciones empíricas de las constantes de reparto (históricamente se ha usado la de octanol-agua, pero actualmente la de octanol-aire cobra interés y fuerza explicativa) con cálculos que predicen las concentraciones en una fase respecto de otra, para una población de estudio dada. Pese a la inmensa mayoría de contaminantes existentes en el interior y su diversidad de propiedades fisicoquímicas, se observan patrones que permiten predecir con cierta precisión el comportamiento de los contaminantes en función del tipo de ambiente, de actividad humana predominante y de la variable espaciotemporal. Las décadas de estudios sobre la presencia de contaminantes orgánicos en el polvo permiten deducir dichas tendencias sobre la producción, transporte, acumulación y degradación de los mismos. La presente tesis desarrolla métodos instrumentales de análisis cuantitativo para abordar la medida de los niveles de contaminantes orgánicos empleando polvo depositado en ambientes de interior como matriz, y realizando una

evaluación de la exposición y del riesgo empleando datos empíricos y cálculos teóricos. Dada la precisión requerida para realizar un análisis químico cuantitativo es habitual en la bibliografía encontrar estudios que abordan la extracción y el análisis instrumental de una única familia de contaminantes. En esta Tesis se propone una metodología más general que, si bien no es nueva, no se ha aplicado al polvo con frecuencia y permite la detección de múltiples familias de compuestos químicos en dicha matriz, dibujando una imagen más completa del perfil de contaminación existente en los edificios que frecuentamos. El método multirresiduo desarrollado en el artículo 1 bebe de los trabajos previos consultados en la amplia bibliografía existente y de la aplicación del diseño de experimentos para seleccionar las condiciones más apropiadas necesarias para un método con compuestos químicos tan diferentes entre sí. La idea general es conseguir un método de análisis que proporcione valores representativos de los niveles de contaminantes en el polvo y que permita comparar diferentes espacios a lo largo y ancho de ambientes tan dispares como Barcelona, una gran ciudad mediterránea que se caracteriza por su apertura al resto de Europa y que está dominada por el sector turísitico e industrial (artículo 2), y el noreste de la Amazonía ecuatoriana, una región más rural afectada mayoritariamente por la actividad petrolera y en la que predomina el sector agrícola parcelario (artículo 3). Los niveles de contaminantes encontrados para las familias estudiadas ilustran los usos actuales e históricos de plásticos, retardantes de llama y pesticidas en uno y otro lugar, y permiten explicar ciertos patrones encontrados para la acumulación de nicotina y los hidrocarburos aromáticos policíclicos, productos de combustión tanto natural como antropogénica. Los niveles de contaminantes medidos en el polvo permiten realizar aproximaciones teóricas para caracterizar la exposición humana a los mismos y el riesgo para la salud que de ella deriva a través de la ingestión y la absorción dérmica. Para ello, se emplean dosis de referencia y el cálculo del riesgo acumulado de cáncer.