Determination of emerging contaminants in environmental matrices

Aznar Roca, Ramón (2016). Determination of emerging contaminants in environmental matrices. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Agrónomos (UPM) [antigua denominación].

Descripción

Título: Determination of emerging contaminants in environmental matrices
Autor/es:
  • Aznar Roca, Ramón
Director/es:
  • Tadeo Lluch, José Luis
  • Sánchez-Brunete Palop, Consuelo
Tipo de Documento: Tesis (Doctoral)
Fecha: 2016
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Agrónomos (UPM) [antigua denominación]
Departamento: Química y Tecnología de Alimentos
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Los contaminantes emergentes (CEs) son compuestos químicos que pueden poseer el potencial de causar efectos adversos al medio ambiente y/o a la salud humana. También pueden ser considerados emergentes si se ha descubierto una nueva fuente o una nueva vía de introducción al medio ambiente. Hoy en día, las siguientes familias de compuestos pueden ser clasificados como CEs: biocidas, retardantes de llama, hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), plastificantes, surfactantes, hormonas, productos de higiene personal, compuestos farmacéuticos y nanopartículas. Debido al elevado uso de estos compuestos y su continua emisión pueden denominarse como pseudo-persistentes, haciendo que sea una prioridad monitorear su presencia en el medio ambiente. Estos CEs son generados principalmente en hospitales, granjas y zonas urbanas e industriales. La principal vía de introducción en el medio ambiente es a través de las aguas residuales. Los CEs no son eliminados completamente en las depuradoras y, consecuentemente, son introducidos en el medio ambiente a traves de los efluentes. Además, los lodos de depuradora y los residuos orgánicos de las granjas son usados en la agricultura para aumentar el contenido de materia orgánica y nutrientes en el suelo, siendo otra fuente de introducción de CEs en el medio ambiente. Sin embargo, aunque las fuentes de contaminación son conocidas, es necesario estudiar la presencia y el comportamiento de los CEs en los diferentes compartimentos del medio ambiente. Para evaluar la presencia de estos compuestos se requieren métodos multirresiduos robustos. Así, en esta tesis, se presentan seis trabajos para evaluar los CEs en varias matrices: fármacos en lodos de depuradora; retardantes de llama, HAPs y biocidas en gallinaza; fármacos y biocidas en el suelo, compuestos representativos de los CEs en plantas acuáticas y nanopartículas de plata en muestras acuosas. Para la determinación de fármacos en lodos de depuradora se desarrolló un método usando la técnica “supported liquid extraction” y su detección mediante GC-MS/MS. El método se validó y usó para evaluar la presencia de fármacos en lodos recogidos en España, donde la cafeína, el ibuprofeno, el ácido salicílico y el fenoprofeno fueron detectados en todas las muestras analizadas. Un método multirresiduos para detectar 41 contaminantes incluyendo retardantes de llama, HAPs y biocidas en gallinaza se desarrolló basado en una modificación del método “QuEChERS” y en su posterior determinación mediante GC-MS. Una vez validado el método se aplicó a muestras recogidas en diferentes granjas de Castilla y León. Se confirmó la presencia de los siguientes compuestos: biocidas, HAPs y 4,4’DDT y sus metabolitos. Para evaluar la presencia de CEs en suelo se desarrollaron dos métodos. Un primer método para la detección de 15 fármacos (ácidos, neutros y básicos) en suelo, basado en la extracción asistida por ultrasonidos seguido de GC-MS se aplicó a suelos agrícolas de diferentes regiones de España (Segovia, Murcia y Valencia). El análisis mostró la presencia ubicua de varios compuestos como ácido salicílico y paracetamol en las tres áreas estudiadas, así como fenoprofeno en Segovia y alopurinol y carbamacepina en Valencia. El segundo método fue desarrollado para detectar 10 piretroides en suelos agrícolas mediante la extracción asistida por ultrasonidos y GC-MS. El método fue aplicado para monitorear la presencia de los compuestos seleccionados en campos de arroz en Valencia, mostrando su ubicua presencia así como la identificación de las aguas de depuradoras como una de las principales fuentes de contaminación usando sistemas de información geográfica. Otro método multirresiduos fue desarrollado para la determinación de 31 CEs en plantas acuáticas por GC-MS, donde la técnica la dispersión de la matriz en fase sólida asistida por ultrasonidos fue utilizada para extraer los compuestos de interés de Typha angustifolia, Arundo donax, Oryza sativa and Lemna minor. El método fue validado y aplicado a las plantas recolectadas en tres ríos de tres regiones españolas (Madrid, Andalucía y Valencia). Seis de los treinta y un compuestos estudiados (biocidas y productos de higiene personal) fueros cuantificados. Para finalizar, se puso a punto una metodología para detectar y caracterizar el tamaño y distribución (PSD) de nanopartículas de plata (Ag-NPs) en productos de consumo y aguas ambientales usando SP-ICP-MS. El pretratamiento de la muestra (AF4 o filtración por centrifugación) no mejoraron la medida directa del SP-ICP-MS. El método se aplicó a productos de consumo, permitiendo la caracterización en tiritas del PSD de las Ag-NPs. Similarmente, en las aguas filtradas se pudo caracterizar con éxito las nanopartículas en términos de tamaño y número. Sin embargo, las concentraciones encontradas en aguas recolectadas en Italia estuvieron por debajo del límite de detección del ICP-MS. ABSTRACT Emerging contaminants (ECs) are chemicals that may have the potential to cause adverse ecological and/or human health effects. They can also be considered emerging contaminants because of the discovery of a new source or a new pathway of introduction to the environment. Nowadays, the following families of compounds have been classified as ECs: biocides, flame retardants, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), plasticizers, surfactants, hormones, personal care products, pharmaceuticals and nanoparticles. Due to the high use of these compounds and their continuous release they can be classified as pseudo-persistent, making it a priority to monitor their occurrence. These ECs are generated principally in hospitals, farms and urban and industrial areas. The main pathways of introduction into the environment are the polluted residual waters. Most of these polluted waters will reach a wastewater treatment plant (WWTP), but even in this case, most of the ECs are not completely degraded during the depuration processes and are discharged in the effluent waters, resulting in contamination of the environment. Moreover, sewage sludge from WWTPs and animal litter or manure from farms are used in agriculture to increase the content of organic matter and nutrients in soil, which may be another source of introduction of ECs into the environment. However, although the input sources are well-known, the fate and behavior of these emerging contaminants in the different environment compartments need further work. Thus, reliable and robust multiresidue methods are needed to assess their presence into different environmental matrices. In this thesis, six works are presented to assess the occurrences of ECs in various matrices: pharmaceutical compounds in sludge; flame retardants, PAHs and biocides in poultry manure; pharmaceuticals and biocides in soil; representative ECs in aquatic plants and silver nanoparticles in aqueous matrices. A method to determine pharmaceutical compounds in sludge was developed using supported liquid extraction and GS-MS/MS detection. The method was validated and used to assess the occurrence of pharmaceutical compounds in sludge samples collected in Spain, where caffeine, ibuprofen, salicylic acid and fenoprofen were detected in all the samples analyzed. A multiresidue method to detect 41 selected contaminants including flame retardants, PAHs and biocides in poultry manure was developed, based on a modified QuEChERS method and GC-MS determination. The validated method was applied to poultry manure samples collected from farms located in Castilla-León. The presence of some of the studied contaminants was confirmed, being biocides, PAHs and 4,4' DDT and its metabolites the compounds mainly detected. To assess the presence of ECs in soil two methods were developed. Firstly, a multiresidue method to detect 15 pharmaceutical compounds (acid, neutral and basic) in soil, based on an ultrasound assisted extraction procedure followed by GC-MS was validated and applied to agricultural soils from several Spanish areas (Segovia, Murcia and Valencia), showing the ubiquitous presence of various pharmaceutical compounds, such as salicylic acid and paracetamol, in the three areas studied, as well as fenoprofen in Segovia and allopurinol and carbamazepine in Valencia. The second method was developed to detect ten pyrethroids in agricultural soils by ultrasound-assisted extraction and GC-MS. The method was validated and applied to monitor their presence in a paddy field area in Valencia, showing the ubiquitous presence of them as well as the identification of WWTPs effluents as one of the main sources of pollution using a GIS program. A multiresidue method was developed for the determination of 31 ECs in aquatic plants, where ultrasound-assisted MSPD was applied to extract the studied compounds from Typha angustifolia, Arundo donax, Oryza sativa and Lemna minor followed by GC-MS determination. The method was validated and applied to aquatic plants collected from three rivers located in different Spanish regions (Madrid, Andalucia and Valencia). Six of the thirty one compounds studied (biocides and personal care products) were found and quantified. Finally, a methodology to detect and characterize the particle size distribution (PSD) of Ag-NPs in consumer products and environmental waters using SP-ICP-MS was evaluated. The sample pretreatment (AF4 fraction collection or centrifugal filtration) did not improve the analytical performance of direct SP-ICP-MS analysis. The procedure was applied to consumer products and plasters, allowing the determination of the complete PSD just for plasters. Similarly, the PSDs of Ag-NPs in filtered tap waters were successfully characterized in terms of size and number. However, the concentration levels found in freshwater samples from Italy were below the ICP-MS method dynamic range.

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ID de Registro: 43058
Identificador DC: http://oa.upm.es/43058/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:43058
Depositado por: Archivo Digital UPM 2
Depositado el: 01 Sep 2016 12:52
Ultima Modificación: 01 Mar 2017 23:30
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