Optimization of QuEChERS method for the analysis of organochlorine pesticides in soils with diverse organic matter

A QuEChERS method has been developed for the determination of 14 organochlorine pesticides in 14 soils from different Portuguese regions with wide range composition. The extracts were analysed by GC-ECD (where GC-ECD is gas chromatography-electron-capture detector) and confirmed by GC-MS/MS (where MS/MS is tandem mass spectrometry). The organic matter content is a key factor in the process efficiency. An optimization was carried out according to soils organic carbon level, divided in two groups: HS (organic carbon>2.3%) and LS (organic carbon<2.3%). Themethod was validated through linearity, recovery, precision and accuracy studies. The quantification was carried out using a matrixmatched calibration to minimize the existence of the matrix effect. Acceptable recoveries were obtained (70–120%) with a relative standard deviation of ≤16% for the three levels of contamination. The ranges of the limits of detection and of the limits of quantification in soils HS were from 3.42 to 23.77 μg kg−1 and from 11.41 to 79.23 μg kg−1, respectively. For LS soils, the limits of detection ranged from 6.11 to 14.78 μg kg−1 and the limits of quantification from 20.37 to 49.27 μg kg−1. In the 14 collected soil samples only one showed a residue of dieldrin (45.36 μg kg−1) above the limit of quantification. This methodology combines the advantages of QuEChERS, GC-ECD detection and GC-MS/MS confirmation producing a very rapid, sensitive and reliable procedure which can be applied in routine analytical laboratories.

Produção de carvão activado a partir de resíduos da indústria de curtumes

As aparas de wet-blue e de wet-white constituem um resíduo sólido da indústria de curtumes com um elevado teor em carbono, tornando relevante a sua utilização na preparação de materiais de interesse tecnológico. Este trabalho teve como objectivo a preparação de carvões activados a partir de resíduos da indústria de curtumes. Os métodos de activação utilizados para a preparação dos carvões activados foram a activação física com dióxido de carbono e activação química com hidróxido de potássio. A carbonização dos resíduos foi estudada na gama de temperaturas de 500 ºC a 800 ºC, verificando-se que a sua carbonização se pode considerar completa para a temperatura de 800 ºC. Na activação física os precursores foram previamente carbonizados sob uma atmosfera inerte a 800 ºC e posteriormente activados a 940 ºC usando o CO2 como agente activante. Na etapa de activação variou-se o tempo de activação (20, 40 e 60 minutos) de modo a estudar a influência do grau de queima nas propriedades texturais dos carvões activados. O carvão activado obtido pelo método de activação física com maior área superficial específica foi o carvão preparado a partir do resíduo de wet-blue para um tempo de activação de 40 minutos e grau de queima de 23 % (SBET = 152 m2/g). Para a activação química, procedeu-se à impregnação dos precursores com KOH usando razões mássicas de impregnação KOH:precursor de 0,5:1, 1:1 e 3:1. A impregnação foi efectuada directamente nos resíduos de wet-blue e de wet-white e nos resíduos de wet-blue e de wet-white carbonizados. A activação foi efectuada a 940 ºC sob uma atmosfera inerte, com uma velocidade de aquecimento de 5 ºC/min, e um tempo de activação de 1 hora. No caso da série de carvões activados obtidos por impregnação do precursor, o carvão que exibe melhores propriedades texturais é o carvão activado preparado por impregnação na razão de 1:1 a partir do resíduo de wet-blue (SBET = 1696 m2/g). Na série de carvões activados preparados por impregnação do precursor carbonizado, o carvão com melhores propriedades texturais é o carvão proveniente da impregnação do carbonizado do resíduo de wet-blue na razão de 3:1 (SBET = 1507 m2/g). Os carvões activados obtidos por este método de activação são essencialmente microporosos e com elevada área superficial específica. Testes de adsorção preliminares mostram que estes carvões activados têm um bom desempenho para a remoção de cor de efluentes da indústria de curtumes. Concluiu-se que por activação química com KOH dos resíduos de wet-blue e wet-white se obtêm carvões activados com boas propriedades texturais, elevadas áreas superficiais específicas e elevado volume de microporos, quando comparadas com as dos carvões activados resultantes da activação física. Deste modo, chegou-se à conclusão que ambos os resíduos são bons precursores para a produção de carvão activado, mais propriamente recorrendo à activação química, reduzindo assim o volume de resíduos da indústria de curtumes destinados ao aterro.

Aproveitamento e valorização de resíduos provenientes da produção de Biodiesel

Com o desenvolvimento económico das últimas décadas, a gestão de recursos energéticos é um desafio que a sociedade moderna enfrenta. Assim, actualmente há a necessidade da procura de novas fontes de energia, fontes de energia renováveis. Sendo o biodiesel uma fonte de energia renovável, a sua crescente produção irá trazer um aumento da produção de resíduos, como o glicerol e ácidos gordos. É pois importante reduzir/valorizar estes resíduos de forma a impedir a sua acumulação ao longo do tempo. A valorização destes resíduos é o objectivo principal deste trabalho. A primeira parte consistiu na esterificação de ácidos gordos livres com glicerol, na presença de um catalisador ácido, para a produção de monoglicerídeos. Foram utilizados diferentes tipos de matérias-primas: glicerol (76,3%) e resíduo de ácidos gordos (20,8%), fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, glicerol puro (92,2%) e ácido oleico puro (93,1%). Os catalisadores usados foram o cloreto de zinco comercial e o ácido p-tolueonossulfónico comercial. Não foram efectuadas análises específicas aos monoglicerídeos, o produto foi caracterizado pelo índice de acidez. Aparentemente, a maior conversão de ácidos gordos foi obtida no ensaio de esterificação de ácidos gordos com glicerol, ambos da SOCIPOLE SA. No entanto, este não serviu como termo de comparação com os outros devido à formação de uma fase sólida (polímero). Relativamente aos outros ensaios, com razão molar glicerol/ácidos gordos de 1:3, o melhor resultado foi obtido na reacção de glicerol da SOCIPOLE SA com ácido oleico puro, na presença do catalisador ácido p-toluenossulfónico, à temperatura de 106,3ºC e tempo de reacção de 4h30min, sendo a conversão final de ácido oleico 80,7%. Na segunda parte foi feito o estudo da esterificação de ácidos gordos livres com metanol, na presença de ácido sulfúrico, para a produção de biodiesel utilizando ácidos gordos fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, ácidos gordos derivados dos sabões de um resíduo de glicerol fornecido pelo Laboratório de Tecnologia Química, Professora Doutora Lídia Vasconcelos do ISEP e ácidos gordos derivados dos sabões do glicerol bruto, fornecido pela empresa SOCIPOLE SA. Os ensaios foram efectuados a 65ºC, com uma agitação de 120rpm e uma razão molar ácidos gordos/metanol de 1:3. Verificou-se que o índice de acidez do produto, depois de lavado e seco, diminuía com o tempo de reacção e na generalidade a percentagem de ésteres aumentava, observando-se que a partir das seis horas, a reacção se tornava muito lenta. O estudo da razão ácidos gordos/metanol, não permitiu tirar conclusões. O melhor resultado obtido correspondeu a um produto com 96,2% de ésteres metílicos e 8,54mgKOH/gamostra de índice de acidez, pelo que não pode ainda ser designado de biodiesel.

Produção de biodiesel a partir de pastas de gordura e resíduo de glicerol

O principal objectivo deste trabalho consistiu na produção de biodiesel a partir de resíduos fornecidos pela Empresa SOCIPOLE, S.A. Esta, forneceu, pastas de gordura (depósito formado nos óleos usados), só aproveitadas pela empresa para a produção de sabões, e resíduo de glicerol proveniente da produção de biodiesel. Com as pastas de gordura, foi feito um estudo onde se variaram alguns parâmetros, tais como: o tipo de reactor, catalisador, temperatura, agitação, tempo de reacção, razão molar gordura:metanol e condições de secagem. O estudo mais pormenorizado foi efectuado com o NaOH, como catalisador. Foram feitos vários ensaios para os tempos de reacção de 30minutos, 1hora e 2horas, a 65ºC e razão molar gordura:metanol 1:6, tendo-se obtido respectivamente 86,7; 88,1 e 87,5% para o teor de ésteres. No caso da resina catiónica forte como catalisador, aparentemente não houve reacção ao fim de 12h, enquanto no ensaio que utilizou o ácido sulfúrico, o teor de ésteres foi de 82,6%, ao fim de 12h com razão molar gordura:metanol igual a 1:11. Quanto à produção de biodiesel a partir do resíduo de ácidos gordos resultante da purificação do resíduo de glicerol, foi feito um estudo preliminar usando diferentes catalisadores, uma resina catiónica forte, ácido sulfúrico e zircónia sulfatada. Este resíduo continha cerca de 60% de ácidos gordos e aproximadamente 39% de ésteres metílicos. Dos três catalisadores usados, o que permitiu obter maior teor de ésteres foi a zircónia sulfatada, tendo-se obtido 82,9% trabalhando a 60ºC durante 18horas com agitação de 230rpm e razão molar ácidos gordos:metanol de 1:12 . O ensaio em que se obteve menor percentagem de ésteres (56,4%) foi com resina catiónica. Com as duas matérias-primas obteve-se sempre um teor de ésteres, no produto final, abaixo dos 96,5% estabelecidos pela Norma Europeia EN 14103. Estes resultados reflectem provavelmente a composição complexa das matérias-primas. As pastas de gordura podem conter compostos não esterificáveis, solúveis no biodiesel, ou mais dificilmente esterificáveis nas condições operacionais usadas. Já o resíduo de ácidos gordos apresenta uma cor escura o que indica a existência de compostos corados, talvez polímeros. Portanto, para se tirar conclusões fundamentadas é necessário fazer análises mais completas das pastas de gordura e do resíduo de ácidos gordos, assim como ao biodiesel produzido de forma a identificar as possíveis contaminações existentes nos produtos com esta proveniência.

Espresso coffee residues: a valuable source of unextracted compounds

Espresso spent coffee grounds were chemically characterized to predict their potential, as a source of bioactive compounds, by comparison with the ones from the soluble coffee industry. Sampling included a total of 50 samples from 14 trademarks, collected in several coffee shops and prepared with distinct coffee machines. A high compositional variability was verified, particularly with regard to such water-soluble components as caffeine, total chlorogenic acids (CGA), and minerals, supported by strong positive correlations with total soluble solids retained. This is a direct consequence of the reduced extraction efficiency during espresso coffee preparation, leaving a significant pool of bioactivity retained in the extracted grounds. Besides the lipid (12.5%) and nitrogen (2.3%) contents, similar to those of industrial coffee residues, the CGA content (478.9 mg/100 g), for its antioxidant capacity, and its caffeine content (452.6 mg/100 g), due to its extensive use in the food and pharmaceutical industries, justify the selective assembly of this residue for subsequent use.

Development of a SPME-GC-ECD methodology for selected pesticides in must and wine samples

A method for the determination of some pesticide residues in must and wine samples was developed using solid-phase microextraction (SPME) and gas chromatography – electron capture detection (GC/ECD). The procedure only needs dilution as sample pre-treatment and is therefore simple, fast and solvent-free. Eight fungicides (vinclozolin, procymidone, iprodione, penconazole, fenarimol, folpet, nuarimol and hexaconazole), one insecticide (chlorpyriphos) and two acaricides (bromopropylate and tetradifon) can be quantified. Good linearity was observed for all the compounds in the range 5–100 µg/L. The reproducibility of the measurements was found acceptable (with RSD’s below 20%). Detection limits of 11 µg/L, on average, are sufficiently below the proposed maximum residue limits (MRL’s) for these compounds in wine. The analytical method was applied to the determination of these compounds in Portuguese must and wine samples from the Demarcated Region of Alentejo, where any residues could be detected.

Multiresidue method for the determination of organophosphorus pesticides in still wine and fortified wine using solid-phase microextraction and gas chromatography – Tandem mass spectrometry

A SPME-GC-MS/MS method for the determination of eight organophosphorus pesticides (azinphos-methyl, chlorpyriphos, chlorpyriphos-methyl, diazinon, fenitrothion, fenthion, malathion, and methidathion) in still and fortified wine was developed. The extraction procedure is simple, solvent free, and without any sample pretreatment. Limits of detection (LOD) and quantitation (LOQ) values in the range 0.1–14.3 lg/L and 0.2–43.3 lg/L, respectively, were obtained. The LOQ values are below the maximum residue levels (MRLs) established by European Regulation for grapes, with the exception of methidathion. Coefficients of correlation (R2) higher than 0.99 were obtained for the majority of the pesticides, in all different wines analyzed.

Determination of 24 pesticide residues in fortified wines by solid-phase microextraction and gas chromatography tandem mass spectrometry

The present work describes a solid-phase microextraction (SPME) gas chromatography_tandem mass spectrometry (MS/MS) method to quantify 24 pesticides in fortified white wine and fortified red wine. In this study “fortified wine” refers to a wine in which fermentation is arrested before completion by alcohol distillate addition, allowing sugar and alcoholic contents to be higher (around 80-100 g/L total sugars and 19-22% alcohol strength (v/v)). The analytical method showed good linearity, presenting correlation coefficients (R2) ≥ 0.989 for all compounds. Limits of detection (LOD) and quantitation (LOQ) in the ranges of 0.05-72.35 and 0.16-219.23 μg/L, respectively, were obtained. LOQs are below the maximum residue levels (MRL) set by European Regulation for grapes. The proposed method was applied to 17 commercial fortified wines. The analyzed pesticides were not detected in the wines tested.

Contribution of different vegetable types to exogenous nitrate and nitrite exposure

This study reports the levels of nitrate and nitrite of 34 vegetable samples, including different varieties of cabbage, lettuce, spinaches, parsley and turnips, collected in several locations of an intensive agricultural area (Modivas, Vila do Conde, northern Portugal). Nitrate levels ranged between 54 and 2440 mg NO-3 kg-1, while nitrite levels ranged between 1.1 and 57 mg NO-2 kg-1. The maximum residue levels established for nitrate in spinach and lettuce samples were not exceeded. Nitrate and nitrite levels reported in the literature for the same type of samples are reviewed, as well as the contribution of vegetables to nitrate and nitrite dietary exposure of populations.

Quantification of endocrine disruptors and pesticides in water by gas chromatography–tandem mass spectrometry. Method validation using weighted linear regression schemes

Amulti-residue methodology based on a solid phase extraction followed by gas chromatography–tandem mass spectrometry was developed for trace analysis of 32 compounds in water matrices, including estrogens and several pesticides from different chemical families, some of them with endocrine disrupting properties. Matrix standard calibration solutions were prepared by adding known amounts of the analytes to a residue-free sample to compensate matrix-induced chromatographic response enhancement observed for certain pesticides. Validation was done mainly according to the International Conference on Harmonisation recommendations, as well as some European and American validation guidelines with specifications for pesticides analysis and/or GC–MS methodology. As the assumption of homoscedasticity was not met for analytical data, weighted least squares linear regression procedure was applied as a simple and effective way to counteract the greater influence of the greater concentrations on the fitted regression line, improving accuracy at the lower end of the calibration curve. The method was considered validated for 31 compounds after consistent evaluation of the key analytical parameters: specificity, linearity, limit of detection and quantification, range, precision, accuracy, extraction efficiency, stability and robustness.

Optimization of QuEChERS procedure coupled to GC-ECD for organochlorine pesticide determination in carrot samples

An optimised version of the Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe (QuEChERS) method for simultaneous determination of 14 organochlorine pesticides in carrots was developed using gas chromatography coupled with electron-capture detector (GC-ECD) and confirmation by gas chromatography tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). A citrate-buffered version of QuEChERS was applied for the extraction of the organochlorine pesticides, and for the extract clean-up, primary secondary amine, octadecyl-bonded silica (C18), magnesium sulphate (MgSO4) and graphitized carbon black were used as sorbents. The GC-ECD determination of the target compounds was achieved in less than 20 min. The limits of detection were below the EUmaximum residue limits (MRLs) for carrots, 10–50 μg kg−1, while the limit of quantification did exceed 10 μg kg−1 for hexachlorobenzene (HCB). The introduction of a sonication step was shown to improve the recoveries. The overall average recoveries in carrots, at the four tested levels (60, 80, 100 and 140 μg kg−1), ranged from 66 to 111% with relative standard deviations in the range of 2– 15 % (n03) for all analytes, with the exception of HCB. The method has been applied to the analysis of 21 carrot samples from different Portuguese regions, and β-HCH was the pesticide most frequently found, with concentrations oscillating between less than the limit of quantification to 14.6 μg kg−1. Only one sample had a pesticide residue (β-HCH) above the MRL, 14.6 μg kg−1. This methodology combines the advantages of both QuEChERS and GC-ECD, producing a very rapid, sensitive and reliable procedure which can be applied in routine analytical laboratories.

Analysis of pesticide residues in strawberries and soils by GC-MS/MS, LC-MS/MS and two-dimensional GC-timeof- flight MS comparing organic and integrated pest management farming

This study analysed 22 strawberry and soil samples after their collection over the course of 2 years to compare the residue profiles from organic farming with integrated pest management practices in Portugal. For sample preparation, we used the citrate-buffered version of the quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe (QuEChERS) method. We applied three different methods for analysis: (1) 27 pesticides were targeted using LC-MS/MS; (2) 143 were targeted using low pressure GC-tandem mass spectrometry (LP-GC-MS/MS); and (3) more than 600 pesticides were screened in a targeted and untargeted approach using comprehensive, two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry (GC × GC-TOF-MS). Comparison was made of the analyses using the different methods for the shared samples. The results were similar, thereby providing satisfactory confirmation of both similarly positive and negative findings. No pesticides were found in the organic-farmed samples. In samples from integrated pest management practices, nine pesticides were determined and confirmed to be present, ranging from 2 μg kg−1 for fluazifop-pbutyl to 50 μg kg−1 for fenpropathrin. Concentrations of residues in strawberries were less than European maximum residue limits.

The effect of method, standard and sample components on the total antioxidant capacity of commercial waters assessed by optical conventional assays

The total antioxidant capacity (TAC) of 28 flavoured water samples was assessed by ferric reducing antioxidant potential (FRAP), oxygen radical absorbance capacity (ORAC), trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC) and total reactive antioxidant potential (TRAP) methods. It was observed that flavoured waters had higher antioxidant activity than the corresponding natural ones. The observed differences were attributed to flavours, juice and vitamins. Generally, higher TAC contents were obtained on lemon waters and lower values on guava and raspberry flavoured waters. Lower and higher TACs were obtained by TRAP and ORAC method, respectively. Statistical analysis suggested that vitamins and flavours increased the antioxidant content of the commercial waters.