Casca de arroz como adsorvente para extração de micotoxinas em cebola

A produção mundial de arroz chega a 80 milhões de toneladas ao ano, considerando que as cascas representam 20% deste valor, anualmente são geradas cerca de 1.162.000 toneladas desse rejeito. Há alguns anos, esse material era descartado no ambiente, atualmente as leis de proteção ambiental, demandaram na preocupação com resíduos de casca de arroz (FOLETO, 2005). Segundo Mayer (2006) a casca leva aproximadamente 5 anos para se decompor e exala um volume elevado de metano, um dos gases responsáveis pelo efeito estufa. Visando proteger a integridade do meio ambiente, estão sendo buscadas alternativas para reduzir os impactos ambientais do descarte e recuperar os investimentos na cultura do grão. Devido seu alto teor de silício a casca de arroz, é matéria-prima de grande interesse para aplicação em vários ramos: indústria eletrônica, cerâmica e na agricultura e também pode ser utilizada como fonte energética e ser aplicadas como adsorvente, em análises químicas (FOLETO, 2005; ROSA, 2009). Neste trabalho o objetivo foi padronizar método para a determinação das aflatoxinas B1, B2, G1, G2 e ocratoxiana A em cebola, empregando a técnica de extração, Dispersão da Matriz em Fase Sólida (MSPD), tendo a casca de arroz como adsorvente, de forma a possibilitar a determinação dos contaminantes empregando cromatografia de camada delgada de alta eficiência (HPTLC) e/ou cromatografia líquida de alta eficiência acoplada a detector de fluorescência (HPLC-FD). A cebola (Allium cepa L.) foi a matriz escolhida devido sua importância econômica, ela é a terceira hortaliça mais importante economicamente no Brasil, depois do tomate e da batata. O país está entre os dez maiores produtores do mundo, sendo que na safra de 2010 a produção foi de 1.548.146 toneladas. Dentre os estados que se destacam pela sua produção estão: Santa Catarina, São Paulo e Rio Grande do Sul. No entanto, a cebola assim como os demais alimentos é suscetível à contaminação fúngica e se entre a microbiota estiverem espécies toxigênicas pode ocorrer à produção de micotoxinas. O método foi validado avaliando-se curva analítica, linearidade, limites de detecção e quantificação, precisão (repetitividade e precisão intermediária) e exatidão (recuperação) para cada tipo de determinação cromatográfica. Para HPTLC, os limites de detecção variaram entre 0,33-5µg Kg-1 e os de quantificação entre 1-15µg Kg-1 Para o método HPLC-FD os limites de detecção variaram entre 0,003– 0,26 µg Kg-1 e os de quantificação 0,03 – 2,6 µg Kg-1 . As recuperações para o método HPTLC variaram entre 76- 95% e para HPLC-FD variaram entre 72-88%. O método desenvolvido foi aplicado para verificar a ocorrência de micotoxinas em 14 amostras de cebola. A contaminação com aflatoxinas foi verificada em 43% das amostras analisadas. O nível máximo encontrado foi de 90 µg Kg-1 para aflatoxina B2 em uma amostra de cebola crioula, com o defeito de mancha negra.

Desenvolvimento de método para determinação de resíduos de sedativos e B-bloqueadores em rim por LC-MS/MS

O desenvolvimento de métodos adequados que permitam o monitoramento de resíduos e contaminantes em alimentos é de suma importância pois é a única forma de garantir a segurança dos alimentos evitando danos à saúde do consumidor. Para isso, fazse necessário que estes métodos sejam rápidos, fáceis e de baixo custo, capazes de detectar a presença de resíduos em concentrações baixas e em diferentes matrizes. Este trabalho consistiu no desenvolvimento de método para determinação de 5 sedativos e 14 β-bloqueadores em amostras de rim suíno e posterior análise por Cromatografia Líquida Acoplada à Espectrometria de Massas em Série (LC-MS/MS). O procedimento de extração que melhor se adequou para análise destes compostos consistiu na pesagem de 2 g de amostra e adição de 10 mL de acetonitrila seguida de homogeneização com auxílio de Ultra-Turrax e mesa agitadora. Após extração, as amostras foram submetidas a duas técnicas de clean-up, sendo elas, congelamento do extrato à baixa temperatura e extração em fase sólida dispersiva (d-SPE) utilizando como sorvente Celite® 545. Uma etapa de concentração foi realizada com auxílio de concentrador de amostras sob fluxo de N2 e temperatura controlada. As amostras secas foram retomadas com metanol e analisadas utilizando sistema LC-MS/MS com Ionização por Eletrospray (ESI), operando no modo MRM positivo, coluna Poroshell 120 EC-C18 (3,0 x 50 mm, 2,7 μm) para separação dos analitos, e gradiente de fase móvel composta por (A) solução aquosa acidificada com 0,1% de ácido fórmico (v/v) e (B) metanol 0,1% ácido fórmico (v/v). Os parâmetros de validação avaliados foram linearidade, seletividade, efeito matriz, precisão, veracidade, recuperação, limite de decisão, capacidade de detecção, incerteza da medição, robustez, limite de detecção e de quantificação. Além disso foram observados os critérios de desempenho aplicáveis à detecção por espectrometria de massas e estabilidade dos compostos. A recuperação foi avaliada em 10 μg kg-1 e a veracidade em 5, 10 e 15 μg kg-1 apresentando resultados satisfatórios entre 70 - 85% e 90 - 101%, respectivamente. O limite de quantificação determinado foi de 2,5 μg kg-1 , exceto para carazolol que foi de 1,25 μg kg- 1 . O estudo de linearidade foi realizado entre 0 e 20 μg kg-1 apresentando coeficientes de determinação superiores a 0,98. Estes procedimentos foram realizados através de análise de matriz branca fortificada. Além disso, o presente método foi utilizado para analisar carazolol, azaperone e azaperol em amostras de ensaio colaborativo de rim suíno, apresentando resultados muito próximos aos reais. Portanto, é possível concluir que o método desenvolvido é adequado para análise de sedativos e β-bloqueadores através de extração dos compostos e limpeza do extrato eficientes utilizando procedimentos rápidos, fáceis e de baixo custo, garantindo resultados seguros e confiáveis.

Avaliação da técnica de dispersão da matriz em fase sólida assistida por vórtex para análise de fármacos em peixes

Os fármacos classificados como contaminantes orgânicos emergentes tornaramse tópico de discussão ambiental pois estes são capazes de atingir diferentes matrizes do meio ambiente, como água, solo e organismos aquáticos, e estudos demonstrando a toxicidade tem despertado o interesse científico. Neste estudo um método analítico foi otimizado e validado para determinação de quinze fármacos em amostras de peixes empregando preparo de amostras por dispersão da matriz em fase sólida (MSPD) assistida por vórtex e determinação por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas sequencial (LC-MS/MS). O estudo ainda focou na aplicação de diferentes suportes sólidos na etapa de dispersão da MSPD, sendo que três (quitina, quitosana e concha de mexilhão dourado) foram utilizados pela primeira vez para esta finalidade, O método otimizado foi validado seguindo os parâmetros do INMETRO, ANVISA, SANCO e FDA. A curva analítica e linearidade foram avaliados através da calibração externa e superposição na matriz. Os compostos demonstraram linearidade dentro da faixa recomendada, com coeficiente de correlação maior do que 0,99. Os limites de detecção do método variaram de 1 a 100 ng g -1 , e os limites de quantificação a variaram de 5 a 1000 ng g -1 . Os valores de recuperação variaram de 68% a 108%, com RSD menores que 13% para todos os compostos. O efeito de matriz foi avaliado e quatro dos quinze compostos apresentaram efeito maior que ±20%. Na aplicabilidade o método demonstrou ser eficiente para extração de fármacos de diferentes espécies de peixe, apresentando exatidão e precisão adequados. Não foram encontrados resíduos de fármacos nas amostras analisadas.

Otimização e validação de método empregando SPE e LC-APCI-MS/MS para determinação de fármacos em água de supefície e de abastecimento público

O uso mundial dos fármacos classificados como contaminantes emergentes tornouse um novo problema ambiental devido à possível contaminação das águas de superfície e de abastecimento, podendo impactar o meio ambiente e causar danos à saúde pública. Na cidade de Rio Grande, RS, Brasil, o suprimento de água potável é realizado pela CORSAN (Companhia Riograndense de Saneamento), que capta a água do Canal São Gonçalo, o qual estabelece uma ligação entre as lagoas: dos Patos e Mirim. Neste trabalho um método analítico empregando Extração em Fase Sólida (SPE) e Cromatografia Líquida com Fonte de Ionização Química a Pressão Atmosférica acoplada a Espectrometria de Massas (LC-APCI-MS/MS) foi desenvolvido e validado para a determinação dos fármacos atenolol, cafeína, diclofenaco, fluoxetina e sulfametoxazol em amostras de água superficial e de abastecimento público. O método foi validado conforme parâmetros do INMETRO e SANCO. Os limites de detecção do método variaram entre 0,053 – 0,53 µg L -1 , enquanto para os limites de quantificação a variação foi de 0,16 – 1,6 µg L-1 . Todos os compostos apresentaram excelente linearidade, com coeficiente de correlação maior do que 0,99. Os valores de recuperação estiveram na faixa de 70 a 120%, com RSD menores que 20% para todos os compostos. Através do monitoramento de múltiplas reações (MRM), duas transições diferentes (íon precursor – íon produto) foram selecionadas para cada composto, uma para quantificação e outra para confirmação, o que aumentou a seletividade do método. O efeito de matriz foi avaliado, e dois compostos apresentaram supressão de sinal. O efeito de matriz foi compensado com calibração dos padrões na matriz.

Dinâmica do fósforo em cultivo heterotrófico e produção de compostos celulares por cianobactéria integrado a biorrefinarias agroindustriais

O objetivo desta tese foi avaliar a dinâmica do fósforo em cultivo heterotrófico e produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli visando avaliar a perspectiva de implementação de uma biorrefinaria microalgal. Desta forma, foi avaliado o comportamento do micro-organismo em estudo no cultivo heterotrófico, utilizando como meio de cultivo o efluente de laticínios. O trabalho foi desenvolvido em 3 etapas. Em um primeiro momento foi avaliada a influência da temperatura (20 e 30°C) e os valores máximos e mínimos de nutrientes, em especial do fósforo dissolvido reativo (PDR), disponíveis no efluente de laticínio, na remoção de nutrientes. Os resultados demonstraram que a concentração inicial de fósforo dissolvido e a temperatura exerceram influência no crescimento celular e na eficiência de remoção de nutrientes. Em termos de otimização de processo os cultivos conduzidos a 20°C e maiores concentrações de PDR (5,5 mg.L-1 ) no efluente de laticínio, foram os mais eficientes na conversão de poluentes em biomassa e remoção de nutrientes. A segunda etapa foi desenvolvida com o objetivo de avaliar a dinâmica de distribuição de fósforo na fase líquida e sólida do reator heterotrófico, quando o efluente de laticínio foi tratado pela Aphanothece microscopica Nägeli, a 20°C e nas máximas concentrações de fósforo dissolvido encontradas no efluente. Foi demonstrado que as formas fosforadas na fase líquida do reator se caracterizam pela predominância da fração dissolvida em comparação à particulada e por apresentar como fração predominante a de fósforo orgânico. No que se refere à fase sólida, ficou demonstrado que a Aphanothece microscopica Nägeli, quando cultivada heterotroficamente apresenta 3,8 vezes mais fósforo que o requerido para o crescimento celular. Ficando demonstrado ainda que a remoção biológica de fósforo por Aphanothece microscopica Nägeli pode resultar em substanciais aportes financeiros para as estações de tratamento de efluentes. Uma terceira etapa foi desenvolvida, a qual teve como objetivo avaliar a estimativa de produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli, a partir do efluente de laticínio, bem como o efeito da redução de temperatura de cultivo no teor de lipídios , no momento em que é obtida a máxima concentração deste componente celular, nas condições otimizadas.Foi obtido na fase logarítmica de crescimento, concentrações de 41,8 % de proteinas, carboidratos 28,5 %, lipídios 10,4 % e minerais 10,8 %. O maior teor de lipídio registrado a 20°C correspondeu a biomassa analisada na fase logarítmica.Com a redução da temperatura para 5°C por um período de 30 h é possível obter concentrações de lipídios 2,4 vezes superior ao registrado na fase logarítmica a 20 °C. No entanto, não foram indicadas diferenças significativas (p≤0,05) em função da temperatura entre as concentrações de lipídios obtidas para a biomassa a 10°C em 40 h. O perfil de ácidos graxos da biomassa gerada a 20°C, apresentou como ácidos graxos majoritários, os ácidos graxos: palmítico, oléico, γ-linolênico, palmitoleico e esteárico, resultando um aumento na concentração de ácidos graxos saturados as espensa dos insaturados, quando a temperatura é reduzida. Em paralelo,um reator heterotrófico descontinuo foi definido, ficando demonstrado que a extrapolação da operação em batelada para contínua requer um biorreator heterotrófico com volume útil de trabalho de 240,51 m 3 , permitindo tratar 950 m3 diários de efluente, gerando 11,8 kg.d-1 de biomassa útil para produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli, visando à simultânea remoção de matéria orgânica, nitrogênio total e fósforo total, gerando insumos que podem suportar a implementação de uma biorrefinaria microalgal.

Desenvolvimento e validação de métodos para a determinação de agrotóxicos em água e solo das áreas de recarga de Aquífero Guarani, na região das nascentes do Rio Araguaia, MT/GO.

Abstract: The area near the Araguaia River, between Goiás and Mato Grosso States, is the location of a portion of the recharging of the Guarani Aquifer, which is one of the world¿s largest aquifer systems and an important source of drinking water. This reservoir could be threatened by the widespread use of pesticides in maize and soybean cultivation in this area. Thus, this work developed analytical methods for the determination of imazethapyr, nicosulfuron, imazaquin, carbofuran, atrazine, linuron, clorimuronethyl and diflubenzuron, pesticides used in maize and soybean cultivation. Pesticide separation, identification and quantification were performed using High-Performance Liquid Chromatography with Diode Array Detection (HPLC-DAD) and Liquid Chromatography-Electrospray Ionization Tandem Mass Spectrometry (LC-ESI-MS/MS). Solid Phase Extraction (SPE) with C18 sorbents was optimized for sample extraction from water. Soil samples were extracted by mechanical shaking, sonication or microwave-assisted extraction with industrial and home microwave ovens. Methods were validated resulting in limits of quantification (LOQ) for the pesticides in water in the range of 0.015-0.1 ng mL, using SPE-HPLC-DAD, and 0.01 ng mL using LC-ESI-MS/MS. LOQ of 1 ng mL for all pesticides in soil were achieved using the home microwave oven and LC-ESI-MS/MS. Recoveries for pesticides with all methods were in the range 70-120 %. Relative standard deviations for repeatability and intermediate precision were less than 15 %. SPEHPLC- DAD and LC-ESI-MS/MS were employed for the analysis of samples of water from the recharge area and most of the pesticides were detected at concentrations below the minimum residue limit (MRL) of 0.1 ng mL established by the European Community. The home microwave oven and LC-ESI-MS/MS were used for the analysis of soil samples from two other regions of Brazil and the pesticides were not detected in these samples. Adsorption and desorption parameters were determined for imazethapyr, imazaquin, nicosulfuron and chlorimuron-ethyl, indicating that these pesticides have little affinity for the soil of the region of the Guarani Aquifer recharge, and show significant leaching potential, according to the ground water ubiquity score (GUS index) for these pesticides.

Identification of metabolites of kurarinone from Sophora flavescens Ait in rat urine by ultra-performance liquid chromatography with linear ion trap orbitrap mass spectrometry

Purpose: To study the in vivo metabolism of kurarinone, a lavandulyl flavanone which is a major constituent of Kushen and a marker compound with many biological activities, using ultra-performance liquid chromatography coupled with linear ion trap Orbitrap mass spectrometry (UPLC-LTQ-Orbitrap- MS). Methods: Six male Sprague-Dawley rats were randomly divided into two groups. First, kurarinone was suspended in 0.5 % carboxymethylcellulose sodium (CMC-Na) aqueous solution, and was given to rats (n = 3, 2 mL for each rat) orally at 50 mg/kg. A 2 mL aliquot of 0.5 % CMC-Na aqueous solution was administered to the rats in the control group. Next, urine samples were collected over 0-24 h after the oral administrations and all urine samples were pretreated by a solid phase extraction (SPE) method. Finally, all samples were analyzed by a UPLC-LTQ-Orbitrap mass spectrometry coupled with an electrospray ionization source (ESI) that was operated in the negative ionization mode. Results: A total of 11 metabolites, including the parent drug and 10 phase II metabolites in rat urine, were first detected and interpreted based on accurate mass measurement, fragment ions, and chromatographic retention times. The results were based on the assumption that kurarinone glucuronidation was the dominant metabolite that was excreted in rat urine. Conclusion: The results from this work indicate that kurarinone in vivo is typically transformed to nontoxic glucuronidation metabolites, and these findings may help to characterize the metabolic profile of kurarinone.

Pré-concentração de cádmio com Saccharomyces cerevisiae e determinação em águas fluviais usando espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado

A preconcentration method based on the use of Saccharomyces cerevisiae as sorbent material is proposed for the determination of Cd(II) in river water. The solid phase extraction was performed in batch mode and the determination of the analyte in the solid phase was easily carried out by introducing a slurry of the yeast (0.0625 g / 2.5 mL) directly into the ICP OES. A limit of detection of 0.11 µg L-1 and a sample throughput in the range of 4 - 54 sample h-1 were obtained. Determinations of cadmium in a certified sample and in real river water samples were in excellent agreement with the expected values.

Determination of Signature Volatile Odor Chemicals Emanating from Novel Biological Specimens by Non-invasive Analytical Techniques for the Potential use in Forensic Identifications

Human scent, or the volatile organic compounds (VOCs) produced by an individual, has been recognized as a biometric measurement because of the distinct variations in both the presence and abundance of these VOCs between individuals. In forensic science, human scent has been used as a form of associative evidence by linking a suspect to a scene/object through the use of human scent discriminating canines. The scent most often collected and used with these specially trained canines is from the hands because a majority of the evidence collected is likely to have been handled by the suspect. However, the scents from other biological specimens, especially those that are likely to be present at scenes of violent crimes, have yet to be explored. Hair, fingernails and saliva are examples of these types of specimens. In this work, a headspace solid phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS) technique was used for the identification of VOCs from hand odor, hair, fingernails and saliva. Sixty individuals were sampled and the profiles of the extracted VOCs were evaluated to assess whether they could be used for distinguishing individuals. Preliminary analysis of the biological specimens collected from an individual (intra-subject) showed that, though these materials have some VOCs in common, their overall chemical profile is different for each specimen type. Pair-wise comparisons, using Spearman Rank correlations, were made between the chemical profiles obtained from each subject, per a specimen type. Greater than 98.8% of the collected samples were distinguished from the subjects for all of the specimen types, demonstrating that these specimens can be used for distinguishing individuals. Additionally, field trials were performed to determine the utility of these specimens as scent sources for human scent discriminating canines. Three trials were conducted to evaluate hair, fingernails and saliva in comparison to hand odor, which was considered the standard source of human odor. It was revealed that canines perform similarly to these alternative human scent sources as they do to hand odor implying that, though there are differences in the chemical profiles released by these specimens, they can still be used for the discrimination of individuals by trained canines.

Assessment of the Occurrence and Potential Risks of Pharmaceuticals and their Metabolites in Fish and Water Using Liquid Chromatography Mass Spectrometry

A comprehensive method for the analysis of 11 target pharmaceuticals representing multiple therapeutic classes was developed for biological tissues (fish) and water. Water samples were extracted using solid phase extraction (SPE), while fish tissue homogenates were extracted using accelerated solvent extraction (ASE) followed by mixed-mode cation exchange SPE cleanup and analyzed by liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Among the 11 target pharmaceuticals analyzed, trimethoprim, caffeine, sulfamethoxazole, diphenhydramine, diltiazem, carbamazepine, erythromycin and fluoxetine were consistently detected in reclaimed water. On the other hand, caffeine, diphenhydramine and carbamazepine were consistently detected in fish and surface water samples. In order to understand the uptake and depuration of pharmaceuticals as well as bioconcentration factors (BCFs) under the worst-case conditions, mosquito fish were exposed to reclaimed water under static-renewal for 7 days, followed by a 14-day depuration phase in clean water. Characterization of the exposure media revealed the presence of 26 pharmaceuticals while 5 pharmaceuticals including caffeine, diphenhydramine, diltiazem, carbamazepine, and ibuprofen were present in the organisms as early as 5 h from the start of the exposure. Liquid chromatography ultra-high resolution Orbitrap mass spectrometry was explored as a tool to identify and quantify phase II pharmaceutical metabolites in reclaimed water. The resulting data confirmed the presence of acetyl-sulfamethoxazole and sulfamethoxazole glucuronide in reclaimed water. To my knowledge, this is the first known report of sulfamethoxazole glucuronide surviving intact through wastewater treatment plants and occurring in environmental water samples. Finally, five bioaccumulative pharmaceuticals including caffeine, carbamazepine, diltiazem, diphenhydramine and ibuprofen detected in reclaimed water were investigated regarding the acute and chronic risks to aquatic organisms. The results indicated a low potential risk of carbamazepine even under the worst case exposure scenario. Given the dilution factors that affect environmental releases, the risk of exposure to carbamazepine will be even more reduced.

Assessment of the Occurrence and Potential Risks of Antibiotics and their Metabolites in South Florida Waters Using Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry

An automated on-line SPE-LC-MS/MS method was developed for the quantitation of multiple classes of antibiotics in environmental waters. High sensitivity in the low ng/L range was accomplished by using large volume injections with 10-mL of sample. Positive confirmation of analytes was achieved using two selected reaction monitoring (SRM) transitions per antibiotic and quantitation was performed using an internal standard approach. Samples were extracted using online solid phase extraction, then using column switching technique; extracted samples were immediately passed through liquid chromatography and analyzed by tandem mass spectrometry. The total run time per each sample was 20 min. The statistically calculated method detection limits for various environmental samples were between 1.2 and 63 ng/L. Furthermore, the method was validated in terms of precision, accuracy and linearity. The developed analytical methodology was used to measure the occurrence of antibiotics in reclaimed waters (n=56), surface waters (n=53), ground waters (n=8) and drinking waters (n=54) collected from different parts of South Florida. In reclaimed waters, the most frequently detected antibiotics were nalidixic acid, erythromycin, clarithromycin, azithromycin trimethoprim, sulfamethoxazole and ofloxacin (19.3-604.9 ng/L). Detection of antibiotics in reclaimed waters indicates that they can’t be completely removed by conventional wastewater treatment process. Furthermore, the average mass loads of antibiotics released into the local environment through reclaimed water were estimated as 0.248 Kg/day. Among the surface waters samples, Miami River (reaching up to 580 ng/L) and Black Creek canal (up to 124 ng/L) showed highest concentrations of antibiotics. No traces of antibiotics were found in ground waters. On the other hand, erythromycin (monitored as anhydro erythromycin) was detected in 82% of the drinking water samples (n.d-66 ng/L). The developed approach is suitable for both research and monitoring applications. Major metabolites of antibiotics in reclaimed wates were identified and quantified using high resolution benchtop Q-Exactive orbitrap mass spectrometer. A phase I metabolite of erythromycin was tentatively identified in full scan based on accurate mass measurement. Using extracted ion chromatogram (XIC), high resolution data-dependent MS/MS spectra and metabolic profiling software the metabolite was identified as desmethyl anhydro erythromycin with molecular formula C36H63NO12 and m/z 702.4423. The molar concentration of the metabolite to erythromycin was in the order of 13 %. To my knowledge, this is the first known report on this metabolite in reclaimed water. Another compound acetyl-sulfamethoxazole, a phase II metabolite of sulfamethoxazole was also identified in reclaimed water and mole fraction of the metabolite represent 36 %, of the cumulative sulfamethoxazole concentration. The results were illustrating the importance to include metabolites also in the routine analysis to obtain a mass balance for better understanding of the occurrence, fate and distribution of antibiotics in the environment. Finally, all the antibiotics detected in reclaimed and surface waters were investigated to assess the potential risk to the aquatic organisms. The surface water antibiotic concentrations that represented the real time exposure conditions revealed that the macrolide antibiotics, erythromycin, clarithromycin and tylosin along with quinolone antibiotic, ciprofloxacin were suspected to induce high toxicity to aquatic biota. Preliminary results showing that, among the antibiotic groups tested, macrolides posed the highest ecological threat, and therefore, they may need to be further evaluated with, long-term exposure studies considering bioaccumulation factors and more number of species selected. Overall, the occurrence of antibiotics in aquatic environment is posing an ecological health concern.

An investigation into the suitability of time-of-flight mass spectrometry in forensic toxicology

Liquid chromatography coupled with mass spectrometry is one of the most powerful tools in the toxicologist’s arsenal to detect a wide variety of compounds from many different matrices. However, the huge number of potentially abused substances and new substances especially designed as intoxicants poses a problem in a forensic toxicology setting. Most methods are targeted and designed to cover a very specific drug or group of drugs while many other substances remain undetected. High resolution mass spectrometry, more specifically time-of-flight mass spectrometry, represents an extremely powerful tool in analysing a multitude of compounds not only simultaneously but also retroactively. The data obtained through the time-of-flight instrument contains all compounds made available from sample extraction and chromatography, which can be processed at a later time with an improved library to detect previously unrecognised compounds without having to analyse the respective sample again. The aim of this project was to determine the utility and limitations of time-of-flight mass spectrometry as a general and easily expandable screening method. The resolution of time-of-flight mass spectrometry allows for the separation of compounds with the same nominal mass but distinct exact masses without the need to separate them chromatographically. To simulate the wide variety of potentially encountered drugs in such a general screening method, seven drugs (morphine, cocaine, zolpidem, diazepam, amphetamine, MDEA and THC) were chosen to represent this variety in terms of mass, properties and functional groups. Consequently, several liquid-liquid and solid phase extractions were applied to urine samples to determine the most general suitable and unspecific extraction. Chromatography was optimised by investigating the parameters pH, concentration, organic solvent and gradient of the mobile phase to improve data obtained by the time-of-flight instrument. The resulting method was validated as a qualitative confirmation/identification method. Data processing was automated using the software TargetAnalysis, which provides excellent analyte recognition according to retention time, exact mass and isotope pattern. The recognition of isotope patterns allows excellent recognition of analytes even in interference rich mass spectra and proved to be a good positive indicator. Finally, the validated method was applied to samples received from the A& E Department of Glasgow Royal Infirmary in suspected drug abuse cases and samples received from the Scottish Prison Service, which we received from their own prevalence study targeting drugs of abuse in the prison population. The obtained data was processed with a library established in the course of this work.

Avaliação da eficiência de remoção do contaminante de origem farmacêutica atenolol pela planta phragmites australis em leitos construídos de macrófitas

O atenolol é um fármaco β-bloqueador normalmente encontrado em águas residuais devido à incapacidade que os processos convencionais de tratamento destas águas têm em removê-lo. Neste trabalho foram utilizados microcosmos de leitos construídos de macrófitas de fluxo sub-superficial utilizando uma matriz de argila expandida (LECA) e plantados com Phragmites australis para avaliar a sua capacidade em remover atenolol das águas residuais. Para a detecção e quantificação do atenolol em soluções aquosas (águas e efluentes) desenvolveu-se e optimizou-se uma metodologia analítica usando separação cromatográfica por HPLC e detecção espectrofotométrica por diode array (HPLC-DAD) ou por ultravioleta visível (HPLC-UV-Vis). Desenvolveu-se também um procedimento de limpeza e concentração de amostra por extracção em fase sólida (SPE), o qual foi utilizado sempre que as concentrações do analito se encontraram abaixo dos limites de quantificação do equipamento. A utilização desta metodologia de HPLC, combinada com uma eficaz pré-concentração por SPE, resultou num método analítico com um limite de quantificação muito reduzido (9 ngmL-1) e elevada reprodutibilidade (RSD<4%). A eficiência de remoção de atenolol pelos sistemas de macrófitas estudados foi de 93% após um tempo de retenção de 4 dias. Foram testados leitos só com LECA e com LECA e plantas para remoção do atenolol. Nos leitos só com LECA, a cinética de remoção foi caracterizada por um rápido passo inicial (uma remoção de aproximadamente 75% após apenas 24 h), o qual é frequentemente atribuído à adsorção na matriz de LECA. A remoção de atenolol nos leitos de LECA continuou a aumentar de forma constante até ao final do ensaio (8 dias), sendo, contudo cerca de 5-10% mais baixo do que o valor observado nos leitos das plantas após os 4 primeiros dias. Para o tempo de retenção de 4 dias a maioria do atenolol é removido pela matriz de LECA, porém um acréscimo de cerca de 12-14% relativamente à eficiência de remoção global pode ser atribuído às plantas (Phragmites australis), o que está de acordo com trabalhos anteriormente publicados. Apesar de ser necessário realizar mais testes utilizando sistemas em larga escala, de modo a conseguir avaliar totalmente o comportamento do atenolol num sistema de leitos construídos de macrófitas, o presente estudo apresenta a possibilidade de aplicar este tipo de sistemas, relativamente baratos, no tratamento de águas residuais contaminadas com atenolol. ABSTRACT: Atenolol is a β-blocker drug commonly found in wastewaters due to the inability of the conventional wastewater treatment processes to remove it. ln this study, subsurface flow constructed wetland microscosm systems have been established with a matrix of light expanded clay aggregates (LECA) and planted with Phragmites australis in order to evaluate their ability to remove atenolol from wastewater. For the detection and quantification of atenolol in aqueous solutions (water and wastewater), an adequate analytical methodology was developed and optimized using chromatographic separation by HPLC and diode array (DAD) or UV-Vis spectrophotometric detection. A sample clean-up and preconcentration procedure by solid phase extraction (SPE) was also developed for use whenever the concentration levels of the analyte were below the instrument's limit of quantification. Combined with an efficient SPE concentration step, the use of HPLC yielded an analytical method for atenolol quantification with very low LOQ (9 ngmL-1) and high reproducibility (RSD< 4%). Overall atenolol removal efficiency of 93% was achieved after a retention time of only 4 days with the microcosm systems planted with Phragmites australis. The removal kinetics was characterized by an initial fast step (removal of about 75% after just 24h) which is mainly attributable to adsorption on the LECA matrix. Atenolol removal in LECA beds continues to increase in a steady pace up to the end of the assay (8 days) being nevertheless about 5-l 0% lower than those observed in the planted beds after the first 4 days. For the retention time of 4 days most of the atenolol is removed by the LECA matrix but an additional 12-14% to the overall removal efficiency can be attributed to the Phragmites plants, which comes in agreement with other published reports. Despite the fact that further tests using larger­ scale systems are required to fully evaluate the atenolol behavior in a constructed wetland system, this study points out to the possible application of these low-cost wastewater systems to treat atenolol contaminated wastewater.

Remoção de ibuprofeno de águas por oxidação catalítica

A ocorrência e destino de fármacos no ambiente aquático tem vindo a ser reconhecido como um problema emergente em química ambiental. Alguns compostos são resistentes à degradação nas estações de tratamento de águas residuais, ETARs, enquanto que outros, ainda que sofram degradação parcial, continuam a ser lançados nos meios aquáticos em quantidades apreciáveis. O Ibuprofeno, IB, um dos anti­ inflamatórios mais consumidos por todo o mundo, é um dos fármacos mais detectados no meio hídrico. Apesar dos sistemas de tratamento convencionais utilizados nas ETARs removerem até 90% do IB das águas residuais, é frequente o efluente descarregado conter ainda quantidades significativas deste poluente. A presença destes compostos no ambiente deve ser avaliada dado que possuem actividade biológica, mesmo a baixas concentrações. Os processos avançados de oxidação com peróxido de hidrogénio, na presença de catalisadores heterogéneos, permitem melhorar significativamente a remoção deste tipo de compostos em águas. Assim, foi objectivo deste trabalho o estudo da utilização de peróxido de hidrogénio como agente oxidante na remoção de IB em soluções aquosas, na presença de complexo de acetilacetonato de Ni (II) disperso em PDMS ou encapsulado em zeólitos NaY. Para o doseamento do fármaco em solução foi necessário desenvolver um método analítico consistindo de separação cromatográfica por HPLC e detecção e quantificação por UV-Vis. Não houve necessidade de recorrer a um passo de pré­ concentração de amostras por extracção em fase sólida (SPE) devido ao facto das concentrações de IB medidas ao longo do trabalho se terem sempre encontrado acima do LOQ (811 g L-1) do método analítico por injecção directa. Deste estudo pode concluir-se que o catalisador que apresentou melhor actividade catalítica e consequentemente maior remoção do IB em solução, foi o complexo de acetilacetonato de Ni (II), disperso em PDMS. Foi avaliada a influência, na conversão do IB, de diferentes parâmetros como a concentração inicial de peróxido de hidrogénio adicionada, quantidade de catalisador utilizada na mistura reaccional e temperatura. Os resultados permitiram concluir que os aumentos destes parâmetros conduzem a um aumento da actividade catalítica da reacção. A estabilidade catalítica do acetilacetonato de Ni (II)/PDMS, foi avaliada em ensaios consecutivos com a mesma amostra e nas mesmas condições, tendo-se observado que, após 8 utilizações, o catalisador perde ligeiramente a actividade (cerca de 11% do seu valor inicial). ABSTRACT: The presence and fate of pharmaceuticals in the aquatic environment is an emergent issue in environmental chemistry. Some compounds are poorly removed in wastewater treatment plants (WWTPs) while others, in spite of being partially removed, are still present in the WWTPs effluents and discharged in the receiving water bodies. Ibuprofen, IB, a non-steroid anti-inflammatory drug, is one of the most used and also one of the most frequently detected pharmaceutical contaminants in aquifers worldwide. Its removal by conventional wastewater treatment processes used in most WWTPs is usually high (up to 90% of incoming IB may be removed), but duet the high loads present in the influents, still significant amounts of IB usually leave the WWTPs in the treated effluents. The presence of these compounds in the environment must be evaluated considering that they may have some biological activity even at low concentrations. Advanced oxidation processes using hydrogen peroxide, in the presence of heterogeneous catalysts, provide a significantly improved removal of this type of substances from waters. Therefore, it was the aim of this work to study the use of hydrogen peroxide as an oxidizing agent in the removal of IB from aqueous solutions, in the presence of the catalyst nickel (II) acetylacetonate dispersed in PDMS or encapsulated in the NaY zeolite. For the quantification of the pharmaceutical in aqueous solution it was necessary to develop an analytical methodology based in chromatographic separation by HPLC and with UV-Vis detection and quantification. There was no need for a pre­concentration step of the samples by solid phase extraction (SPE) as the IB concentrations measured were always above the limit of quantification (811 bL1 of) the analytical method. The results from this study have shown that the catalyst which presented the best catalytic activity and the highest IB removal in solution was nickel (II) acetylacetonate dispersed in PDMS.

Development of a colorimetric indicator label for food oxidation based on hexanal detection

In this work, a colorimetric indicator for food oxidation based on the detection of hexanal in gas-phase, has been developed. In fact, in recent years, the food packaging industry has evolved towards new generation of packaging, like active and intelligent. According to literature (Pangloli P. et al. 2002), hexanal is the main product of a fatty acid oxidation: the linoleic acid. So, it was chosen to analyse two kinds of potato chips, fried in two different oils with high concentration of linoleic acid: olive oil and sunflower oil. Five different formulas were prepared and their colour change when exposed to hexanal in gas phase was evaluated. The formulas evaluations were first conducted on filter paper labels. The next step was to select the thickener to add to the formula, in order to coat a polypropylene film, more appropriate than the filter paper for a production at industrial scale. Three kinds of thickeners were tested: a cellulose derivative, an ethylene vinyl-alcohol and a polyvinyl alcohol. To obtain the final labels with the autoadhesive layer, the polypropylene film with the selected formula and thickener was coat with a water based adhesive. For both filter paper and polypropylene labels, with and without autoadhesive layer, the detection limit and the detection time were measured. For the selected formula on filter paper labels, the stability was evaluated, when conserved on the dark or on the light, in order to determine the storage time. Both potato chips samples, stocked at the same conditions, were analysed using an optimised Headspace-Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry (HS-SPME-GC-MS) method, in order to determine the concentration of volatilized hexanal. With the aim to establish if the hexanal can be considered as an indicator of the end of potato chips shelf life, sensory evaluation was conducted each day of HS-SPME-GC-MS analysis.