Ανάπτυξη αυτόματου χρωματογραφικού συστήματος ελέγχου υπολειμμάτων γεωργικών φαρμάκων και κύριων προϊόντων μετατροπής τους

Abstract

A multiresidue analytical method for the determination of a wide range of pesticides, major conversion products and other organic micropollutants (phenols, anilines and caffeine) in water based on the on-line coupling of solid phase extraction and high performance liquid chromatography (on-line SPE/HPLC) has been developed. Analyte detection has been performed by a diode-array detector operated in tandem mode with either an electrochemical detector or a fluorescence detector placed after a two-stage post-column derivatization system. Using 100 mL sample volume the recoveries of most solutes, except for the highly polar and highly hydrophobic compounds, were better than 80_%; the recoveries of the highly polar compounds (aniline, clopyralid, picloram, hydroxysimazine, hydroxyatrazine and phenol) were lower than 80% due to their early breakthrough from the solid-phase extraction cartridges, while for the highly hydrophobic compounds the reduced recoveries were attributed to their adsorption onto the surfaces of the analytical equipment. Analyte detection limits, calculated by analyzing spiked river water samples, were better than 0.1_μg/L, which is the maximum acceptable concentration of pesticide parent compounds and phenols in drinking water according to the EU Directive 778/80. The proposed analytical method was applied to study the stability of a wide range of herbicides during sample storage for a period of three months as a function of storage temperature (refrigeration and 20_0C), sample pH (3 and 7) and acidification medium (sulfuric and ortho-phosphoric acid). Many of the compounds were found to be unstable in water, while sample storage conditions had significant effect on their stability. Among the compounds exhibiting high degree of instability were propanil, when stored under neutral conditions, diclofop-methyl, fluazifop-butyl, dinitroanilines, tralkoxydim and triasulfuron, when stored under acidic conditions, clopyralid, metamitron, metribuzin along with its conversion products and 2,4-DB, when water samples were stored at 20_0C. The stability of the above studied herbicides has been also evaluated under sorbed conditions, when water samples were processed by solid-phase extraction and the respective cartridges were stored for a period of three months under deep freeze, refrigeration or at 20_0C. Most compounds, expect for the highly polar analytes, exhibited higher stability under sorbed conditions than when being in solution of an aqueous medium. The stability of the highly polar analytes such as clopyralid, picloram, hydroxysimazine, imazapyr, metolachlor-sulfonic_acid, diketometribuzin, desaminodiketometribuzin, desaminometribuzin and metribuzin decreased significantly during storage under sorbed conditions, even though clopyralid was still more stable than when being in solution. Storage temperature and storage time had significant effect not only on herbicide stability but also on their chromatographic performance during analysis. xiii

Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκε μια πολυδύναμη και αυτοματοποιημένη αναλυτική μέθοδος για τον προσδιορισμό γεωργικών φαρμάκων, σημαντικών προϊόντων μετατροπής τους και άλλων οργανικών μικρορύπων (φαινολικών ενώσεων, παραγώγων ανιλίνης και καφεΐνης) στο νερό. Η μέθοδος στηρίχθηκε στο συνδυασμό των τεχνικών της εκχύλισης στερεάς φάσης για την προσυγκέντρωση των οργανικών μικρορύπων από το νερό και της υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης, με τέτοιο τρόπο, ώστε η έκλουση των συστατικών του δείγματος από τα μικροφυσίγγια εκχύλισης να γίνεται αυτόματα πάνω στην αναλυτική στήλη με τη ροή της κινητής φάσης (on-line SPE/HPLC). Η ανίχνευση των συστατικών του δείγματος πραγματοποιήθηκε με μια συστοιχία ενός ανιχνευτή υπεριώδους-ορατού τύπου φωτοδιόδων και ενός ηλεκτροχημικού ανιχνευτή, ή ενός ανιχνευτή φθορισμού τοποθετημένου μετά από σύστημα παραγωγοποίησης με δύο σπείρες αντίδρασης προς παραγωγή φθοριζόντων παραγώγων. Χρησιμοποιώντας δείγμα όγκου 100_ml οι ανακτήσεις όλων των υπό μελέτη ενώσεων ήταν μεγαλύτερες από 80_%, εκτός από τις πολύ πολικές ενώσεις aniline, clopyralid, picloram, hydroxysimazine, hydroxyatrazine και phenol, οι οποίες εμφάνισαν μειωμένες ανακτήσεις, λόγω της έκλουσής τους από τα μικροφυσίγγια κατά την εισαγωγή του δείγματος, και από ορισμένες πολύ λιπόφιλες ενώσεις, οι χαμηλές ανακτήσεις των οποίων αποδόθηκαν στην προσρόφησή τους στα τμήματα του αναλυτικού εξοπλισμού, που έρχονταν σε επαφή με το δείγμα. Τα όρια ανίχνευσης της μεθόδου ήταν για όλες σχεδόν τις ενώσεις καλύτερα από 0.1_μg/L, που είναι το ανώτερο επιτρεπτό όριο της οδηγίας 778/80 της Ευρωπαϊκής Ένωσης σχετικά με την παρουσία υπολειμμάτων γεωργικών φαρμάκων και φαινολικών ενώσεων στο πόσιμο νερό. Η προτεινόμενη αναλυτική μέθοδος εφαρμόστηκε για τη μελέτη της σταθερότητας στο νερό διαφόρων χημικών ομάδων ζιζανιοκτόνων κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης δειγμάτων νερού στο εργαστήριο για ένα διάστημα τριών μηνών συναρτήσει της θερμοκρασίας αποθήκευσης των δειγμάτων (θερμοκρασία ψυγείου και 20_0C), της τιμής του pH τους (3 και 7), καθώς και του είδους του οξέος που χρησιμοποιήθηκε για τη ρύθμισή του (θειικό και ορθο-φωσφορικό οξύ). Πολλά ζιζανιοκτόνα εμφανίστηκαν αρκετά ασταθή στο νερό, ενώ οι συνθήκες αποθήκευσης των δειγμάτων είχαν μεγάλη επίδραση στο ρυθμό αποικοδόμησής τους. Μεταξύ των ζιζανιοκτόνων που εμφάνισαν τη μεγαλύτερη αστάθεια ήταν το propanil σε ουδέτερο pH, τα diclofop-methyl και fluazifop-butyl, οι δινιτροανιλίνες, το tralkoxydim και το triasulfuron σε όξινο pH, το clopyralid, το metribuzin και τα προϊόντα αποικοδόμησής του, το metamitron και το 2,4-DB στους 20_0C. Η σταθερότητα των ανωτέρω ζιζανιοκτόνων μελετήθηκε επίσης σε προσροφημένη κατάσταση, όταν τα δείγματα του νερού εκχυλίστηκαν με εκχύλιση στερεάς φάσης και τα αντίστοιχα μικροφυσίγγια αποθηκεύτηκαν για ένα διάστημα τριών μηνών στην κατάψυξη, ix στο ψυγείο και στους 20_0C. Οι περισσότερες ενώσεις, εκτός από τις πολύ πολικές, παρουσίασαν αυξημένη σταθερότητα σε προσροφημένη κατάσταση στα μικροφυσίγγια απ’ ό,τι κατά την αποθήκευση των δειγμάτων του νερού στη φυσική τους μορφή. Η σταθερότητα των πολύ πολικών ενώσεων clopyralid, picloram, hydroxysimazine, imazapyr, metolachlor-sulfonic_acid, diketometribuzin, desaminodiketometribuzin, desaminometribuzin και metribuzin ήταν σημαντικά μειωμένη σε προσροφημένη κατάσταση, αν και το clopyralid εμφανίστηκε πιο σταθερό στην περίπτωση αυτή απ’ ό,τι διαλελυμένο στο νερό. Η θερμοκρασία και η διάρκεια αποθήκευσης των μικροφυσιγγίων, εκτός από τη σταθερότητα των ζιζανιοκτόνων, είχαν μεγάλη επίδραση και στη χρωματογραφική τους συμπεριφορά κατά την μετέπειτα ανάλυσή τους.