Microextracción por sorción con disco rotatorio (RDSE) de fármacos antiinflamatorios no esteroidales (AINEs) desde muestras acuosas

Abstract

En las últimas dos décadas, los contaminantes orgánicos persistentes y los metales pesados eran el foco de interés y considerados como contaminantes prioritarios, por lo cual eran parte de programas de seguimiento intensivo. Hoy en día la emisión de contaminantes “emergentes” se ha convertido en un problema medioambiental y existe un consenso en que se puede requerir la intervención de legislación respecto a su utilización. Estos contaminantes se derivan principalmente de productos utilizados en grandes cantidades en la vida cotidiana, tales como productos farmacéuticos de uso humano, veterinario, de cuidado personal, plastificantes y aditivos industriales. La característica de estos contaminantes es que no necesitan ser persistentes en el medioambiente para causar efectos negativos, ya que su alta transformación y tasa de retiro puede ser compensada con su introducción continua al medio ambiente. Los antiinflamatorios no esteroidales (AINEs) se encuentran entre los fármacos más frecuentemente detectados en el medioambiente. Debido a su hidrofilicidad y estabilidad, tienden a permanecer en la fase acuosa y no son totalmente eliminados por las plantas de tratamiento de aguas servidas, y por consecuencia, entran al medio acuático y son detectados en aguas superficiales. En este trabajo se realizó un estudio sobre la extracción de seis fármacos entre ellos ácido salicílico, ibuprofeno, naproxeno, ketoprofeno, ácido mefenámico y diclofenaco, desde muestras acuosas mediante el método de microextracción por sorción en disco rotatorio (RDSE) modificado con una cavidad central que permite la incorporación de la fase Oasis®HLB, la cual se cubre con un papel filtro y se soporta con un anillo de teflón para evitar la pérdida de fase. Los analitos son retenidos y pre-concentrados en la fase sorbente inmovilizada sobre el disco, posteriormente son desorbidos con un pequeño volumen de disolvente, derivatizados y determinados por cromatografía gaseosa acoplada a espectrometría de masas (GC-MS). Las condiciones optimizadas de extracción fueron una agitación a 3000 rpm por un tiempo de 90-100 minutos, volumen de muestra de 50 mL ajustado a pH 2 y 60 mg de fase Oasis®HLB dentro de la cavidad del disco. La desorción de los compuestos se realizó con dos adiciones de 5 mL de metanol por 10 minutos cada una, posteriormente se evaporó con nitrógeno a sequedad y se reconstituyó con 0,5 mL de acetato de etilo. El extracto final se derivatizó con 20 μL de N-metil-N-tert-butildimetilsilil-trifluoroacetamida (MTBSTFA) por una hora a 60°C y se determinaron los analitos por GC-MS. Además se incorporaron dos estándares subrogantes (fenoprop y ácido meclofenámico) y un estándar interno (hexaclorobenceno). Los porcentajes de recuperación en una muestra acuosa enriquecida con 20 μgL-1 de fármacos estuvieron en el intervalo de 71-104% ± 2-8% y los límites de detección y cuantificación entre 1-33 ngL-1 y 3-109 ngL-1, respectivamente. El método descrito fue aplicado para el análisis de afluentes y efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales de Santiago, Chile. La concentración de fármacos detectados estuvo entre 1,5 y 13,4 μgL-1 y 1,0-3,2 μgL-1 en el afluente y efluentes, respectivamente. Las muestras fueron analizadas mediante extracción en fase sólida (SPE) y no se observaron diferencias significativas en la determinación de la concentración de la mayoría de los AINEs, indicando que el sistema RDSE es un método alternativo para la preparación de muestras acuosas. Alternativamente a la fase HLB se estudio la fase basada en polímeros de impresión molecular (MIP) para el análisis de aguas residuales. El MIP se sintetiza a partir del monómero (1-vinilimidazol), el agente entrecruzante (divinilbenceno) y la plantilla difenilamina. Paralelamente se lleva a cabo la misma síntesis sin la molécula plantilla (NIP) con fines comparativos. Se observó que bajo las mismas condiciones, el MIP extrae significativamente más AINEs que contienen la difenilamina en su estructura (o parte de ella) que el NIP. Las mayores diferencias significativas entre MIP y NIP se observaron para diclofenaco y ácido mefenámico, indicando claramente el efecto de la plantilla en la extracción. Las recuperaciones del método fueron entre 100-112% ± 5-6%, con límites de detección entre 60-223 ngL-1. En el análisis de aguas residuales de la planta de tratamiento de Santiago, se obtuvo concentraciones de fármacos entre 1,6-4,3 μg L-1 en el afluente y de 1,4-3,3 μgL-1 en el efluente. Finalmente, considerando que en los últimos años las técnicas de extracción se han enfocado en lograr avances en cuanto a la automatización, miniaturización y simplificación de las metodologías de extracción, se propone un nuevo enfoque automático de microextracción por sorción con disco rotatorio (RDSE) combinado con un sistema en flujo programable basado en el análisis por inyección secuencial (SIA) para la limpieza y preconcentración de especies orgánicas de baja polaridad en muestras de orina (AINEs) y su determinación por cromatografía líquida (LC). La fase de extracción utilizada fue octadecil C18. Se demostró que la película de C18 puede ser reutilizable durante al menos 15 extracciones consecutivas en orina, sin necesidad de reemplazar la fase o cambiar el disco rotatorio. Las recuperaciones relativas de AINEs en orina oscilaron entre 101 y 106 % utilizando una curva de calibración en matriz, con una eficiencia de extracción de 30-38% y con factores de enriquecimiento de aproximadamente 17 en 10 mL de muestra de orina y RSD entre 3 y 6 %. Los límites de detección del método de extracción en línea oscilaron entre 0.02 y 0.04 mg L-1. Ademas, se determinaron AINEs en muestras de orina de personas que recibieron la administración oral de ibuprofeno y diclofenaco, lo que indica una metodología eficaz para la limpieza de orina y análisis de drogas ácidas a niveles biológicamente relevantes

Over the past two decades, persistent organic pollutants and heavy metals were the primary focus of environmental monitoring. Consequently, the decontamination policies applied by industrialized nations have resulted in drastic reductions of their environmental concentrations. Today, the “emerging” or “new” unregulated contaminants have become an environmental concern. These compounds are mainly derived from products used in large quantities in everyday life, such as pharmaceuticals from human use, veterinary products, personal care products, industrial plasticizers and additives. Emerging pollutants do not need to be persistent in the environment to cause negative effects because their high transformation and removal rates can be compensated by their continuous introduction into the environment. Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are among the drugs most frequently detected in the environment. Due to its hydrophilicity and stability they tend to remain in water phase and are not completely eliminated by the wastewater treatment plants (WWTP), causing consequently pollution of surface waters. The extraction of six NSAIDs, including salicylic acid, ibuprofen, naproxen, ketoprofen, mefenamic acid and diclofenac from water samples by rotating-disk sorptive microextraction (RDSE) has been studied in this work. The extraction disk device was modified compared with the traditional disk configuration. In this case, the disk contains a central cavity which allows the incorporation of a powdered sorbent phase (Oasis ® HLB in this case). The phase in the cavity is covered with a filter paper and sealed with a Teflon ring to prevent phase leakage from the cavity. The analytes were extracted from water and pre-concentrated on the sorbent phase immobilized on the disc and after to reach the extraction equilibrium, the analytes were desorbed with solvent, derivatized and determined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The optimal conditions for the extraction were the use of 60 mg of Oasis ® HLB as sorbent, a rotational disk velocity of 3000 rpm, pH 2, sample volume of 50 mL and extraction time of 90-100 min. Desorption of the compounds was performed with two additions of 5 mL of methanol (10 min each). The extract was evaporated to dryness with N2, re-dissolved with 0.5 mL of ethyl acetate and derivatized with 20 μL of MTBSTFA for one hour at 60 ° C. NSAIDs were determined by GC-MS in SIM mode. Two surrogate standards were included for quantification (fenoprop and meclofenamic acid) and internal standard (hexachlorobenzene). The recoveries ranged from 71 to 104% with relative standard derivations (RSD) between 2 and 8%. The detection limits ranged from 1 to 33 ngL-1, and the quantification limits ranged from 3 to 109 ngL-1. The described method was applied to the analysis of influents and effluents from wastewater treatment plants (WWTP) in Santiago, Chile. The concentrations of the detected drugs ranged from 1,5 to 13,4 μg L-1 and from 1,0 to 3,2 μg L-1 in the influents and effluents, respectively. The samples were extracted also by solid phase extraction (SPE) as comparative sample preparation technique. No significant differences were observed in the determined concentrations from most of the NSAIDs, indicating that RDSE is an alternative method from the preparation of water samples. Alternatively to the HLB phase, were studied molecularly imprinted polymers (MIP) as sorptive phase to analyze wastewater samples. The MIP was synthesized from the monomer 1-vinylimidazol (VI) together with the cross-linker divinylbenzene (DVB) using diphenylamine as the template molecule. In parallel, nonmolecularly imprinted polymer (NIP) was also synthesized for comparison. It was observed that under the same conditions, MIP extracted significantly more NSAIDs containing diphenylamine (or part of this molecule) in their structure than NIP. Higher significant differences between MIP and NIP were observed for diclofenac, mefenamic acid and paracetamol, clearly indicating the effect of the template on the extraction. Recoveries of the method were between 100-112%, with relative standard deviations of 5- 6%. The limits of detection were between 60 and 223 ngL-1. Water samples from a wastewater treatment plant (WWTP) of Santiago de Chile were found to contain concentrations of these acidic drugs between 1.6 and 4.3 μgL-1 and between 1.4 and 3.3 μgL- 1 in the influent and effluent, respectively. Finally, considering that in recent years the extraction techniques have been focused on achieving advances in automation, miniaturization and simplification of methodologies of extraction, a novel automatic sorptive microextraction approach combining sequential injection-based programmable flow with rotating disk sorptive extraction (RDSE) was proposed for the clean-up and concentration of low polarity organic species in urine samples (NSAIDs) and they were further determined by liquid chromatographic (LC) assays. The extracting phase consisted of octadecyl (C18). The thin-film extracting phase was demonstrated to be reusable for at least 15 consecutive extractions in urine without removing or changing the disk. The relative recoveries of the NSAIDs in urine ranged from 101 to 106% using a matrix-matched calibration curve, with extraction efficiencies of 30–38% using a dynamic regime, an enrichment factor of approximately 17 for 10 mL sample and relative standard deviations (RSD) between 3 and 6%. The detection limits of the in-line sample preparation method coupled to LC-UV detection ranged from 0.02 to 0.04 mg L−1. Using NSAID monitored in urine from individuals who received oral administration of ibuprofen and diclofenac, the automatic sample handling method was proven to be efficient for urine clean-up and the determination of acidic drugs at biologically relevant levels