Microextração em fase líquida com fibra oca (HF-LPME) para determinação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) em águas naturais empregando cromoterapia a gás acoplada a espectrometria de massas (GC-MS)

Abstract

Resumo: A presença de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) nos diferentes compartimentos ambientais tem sido associadas a efeitos tóxicos e carcinogênicos, entre outros efeitos à saúde humana; dentre estes, 16 HPA são classificados como poluentes prioritários pela Agência de Protecção Ambiental dos Estados Unidos (U.S.EPA). Devido às baixas concentrações destes contaminantes presentes nas matrizes ambientais, é indispensável a aplicação de métodos analíticos que incluam técnicas de separação e detecção para amostras multicomponentes. Deste modo, o objetivo deste trabalho consistiu na otimização de uma técnica de microextração em fase líquida com fibra oca (HF-LPME) para a determinação simultânea de 16 HPA em amostras de água doce natural. Assim, foram desenvolvidos três planejamentos fatoriais para estudar as principais variáveis que afetam a eficiência da extração, mediante a determinação das melhores respostas por cromatografia a gás acoplada a espectrometria de massas (GC-MS). Os parâmetros cromatográficos foram inicialmente adaptados da literatura a partir de um método estabelecido para a análise destes compostos, tendo sido posteriormente otimizadas as melhores condições para obter a separação, identificação e quantificação de todos os HPA. Após a otimização da HF-LPME, o método foi validado por meio da avaliação das figuras de mérito, tais como a linearidade, limites de detecção (LOD) e quantificação (LOQ), precisão e exatidão através de duas curvas analíticas, uma instrumental construída com padrões e a outra mediante a extração de soluções aquosas fortificadas com padrão. A maioria dos compostos apresentou boa linearidade obtendo valores de R2na faixa de 0,861 a 0,998. Os valores dos LOD variaram entre 0,0006 e 0,1346 µg L-1e os LOQ entre 0,0037 e 5,7472 µg L-1, demostrando uma alta sensibilidade do método. A precisão e exatidão foram avaliadas por meio de estudos de recuperação pela fortificação em água ultrapura com solução padrão, obtendo recuperações entre 59,8 e 99,9 % com desvios padrões relativos (%DPR) desde 0,01 até 30,1 %, valores em sua grande maioria contidos dentro dos limites aceitos pela literatura para análises com concentrações traço (% R entre 40-120 %) e (DPR < 30%). Assim, de maneira complementar foi aplicado o método a 3 amostras de água de rio em zonas próximas e dentro de Curitiba, capital do Estado do Paraná, Brasil; a saber, nos rios Belém, Iguaçu e Irai, corpos hídricos de grande relevância tanto para o desenvolvimento econômico da região quanto para a sustentabilidade ambiental da área com a maior densidade populacional do Estado. Os resultados da determinação destes poluentes nos pontos coletados mostraram a confiabilidade analítica do método otimizado, indicando a presença de antraceno em concentrações de nível traço no rio Belém. A relevância de pesquisas ambientais relacionadas com estes contaminantes orgânicos e a eficiência do método desenvolvido quando aplicado a determinações reais, destaca vantagens tais como um menor tempo de extração, baixo volume de solventes, baixo custo dos implementos, cumprindo deste modo o alvo ambiental do presente estudo.

Abstract: The occurrence of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) in the different environmental compartments has been associated to toxic and carcinogenic effects, among other effects to human health; within those, 16 PAH are classified as priority pollutants by the U.S.EPA. Due to the low concentrations of these contaminants present in environmental matrices, it is necessary to develop analytical methods, which include separation and detection techniques for samples with multicomponents. In this way, the objective of this work consisted in the optimization of a hollow fiber liquid-phase microextraction (HF-LPME) technique for the simultaneous determination of 16 PAH in natural fresh water samples. Thus, three factorial plannings were developed to study the main variables that affect the extraction efficiency, through the determination of the best responses by Gas Chromatography coupled to Mass Spectrometry (GC-MS). The chromatographic parameters were initially adapted from literature beginning with an established method for the analysis of these compounds, where the best conditions were optimized subsequently in order to obtain the separation, identification and quantification of all the PAH. After the HF-LPME optimization, the method was validated by means of the evaluation of the figures of merit, such as linearity, limits of detection (LOD) and quantification (LOQ), precision and accuracy through both of the analytical curves, one of them, instrumental and built with standards, and the other extracting aqueous solutions fortified with standard. Most of the compounds presented a good linearity, with values of R2 between 0,861 and 0,998. The LOD values varied between 0,0006 and 0,1346 ?g L-1, and the LOQ values were between 0,0037 and 5,7472 ?g L-1, demonstrating a high method's sensitivity. The precision and accuracy were evaluated by studying the recovery of the fortification with standard solution of ultra-pure water, obtaining recoveries between 59,81 and 99,96 % with relatives standard deviations (%RSD) from 0,01 to 30,1 %, values that were mostly within the limits accepted by the literature for trace analysis (% R between 40-120 % and RSD < 30%). In addition, the method was applied to 3 water samples from rivers in and near Curitiba, capital of the State of Paraná, Brazil; these were the Belém, Iguaçu and Irai rivers, bodies of water with an enormous relevance for the economic development of this region and for the environmental sustainability of the area with the highest population density in the State. The results of the determination of theses pollutants in the sampled points showed the analytical reliability of the optimized method, indicating the presence of anthracene at trace level concentrations in the Belém river. The relevance of environmental investigations related to these organic contaminants and the efficiency of the developed method when it was applied to real determinations, considerably highlight its advantages such as a shorter extraction time and a small amount of solvent, accomplishing therefore the environmental target of the present study.