Extracción cuantitativa de bifenilos policlorados desde aguas y de su fracción biodisponible en suelos mediante sorción en un dispositivo de disco rotatorio

Abstract

Los bifenilos policlorados (PCBs) son compuestos orgánicos sintéticos considerados altamente peligrosos, cuyo uso fue prohibido durante la década de 1970. Debido a su presencia en diversas matrices medioambientales y a la capacidad que tienen de bioacumularse, se hace necesaria su determinación rápida y confiable. Con este propósito, se han desarrollado diversas técnicas basadas en la extracción sólido-líquido, con el inconveniente empleo de grandes cantidades de solventes. Con el propósito de disminuir el alto uso de solventes y aumentar la eficiencia de las actuales técnicas de extracción de PCBs, se propone el uso de una metodología de micro-extracción en fase sólida, en la forma de disco rotatorio (RDSE) recubierto con distintas fases de extracción/preconcentración como PDMS (Polidimetilsiloxano), PMVQ (Fenil vinil metill polisiloxano), C18 y MWCNT (Nanotubos de carbono de multi pared) para el tratamiento de muestras acuosas y posterior cuantificación a través de cromatografía gaseosa acoplada a detector de captura electrónica (GC-ECD), además del uso de detector de masas para confirmación de las señales cromatográficas. Se optimizaron las variables que afectan el proceso de extracción de los analitos desde muestras acuosas, como tiempo de agitación, cantidad de metanol y cloruro de sodio, además del volumen de muestra. Se aplicó el diseño experimental “compuesto central entrado en las caras” para el estudio de la cantidad de metanol y cloruro de sodio, a través de la superficie de respuesta múltiple o deseabilidad de Derringer se obtuvieron valores óptimos de 20% de metanol y 0% de NaCl. Respecto volumen de muestra, se encontró mayor eficiencia con 10 mL., siempre utilizando una velocidad de rotación constante de 1250 rpm., y 45 minutos de desorción con metanol. Con las condiciones anteriores, se estudió el tiempo de extracción, obteniéndose 200 min. para PDMS, 120 min. para C18, 80 min. para MWCNT y 100 min. para PVMQ. Una vez obtenidas las condiciones optimizadas, se obtuvieron porcentajes de recuperación de PCBs desde un 52,8% hasta un 112,2% dependiendo de la fase usada para la extracción y del tipo de PCBs estudiado. Teniendo optimizada la etapa de extracción, posteriormente se utilizó RDSE con PDMS en una de sus caras, para determinar la biodisponibilidad de PCBs desde muestras de suelo, en este caso el suelo fue lixiviado con CaCl2 0,01 M. durante un período de 2000 minutos a 150 rpm en un agitador recíproco en una relación de 1:2 (suelo : solución extractante), para posteriormente ser centrífugado por 10 minutos a 2500 rpm separando el suelo del sobrenadante, en este último se introduce el disco de teflón recubierto en una de sus caras con PDMS y se extraen los PCBs mediante las condiciones de trabajo optimizadas en la etapa anterior (10 mL de muestra, 200 min. de agitación, 20% metanol y 0% de cloruro de sodio). Este proceso se validó con la cantidad de PCBs absorbidos por plantas de trigo, a las que se les extrajo los PCBs mediante extracción con ultrasonido y posterior limpieza con ácido sulfúrico concentrado, obteniéndose buenas correlaciones lineales para la mayoría de los analitos de interés, siendo el método propuesto en esta investigación, una propuesta adecuada para la estimación de la de la fracción biodisponible de bifenilos policlorados en muestras de suelo mediante el uso de RDSE con PDMS como fase extractante

Polychlorinated biphenyls (PCBs) are a group of synthetic organic compounds considered highly dangerous, which have been banned at the end of the 1970s. Due to their presence in various environmental matrices and their ability to bioaccumulate, it is necessary to develop rapid and safe analytical methods for their determination. As a result, in liquid samples several techniques have been developed based mainly on solid-phase extraction, to replace the liquid-liquid extraction techniques developed earlier. In order to diminish the high use of solvent and increase efficiency of current extraction techniques of PCBs, the use a solid-phase microextraction is proposed in this work using a rotating-disk sorptive extraction (RDSE) device covered with different low-polarity sorptive phases for extraction and preconcentration of PCBs. The assayed phases were: polydimethylsiloxane (PDMS), phenyl methyl vinyl silicone (PMVQ), octadecyl modified silica (C18) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT). This method was developed for the treatment of aqueous samples, and the different analytes were determined by gas chromatography (GC) with electron capture detector (ECD). In addition a selective mass detector was used for confirmation purposes. The variables affecting the extraction process were optimized such as: stirring time, quantity of methanol and sodium chloride as matrix modifiers, and sample volume. An experimental design, called central composite face-centered (CCF) was applied, to study the quantity of methanol and sodium chloride. Using Derringer's multi-response surface method, the optimal values were of 20% of methanol and 0% of NaCl. With respect to sample volumes, it was found that for 10 mL the extraction was more efficient always using a constant rotational velocity of the disk of 1250 rpm and 45 min of analyte desorption with methanol. Under these conditions, the extraction time profile for the analytes were obtained, with equilibrium times of 200 min for PDMS, 120 min for C18, 80 min for MWCNT and 100 min for PMVQ. Once this condition was achieved, recoveries of the PCBs were obtained from 52.8% to 112.2% depending on the extraction phase used and PCB's type studied. RDSE with a phase of PDMS was used to determine the bioavailability of PCBs in soil samples. In this case, the soil was leached with 0.01 M CaCl2 during 2000 min to 150 rpm in a reciprocal shaker with a 1:2 ratio (soil: extraction solution) and later it was centrifuged for 10 min to 2500 rpm. After centrifugation, a rotating Teflon disk coated with a PDMS film on one of its surfaces was included and finally PCBs are extracted through the previously selected conditions. (10 ml of sample, 200 min of stirring, 20% methanol and 0% sodium chloride). A good linear correlation between the results obtained through this method with those obtained by determining the amount of PCBs absorbed by wheat plants. Consequently the proposed biomimetic method is a good proposal to determine the bioavailable fraction of PCBs in soil samples using the RDSE with PDMS as extraction phase