Avaliação ambiental da presença de contaminantes emergentes em água de rio utilizando espectrometria de massa

Abstract

A identificação de compostos emergentes (CEs), como fármacos e pesticidas, em efluentes urbanos e em águas superficiais, é uma das principais linhas de pesquisa em relação à qualidade da água. Métodos de triagem para análise de compostos targets e untargets são uma alternativa em potencial e podem ser usados para uma avaliação abrangente da presença destes compostos no ambiente. Um método utilizando extração em fase sólida seguida de análise por cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massa de tempo de voo (LC-QTOF-MS/MS) foi desenvolvido para avaliação de 301 compostos emergentes (fármacos e pesticidas) em amostras de água. O método validado foi capaz de detectar e identificar 170 compostos em efluentes de estações de tratamento de águas residuais e 198 compostos em águas superficiais. O método foi utilizado para realizar o monitoramento ambiental no período de dois anos em seis pontos do Arroio Dilúvio, em Porto Alegre, e em um ponto no rio dos Sinos e um no rio Gravataí, na região metropolitana. Nos seis pontos monitorados no arroio, foram encontrados 32 compostos (20 fármacos e 12 pesticidas). Dentre os pesticidas, o DEET foi o de maior incidência, e dentre os fármacos, foram os β-bloqueadores e os antimicrobianos. Padrões temporais e espaciais da ocorrência de CEs foram investigados usando a técnica quimiométrica de Tucker3. Dentre os CEs, os antimicrobianos merecem atenção especial. Para isso, foi desenvolvido e validado método quantitativo para avaliar a ocorrência de 40 antimicrobianos no Arroio Dilúvio, utilizando cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massa. Devido à alta incidência destes compostos, avaliou-se também a ocorrência de genes de resistência usando a técnica de PCR. Para avaliar o impacto de contaminantes emergentes no meio ambiente e na saúde humana, é necessário elucidar os produtos de transformação e sua cinética de degradação para avaliar os possíveis riscos. No presente trabalho, avaliou-se a a cinética de degradação e produtos de transformação dos antibióticos β-lactâmicos amoxicilina e ampicilina. Amostras de água superficial contendo esses antibióticos foram submetidas à fotólise e analisadas por cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massa com detecção de Orbitrap, a fim de estabelecer o perfil de degradação e a formação de produtos de transformação.

Identification of emerging compounds, such as pharmaceuticals and pesticides, in urban effluents and in surface waters is one of the main lines of research related to water quality. Screening methods for potential target and untarget compounds are a potential alternative and could be used for a comprehensive evaluation of samples composition. Liquid chromatography coupled to time of flight mass spectrometry (LC-QTOF-MS) was developed to provide full-spectrum data and high mass resolution for monitoring of 301 pharmaceuticals and pesticides in environmental water samples. Samples were extracted by solid-phase extraction and analyzed by LC-QTOF-MS. The final method was able to detect 170 chemicals in wastewater treatment plant effluent and 198 chemicals in surface water. The method was used to carry out the environmental monitoring during two years, in six points of the Dilúvio stream, in Porto Alegre, and one point on the Sinos River and one on the Gravataí River, in the metropolitan region. At the six points monitored in the stream, 32 compounds (20 drugs and 12 pesticides) were found. Within pesticides, DEET was the one with the highest incidence, and among the drugs, were β-blockers and antimicrobials. Temporal and spatial patterns of EC occurrence were investigated using the Tucker3 chemometric technique. Among the CEs, antimicrobials deserve special attention. For this, a quantitative method was developed and validated to evaluate the occurrence of 40 antimicrobials in the Dilúvio stream, using liquid chromatography coupled to mass spectrometry. Due to the high incidence of these compounds, the occurrence of resistance genes using the PCR technique was also evaluated. To assess the impact of these substances in the environment and in the human health, it is necessary to elucidate the transformation products and their kinetic of degradation to evaluate the possible risks. In the present report, the characterization and the degradation kinetic of twowidely used β-lactams antibiotics – amoxicillin and ampicillin –was evaluated. Surface water samples containing these antibiotics were submitted to photolysis and analyzed by liquid chromatography coupled to mass spectrometry with Orbitrap detection in order to establish the profile of degradation and the formation of transformation products.