Optimization of HS-SPME analytical conditions using factorial design for trihalomethanes determination in swimming pool water samples

Trihalomethanes (THMs) are widely referred and studied as disinfection by-products (DBPs). The THMs that are most commonly detected are chloroform (TCM), bromodichloromethane (BDCM), chlorodibromomethane (CDBM), and bromoform (TBM). Several studies regarding the determination of THMs in swimming pool water and air samples have been published. This paper reviews the most recent work in this field, with a special focus on water and air sampling, sample preparation and analytical determination methods. An experimental study has been developed in order to optimize the headspace solid-phasemicroextraction (HS-SPME) conditions of TCM, BDCM, CDBM and TBM from water samples using a 23 factorial design. An extraction temperature of 45 °C, for 25min, and a desorption time of 5 min were found to be the best conditions. Analysis was performed by gas chromatography with an electron capture detector (GC-ECD). The method was successfully applied to a set of 27 swimming pool water samples collected in the Oporto area (Portugal). TCM was the only THM detected with levels between 4.5 and 406.5 μg L−1. Four of the samples exceeded the guideline value for total THMs in swimming pool water (100 μgL−1) indicated by the Portuguese Health Authority.

Biomarkers of Nitrosative Stress: Development and validation of a new analytical method for 3-Nitrotyrosine quantification

Background: The nitration of tyrosine residues in proteins is associated with nitrosative stress, resulting in the formation of 3-nitrotyrosine (3-NT). 3-NT levels in biological samples have been associated with numerous physiological and pathological conditions. For this reason, several attempts have been made in order to develop methods that accurately quantify 3-NT in biological samples. Regarding chromatographic methods, they seem to be very accurate, showing very good sensibility and specificity. However, accurate quantification of this molecule, which is present at very low concentrations both at physiological and pathological states, is always a complex task and a target of intense research. Objectives: We aimed to develop a simple, rapid, low-cost and sensitive 3-NT quantification method for use in medical laboratories as an additional tool for diagnosis and/or treatment monitoring of a wide range of pathologies. We also aimed to evaluate the performance of the HPLC-based method developed here in a wide range of biological matrices. Material and methods: All experiments were performed on a Hitachi LaChrom Elite® HPLC system and separation was carried out using a Lichrocart® 250-4 Lichrospher 100 RP-18 (5μm) column. The method was further validated according to ICH guidelines. The biological matrices tested were serum, whole blood, urine, B16 F-10 melanoma cell line, growth medium conditioned with the same cell line, bacterial and yeast suspensions. Results: From all the protocols tested, the best results were obtained using 0.5% CH3COOH:MeOH:H2O (15:15:70) as the mobile phase, with detection at wavelengths 215, 276 and 356 nm, at 25ºC, and using a flow rate of 1 mL/min. By using this protocol, it was possible to obtain a linear calibration curve (correlation coefficient = 1), limits of detection and quantification in the order of ng/mL, and a short analysis time (<15 minutes per sample). Additionally, the developed protocol allowed the successful detection and quantification of 3-NT in all biological matrices tested, with detection at 356 nm. Conclusion: The method described in this study, which was successfully developed and validated for 3-NT quantification, is simple, cheap and fast, rendering it suitable for analysis in a wide range of biological matrices.

Stabilization constraints from different-average public debt levels in a Monetary Union with country-size asymmetry

In the sequence of the recent financial and economic crisis, the recent public debt accumulation is expected to hamper considerably business cycle stabilization, by enlarging the budgetary consequences of the shocks. This paper analyses how the average level of public debt in a monetary union shapes optimal discretionary fiscal and monetary stabilization policies and affects stabilization welfare. We use a two-country micro-founded New-Keynesian model, where a benevolent central bank and the fiscal authorities play discretionary policy games under different union-average debt-constrained scenarios. We find that high debt levels shift monetary policy assignment from inflation to debt stabilization, making cooperation welfare superior to noncooperation. Moreover, when average debt is too high, welfare moves directly (inversely) with debt-to-output ratios for the union and the large country (small country) under cooperation. However, under non-cooperation, higher average debt levels benefit only the large country.

Polycyclic aromatic hydrocarbon levels in three pelagic fish species from Atlantic Ocean: inter-specific and inter-season comparisons and assessment of potential public health risks

The concentrations of 18 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were determined in three commercially valuable fish species (sardine, Sardina pilchardus; chub mackerel, Scomber japonicus; and horse mackerel, Trachurus trachurus) from the Atlantic Ocean. Specimens were collected seasonally during 2007–2009. Only low molecular weight PAHs were detected, namely, naphthalene, acenaphthene, fluorene and phenanthrene. Chub mackerel (1.80–19.90 microg/kg ww) revealed to be significantly more contaminated than horse mackerel (2.73–10.0 microg/kg ww) and sardine (2.29–14.18 microg/kg ww). Inter-specific and inter-season comparisons of PAHs bioaccumulation were statistically assessed. The more relevant statistical correlations were observed between PAH amounts and total fat content (significant positive relationships, p < 0.05), and season (sardine displayed higher amounts in autumn–winter while the mackerel species showed globally the inverse behavior). The health risks by consumption of these species were assessed and shown to present no threat to public health concerning PAH intakes.

In vitro exposure of acer negundo pollen to atmospheric levels of SO2 and NO2: effects on allergenicity and germination

In the last years, a rising trend of pollen allergies in urban areas has been attributed to atmospheric pollution. In this work, we investigated the effects of SO2 and NO2 on the protein content, allergenicity, and germination rate of Acer negundo pollen. A novel environmental chamber was assembled to exposure pollen samples with SO2 or NO2 at two different levels: just below and two times the atmospheric hour-limit value acceptable for human health protection in Europe. Results showed that protein content was lower in SO2- exposed pollen samples and slightly higher in NO2-exposed pollen compared to the control sample. No different polypeptide profiles were revealed by SDSPAGE between exposed and nonexposed pollen, but the immunodetection assays indicated higher IgE recognition by all sera of sensitized patients to Acer negundo pollen extracts in all exposed samples in comparison to the nonexposed samples. A decrease in the germination rate of exposed in contrast to nonexposed pollen was verified, which was more pronounced for NO2-exposed samples. Our results indicated that in urban areas, concentrations of SO2 and NO2 below the limits established for human protection can indirectly aggravate pollen allergy on predisposed individuals and affect plant reproduction.

Determination of total petroleum hydrocarbons in soil from different locations using infrared spectrophotometry and gas chromatography

Total petroleum hydrocarbons (TPH) are important environmental contaminants which are toxic to human and environmental receptors. Several analytical methods have been used to quantify TPH levels in contaminated soils, specifically through infrared spectrometry (IR) and gas chromatography (GC). Despite being two of the most used techniques, some issues remain that have been inadequately studied: a) applicability of both techniques to soils contaminated with two distinct types of fuel (petrol and diesel), b) influence of the soil natural organic matter content on the results achieved by various analytical methods, and c) evaluation of the performance of both techniques in analyses of soils with different levels of contamination (presumably non-contaminated and potentially contaminated). The main objectives of this work were to answer these questions and to provide more complete information about the potentials and limitations of GC and IR techniques. The results led us to the following conclusions: a) IR analysis of soils contaminated with petrol is not suitable due to volatilisation losses, b) there is a significant influence of organic matter in IR analysis, and c) both techniques demonstrated the capacity to accurately quantify TPH in soils, irrespective of their contamination levels.

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.

Interlaboratory validation of an environmental monitoring method for trace analysis of endocrine disrupting compounds

Environmental pollution continues to be an emerging study field, as there are thousands of anthropogenic compounds mixed in the environment whose possible mechanisms of toxicity and physiological outcomes are of great concern. Developing methods to access and prioritize the screening of these compounds at trace levels in order to support regulatory efforts is, therefore, very important. A methodology based on solid phase extraction followed by derivatization and gas chromatography-mass spectrometry analysis was developed for the assessment of four endocrine disrupting compounds (EDCs) in water matrices: bisphenol A, estrone, 17b-estradiol and 17a-ethinylestradiol. The study was performed, simultaneously, by two different laboratories in order to evaluate the robustness of the method and to increase the quality control over its application in routine analysis. Validation was done according to the International Conference on Harmonisation recommendations and other international guidelines with specifications for the GC-MS methodology. Matrix-induced chromatographic response enhancement was avoided by using matrix-standard calibration solutions and heteroscedasticity has been overtaken by a weighted least squares linear regression model application. Consistent evaluation of key analytical parameters such as extraction efficiency, sensitivity, specificity, linearity, limits of detection and quantification, precision, accuracy and robustness was done in accordance with standards established for acceptance. Finally, the application of the optimized method in the assessment of the selected analytes in environmental samples suggested that it is an expedite methodology for routine analysis of EDC residues in water matrices.

Mass spectrometry parameters optimization for the 46 multiclass pesticides determination in strawberries with gas chromatography ion-trap tandem mass spectrometry

Multiclass analysis method was optimized in order to analyze pesticides traces by gas chromatography with ion-trap and tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). The influence of some analytical parameters on pesticide signal response was explored. Five ion trap mass spectrometry (IT-MS) operating parameters, including isolation time (IT), excitation voltage (EV), excitation time (ET),maximum excitation energy or “q” value (q), and isolationmass window (IMW) were numerically tested in order to maximize the instrument analytical signal response. For this, multiple linear regression was used in data analysis to evaluate the influence of the five parameters on the analytical response in the ion trap mass spectrometer and to predict its response. The assessment of the five parameters based on the regression equations substantially increased the sensitivity of IT-MS/MS in the MS/MS mode. The results obtained show that for most of the pesticides, these parameters have a strong influence on both signal response and detection limit.Using the optimized method, a multiclass pesticide analysis was performed for 46 pesticides in a strawberry matrix. Levels higher than the limit established for strawberries by the European Union were found in some samples.

Produção de bioetanol a partir de um resíduo orgânico proveniente da central de compostagem da LIPOR

Mestrado em Engenharia Química

Monitorização de pesticidas em águas de Esposende

De forma a proteger o ambiente e a saúde humana, é imperativo evitar, prevenir ou reduzir as concentrações prejudiciais de poluentes nocivos na água subterrânea. A necessidade da obtenção de níveis de protecção da água subterrânea, encontra-se estabelecida em normas de qualidade e devem ser desenvolvidas metodologias que permitam a avaliação do estado químico da água subterrânea. Este trabalho experimental centrou-se no desenvolvimento de uma metodologia analítica de detecção e quantificação por cromatografia gasosa com detector de captura de electrões dos pesticidas atrazina e respectivos metabolitos (desetilatrazina e deisopropilatrazina), simazina, terbutilazina e o metabolito desetiterbutilazina, folpete, dimetoato, diazinão, malatião, cloropirifos e o azinfos-metilo em águas de poços. O estudo progressivo baseou-se na colheita de água a 20 poços agrícolas na zona de Esposende, área considerada pelo Ministério da Agricultura do Desenvolvimento Rural e Pescas como sendo uma zona vulnerável. O método utilizado para a validação da técnica cromatográfica baseou-se na norma ISO 8466-1:1990. Os parâmetros de validação considerados foram: especificidade/selectividade, capacidade de identificação, limites de detecção e quantificação, relação sinal/ruído, linearidade e curva de calibração, precisão (repetibilidade, precisão intermédia e reprodutibilidade), eficiência de extracção e arrastamento. O método demonstrou ser capaz de identificar e quantificar os analitos, sem interferência de outros compostos. Obteve-se um valor para os parâmetros da precisão inferior a 10%, enquanto os mais baixos limites de detecção e de quantificação foram, respectivamente, 0,014 e 0,047 μg L-1. Na preparação de amostras optou-se pelo método de extracção em fase sólida, tendo sido testadas cinco diferentes tipos de colunas extractivas; Lichrolut® EN/RP-18; Strata SDB-L e C18-E; Chromabond HR-P e HR-X, sendo que as colunas Lichrolut® EN/RP- 18 apresentaram melhores resultados para a globalidade dos pesticidas. Da análise efectuada aos 20 poços agrícolas verificou-se que apenas 3 não apresentavam qualquer vestígio dos pesticidas monitorizados, sendo que as restantes apresentavam valores entre 0,05 e 53,2 μg L-1, valores superiores aos impostos pela legislação em vigor (Decreto-Lei n.º 208/2008 de 28 de Outubro para água subterrânea e Decreto-Lei nº306/2007 referente a água para consumo). Verificou-se que os proprietários dos poços agrícolas, dos quais se procedeu à amostragem de água para análise não têm a consciência da falta de qualidade dessa água, nem dos malefícios que possam advir do seu consumo.

Análise de metais em infusões de chás e ervas aromáticas por espectrofotometria de absorção atómica de alta resolução com fonte contínua

Actualmente tem-se verificado um grande aumento na procura e a utilização de produtos naturais contendo extractos de algas, com fins medicinais, sendo cada vez maior a diversidade de oferta desses produtos, vendidos em ervanária e afins. A bibliografia tem mostrado que as algas têm capacidade de acumulação de metais pesados. As algas, sendo organismos aquáticos, estão sujeitas a contaminações dos locais (não identificados) de onde provêm. O controlo e fiscalização para estes produtos é praticamente inexistente. O objectivo deste projecto foi o desenvolvimento de metodologias analíticas com vista à quantificação de metais em infusões de chás e ervas aromáticas. Foram analisadas 9 amostras: uma de chá verde, uma de chá preto, uma infusão de lima, uma de camomila, uma mistura de chá com ervas e quatro misturas contendo algas. A espectrofotometria de absorção atómica é o método de referência para a análise de metais. Neste trabalho foi utilizado um espectrofotómetro de absorção atómica com fonte de radiação contínua e monocromador de alta resolução. Sendo esta uma tecnologia inovadora foi necessário desenvolver metodologias para os métodos de análise. A atomização em chama foi a técnica utilizada para a quantificação do cálcio, potássio, magnésio, manganês e sódio. A atomização electrotérmica foi usada para o cádmio, cobalto, crómio, cobre, níquel e chumbo. Tendo em conta os limites legislados (Decreto-Lei Nº306/2007 de 27 de Agosto) obtiveram-se teores preocupantes para o níquel (iguais ou superiores ao limite legislado) em todas as amostras analisadas e para o manganês em duas das amostras (chá verde e chá preto). Todas as amostras contendo algas apresentaram teores de Ca, Mg e Na superiores aos das restantes. Para os restantes elementos não foi possível relacionar as concentrações com a composição das infusões, em particular a presença de algas.

Desenvolvimento e procedimentos de validação de uma metodologia analítica por GC/MS/MS para a determinação de antidepressivos em sangue total

A depressão é uma das doenças de foro psiquiátrico que mais prevalece na nossa sociedade, subsistindo evidências epidemiológicas que indicam um aumento substancial da sua incidência nos últimos anos. Esta evidência é consubstanciada pelo aumento significativo do consumo de antidepressivos em Portugal. Este cenário pressupõe a necessidade de uma metodologia que permita analisar, com rigor e numa perspectiva de rotina, os antidepressivos que podem ser encontrados em amostras de sangue. No contexto do Serviço de Toxicologia Forense do Instituto Nacional de Medicina Legal, Delegação do Norte, torna-se necessário o desenvolvimento de uma metodologia analítica para a determinação simultânea de 15 antidepressivos em sangue total e a sua validação relativamente a vários parâmetros analíticos. Os antidepressivos considerados foram Amitriptilina, Citalopram, Clomipramina, N-Desmetilclomipramina, Dotiepina, Fluoxetina, Imipramina, Maprotilina, Mianserina, Mirtazapina, Nortriptilina, Paroxetina, Sertralina, Trimipramina e Venlafaxina. A técnica utilizada para este efeito foi o GC/MS/MS, aplicando um procedimento extractivo prévio apropriado, baseado em procedimentos convencionais de extracção em fase sólida. A escolha desta técnica teve por base a possibilidade de identificar inequivocamente os compostos presentes na amostra, independentemente da complexidade da matriz, e de originar metodologias com uma sensibilidade elevada e com limites de detecção muito baixos. Os parâmetros analíticos considerados para validação da metodologia estabelecida foram selectividade/especificidade e capacidade de identificação; limites de detecção e de quantificação; linearidade e gama de trabalho; eficiência de extracção; arrastamento; exactidão (precisão, veracidade e incerteza de medição) e robustez. Com excepção da exactidão, um parâmetro que carece ainda de estudos complementares, todos os parâmetros estudados foram validados de acordo com os requisitos internos do Serviço. De uma forma geral, os resultados obtidos com o método desenvolvido revelaram-se selectivos e apresentaram respostas analíticas tanto para concentrações de antidepressivos em níveis terapêuticos como para níveis letais destas drogas. Os procedimentos extractivos revelaram-se eficazes e não foram verificados fenómenos de arrastamento em concentrações mais elevadas. O método foi ainda considerado robusto.

Implementação e validação de um método para determinação de contaminantes em vinho por microextração em fase sólida e gc-ms/ms e sua correlação com a análise sensorial

Cada vez mais começa a notar-se, na indústria vitivinícola, uma grande preocupação com a qualidade dos seus produtos, motivada pela maior sensibilização e exigência dos consumidores. Deste modo, a presença de defeitos organoléticos no vinho representa uma fonte de perda financeira nesta indústria, pelo que o seu controlo se torna indispensável para que se obtenha um produto de elevada qualidade. Neste sentido, torna-se interessante desenvolver um método de análise que seja rápido de forma a permitir a quantificação simultânea das moléculas identificadas como principais responsáveis pelos distúrbios olfativos dos vinhos. Assim, este trabalho surge com o objetivo de implementar e validar um método para a determinação de contaminantes em vinho por microextração em fase sólida (SPME) e cromatografia gasosa acoplada à espetrometria de massa tandem (GC-MS/MS) e a sua correlação com a análise sensorial. A técnica de microextração em fase sólida é simples e rápida na medida em que não requer um pré-tratamento da amostra. Por sua vez, a análise por GC-MS permite identificar de forma clara os compostos em estudo, nomeadamente, 4-Etilfenol (4-EP), 4-Etilguaiacol (4-EG), 2,4,6-Tricloroanisol (TCA), 2,3,4,6-Tetracloroanisol (TeCA) e 2,4,6-Tribromoanisol (TBA). Foram realizados estudos de otimização das condições de extração, comparando as fibras 100 μm PDMS e 50/30 μm DVB/CAR/PDMS. Obtiveram-se resultados mais satisfatórios, em termos de resposta e da relação sinal/ruído, com a fibra 50/30 μm DVB/CAR/PDMS e estabeleceram-se como condições de extração 55ºC para a temperatura de incubação/extração, uma velocidade de agitação de 250 rpm e 60 minutos de tempo de extração. Ao longo deste trabalho, analisaram-se 50 amostras de vinho, das quais 48 eram amostras de Vinho Tinto do Douro e 2 de Vinho do Porto. Para validar a metodologia foram realizados estudos de linearidade, limiares analíticos, repetibilidade, precisão intermédia e recuperação. De um modo geral, obtiveram-se bons resultados ao nível da linearidade para as gamas de concentração escolhidas. Quanto aos limites de deteção e de quantificação, o 4-EP é o contaminante que apresenta uma gama de concentrações mais alta, notando-se limiares analíticos mais elevados, com valores próximos dos últimos níveis de concentração, oscilando entre 65 e 583 μg/L. No caso dos Anisóis, o TBA apresenta limites de deteção mais baixos, entre 0,4 e 17,0 ng/L. Os limiares analíticos foram validados com recurso a estudos de precisão intermédia e repetibilidade, cujos resultados se encontram dentro das especificações descritas no documento SANCO/10684/2009 (%RSD ≤ 30% para os Anisóis e %RSD ≤ 20% para os Fenóis Voláteis). Foram, ainda, realizados estudos de exatidão recorrendo a ensaios de recuperação e a ensaios interlaboratoriais. Muitas vezes conseguem-se boas recuperações, no entanto notam-se maiores dificuldades para o TBA e para o TeCA. Relativamente aos ensaios interlaboratoriais, verificam-se maiores discrepâncias para o 4-EP. Já os restantes contaminantes apresentam resultados, geralmente, satisfatórios (|z-score| ≤ 2).