Contributions to the GCxGC method development for the analysis of nitro-PAHs in airborne particulate material

Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos nitrados (nitro-HPAs) são potencialmente genotóxicos, por isso existe um grande interesse na determinação analítica desses compostos no material particulado no ar. Os nitro-PAHs são emitidos diretamente para a atmosfera pela combustão incompleta ou podem ser formados in situ a partir dos HPAs precursores. Neste trabalho, são apresentados os resultados obtidos no desenvolvimento de um método de análise de nitro-HPAs (1-nitronaftaleno, 2-nitronaftaleno, 1-nitropireno, 2-nitropireno, 2-nitrofluoranteno, 3-nitrofluoranteno, 1,3-dinitropireno, 1,6- dinitropireno, 2-nitrofluoreno, 6-nitrocriseno, 7-nitrobenzo(a)antraceno, 9- nitroantraceno e 9-nitrofenantreno) por GCxGC. A separação destes compostos por GCxGC pode simplificar a etapa de pré-tratamento do extrato orgânico oriundo do material particulado no ar. A GCxGC promove a separação em duas colunas com mecanismos de separação diferentes, conectadas em série, o que resulta em uma capacidade de separação maior. O sistema GCxGC empregado neste trabalho possui um injetor com programação de temperatura (PTV), um modulador criogênico de dois jatos de CO2 líquido (Dual Jet) e um detector por ionização em chama (FID). A separação foi feita empregando a fase estacionária apolar 5% fenil polisilfenilene siloxano na primeira coluna (30 m / 0,25 mm / 0,25 µm) e a semipolar 14% cianopropilfenil polisiloxano na segunda coluna (1 m / 0,10 mm / 0,10 µm). Diferentes condições cromatográficas foram testadas, como: programação de temperatura no PTV, de 40-90ºC até 350ºC, com taxa de aquecimento de 2,2 e 14,5ºC/s; programação de temperatura no forno, de 40-90ºC até 300ºC, com taxa de aquecimento de 2, 2,5 e 3ºC/min; períodos de modulação de 3, 4 e 5s. O volume injetado foi 2µL, no modo splitless; a vazão do gás de arraste (He) foi constante e igual a 1 mL/min e o detector FID foi operado em 120 Hz. As larguras de pico medidas em 10% da altura variaram de 167 a 350ms para 1- nitronaftaleno e 6-nitrocriseno, respectivamente, e a capacidade de pico para o conjunto de colunas de separação usado foi estimada em cerca de 9800. Parâmetros de validação, tais como os limites de detecção (200 a 500 ng/mL) e de quantificação (650 a 1600 ng/mL) para alguns nitro-HPAs foram determinados. Para a quantificação, foram testados os métodos por padronização interna e externa, sendo que, através dos resultados deste trabalho, pode-se mostrar que a determinação de nitro-HPAs por GCxGC com o modulador empregado é possível se for feita através do método de padronização interna. O sistema GCxGC empregado causou dificuldades operacionais, principalmente na conexão das colunas e na modulação. Perdas de massa de analito foram detectadas nas análises por GCxGC, muito provavelmente causadas por uma conexão parcial das colunas. Isso poderia ser evitado se a conexão fosse feita pela fusão das colunas a um conector de vidro adequado a essa finalidade. Picos modulados divididos foram observados com frequência, o que comprometeu a precisão e exatidão dos resultados. A divisão dos picos ocorreu de modo aleatório dificultando a identificação da causa mais provável para a sua ocorrência. Cromatogramas GCxGC de extratos orgânicos não fracionados de particulados no ar, oriundos de queima direta de palha de cana-de-açúcar, de região afetada pela queima de cana-de-açúcar e de área urbana da cidade de São Paulo, mostraram a potencialidade do métodoNitro-polycyclic aromatic hydrocarbons (nitro-PAHs) are potentially genotoxic, so there is a great interest in the analytical determination of these compounds in airborne particulate matter. The nitro-PAHs are emitted directly into the atmosphere by incomplete combustion or may be formed in situ from PAHs. In this work, results obtained from the development of an analytical method for nitro-PAHs by GCxGC are presented. The nitro-PAHs studied were: 1- nitronaphthalene, 2-nitronaphthalene, 1-nitropyrene, 2-nitropyrene, 2- nitrofluoranthene, 3-nitrofluoranthene, 1,3-dinitropyrene, 1,6-dinitropyrene, 2- nitrofluorene, 6-nitrochrysene, 7-nitrobenzo(a)anthracene, 9-nitroanthracene and 9- nitrophenanthrene. The separation of these compounds by GCxGC should simplify the pretreatment step of the airborne particulate organic extract. In GCxGC two capillary columns of different mechanisms of separation are coupled by an interface called modulator, which increase significantly the chromatographic resolution. The GCxGC system used in this work is equipped with a PTV injector, a dual-stage double jets CO2 cryogenic modulator and a flame ionization detector (FID). The separation was carried out using a nonpolar stationary phase 5% methyl phenyl polysiloxane in the first column (30 m / 0.25 mm / 0.25 µm) and a semipolar 14% cyanopropyl phenyl dimethyl polysiloxane in the second column. Different chromatographic conditions were tested: the PTV was programmed from 40-90ºC to 350ºC at 2.2 and 14.5ºC/s; the oven was programmed from 40-90ºC to 350ºC at 2.0, 2.5 and 3.0ºC/min; the modulation periods tested were 3, 4 and 5s. The injected volume was 2µL in splitless mode, the carrier gas (He) flow rate of 1 mL/min was constant and the FID detector was operated at 120 Hz. Validation parameters, such as the limit of detection (200 - 500 ng/mL) and quantitation (650 - 1600 ng/mL) were determined. For quantification, the internal and external standardization methods were tested, and through the results of this study, it can be shown that the determination of nitro-PAHs by GCxGC with the modulator used is possible if made by internal standardization method. The GCxGC system presented operational difficulties, particularly in the column connection and in the modulation zone. A partial connection of the columns resulted in mass loss of the analytes. The connection of the columns could be more effective if it was made by fusing the columns to a glass connector suitable for this purpose. Divided modulated peaks were frequently observed, which compromised the precision and accuracy of the results. The division of the peaks occurred randomly hindering the identification of the most likely cause for its occurrence. GCxGC chromatograms corresponding to unfractionated organic extracts of airborne particulate material from the sugarcane straw burning, from an area impacted by sugar cane burning emissions and from an urban area of São Paulo City showed the capability of the method