El advenimiento de instrumentos comerciales de cromatografía de gasescon columnas capilares de alta resolución interfasados con espcctrómetros de masas pennite hoy en día la detección e identificación de diversos componen-tes presentes en solo partes por billón en mezclas de suma complejidad. Esteha sido el método elegido para el estudio de las sustancias orgánicasprovenientes de diversas actividades antropogénicas, que se adhieren a las partí-culas de polvo presentes en el aire que respiramos. De estas sustancias orgáni-cas, las que han atraído el mayor interés de los científicos dedicados a resguar-dar el medio ambiente son los hidrocarburos aromáticos policíclicos nitrados(HAPN), debido a que entre ellos se encuentran los más potentes carcinógenosy mutágenos / The reaction mechanism of polyciclic aromatic hydrocarbonsand nitrogen dioxide in solvents of low polarity in vol ves free radicals. The re-action products obtained under these conditions are similar to those found inambient air sarnples, suggesting a common reaction mechanism.

Doctora en Química / Autorizada por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo en el Portal de tesis, hasta enero de 2017 / Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) son una familia de más de 100 compuestos orgánicos; presentan al menos dos anillos aromáticos fusionados y son derivados principalmente de la combustión incompleta de biomasa y combustibles fósiles. Son ubicuos y su formación, fuentes y depositación son ampliamente estudiadas. En este contexto, es muy relevante su control en muestras ambientales. La presencia de los HAPs en diferentes matrices de Antártica y Groenlandia (suelos, sedimentos, nieve y agua de mar) ha sido detectada en niveles muy bajos de concentración. Debido a los niveles del orden de ultratrazas de estos compuestos en matrices acuosas de zonas remotas, las etapas de extracción y pre-concentración son requeridas previo a su determinación analítica. La extracción homogénea líquido-líquido (HLLE) constituye un método promisorio en cuanto a exactitud y precisión y presenta una serie de ventajas de tipo práctico (simple, tiempos cortos de extracción, bajo costo y uso de pequeños volúmenes de solvente) y entre ellas destaca la posibilidad de usar pequeños volúmenes de muestra, como los obtenidos en sistemas de fusión en continuo con muestreo discreto de testigos de hielo; dichas muestras son homogéneas y permiten obtener alta resolución temporal para el estudio de composición química en testigos de hielo. El objetivo de esta investigación fue desarrollar una metodología analítica basada en HLLE apropiada para el estudio de hidrocarburos aromáticos policíclicos en muestras acuosas prístinas obtenidas desde un testigo de hielo de Antártica. En HLLE los analitos son extraídos desde una solución homogénea en un pequeño volumen de fase sedimentada, formada por el fenómeno de separación de fases, en un sistema de componentes ternarios. La metodología de extracción se desarrolló y optimizó mediante técnicas de diseño multivariado utilizando cromatografía líquida de alta eficiencia con detección de arreglo de diodos (HPLC-DAD) para, posteriormente, validar el método de determinación de los compuestos por cromatografía líquida de alta eficiencia con detección de fluorescencia (HPLC-FLD), a fin de obtener límites de detección y cuantificación apropiados, de acuerdo a los niveles de concentración esperados en las muestras. La extracción desde muestras acuosas muy diluidas se realizó por adición de una mezcla de cloroformo y metanol y agitación manual por 30 segundos. La separación de fases fue por adición de NaCl, recuperándose el extracto (fase sedimentada) por centrifugación. Aplicando un diseño factorial a tres niveles con tres factores (33) se establecieron las condiciones óptimas de extracción y determinación simultánea para naftaleno, fenantreno, antraceno, benzo[k]fluoranteno, benzo[b]fluoranteno acenaftileno, fluoreno, fluoranteno, benzo[a]pireno (BaP), benzo[g,h,i]perileno, dibenzo[a,h]antraceno, indeno[1,2,3-c,d]pireno, (BghiP) acenafteno, pireno y criseno. Las condiciones óptimasde extracción fueron: 10% m/v de NaCl, 1,2 mL de CH3OH y 120 μL de CHCl3 (solvente extractante) para 3,5 mL de muestra. Los factores de enriquecimiento logrados fluctuaron entre 32 y 43 en el intervalo 8-50 ng mL-1 para la metodología HLLE-HPLC-DAD y desde 34 a 49 en el intervalo 0,03-0,11 ng mL-1 para HLLE-HPLC-FLD. Las recuperaciones de los HAPs bajo las condiciones óptimas a niveles de concentración de 20 ng mL-1 fluctuaron entre 67 y 92%, con desviaciones estándar relativas entre 0,7 y 5,1 %. Para la detección por fluorescencia las recuperaciones variaron entre 71 y 99 % en el intervalo de concentraciones de 0,048-0,130 ng mL-1, con desviaciones estándar relativas entre 1,1 y 9,9%. Para HLLE-HPLC-FLD la sensibilidad analítica/ límites de detección/ límites de cuantificación estuvieron entre 0,0078/ 0,0203/ 0,0676 ng mL-1 para fluoranteno y 0,0006/ 0,0015/ 0,0051 ng mL-1 para antarceno. Un comportamiento lineal para la extracción fue establecido, con valores de R2 entre 0,9654 para fluoranteno y 0,9998 para antraceno. La aplicación de HLLE-HPLC-FLD en muestras acuosas prístinas, correspondientes a secciones de un testigo de hielo, permitió la detección y cuantificación en el orden de los pg mL-1 de la mayoría de los analitos (menos BaA y coroneno) en las muestras, encontrándose diferencias a diferentes profundidades al considerar el total de HAPs estudiados. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a family of over 100 organic compounds, having at least two fused aromatic rings. They are derived mainly from the incomplete combustion of fossil fuel and biomass. PAHs are ubiquitous and their formation, sources and fate have been extensively reviewed. In this context their control on environmental samples is highly relevant. The presence of PAHs in various matrices in Antarctica and Greenland (soil, sediment, snow and sea water) has been detected at very low concentrations levels. According to the ultra-trace levels in aqueous matrices from remote areas an extraction and pre-concentration step, prior to the analytical determination is required. Homogeneous liquid–liquid extraction (HLLE) is a promising method for the determination of organic compounds in aqueous matrices because of its accuracy and precision. In addition it presents several practical advantages (simple, with short extraction times, low cost and use of small volumes of solvent). This technique allows using small sample volumes, such as those attained from continuous ice core melter system with discrete sampling for different chemical analysis. These samples are homogeneous and provide a high temporal resolution for the study of ice core chemical composition. The objective of this research was to develop an analytical methodology based on HLLE appropriate for the study of polycyclic aromatic hydrocarbons in pristine aqueous samples obtained from an ice core of Antarctic. In HLLE analytes are extracted from a homogeneous solution in a small volume of sedimented phase formed by a phase separation phenomenon in a ternary component system. The extraction methodology was developed and optimized using multivariate design by using high-performance liquid chromatography with diode array detection (HPLC-DAD) for the analytical determination of PAHs. In a second stage the method was validated for the determination of compounds by high-performance liquid chromatography with fluorescence detection (HPLC-FLD) in order to achieve the appropriate limits of detection (LODs) and quantification (LOQs) according to the possible concentration levels of samples. The extraction from very dilute aqueous samples was performed by adding a mixture of chloroform and methanol and manual shaking for 30 seconds. Phase separation was performed by adding NaCl and the extract (sedimented phase) was recovered by centrifugation. The optimization was carried out by applying a three-level factorial design with three factors (33) for the simultaneous extraction and analytical determination of 15 PAHs from water samples: naphthalene, phenanthrene, anthracene, acenaphthylene, fluorene, fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, benzo[b]fluoranthene benzo[a]pyrene, acenaphthene, benzo[g,h,i]perylene, chrysene, pyrene, dibenzo[a,h]anthracene and indeno [1,2,3-c,d] pyrene. Optimal conditions were: 10% w/v of NaCl, 1.2 mL of CH3OH and 120 μL of CHCl3 (extracting solvent) for 3.5 mL of sample. The enrichment factors obtained were between 32 and 43 in the range 8-50 ng mL-1 for the HLLE-HPLC-DAD methodology and from 34 to 49 in the range 0.03-0.11 ng mL-1 for HLLE-HPLC-FLD. Recoveries under optimal conditions for a PAHs concentration levels of 20 ng mL-1 varied between 67 and 92% with a relative standard deviation between 0.7 and 5.1 %. For fluorescence detection mean recoveries were 71-99 % in the concentration range 0.048 -0.13 ng mL-1, with a relative standard deviation of 1.1-9.9% Analytical sensitivity/detection limit and quantification limits for the whole method varied between 0.0078/ 0.0203/ 0.0676 ng mL-1 for fluoranthene and 0.0006/ 0.0015/ 0.0051 ng mL-1 for anthracene. A linear behavior for the extraction method was established with R2 values between 0.9654 for fluoranthene and 0.9998 for anthracene. The application of HLLE-HPLC-FLD to aqueous pristine samples from ice core sections allowed the detection and quantification in the order of pg mL-1, of most analytes (less coronene and BaA) in samples. Significant differences were found at different depths when the total PAHs under study were considered. / Conicyt

Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), algunos de ellos tóxicos y mutagénicos, son compuestos hidrofóbicos altamente persistentes en el ambiente. Estudios previos realizados en la región Costera Patagónica, particularmente en un sitio crónicamente contaminado con hidrocarburos en Bahía Ushuaia, demostraron un alto potencial para la degradación microbiana de estos compuestos. Sin embargo, estos estudios sólo se orientaron al análisis de fragmentos de genes codificantes para enzimas oxigenasas de anillos aromáticos involucradas en el primer paso de la degración de HAPs. Con el objetivo de conocer la relevancia ecológica de los microorganismos con capacidad de degradar HAPs en este ambiente y revelar los mecanismos que utilizan para ello, en el presente trabajo se emplearon diferentes técnicas independientes del cultivo de microorganismos. La construcción y análisis de una biblioteca metagenómica en fósmidos permitió identificar fragmentos de ADN pertenecientes a microorganismos del phylum Proteobacteria, dos de los cuales podrían provenir de miembros estables de la comunidad microbiana altamente especializados en la degradación de compuestos aromáticos. Asimismo, se detectaron genes completos codificantes para enzimas de la vía alta de degradación de HAPs y de la vía baja de degradación por gentisato y catecol, sugiriendo que las poblaciones degradadoras de los sedimentos intermareales de Bahía Ushuaia utilizan diferentes rutas degradativas para el metabolismo de estos compuestos. Entre estos genes, aquellos codificantes para enzimas oxigenasas de clase A y extradiol dioxigenasas representan potenciales marcadores funcionales para el estudio de la abundancia y dinámica de los microorganismos degradadores de hidrocarburos aromáticos.

Memoria para optar al título de Químico / Los Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) son un grupo de compuestos orgánicos constituidos por 2 o más anillos aromáticos simples unidos, que no contienen heteroátomos ni otros sustituyentes. Generan diversos daños a la salud debido a su carácter cancerígeno y mutagénico. Considerando su carácter lipofílico los HAPs pueden acumularse en grasas y en los tejidos vegetales con una alta persistencia. Por esto los podemos ingerir indirectamente al incluir en nuestra dieta alimentos ricos en grasas o aceites como es el caso de los aceites vegetales. Las técnicas más ampliamente utilizadas para determinar las concentraciones de los HAPs en aceites han sido la cromatografía líquida de alta eficiencia asociada a detección por fluorescencia o espectrometría de masas. Sin embargo, al utilizar HPLC los tiempos de análisis y de preparación de muestra ocupan un tiempo considerable. Es un método relativamente costoso tanto en equipamiento de la técnica y en análisis. Una alternativa a estos métodos son aquellos basados en espectroscopía de fluorescencia, principalmente por su menor costo y rapidez. La relevancia de estos métodos ha sido limitada por su falta de selectividad, especialmente cuando compuestos similares deben ser analizados en matrices complejas. Una forma de alcanzar una mayor selectividad analítica es asociar la espectroscopía de fluorescencia con diferentes métodos quimiométricos de análisis de datos, constituyendo un método de calibración multivariado. En trabajos recientes, realizados en el laboratorio donde se desarrolló la presente tesis, se ha propuesto una extracción líquido-líquido asistida por microondas (MAE) asociada a extracción en fase sólida con sílica (SPE) como etapa de preparación de los aceites, previa a la cuantificación por espectroscopía de fluorescencia y calibración multivariada. En el presente estudio se utilizó la espectroscopía de fluorescencia asociada a calibración multivariada de segundo orden (U-PLS/RBL) para determinar un grupo de siete HAPs (Figuras 1-7: benzo[a]antraceno (BaA), benzo[b]fluoranteno (BbF), benzo[k]fluoranteno (BkF), benzo[a]pireno (BaP), indeno [1,2,3–c,d]-pyreno (IP), dibenzo[a,h]antraceno (DBahA) y benzo[g,h,i]perileno (BghiP). Se realizó una etapa de calibrado con mezclas de los estándares de los siete compuestos de interés preparados en solventes seleccionados, encontrando el intervalo espectral óptimo y el número óptimo de factores para cada HAPs. Se validó con un conjunto preparado en solvente, los valores obtenidos para el error relativo de predicción (REP) (entre 4,8% y 25,2% para BaP y BghiP) y la raíz de error cuadrado medio de predicción (RMSEP) (entre 0,03 ng mL-1 para BkF y 0,88 ng mL-1 para BghiP) se consideraron bajos por lo que las predicciones fueron satisfactorias. La capacidad predictiva del modelo de calibración U-PLS/RBL fue evaluada utilizando muestras de aceite fortificadas con los siete compuestos desde el inicio del proceso obteniendo altos valores de REP y RMSEP. Con el objetivo de incrementar la selectividad y así mejorar la capacidad predictiva disminuyendo los parámetros anteriores, tanto las matrices de excitación emisión (EEMs) del grupo de validación preparado en matriz así como los del conjunto de calibrado fueron derivados y usados para predecir las concentraciones de los HAPs. Otra de las medidas tomadas para mejorar la capacidad predictiva fue que al tratamiento de muestra (MAE-SPE) se le incorporó la precipitación de aceite co-extraído por disminución de temperatura logrando bajar la carga de algunos de los interferentes, que perjudican el análisis y así obtener mejores resultados en la predicción. Se preparó un nuevo grupo de muestras en duplicado fortificadas desde el comienzo del proceso, tratadas con MAE-precipitación de aceite co-extraído- SPE y analizadas mediante HPLC-FLD como método de referencia. Las recuperaciones promedio determinadas mediante HPLC-FLD estuvieron entre un 55 y 79%, no encontrándose diferencias significativas con los valores determinados mediante U-PLS/RBL para BbF, BkF, BaP, BghiP, DBahA e IP. Además, se estableció que los HAPs son estables al menos por dos meses en los extractos finales obtenidos luego del proceso de extracción; puesto que presentaron concentraciones semejantes entre ambos grupos duplicados, aun cuando uno de ellos se analizó después del tiempo señalado.El método propuesto fue aplicado a 15 aceites de oliva virgen comerciales, en uno solo de ellos se detectaron concentraciones por sobre el límite de detección (LOD) para BaA 1,62 ng g-1 y BghiP 1,88 ng g-1 dando un total de 3,5 ng g-1 de HAPs. A pesar de esto, ambos HAPs se encuentran bajo los límites máximos permitidos por la legislación Europea. Por último para investigar si al ser calentado el aceite de oliva en presencia de materia orgánica durante 24 horas, surgen modificaciones del perfil de concentraciones de dos HAPs modelo (BaA e IP), se aplicó el método MAE precipitación de aceite co-extraído SPE. El estudio mostró posibles fenómenos de sorción de los compuestos por la materia orgánica que varían en el tiempo / The Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) are a group of organic compound composed of 2 or more simple aromatic rings joined together, which contain neither heteroatoms nor others sustituents. They generate several health problems due to their carcinogenic and mutagenic nature. Considering their lipophilic nature, the PAHs can gather together in fat and vegetal tissues with a high persistence. For this reason we can ingest them indirectly when including fatty food or oils as in the case of vegetal oils. The techniques thoroughly used in order to determine the PAHs concentrations in oils have been the high efficiency liquid chromatography associated to detection by fluorescence or mass spectrometry. Nevertheless, HPLC analysis and the previous sample preparation take a considerable time. Moreover, is a relatively expensive method not only in the technique equipment, but also in the analysis. As alternative to these methods are those based on fluorescence spectroscopy, mainly because of its low cost and rapidity. The relevance of these methods has been limited by its lack of selectivity, specially when similar compounds must be analyzed in complex matrix. One way of achieving a bigger analytical selectivity is associating the fluorescence spectroscopy with different chemometrics methods of data analysis, constituting a multivaried calibration method. In recent research, carried out in the laboratory where this thesis was developed, it has been proposed a liquid-liquid microwave-assisted extraction (MAE) associated to silica-based solid phase extraction (SPE) as preparation phase of oils, prior to the quantification by fluerescence spectroscopy and multivaried calibration. In the present study it was used the fluorescence spectroscopy associated to a second order multivaried calibration (U-PLS/RBL) so as to determine a group of seven PAHs (Figures 1-7: benzo[a]anthracene (BaA), benzo[b]fluoranthene (BbF), benzo[k]fluoranthene (BkF), benzo[a]pyrene (BaP), indeno [1,2,3–c,d]- pyrene (IP), dibenzo[a,h]anthracene (DBahA) and benzo[g,h,i]pyrelene (BghiP). It was carried out a calibrated phase with mixture of the seven compounds of interest prepared in solvent, finding the optimal spectrum interval and the optimal number of factors for each PAHs. It was validated with a set prepared in solvent, the values obtained for the relative-error prediction (REP) (between 4,8% and 25,2% for BaP y BghiP) and the root of the mean squared error of prediction (RMSEP) (between 0,03 ng mL-1 for BkF and 0,88 ng mL-1 for BghiP) were low so the predictions were satisfactory. The predictive capacity of the calibration model U-PLS/RBL was evaluated using fortified oil samples with the seven compounds from the beginning of the process obtaining high values of REP and RMSEP. With the purpose of increasing the selectivity and, in that way, also improving the predictive capacity reducing the previous parameters, not only the Emission Excitation Matrix (EEMs) of the validation group prepared in matrix, but also those from the calibration set were derived and used in order to predict the HAPs concentrations. Another measure taken in order to improve the predictive capacity was incorporating to the sample treatment (MAE-SPE) the precipitation of co-extracted oil throught temperature reduction lowering the charge of some of the interferents. It was prepared a new duplicated sample group fortified from the beginning of the process, treated with MAE- low temperature precipitation-SPE and analyzed through HPLC-FLD as reference method. The average recoveries determined by HPLC-FLD fluctuated between 55 and 79%, finding no significant differences with the determined values through U-PLS/RBL for BbF, BkF, BaP, BghiP, DBahA and IP. Furthermore, it was established that HAPs are steady at least for two months in the final extracts obtained after the extraction process; due to the fact that they presented similar concentrations between both duplicated groups, even though one of them was analized after the indicated period of time. The proposed method was applied to 15 commercial virgin olive oils, only in one of them were detected concentrations over the limit of detection (LOD) for BaA 1,62 ng g-1 and BghiP 1,88 ng g-1 revealing a total of 3,5 ng g-1 of HAPs. In despite of this, both HAPs are under the maximum limits allowed by the European legislation. Lastly, the method was applied to evaluate possible change of the profile of two selected PAHs (BaP and IP) in olive oil heated up in presence of organic matter for 24 hours. The study showed possible sorption phenomena of the compounds on the organic matter depending on time / FONDECYT

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Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

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Made available in DSpace on 2012-09-06T01:11:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) 955.pdf: 2972262 bytes, checksum: 65decbba66f86bbfd8bbddb84c03fa6f (MD5) Previous issue date: 2002 / O Rio de Janeiro, segunda maior cidade do Brasil, é afetado por diversos episódios de poluição e apresenta uma alta incidência de câncer respiratório quando comparado ao resto do país. Com o objetivo de monitorar os poluentes orgânicos e seus impactos a saúde pública, nós determinamos os níveis de duas classes de compostos orgânicos, os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) e os compostos orgânicos voláteis (COVs), em quatro sítios distintos na região metropolitana do Rio de Janeiro. Os níveis de HPAs e COVs aumentaram com a proximidade das principais rodovias, encontrando os maiores níveis no sítio da Avenida Brasil, sugerindo que as fontes móveis, ao invés das estacionárias, são as principais fontes de emissão nesta cidade. Este estudo também demonstrou que os níveis dos poluentes investigadosforam menores na estação úmida (verão) que na estação seca (inverno), provavelmente devido ao aumento das chuvas, e à forte incidência da luz solar, que favorece os processos de degradação química e fotoquímica. As concentrações de benzo(a)pireno e benzeno, carcinogênicos químicos bem conhecidos, foram relativamente baixos em comparação com outras cidades. Este fato pode ser atribuído às condições atmosféricas específicas e às diferenças nas fontes de contribuição.

Made available in DSpace on 2012-09-06T01:11:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) 1101.pdf: 3025551 bytes, checksum: 8c55c754b212d6d8e1ba67e8680694aa (MD5) Previous issue date: 2008 / O monitoramento de alimentos sujeitos a contaminação por HidrocarbonetosPolicíclicos Aromáticos (HPAs) é importante visto que algumas dessas substâncias são carcinogênicas e ubíquas na natureza, ocasionando possíveis riscos para a Saúde Pública. Os moluscos bivalves Nodipecten nodosus (vieiras), cultivados em fazendas marinhas e destinados para consumo humano, são importantes tanto na segurança alimentar como na vigilância de poluição ambiental, uma vez que apresentam potencial utilidade como organismos sentinelas. O objetivo principal é avaliar a presença de HPAs nesses animais, cultivados em fazendas marinhas no Rio de Janeiro. Foram analisadas 19 amostras compostas de músculo+gônadas e 3 amostras compostas de glândualas digestivas de vieiras provenientes de três fazendas marinhas da Baía de Ilha Grande. A extração das amostras foi realizada com extratores Soxhlet com nhexano/acetona (80:20 v/v) e os extratos foram fortificados com padrões internos. A purificação foi realizada com colunas abertas de sílica/alumina e as substâncias de interesse foram eluídas com n-hexano/diclorometano (80:20v/v). A análise instrumentalfoi realizada por cromatoia a gás acoplada a um espectrômetro de massas. Os níveis de HPAs totais encontrados nas amostras de músculo+gônadas (M+G) das três fazendas marinhas variou de 21,8 a 30,0 ng/g em peso úmido (p.u.) e de 99,0 a 131 ng/g em peso seco (p.s.). Tais níveis são semelhantes aos de regiões de baixa poluição relatados naliteratura. Já nas glândulas digestivas (GD), os níveis de HPAs variaram de 60,5 a 147 ng/g p.u. A semelhança dos perfis entre as amostras de tecidos distintos, mudando apenas os níveis, sugere que o acúmulo de HPAs ocorre preferencialmente nos tecidosmais gordurosos. / Os compostos de 5 e 6 anéis, mais importantes toxicologicamente, não ultrapassaram 1 ng/g p.u. ou 4 ng/g p.s. A investigação da origem dos HPAs, através das razões de fenantreno / antraceno e fluorantreno/pireno, nos dois tecidos, apontou para origem mista dessas substâncias, ou seja, pirolítica e petrogênica. Do ponto de vista dasegurança alimentar, se apresentaram aptas para consumo. Nenhuma das amostras de músculo+gônadas ultrapassou o nível máximo de benzo(a)pireno recomendado pela União Européia para bivalves de consumo humano (10 ng/g p.s.).