Extração de dioxano e hidrocarbonetos aromáticos da água

A extração de dioxano e hidrocarbonetos aromáticos da água (HAPs) se faz necessária devido aos males causados para a saúde quando consumido.

Por isso, a extração de dioxano e hidrocarbonetos aromáticos pode ser realizada com o Extrator em fase sólida (SPE) de semivoláteis Biotage Horizon 5000, que é um equipamento de sistema automatizado além de uma alternativa moderna às técnicas mais antigas de SPE, com auxílio do DryVap ou SmartPrep.

Iremos abordar as funcionalidades do equipamento através de duas notas técnicas publicadas:

1. Extração de 1, 4-dioxano da água potável
2. Extração de compostos HAPs
3. Parâmetros e recursos

Posteriormente, falaremos das vantagens técnicas dos equipamentos utilizados.

1 – Extração de dioxano da água potável

O 1, 4-dioxano é um composto que se tornou conhecido como um contaminante que pode causar efeitos negativos à saúde em humanos.

A Agência dos EUA, (ATSDR), afirma que a exposição a 1,4-dioxano em níveis altos pode causar danos no fígado e nos rins. Adicionalmente, pode ser um carcinogênico para humanos com base em evidências em animais.

A EPA dos EUA também classificou o 1,4-dioxano como “provável carcinogênico para seres humanos” por todas as vias de exposição.

Já Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) mantém o derivado do dioxano na lista de substâncias que não podem ser utilizadas em produtos de higiene pessoal, cosméticos e perfumes.

Pesquisa recente avaliou a exposição do 1,4-dioxano através de água potável quanto nos lençóis freáticos e alimentos, gerando assim um quadro abrangente de possível carcinogenicidade.

A exposição ao 1,4-dioxano ocorre a partir de uma variedade de fontes, pois é usado como estabilizante em certos solventes clorados.

Portanto, pode ser encontrada em produtos quer usam solventes clorados, como por exemplo: decapantes, corantes, graxas, anticongelantes e fluidos para degelo de aeronaves; além de ser usado em cosméticos.

Surgiram várias preocupações sobre a extração de 1, 4- dioxano em amostras de água devido à alta afinidade do dioxano pela água.

O composto é completamente miscível em água e, embora seja volátil, é difícil de ser extraído da água.

A avaliação do 1,4-dioxano pode ser feita por vários métodos existentes da EPA dos EUA, empregando extração líquido-líquido para remover 1, 4-dioxano da água para medição por CG/MS, mas esses métodos provaram ter limites de detecção piores do que desejado.

O método EPA 522 dos EUA de água potável especifica a extração em fase sólida (SPE) e a análise CG/MS posterior que é o método mais bem-sucedido até hoje.

Extração de dioxano e hidrocarbonetos aromáticos da água pelo sistema em fase sólida automatizado Biotage®Horizon 5000

Ebitson e colaboradores (2019, AN927) realização a extração usando o sistema de extração em fase sólida automatizado Biotage®Horizon 5000, usando o programa de extração exibido na Tabela 1.

Uma amostra de água foi extraída em pH neutro com auxílio de um pHmetro. Essa alteração não apenas demonstrou taxas de recuperação ideais, mas também permitiu que o sistema Biotage®Horizon 5000 fosse operado a uma velocidade de carregamento de 3 amostras.

Essa alteração operacional permitiu que a taxa de carregamento de amostra fosse aumentada para aproximadamente 25 mL/min a partir de 10 mL/min e é compatível com o EPA 522. Portanto, economizou  aproximadamente 20 minutos por amostra.

A etapa analítica foi realizada utilizando CG/MS.

Resultado

Esta nota de aplicação prova que o método EPA 522 pode ser implementado com sucesso em um laboratório usando o sistema de extração em fase sólida automatizado Biotage® Horizon 5000.

Quatro amostras de brancos fortificados de laboratório foram analisadas quanto à precisão e exatidão, produzindo um valor médio de recuperação de 85,25% com um desvio padrão relativo de 2,93%.

Ambos os valores atendem aos critérios de aceitação do método.

Os requisitos de controle de qualidade de lote para lote definidos pelo método EPA são facilmente atendidos usando esse método de extração.

Uma amostra de teste de desempenho cego validou a precisão dos resultados obtidos para a água potável. A automação desse método fornece menos intervenção do analista, o que reduz qualquer possível contaminação externa.

O volume final de extrato de 10 mL elimina assim quaisquer perdas devido à evaporação, enquanto o leito absorvente maior permite uma taxa de fluxo mais rápida com melhor desempenho.

Todos esses fatores levam a um aumento de produtividade e atendem facilmente a todos os requisitos de controle de qualidade do Método EPA 522.

 

Extração de dioxano e hidrocarbonetos aromáticos da água usando o extrator de cartucho SmartPrep

 

Gallagher e Ebitson (2016, AN075-HOR) realização a extração de 1,4-dioxano de uma matriz aquosa usando a Opção 1 do Método EPA 522 para 500 mL de amostra de volume inicial, e fará uso do sistema de extração de cartuchos SmartPrep para produzir uma demonstração inicial de precisão (IDP) válida e uma demonstração inicial de precisão (IDA).

O SmartPrep será executado sem o uso do modo de enxágue opcional para maximizar a produtividade da amostra.

Todas as taxas de fluxo foram desenvolvidas e programadas no SmartPrep para obter a maior recuperação do analito alvo com a melhor reprodutibilidade.

A amostra é acidificada até aproximadamente o pH 2, sendo acompanhado com um pHmetro.

Adiciona-se uma solução substituta, contendo 1,4-dioxano-d8, e de uma solução de adição contendo 1,4-dioxano (para amostras em branco, adicione apenas solução substituta).

Conecte o tubo ao recipiente de amostra e coloque no frasco VOA na posição 1 da bandeja. No equipamento, coloque um cartucho de 6 ml e 2 g de carvão.

Programe e execute o método fornecido na Tabela 2. Leva até o volume final do extrato para 10 mL e execute em um CG/MS.

Resultados

Cada extração levou aproximadamente 1,5 horas para ser concluída no SmartPrep. Durante esse período, o SmartPrep entregou todos os reagentes, gases e amostras automaticamente, permitindo que o usuário agilize o processo preparatório executando as extrações durante a noite.

Os estudos realizados tiveram os padrões substitutos e internos com pico de 10 μg/L, enquanto o analito alvo foi com pico de 3 μg/L. Isso corresponde a uma concentração média da curva de calibração executada no CG/MS. Com a recuperação do analista substituto e do alvo sendo 99 e 98% respectivamente, e o desvio padrão relativo inferior a 10%, os estudos IDP e IDA passam nos critérios do Método 522.

O extrator de cartucho SmartPrep demonstrou nesta nota de aplicação que pode fazê-lo com uma quantidade alta de precisão e exatidão. Além disso, o extrator de cartucho SmartPrep pode extrair até 12 amostras automaticamente enquanto o usuário estiver ocupado. Esses recursos combinam-se para otimizar o processo de preparação de amostras e permitir acompanhar as rigorosas demandas do programa UCMR 3 ou de outros programas que exigem um processo de extração eficiente e preciso para este analito.

 

2 –Extração hidrocarbonetos aromáticos da água (HAPs)

Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HPAs) podem ser encontrados em vários tipos de água, como água potável, água de superfície, água subterrânea e água residual.

Normas

Desde 1976, alguns HPAs estão inclusos em listas orientativas de agências ambientais, como a Agência Ambiental da União Europeia (UE), a Agência dos Estados Unidos de Proteção Ambiental (USEPA) e pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB), além de constar na Resolução do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) 357/2005 e na Norma Brasileira Regulamentadora (ABNT NBR 10004:2004) como substâncias necessárias de controle e monitoramento.

Dezesseis HPAs são considerados prioritários de monitoramento e controle em função do potencial tóxico, mutagênico e carcinogênico, como por exemplo: Naftaleno, Acenaftileno, Acenafteno, Fluoreno, Fenantreno, Antraceno, Fluoranteno, Pireno, Benzo(a)antraceno, Criseno, Benzo(B)fluoranteno, Benzo(k)fluoranteno, Benzo(a)pireno, Dibenzo(a,h)antraceno, Indeno(1,2,3-cd)pireno e Benzo(g,h,i)perileno (SOUSA, 2016).

No Brasil, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), através da Resolução 357/2005 (BRASIL, 2005), define concentrações de alguns HPAs em águas doces, salinas e salobras de acordo com sua classificação de padrões de qualidade da água, que variam conforme seu uso preponderante.

Observa-se que em águas doces e salgadas, onde existe o cultivo de organismos para consumo humano, por exemplo, os teores máximos dos HPAs individuais são bastante restritivos, na ordem de 0,018 μg L^-1. Os parâmetros utilizados são os mesmos de potabilidade da Portaria do Ministério da Saúde 1.469, de 29/12/2000 (Sousa, 2016).

 

Técnicas de extração

Existem três tipos de técnicas de extração que podem ser implementados para remover o HPAs da água para medição, incluindo extração líquido-líquido (LLE), extração líquido-líquido contínua (CLLE) e extração em fase sólida (SPE).

Com LLE e CLLE, há pouca seletividade dentro dos métodos para matrizes difíceis ou outras interferências de compostos. Matrizes complexas podem adicionar tempo ao processo de extração devido à criação de emulsões, o que pode exigir um esforço adicional.

Já a extração em fase sólida evita a formação de emulsões, tornando mais previsível a extração de uma ampla variedade de matrizes de amostras.

Além disso, o SPE é mais personalizável por meio da seleção de um disco adsorvente para direcionar a extração para o intervalo de analitos desejado. Portanto, menos solvente é usado com o SPE, minimizando o tempo de evaporação e reduzindo o solvente potencialmente liberado na atmosfera.

O Disk SPE é mais adequado para volumes maiores de água, como a amostra de um litro especificada em muitos métodos ambientais.

As partículas podem entupir o SPE do cartucho rapidamente, mas a capacidade de usar uma área de superfície maior e adicionar pré filtros mantém o fluxo através do disco e permite que as partículas sejam extraídas com o solvente.

Portanto, isso fornece uma preparação mais rápida e inclui toda a amostra de água na extração, um componente importante em uma análise precisa.

Este trabalho descreve o uso do sistema de extração em fase sólida automatizado Biotage® Horizon 5000, onde três tipos diferentes de disco serão avaliados para entender melhor o desempenho de cada uma para uma ampla variedade de compostos de HAPs.

Os meios avaliados incluem C18 de alta capacidade, DVB e HLB-M.

 

Experimental

O resumo do método realizado por Lever (2017, AN120-HOR) mostrou o que veremos a seguir e descreve as etapas adotadas para a preparação da água do reagente e da água do tanque:

• Análise de Água Reagente

Obteve nove amostras de 1 litro de água reagente. Onde foi acidificada cada amostra de 1 litro de água para pH menor que 2 usando HCl concentrado, acompanhando o pH com um pHmetro. São separadas as amostras com compostos HAPs e configurou o extrator Biotage® Horizon 5000 com suportes de disco de 47 mm (C18 HC, DVB e HLB-M) onde iniciou a extração. Adicionou o extrato ao suporte DryDisk e iniciou o processo automatizado de secagem e concentração no sistema DryVap (o sistema DryVap seca automaticamente e concentra o extrato em 0,9 mL). Depois realizou a análise por CG/MS.

 

• Análise da água da lagoa

Obteve seis amostras de 1 litro de água de superfície. Onde foi acidificada cada amostra de 1 litro de água para pH menor que 2 usando HCl concentrado, acompanhando o pH com um pHmetro. As amostras com compostos HAPs são separadas e configurou o extrator Biotage® Horizon 5000 com suportes de disco de 47 mm (C18 HC, DVB, HLB-M). A Extração é iniciada pelo processo automatizado de secagem e concentração no sistema DryVap (o sistema DryVap seca automaticamente e concentra o extrato em 0,9 mL) e depois é analisado por CG/MS.

 

Resultados

Quinze amostras de água misturadas foram extraídas seguindo o procedimento no resumo do método nesta nota, usando água reagente e água superficial da lagoa. As amostras aquosas apresentaram compostos de HAPs adicionados a uma concentração de 50 μg/L. Três das amostras de água da lagoa (uma para cada tipo de disco) foram executadas como branco para mostrar se havia algum conteúdo de HAPs nativo existente. Toda a água da lagoa usada neste estudo foi coletada ao mesmo tempo na mesma fonte.

A porcentagem de recuperação teve uma média de 83,4% ou melhor para cada execução. A menor recuperação média composta é de 69,4% para o naftaleno no disco C18 HC. O desvio padrão das três preparações replicadas em cada disco é excelente, com o HLB-M mostrando portanto a melhor precisão.

A porcentagem de recuperação da água da lagoa teve uma diferença percentual relativa (RPD), conforme geralmente exigido em um método como o US EPA 8270, um pouco melhor para o HLB-M, talvez indicando que o HLB é uma melhor combinação com esse conjunto de analitos e matriz de água da lagoa.

Os três tipos de discos (C18 HC, DVB e HLB-M) tiveram bom desempenho para a água reagente e a água da lagoa. Todos os resultados foram superiores a 80% de recuperação para compostos de HAPs, com exceção do naftaleno, que foi superior a 70% de recuperação no disco HLB-M e próximo aos outros dois tipos de disco.

O uso do extrator Biotage® Horizon 5000 para automação do processo fornece então a melhor precisão entre os operadores e menos atenção é necessária para obter bons resultados.

 

3 – Benefícios do sistema Biotage^®Horizon 5000

• Controle através de um software muito visual e fácil de usar com ícones e operação clara e direta para a melhor facilidade de uso;
• A extração em fase sólida evita a formação de emulsões, tornando mais previsível a extração de uma ampla variedade de matrizes de amostras;
• Menos solvente é usado com o SPE, minimizando o tempo de evaporação e reduzindo o solvente potencialmente liberado na atmosfera;
• Alto rendimento da amostra; com 3 posições por módulo e até quatro módulos conectados a um controlador de PC, até 12 amostras podem ser executadas ao mesmo tempo;
• O frasco de amostra original elimina a necessidade de transferir a amostra para outro recipiente, e é lavado automaticamente com os solventes de extração, conforme exigido pelas agências reguladora.

 

4 – Benefícios do SmartPrep

• Pode extrair 6 amostras sem supervisão ao usar o modo de enxágue com garrafa e 12 amostras sem assistência quando não estiver em uso.
• Pressão positiva na amostra e taxas de fluxo de solventes controlados para melhores recuperação e precisão;
• Compatível com a maioria dos cartuchos, com ou sem flanges, de 1, 3 ou 6 ml;
• Até quatro frações por amostra podem ser coletadas ou descartadas;
• Compacto, proporcionando o uso econômico do espaço de laboratório;
• Filtragem, concentração, limpeza e troca de tampão automatizadas;
• Diluição de amostras automatizadas anterior a SPE, reduzindo assim a necessidade de mão de obra.

5 – Benefícios do DryVap

• Secagem automática de solventes com as membranas de separação DryDisk ™;
• Detecção automática do ponto final e desligamento;
• Tubos de evaporação selados individualmente, prevenindo assim perdas de analitos e contaminação cruzada;
• Pode processar seis amostras individualmente ou simultaneamente, com quatro tempos selecionáveis de secagem de solvente, gerando assim grande produtividade.
• Combinação única de aquecimento, vácuo e aspersão de gás para controlar o processo de concentração, sendo portanto prático e eficiente.
• Está disponível uma variedade de tubos de evaporação.

 

Por fim, ainda ficou com dúvidas quanto ao artigo e ao equipamento ou sobre as especificações? Entre em contato e fale com um de nossos especialistas.

 

REFERENCIA

Agency for Toxic Substances and Disease Registry, Toxicological Health Profile for 1, 4-dioxane (2012), Fonte

BRASIL, CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Resolução nº 357, de 15 de março de 2005. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Disponível em: Fonte

EBITSON, M., TAYLOR, A.; BASSIGNANI, P.; Determination of 1, 4-Dioxane Using Automated Solid Phase Extraction (SPE), Compliant with US EPA 522 for Drinking Water . Biotage, Salem, NH, USA. & Alpha Analytical, Woods Hole Division, Mansfield, MA, USA, Application Note AN927, 2019.

LEVER, M.; Automated Solid Phase Extraction of PAH Compounds Utilizing the SPE-DEX 5000. Horizon Technology, Inc., Salem, NH USA. Application Note AN120-HOR, 2017.

Portaria do ministério da saúde N.º 1469, DE 29 DE DEZEMBRO DE 2000. Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências. Fonte

SOUSA, C. L. R. Determinação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos em água e material particulado em suspensão na baía de todos os santos e aratu. Dissertação (Programa de Pós Graduação em Geoquímica: Petróleo e Meio Ambiente), Universidade Federal da Bahia, 2016. Disponível em: Fonte

US EPA Technical Fact Sheet –1,4-Dioxane, November 2017,  Fonte

US EPA Method 522, Method 522_Determination of 1,4-Dioxane in Drinking Water by Solid Phase Extraction (SPE) and Gas Chromatography/ Mass Spectrometry (GC/MS) with Selected Ion Monitoring (SIM) Sep, 2008, Fonte