Methods for determination of pharmaceuticals, their metabolites and endocrine disruptors in surface water using separation techniques in liquid media (CE/UV, CE-MS, HPLC-MS/MS)

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e validação de métodos analíticos para investigar a presença de fármacos e seus metabólitos, assim como disruptores endócrinos, em amostras de águas superficiais, utilizando estratégias de \"clean up\" e enriquecimento de amostra no modo \"on line\" (\"stacking\") e \"off line\" (extração em fase sólida, SPE), em junção com técnicas de separação avançadas em meio líquido (eletroforese capilar, CE, e cromatografia a líquido, LC, com detecção UV, e seus acoplamentos com espectrometria de massas). No primeiro Capítulo são discutidos aspectos gerais sobre os produtos farmacêuticos, produtos de higiene pessoal e disruptores endócrinos, bem como a origem e ocorrência destas substâncias no meio ambiente. O segundo Capítulo aborda o desenvolvimento de um método de separação capaz de determinar oito substâncias entre fármacos de caráter ácido e metabólitos (diclofenaco, bezafibrato, fenoprofeno, ibuprofeno, cetoprofeno, naproxeno e ácidos gentísico e salicílico) numa única corrida, utilizando eletroforese capilar com enriquecimento em linha da amostra (stacking do analito baseado em grande volume de injeção da amostra) utilizando eletrólito de corrida constituído por 30 mmol L-1 de tetraborato de sódio e 5 mmol L-1 de Brij 35, pH 9,3. O método proposto alcançou limites de detecção que variaram de 2 µg L-1 para o fármaco naproxeno até 80 µg L-1 para o ibuprofeno. No terceiro capítulo é explorado um método de separação por CE para nove substâncias entre fármacos e hormônios (fluoxetina, trimetoprima, diazepam, carbamazepina, propranolol, clofibrato, fenofibrato, etinilestradiol e estrona). Utilizou-se como estratégia de pré-concentração dos analitos, o modo \"stacking\" de micelas com grande volume de injeção de amostra. Este método chegou a limites de detecção na ordem de 9 µg L-1 com eletrólito de corrida composto por 30 mmol L-1 de ácido fosfórico, 40 mmol L-1 de dodecilsulfato de sódio, 20% (v,v) de acetonitrila e 0,1% (v,v) de trietilamina. No quarto capítulo, foi realizado o estudo de parâmetros físico-químicos que estão relacionados à técnica de extração em fase sólida, tais como tipo do sorvente, volume de capacidade, volume de eluição, lavagem do cartucho de extração, entre outros. As condições ótimas de \"clean up\" e pré-concentração \"off line\" da amostra obtidas foram combinadas com as condições ótimas de pré-concentração \"on line\" e separação descritas nos Capítulos 2 e 3, para todas as substâncias abordadas ali, com o intuito de analisar amostras reais de água superficial coletadas no reservatório Billings (Estado de São Paulo). O método combinado permitiu alcançar concentrações da ordem de 500 ng L-1, com valores de recuperação satisfatórios (58 - 88%), quando levada em consideração a origem complexa da matriz ambiental. No quinto capítulo, desenvolveu-se um método de análise de p-hidroxibenzoatos de alquila, substâncias utilizadas como conservantes em diversos produtos de uso diário, utilizando eletroforese capilar associada a estratégias de concentração \"on line\" (stacking com injeção de grande volume de amostra) e \"off line\" (SPE). O método proposto, utilizando eletrólito constituído por 40 mmol L-1 de glicina e 40 mmol L-1 de trietilamina, foi aplicado na análise destas substâncias em amostras de água superficial, alcançando níveis de concentração da ordem de 4 6 µg L-1. O sexto capítulo aborda o desenvolvimento de um método por eletroforese capilar destinada à análise de alquilbenzeno sulfonato linear (LAS) e homólogos, tensoativo comumente utilizado na composição de detergentes de uso doméstico e industrial. O eletrólito de separação era composto de 60 mmol L-1 TRIS, 30 mmol L-1 HIBA, 15 mmol L-1 Brij 35 e 40% (v,v) acetonitrila. Foi realizada uma etapa de extração em fase sólida (C18), e uma concentração total de LAS na ordem de 1,09 mg L-1 foi encontrada em uma amostra de efluente de estação de tratamento de esgoto. No capítulo 7 foi desenvolvido um método utilizando eletroforese capilar acoplada a um espectrômetro de massas, com analisador \" ion trap\", para a análise dos fármacos cimetidina, propranolol, salbutamol, trimetoprima e metoclopramida. Amostras de água coletadas no reservatório Billings foi fortificada com os fármacos em estudo e submetida a procedimento de extração em fase sólida em cartuchos de poliestireno divinilbenzeno (PS-DVB). O método permitiu a análise das substâncias estudadas na concentração aproximada de 40 µg L-1. Finalmente, no oitavo capítulo foi explorado um método envolvendo cromatografia líquida de alta eficiência, hifenada a dois tipos de espectrômetros de massas: um triplo quadrupolo e um triplo quadrupolo com \"ion trap\" linear. Foram investigados fármacos de diversas classes em amostras de água coletadas no reservatório Billings, sendo possível encontrar carbamazepina na concentração de 20 ng L-1, com apenas uma etapa de filtração da amostra antecedendo a análise, utilizando o triplo quadrupolo. Cabe destacar que o LOD para este analito foi de 400 fg L-1, sem nenhum tratamento da amostra visando préconcentração.This work presents the development and validation of analytical methods to investigate the presence of pharmaceutical compounds, their metabolites and endocrine disruptors in surface water using on line (stacking) and off line (solid phase extraction) sample clean up and enrichment strategies coupled to advanced separation techniques in liquid medium (capillary electrophoresis and liquid chromatography with UV detection and their hyphenation with mass spectrometry). In the first Chapter, general aspects on pharmaceuticals, products of personal care and endocrine disruptors are discussed as well as their origin and means of entry to the environment. Chapter 2 describes the development of a separation method for the determination of eight pharmaceuticals and endocrine disruptors substances with acidic character (diclofenac, bezafibrate, fenoprofen, ibuprofen, ketoprofen, naproxen, gentisic and salicylic acids) in a single run using capillary electrophoresis with on line sample enrichment (analyte stacking with large sample volume injection) in electrolytes composed of 30 mmol L-1 sodium tetraborate at pH 9.3 and 5 mmol L-1 Brij 35. The proposed method reached limits of detection between 2 µg L-1 (naproxen) and 80 µg mL-1 (ibuprofen). In Chapter 3, a CE separation method for the determination of nine pharmaceuticals and hormones with neutral and basic character (fluoxetin, trimethoprim, diazepam, carbamazepine, propranolol, clofibrate, fenofibrate, ethynylestradiol and estrone) was exploited. As preconcentration strategy, micelle stacking with large sample volume injection was performed. Limits of detection in the order of 9 µg L-1 were reached with electrolytes composed of 30 mmol L-1 phosphoric acid, 40 mmol L-1 sodium dodecylsulfate, 20% (v,v) acetonitrile and 0.1% (v,v) triethylamine. In Chapter 4, the physicochemical parameters associated with the solid phase extraction technique, such as sorbent type, breakthrough volume, elution volume, extraction cartridge rinse, among others, were evaluated. Optimum sample clean up and off line preconcentration conditions combined with the optimum on line preconcentration and separation conditions described in Chapters 2 and 3, for all substances under consideration, were applied to the analysis of real surface water samples collected at the Reservoir Billings (Sao Paulo state, Brazil). The combined method reached concentrations in the order of 500 ng L-1, with satisfactory recoveries (58 88%) for complex environmental matrices. In Chapter 5, a method for the analysis of alkyl p-hydroxybenzoates, substances used as preservatives in several products of personal care, was developed using capillary electrophoresis associated with on line (stacking with large volume injection) and off line (SPE) preconcentration strategies. The proposed method, which used 40 mmol L-1 glycine and 40 mmol L-1 triethylamine as electrolyte, was applied to the analysis of alkyl p-hydroxybenzoates in surface water, reaching 4 - 6 µg L-1 concentrations. Chapter 6 describes the development of a CE method for de analysis of linear alkylbenzene sulfonates (LAS) and homologues, surfactants commonly used in the composition of detergents of industrial and domestic use. As separation electrolyte, 60 mmol L-1 TRIS, 30 mmol L-1 HIBA, 15 mmol L-1 Brij 35 and 40% (v,v) acetonitrile was used. A solid phase preconcentration extraction step in C18 was employed and a total LAS concentration of 1.09 mg L-1 was found in a sample obtained from the effluent of a sewage treatment plant. In Chapter 7, a CE-MS (ion trap) method was developed for the analysis of cimetidine, propranolol, salbutamol, trimethoprim and methoclopramide in fortified surface water samples collected in the Reservoir Billings (Sao Paulo state, Brazil) and previously enriched by SPE (PS-DVB). The method reached concentrations of c.a. 40 µg L-1. Finally, in Chapter 8, a method based on high-performance liquid chromatography coupled with two different mass spectrometers: a triple quadrupole and a triple quadrupole with linear ion trap). Several pharmaceuticals were investigated in surface water samples collected from the Reservoir Billings (Sao Paulo state, Brazil). With the LC-MS/MS (triple quadrupole) system, carbamazepine was found in a non treated sample (just a filtration step prior to injection was performed) in a concentration level of 20 ng L-1. It is worth mentioning that for carbamazepine, a LOD of 400 fg L-1 was found, without any preconcentration sample treatmen