Novel LTCC-potentiometric microfluidic device for biparametric analysis of organic compounds carrying plastic antibodies as ionophores: Application to sulfamethoxazole and trimethoprim

Monitoring organic environmental contaminants is of crucial importance to ensure public health. This requires simple, portable and robust devices to carry out on-site analysis. For this purpose, a low-temperature co-fired ceramics (LTCC) microfluidic potentiometric device (LTCC/μPOT) was developed for the first time for an organic compound: sulfamethoxazole (SMX). Sensory materials relied on newly designed plastic antibodies. Sol–gel, self-assembling monolayer and molecular-imprinting techniques were merged for this purpose. Silica beads were amine-modified and linked to SMX via glutaraldehyde modification. Condensation polymerization was conducted around SMX to fill the vacant spaces. SMX was removed after, leaving behind imprinted sites of complementary shape. The obtained particles were used as ionophores in plasticized PVC membranes. The most suitable membrane composition was selected in steady-state assays. Its suitability to flow analysis was verified in flow-injection studies with regular tubular electrodes. The LTCC/μPOT device integrated a bidimensional mixer, an embedded reference electrode based on Ag/AgCl and an Ag-based contact screen-printed under a micromachined cavity of 600 μm depth. The sensing membranes were deposited over this contact and acted as indicating electrodes. Under optimum conditions, the SMX sensor displayed slopes of about −58.7 mV/decade in a range from 12.7 to 250 μg/mL, providing a detection limit of 3.85 μg/mL and a sampling throughput of 36 samples/h with a reagent consumption of 3.3 mL per sample. The system was adjusted later to multiple analyte detection by including a second potentiometric cell on the LTCC/μPOT device. No additional reference electrode was required. This concept was applied to Trimethoprim (TMP), always administered concomitantly with sulphonamide drugs, and tested in fish-farming waters. The biparametric microanalyzer displayed Nernstian behaviour, with average slopes −54.7 (SMX) and +57.8 (TMP) mV/decade. To demonstrate the microanalyzer capabilities for real applications, it was successfully applied to single and simultaneous determination of SMX and TMP in aquaculture waters.

Rapid automated method for on-site determination of sulfadiazine in fish farming: a stainless steel veterinary syringe coated with a selective membrane of PVC serving as a potentiometric detector in a flow-injection-analysis system

Sulfadiazine is an antibiotic of the sulfonamide group and is used as a veterinary drug in fish farming. Monitoring it in the tanks is fundamental to control the applied doses and avoid environmental dissemination. Pursuing this goal, we included a novel potentiometric design in a flow-injection assembly. The electrode body was a stainless steel needle veterinary syringe of 0.8-mm inner diameter. A selective membrane of PVC acted as a sensory surface. Its composition, the length of the electrode, and other flow variables were optimized. The best performance was obtained for sensors of 1.5-cm length and a membrane composition of 33% PVC, 66% onitrophenyloctyl ether, 1% ion exchanger, and a small amount of a cationic additive. It exhibited Nernstian slopes of 61.0 mV decade-1 down to 1.0×10-5 mol L-1, with a limit of detection of 3.1×10-6 mol L-1 in flowing media. All necessary pH/ionic strength adjustments were performed online by merging the sample plug with a buffer carrier of 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid, pH 4.9. The sensor exhibited the advantages of a fast response time (less than 15 s), long operational lifetime (60 days), and good selectivity for chloride, nitrite, acetate, tartrate, citrate, and ascorbate. The flow setup was successfully applied to the analysis of aquaculture waters. The analytical results were validated against those obtained with liquid chromatography–tandem mass spectrometry procedures. The sampling rate was about 84 samples per hour and recoveries ranged from 95.9 to 106.9%.

Sulphonamide-imprinted sol–gel materials as ionophores in potentiometric transduction

This work proposes different kind of solid-contact graphite-based electrodes for the selective determination of sulphonamides (SPHs) in pharmaceuticals, biological fluids and aquaculture waters. Sulfadiazine (SDZ) and sulfamethoxazole (SMX) were selected for this purpose for being the most representative compounds of this group. The template molecules were imprinted in sol–gel (ISG) and the resulting material was used as detecting element. This was made by employing it as either a sensing layer or an ionophore of PVC-based membranes and subsequent potentiometric transduction, a strategy never reported before. The corresponding non-imprinted sol–gel (NISG) membranes were used as blank. The effect of plasticizer and kind/charge of ionic lipophilic additive was also studied. The best performance in terms of slope, linearity ranges and signal reproducibility and repeatability was achieved by PVC membranes including a high dielectric constant plasticizer and 15 mg of ISG particles. The corresponding average slope was −51.4 and −52.4 mV/decade, linear responses were 9.0 × 10−6 and 1.7 × 10−5 M, and limits of detection were 0.74 and 1.3 μg/mL for SDZ and for SMX, respectively. Good selectivity with log Kpot < −0.3 was observed for carbonate, chloride, fluoride, hydrogenocarbonate, nitrate, nitrite, phosphate, cyanide, sulfate, borate, persulphate, citrate, tartrate, salicylate, tetracycline, ciprofloxacin, sulphamerazine, sulphatiazole, dopamine, glucose, galactose, cysteine and creatinine. The best sensors were successfully applied to the analysis of real samples with relative errors ranging from −6.8 to + 3.7%.

Sulfadiazine-selective determination in aquaculture environment: Selective potentiometric transduction by neutral or charged ionophores

Solid-contact sensors for the selective screening of sulfadiazine (SDZ) in aquaculture waters are reported. Sensor surfaces were made from PVC membranes doped with tetraphenylporphyrin-manganese(III) chloride, α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, or γ-cyclodextrin ionophores that were dispersed in plasticizer. Some membranes also presented a positive or a negatively charged additive. Phorphyrin-based sensors relied on a charged carrier mechanism. They exhibited a near-Nernstian response with slopes of 52 mV decade−1 and detection limits of 3.91 × 10−5 mol L−1. The addition of cationic lipophilic compounds to the membrane originated Nernstian behaviours, with slopes ranging 59.7–62.0 mV decade−1 and wider linear ranges. Cyclodextrin-based sensors acted as neutral carriers. In general, sensors with positively charged additives showed an improved potentiometric performance when compared to those without additive. Some SDZ selective membranes displayed higher slopes and extended linear concentration ranges with an increasing amount of additive (always <100% ionophore). The sensors were independent from the pH of test solutions within 2–7. The sensors displayed fast response, always <15 s. In general, a good discriminating ability was found in real sample environment. The sensors were successfully applied to the fast screening of SDZ in real waters samples from aquaculture fish farms. The method offered the advantages of simplicity, accuracy, and automation feasibility. The sensing membrane may contribute to the development of small devices allowing in locus measurements of sulfadiazine or parent-drugs.

Trimethoprim-selective electrodes with molecularly imprinted polymers acting as ionophores and potentiometric transduction on graphite solid-contact

This work proposes a new biomimetic sensor material for trimethoprim. It is prepared by means of radical polymerization, having trimethylolpropane trimethacrylate as cross-linker, benzoyl peroxide as radicalar iniciator, chloroform as porogenic solvent, and methacrylic acid and 2-vinyl pyridine as monomers. Different percentages of sensor in a range between 1 and 6% were studied. Their behavior was compared to that obtained with ion-exchanger quaternary ammonium salt (additive tetrakis(p-chlorophenyl)borate or tetraphenylborate). The effect of an anionic additive in the sensing membrane was also tested. Trimethoprim sensors with 1% of imprinted particles from methacrylic acid monomers showed the best response in terms of slope (59.7 mV/decade) and detection limit (4.01 × 10− 7 mol/L). These electrodes displayed also a good selectivity towards nickel, manganese aluminium, ammonium, lead, potassium, sodium, iron, chromium, sulfadiazine, alanine, cysteine, tryptophan, valine and glycine. The sensors were not affected by pH changes from 2 to 6. They were successfully applied to the analysis of water from aquaculture.

Aspectos biológico-pesqueros de la Lisa Mugil cephalus L. en el litoral peruano

La lisa Mugil cephalus, es uno de los recursos que sustentan la pesquería artesanal en el Perú; a pesar de su importancia, escasos son los estudios relacionados con su biología. Con el objeto de determinar su biología y pesquería, se analizan las cifras de desembarques de las Estadísticas de la Pesquería Marina (Flores et al., 1994) de los años 1980 a 1992, las cifras de captura por artes de pesca obtenidas por la pesca artesanal en once caletas del litoral peruano entre los años 1986 y 1988, y, para el estudio de los aspectos biológicos, la información de los Laboratorios Costeros del IMARPE: Paita (05°05 ' S), Callao (12°03 'S), Pisco (13°44 'S) e Ilo (17°38.4 'S), periodo 1979 a 1992. La lisa se distribuye en toda la costa del Perú con mayores volúmenes de captura en el norte del país (5° a 7° S); en el sur, los valores suelen ser bajos. En Paita los ejemplares capturados se encontraron por encima de la talla mínima reglamentaria de captura (35 cm), mientras que en Callao, Pisco e Ilo, por debajo de la misma. La longitud media a la cual el 50% de individuos alcanza su primera madurez es 29 cm y 34 cm al primer desove. Los valores de índice gonadosomático (IGS), indican que la lisa desova en primavera-verano. El análisis de la relación peso-longitud separada por sexos en las zonas de Paita, Callao, Pisco e Ilo mostró que las hembras alcanzaron mayores pesos que los machos a la misma longitud. En ambos sexos se evidenció un crecimiento isométrico.

Aspectos biológicos - pesqueros de los recursos pelágicos. Crucero de evaluación de recursos pelágicos 9502-04 BIC SNP-1 (13 febrero - 05 abril, 1995)

Describe los niveles de abundancia , distribución, concentración y características biológicas de las poblaciones de la anchoveta y sardina a principios de 1995, así como conocer las características del ambiente y su influencia sobre el reclutamiento. La información proviene de las capturas y muestreos biológicos de 129 lances de comprobación ejecutados durante el crucero. La composición por especies estuvo conformada principalmente por anchoveta (Engraulis ringens), sardina (Sardinops sagax sagax), jurel (Trachurus picturatus murphyi) y caballa (Scomber japonicus peruanus). Otras especies fueron el bagre con faja (Galeichthys peruvianus), falso volador (Prionotus stephanophrys), múnida (Pleuroncodes monodon), etc.

Aspectos biológico pesqueros de los recursos pelágicos peruanos durante febrero - abril 1997

Describe las capturas y muestreos biológicos de 132 lances de comprobación ejecutados durante el crucero BIC SNP-1 9702-03 y BIC HUmboldt 9704. Las capturas estuvieron conformadas por anchoveta (Engraulis ringens) 51,7%; sardina (Sardinops sagax) 0,4%; jurel (Trachurus picturatus) 9,7% y caballa (Scomber japonicus) 2,8%. Otras especies fueron la múnida (Pleuroncodes monodon) 10,1%; camotillo (Normanichthys crockeri) 3,1%; bagre con faja (Galeichthys peruvianus) 1,4%. La samasa (Anchoa nasus) 17,7% fue capturada en un volumen importante en sólo 4 lances ubicados en área muy costeras al norte de Punta Falsa. La anchoveta se distribuyó a lo largo de toda la costa, desde la frontera sur hasta Talara, ocupado hasta las 70 mn entre Huacho y San Juan mientras que al norte de Huacho se ubicó dentro de las 15 mn. La sardina se distribuyó en la región norte-centro, entre las 10 y 90 mn. Los tamaños de anchoveta fueron predominantemente adultos, la moda más representativa fue 15,5 cm. Se localizaron reclutas de 10,5 cm en la región sur, pero no en gran volumen. La sardina capturada fue principalmente adulta aunque en la región norte se encontraron reclutas de 3 años de edad. El jurel capturado fue mayormente juvenil. La anchoveta ha desovado normalmente durante el verano. La sardina en cambio parece haber prolongado su desove hasta abril

Comentario general sobre crucero de evaluación de recursos pelágicos BIC SNP-1 9602-04

Presenta un comentario general sobre los principales resultados alcanzados durante el crucero 9602-04, de evaluación de los principales recursos pelágicos durante el verano 1996, documento basado en la información sobre la biomasa, distribución y concentración; aspectos biológicos de la anchoveta, sardina, jurel y caballa, además del medio ambiente marino.

Aspectos biológico pesqueros de los recursos pelágicos durante el verano 1996

La información presentada proviene de las capturas y muestreos biológicos de 133 lances de comprobación ejecutados durante el crucero BIC SNP-1 9602-04; la composición por especies estuvo conformada principalmente por anchoveta (Engraulis ringens) (35,6%), sardina (Sardinops sagax sagax) (0,5%), jurel (Trachurus picturatus murphyi)(12,3%) y caballa (Scomber japonicus peruanus) (2,0%). Otras especies fueron la múnida (Pleuroncodes monodon) (29,2%), el bagre con faja (Galeichthys peruvianus) (2,5%), falso volador (Prionotus stephanophrys) (2,4%) y algunas especies mesopelágicas como Vinciguerria lucetia, el esperlán plateado (Leuroglosus urotranus) y varias especies de la familia Myctophidae; asimismo se registró captura de eufáusidos (10,7%) y otros.

Situación de los recursos Anchoveta (Engraulis Ringens) y Sardina (Sardinops sagax) a principios de 1994 y perspectivas para la pesca en el Perú, con particular preferencia a las regiones norte y centro de la costa peruana

Se analizan los cambios en los niveles poblacionales de anchoveta ( Engraulis ringens), entre 1961-1994 y sardina (Sardinops sagaX") entre 1978-1994, en la parte del mar peruano comprendido entre los 03 º23'S y los 14°S. Los resultados de los análisis de cohortes y la observación de información complementaria indican que la población de anchoveta muestra una tendencia ascendente, habiendo alcanzado niveles de biomasa total próximos al os 10 millones de toneladas, y encontrándose en recuperación luego de los valores mínimos históricos alcanzados entre 1975-1 984. la sardina en cambio, ha venido disminuyendo desde 1987. Se anal izan los cambios y fluctuaciones en la abundancia de estas dos especies, y se postula la ocurrencia de un cambio de "régimen" poblacional para la anchoveta, cuya población se encontraría en un nivel todavía no bien consolidado, entre un régimen medio, correspondiente al nivel de la fases de pre y post colapso, y un nivel de máxima abundancia. Se analizan las causas probables de la declinación del stock de sardina y se dan recomendaciones para el ordenamiento de la pesquería a corto y mediano plazo de estas dos especies.

Crecimiento de la Sardina Peruana (Sardinops sagax sagax) y composición por edades de sus desembarques durante 1981-85

Se analizó la información proveniente de los desembarques de Sardina en los puertos de Callao y Pisco entre 1981 y 1985. Se estimó el crecimiento y la estructura de la población por edades en base al contaje de anillos anuales de crecimiento en otolitos

Aspectos biológicos de los principales recursos pelágicos entre marzo y mayo 1998 crucero BIC Humboldt 9803-05 de Tumbes a Tacna

Principales resultados sobre los aspectos biológico-pesqueros de las principales especies capturadas en el Crucero de Evaluación de Recursos Pelágicos 9803-05, realizado a bordo del BIC Humboldt y las LP IMARPE IV y V, entre el 20 de marzo y el 07 de mayo de 1998 desde la Caleta La Cruz, Tumbes, hasta Los Palos, Tacna. Se prospectó la franja de 30 millas náuticas próximas a la costa. Las especies mayormente capturadas fueron la anchoveta (Engraulis ringens) y la samasa (Anchoa nasus), adicionalmente la sardina (Sardinops sagax), el jurel (Trachurus picturatus), la caballa (Scomber japonicus), bagres (Bagre panamensis y Galeichthys peruvianus), cachema (Cynoscion analis) y falso volador (Prionotus stephanophrys). Destaca la presencia de algunas especies que se han aproximado con las aguas cálidas del norte y oeste.

Aspectos biológicos pesqueros de los recursos pelágicos durante el crucero BIC Humboldt y BIC Jose Olaya Balandra 9808-09 entre los palos (Tacna) y Callao

Informe de los resultados de los análisis biológico-pesqueros realizados a las capturas efectuadas por el BIC José Olaya Balandra y la LP IMARPE V, durante el Crucero de Evaluación de Recursos Pelágicos 9808-09, del 20 de agosto al 18 de setiembre 1998, entre la frontera sur y el Callao. Se realizaron 160 lances de comprobación entre ambas embarcaciones. Se obtuvo una captura total de 7.682,6 kg, constituidas por anchoveta (Engraulis ringens) 8,8%; jurel (Trachurus picturatus) 0,1%; caballa (Scomber japonicus) 0,1%. Entre otras especies capturadas tenemos al falso volador (Prionotus stephanophrys) 35,5%; Vinciguerria lucetia 12,1%; samasa (Anchoa nasus) 7,1% y múnida (Pleuroncodes monodon) 10,9%.

Aspectos biológicos pesqueros de los recursos pelágicos durante el verano 1999. Crucero BIC BIC José Olaya Balandra 9902-03, de Tumbes a Tacna

Principales resultados de los aspectos biológicos pesqueros de las especies capturadas en los 336 lances de comprobación. Las especies capturadas fueron la anchoveta (Engraulis ringens), el camarón rojo o múnida (Pleuroncodes monodon), el bagre (Galeichthys peruvianus), la samasa (Anchoa nasus), el camotillo (Normanichthys crockeri), la caballa (Scomber japonicus), el falso volador (Prionotus stephanophrys) la pota (Dosidicus gigas), la sardina (Sardinops sagax) y el jurel (Trachurus picturatus murphyi), estos dos últimos fueron capturados en poca cantidad, y otra especies. La anchoveta se distribuyó ampliamente entre Pimentel y Callao; entre Callao y Bahía Independencia se localizó en la zona litoral en concentraciones dispersas y hacia el sur de Bahía Independencia, se le encontró con mucho menor frecuencia y dentro de las 10 mn de la costa. La estructura por tallas de anchoveta estuvo conformada por ejemplares juveniles y adultos, predominando ligeramente estos últimos. Las tallas de la sardina, el jurel y la caballa en el área evaluada, fueron principalmente de juveniles. El desove de verano de la anchoveta se desarrolló normalmente. Los adultos más jóvenes (12,0 a 14,0 cm longitud total) marcan notoriamente el pico del desove de verano; mientras que los individuos mayores se mantienen en este proceso por un tiempo más prolongado.