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.

Diversas fontes podem expor o indivíduo ao 1,4-dioxano, já que a indústria o utiliza como estabilizante em determinados solventes clorados.

Por esse motivo, fabricantes o incluem em produtos que contêm esses solventes, como decapantes, corantes, graxas, anticongelantes e fluidos para degelo de aeronaves. Além disso, a indústria cosmética também o emprega em algumas formulações.

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)

Pesquisadores identificam hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) em diversos tipos de água, como potável, superficial, subterrânea e 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.

Pesquisadores consideram dezesseis HAPs prioritários para monitoramento e controle devido ao seu potencial tóxico, mutagênico e carcinogênico. Entre eles estão: 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

Os analistas podem aplicar três técnicas de extração para remover os HAPs da água antes da medição: 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 usuário pode personalizar o SPE selecionando o disco adsorvente mais adequado para direcionar a extração ao intervalo de analitos desejado. Com essa abordagem, ele utiliza menos solvente, o que reduz o tempo de evaporação e minimiza a liberação de solventes na atmosfera.

O Disk SPE é ideal para volumes maiores de água, como a amostra de 1 litro exigida em muitos métodos ambientais.

No caso dos SPEs em cartucho, partículas em suspensão podem causar entupimento rapidamente. No entanto, ao utilizar discos com maior área de superfície e pré-filtros, o usuário mantém o fluxo constante e permite a extração eficiente das partículas 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.

Neste trabalho, os pesquisadores utilizam o sistema de extração em fase sólida automatizado Biotage® Horizon 5000 para avaliar três tipos diferentes de discos e entender o desempenho de cada um na extração de 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

O pesquisador coletou nove amostras de 1 litro de água reagente. Em seguida, ele acidificou cada amostra para pH inferior a 2, utilizando HCl concentrado e monitorando o pH com um pHmetro. Após a adição dos compostos HAPs, ele separou as amostras e configurou o extrator Biotage® Horizon 5000 com suportes de disco de 47 mm (C18 HC, DVB e HLB-M), iniciando então o processo de 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

O pesquisador coletou seis amostras de 1 litro de água de superfície. Em seguida, ele acidificou cada amostra para pH inferior a 2 utilizando HCl concentrado, monitorando o pH com um pHmetro. Após a adição dos compostos HAPs, ele separou as amostras e configurou o extrator Biotage® Horizon 5000 com suportes de disco de 47 mm (C18 HC, DVB e HLB-M).

O pesquisador iniciou o processo de extração utilizando o sistema automatizado de secagem e concentração DryVap.. Esse sistema secou e concentrou automaticamente cada extrato até 0,9 mL. Por fim, o pesquisador analisou as amostras por CG/MS.

 

Resultados

Os pesquisadores extraíram quinze amostras de água misturadas seguindo o procedimento descrito no resumo do método desta nota. Eles utilizaram água reagente e água superficial coletada de uma lagoa. As amostras aquosas receberam compostos de HAPs adicionados a uma concentração de 50 μg/L.

Para verificar a presença de HAPs nativos, os pesquisadores executaram três amostras de água da lagoa como brancos, uma para cada tipo de disco utilizado. Os pesquisadores coletaram toda a água da lagoa simultaneamente da mesma fonte para uso no estudo.

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.

Portanto, os operadores obtêm melhor precisão e precisam de menos atenção ao usar o extrator Biotage® Horizon 5000, que automatiza o processo.

 

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;
• O uso de SPE reduz a quantidade de solvente necessária, minimiza o tempo de evaporação e diminui a liberação de solventes na atmosfera.
• O sistema processa até 12 amostras simultaneamente, com 3 posições por módulo e até quatro módulos conectados a um controlador de PC.
• O operador utiliza o frasco de amostra original, evitando a transferência para outro recipiente. O sistema também lava automaticamente o frasco com os solventes de extração exigidos pelas agências reguladoras.

 

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;
• O operador pode coletar ou descartar até quatro frações por amostra.
• 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