Ανάπτυξη μεθόδων δειγματοληψίας και ανάλυσης επιλεγμένων φυτοφαρμάκων στον αέρα θερμοκηπίων

Abstract

In recent years, the presence of pesticide residues in the air of greenhouses has been a subject of great concern in the scientific community due to risk to the health of applicants. The present PhD thesis deals with the development of methods for the sampling and simultaneous determination of the fungicide chlorothalonil and its main metabolite 4-hydroxychlorothalonil as well as the organophosphorous insecticides parathion-methyl, fenthion, diazinon, pirimiphos-methyl και chlorpyrifos in the air of greenhouses. Chlorothalonil and its metabolite are determined using an optimized RP-HPLC with gradient elution. Several procedural parameters are studied including the composition and proportion of solvents in the mobile phase and chromatographic material. Acceptable resolution was attained using a Kromasil C8 chromatographic column and mobile phase acetonitrile and buffer phosphate 10 mM (pH 5.0), in less than 20 min. The sampling of the analytes under study is carried out on a glass fiber microfilter for the discrimination of the airborne fraction that is adsorbed on the particulate matter, connected in series with a microcolumn which contains silica gel for the collection of the analytes in gas phase. From the data obtained it is concluded that when the sampled air passes through spiked glass filters an amount of chlorothalonil evaporates and subsequently retained on silica gel filters quantitatively. In this way, the quantitative retention of chlorothalonil is possible, although the discrimination between particulate and gas phase pesticide is feasible. In contrast, the metabolite 4-hydroxychlorothalonil does not exhibit any evaporation from the glassfiber microfilters. Study of the stability of the above mentioned compounds proves their stability at room temperature and at 4 oC for at least 15 days. Calibration curves for both compounds were constructed in the concentration range of 0.01-10.00 mg l-1 with limits of quantitation to be 8.4 and 19.6 ng m-3 for chlorothalonil and 4-hydroxychlorothalonil, respectively. The potency of the proposed method was further tested with the analysis of chlorothalonil and its metabolite in greenhouse air. Chlorothalonil was detected in all samples even on the 21st day after application. The 4-hydroxychlorothalonil was found only in the first four samples after application, at concentrations near the quantification limits. The second part of this thesis concerns the development of analytical method for the sampling and determination of the organophosphorous insecticides parathion-methyl, fenthion, diazinon, pirimiphos-methyl και chlorpyrifos in the air of greenhouses. The determination is performed by an RP-HPLC method isocratically. Successful separation of the studied compounds was obtainable in less than 17 min using a Hypersil BDS C18 and acetonitrile-buffer phosphate, 10 mM (pH 5.0) 60:40 v/v, as mobile phase. The proposed mode of sampling consists of a glass fiber microfilter for the particulate-sorbed pesticides and a microcolumn containing XAD-2 for gas phase pesticides. From the experiments carried out on spiked microfilters it is demonstrated that diazinon και pirimiphos-methyl are retained quantitatively on the filters while a break-through is noticed for fenthion, parathion-methyl and chlorpyrifos. Nonetheless, the escaped pesticides are retained completely on the XAD-2 filters connected in series. The pesticides under study are stable in spiked microfilters for at least fifteen days, at room temperature and at 4 oC.

Τα τελευταία χρόνια η παρουσία υπολειμμάτων φυτοφαρμάκων στον αέρα των θερμοκηπίων απασχολεί τους επιστήμονες εξαιτίας του πιθανού κινδύνου για την υγεία των εργαζομένων σε αυτά. Η παρούσα διατριβή περιλαμβάνει την ανάπτυξη μεθόδου δειγματοληψίας και ταυτόχρονου προσδιορισμού του μυκητοκτόνου chlorothalonil και του κύριου μεταβολίτη του 4-hydroxychlorothalonil καθώς επίσης και την ανάπτυξη μεθόδου ταυτόχρονης δειγματοληψίας και ταυτόχρονου προσδιορισμού των οργανοφωσφορικών εντομοκτόνων parathion-methyl, fenthion, diazinon, pirimiphos-methyl και chlorpyrifos στον αέρα θερμοκηπίων. Στην περίπτωση του chlorothalonil και του μεταβολίτη του αναπτύσσεται μέθοδος προσδιορισμού με τη χρήση μιας βελτιστοποιημένης RP-HPLC μεθόδου βαθμωτής έκλουσης. Για την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών ανάλυσης, μελετώνται διάφορες παράμετροι, όπως η σύσταση και η αναλογία των διαλυτών της κινητής φάσης καθώς επίσης δοκιμάζονται διάφορες χρωματογραφικές στήλες. Τελικά, καλός διαχωρισμός των δύο ουσιών επιτυγχάνεται με στήλη Kromasil C8 και κινητή φάση ακετονιτρίλιο και ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών συγκέντρωσης 10 mM (pH=5,0), σε χρονικό διάστημα μικρότερο των 20 min. Η δειγματοληψία των μελετώμενων ουσιών πραγματοποιείται με δειγματολήπτη, ο οποίος αποτελείται από μικροφίλτρο υαλονημάτων, για τη συλλογή των ουσιών, που βρίσκονται προσροφημένες στα αιωρούμενα σωματίδια και μικροστήλη συνδεμένη σε σειρά, η οποία περιέχει πυριτία (silica gel) για τη συλλογή τους από την αέρια φάση. Από τα πειραματικά δεδομένα διαπιστώνεται ότι, όταν διέρχεται αέρας από εμβολισμένα μικροφίλτρα υαλονημάτων, ένα ποσοστό του chlorothalonil εξατμίζεται, το οποίο όμως κατακρατείται ποσοτικά από τα φίλτρα silica gel. Επομένως, με το συγκεκριμένο δειγματολήπτη μπορεί να μην είναι εφικτός ο διαχωρισμός των αιωρουμένων σωματιδίων και της αέριας φάσης, είναι όμως δυνατή η ποσοτική κατακράτηση του chlorothalonil σε αυτόν. Αντίθετα, για το μεταβολίτη 4-hydroxychlorothalonil δεν παρατηρείται εξάτμιση από τα φίλτρα υαλονημάτων. Μελέτη της σταθερότητας των συγκεκριμένων ουσιών στα φίλτρα δείχνει ότι και οι δύο ουσίες είναι σταθερές τόσο σε θερμοκρασία δωματίου όσο και στους +4 oC για χρονικό διάστημα τουλάχιστον 15 ημερών. Η καμπύλη αναφοράς καλύπτει μια ευρεία περιοχή συγκεντρώσεων τόσο για το chorothalonil όσο και για το 4-hydroxychlorothalonil (0,01-10,00 mg l-1). Τα όρια ποσοτικοποίησης υπολογίζονται σε 8,4 και 19,6 ng m-3 για το chlorothalonil και το 4-hydroxychlorothalonil, αντίστοιχα. Η δυνατότητα εφαρμογής της προτεινόμενη μεθόδου ελέγχεται με την ανάλυση του chlorothalonil και του 4-hydroxychlorothalonil σε δείγματα αέρα, τα οποία λαμβάνονται από θερμοκήπιο. Το chlorothalonil ανιχνεύτηκε σε όλα τα δείγματα που λήφθηκαν στις 21 ημέρες που διήρκησε η δειγματοληψία τόσο στα αιωρούμενα σωματίδια όσο και στην αέρια φάση ενώ ο μεταβολίτης 4-hydroxychlorothalonil ανιχνεύτηκε μόνο στα αιωρούμενα σωματίδια τις πρώτες τέσσερις ημέρες της δειγματοληψίας.