Agua ultrapura para el análisis sensible de plaguicidas mediante LC-MS

Impacto de los plaguicidas en el medio ambiente y la salud humana

Los plaguicidas incluyen herbicidas, fungicidas, insecticidas, acaricidas, reguladores del crecimiento vegetal y repelentes. Los plaguicidas también abarcan productos como los biocidas para usos no vegetales destinados al control de plagas y vectores de enfermedades. Estas sustancias pueden persistir en el medio ambiente, bioacumularse a lo largo de la cadena alimentaria y, potencialmente, provocar efectos adversos en la salud humana y en otros organismos.

Numerosos estudios han revelado el posible impacto perjudicial de los plaguicidas en organismos no objetivo. Por ejemplo, se descubrió que ciertos plaguicidas, como los neonicotinoides,^1,2 tales como la clotianidina, el imidacloprid y el tiametoxam, estaban asociados a riesgos medioambientales y para la salud, por lo que en 2018 se prohibió su uso al aire libre en la UE. La vigilancia de los niveles de plaguicidas es crucial para controlar su uso indebido y sus repercusiones medioambientales, así como para garantizar la salud y la seguridad públicas. Esto quedó patente con la detección de fipronil, un insecticida potencialmente nocivo, en huevos, productos derivados del huevo y pollos en 15 países de la UE en 2017.³

Marco normativo y control de calidad

La normativa sobre plaguicidas varía de un país a otro, tal y como se destaca en un estudio que reveló que una cuarta parte de los plaguicidas autorizados en EE. UU. están prohibidos en la UE.⁴ A efectos de este debate, se hará referencia a la normativa de la UE, ya que se considera la más estricta a nivel mundial.

Los laboratorios de control de calidad supervisan los plaguicidas en los alimentos, el suelo y el agua de conformidad con la normativa. Para el análisis de alimentos, muchos laboratorios se adhieren al Reglamento (CE) n.º 396/2005, que establece los límites máximos de residuos (LMR) autorizados para los plaguicidas en alimentos y piensos.⁵ Para el análisis del agua, la Directiva Marco del Agua (2000/60/CE) es la legislación principal en Europa que establece un marco para la acción comunitaria en el ámbito de la política del agua (por ejemplo, la vigilancia, la gestión y las estrategias para la prevención y el control de la contaminación de las aguas subterráneas).⁶

Papel del agua ultrapura en el análisis de plaguicidas

El análisis de plaguicidas se realiza mediante LC-MS (cromatografía líquida-espectrometría de masas) y GC-MS (cromatografía de gases-espectrometría de masas). La técnica seleccionada se basa en las propiedades fisicoquímicas de las moléculas objeto de estudio. Por ejemplo, los plaguicidas no polares se analizan mediante GC-MS en el agua potable de acuerdo con la norma ISO/TS 28581:2012.⁷ Los plaguicidas organoclorados se analizan mediante GC-MS en agua potable, subterránea, superficial y residual, de conformidad con la norma ISO 6468:1996.⁸ Otros métodos, como el E_FP417.1, implican el uso de LC-MS para la determinación y cuantificación de plaguicidas, metabolitos e isómeros en cereales y productos derivados de los cereales.⁹

Dependiendo de la técnica, el agua puede servir como blanco, como componente de la fase móvil y/o para la preparación de muestras, patrones y soluciones de calibración. Por lo tanto, el uso de agua de alta calidad es imprescindible para garantizar la consistencia y la fiabilidad de los resultados. Los laboratorios, especialmente los acreditados, tienen como objetivo seleccionar sistemas de purificación de agua de alta calidad que proporcionen agua de calidad constante y que supervisen y registren activamente los parámetros de calidad. Esto facilita su cuantificación rutinaria, los análisis de cribado y la trazabilidad, y garantiza su fiabilidad, productividad y eficiencia.

Estudio: Evaluación de un sistema de purificación de agua Milli-Q^® para eliminar residuos de plaguicidas

Los estudios indicaron la presencia de pesticidas en el agua potable,¹⁰ lo que podría afectar a los sistemas de purificación de agua alimentados por el grifo en los laboratorios de ensayo. Conscientes de los retos a los que se enfrentan los laboratorios analíticos para garantizar la fiabilidad y la consistencia de sus análisis, llevamos a cabo un estudio para demostrar que los sistemas de agua ultrapura Milli-Q^® pueden suministrar agua adecuada para experimentos analíticos sensibles gracias a la presencia de tecnologías de purificación de alto rendimiento, incluso cuando se enfrentan a agua contaminada con pesticidas.

Para determinar si los sistemas de agua pura y ultrapura a partir del grifo eliminan los pesticidas, se llevaron a cabo dos pruebas diferentes en dos etapas del proceso de purificación (Figura 1). Se añadió al agua del grifo (inyección de pesticidas 1) y al agua del depósito (inyección de pesticidas 2) una solución de adición que contenía aproximadamente 1 µg/L (aproximadamente 100 veces el LMR de la mayoría de ^{los pesticidas11}) de 17 pesticidas (patrón analítico Pestanal^®). El patrón estaba compuesto por los siguientes 17 pesticidas: atrazina, atrazina-desetilo, cianazina, sebutilazina, simazina, cianazina, sebutilazina, simazina, terbutilazina, hexazinón, clortolurón, diurón, isoproturón, linurón, metabenztiazurón, metobromurón, metoxurón, monolinurón, metazacloro y metolacloro. Cabe destacar que la sebutilazina no se analizó en este estudio. Se seleccionó el patrón Pestanal^® porque contiene compuestos de la familia de las triazinas y la urea, que se analizan habitualmente en alimentos, bebidas y muestras ambientales, y que se consideran compuestos altamente tóxicos.

Optamos por utilizar el pulidor EDS-Pak^® en el punto de dispensación Q-POD^® de un sistema de agua ultrapura y pura de la serie Milli-Q^® IQ 7. Este pulidor contiene un tipo específico de carbón activado que ha sido validado para eliminar contaminantes orgánicos, incluidos varios disruptores endocrinos (DE).

Las muestras de agua se recogieron tras las etapas de pretratamiento y pulido del proceso de purificación del agua y se enviaron a un laboratorio de ensayo acreditado externo para su análisis de pesticidas mediante LC-MS/MS. Los análisis se realizaron de acuerdo con los métodos descritos al final del artículo, en la sección de procedimiento experimental. Los análisis se realizaron por duplicado.

Resultados y discusión: Análisis de plaguicidas en agua pura y ultrapura

Etapa de pretratamiento: del agua del grifo al agua pura (tipo 2)

Los resultados del análisis LC-MS/MS mostraron que ninguno de los plaguicidas analizados pudo detectarse cuantitativamente en el agua pura obtenida durante la etapa de pretratamiento (Tabla 1 y Figura 2, parte izquierda). El LOQ se situó entre 0,01 y 0,05 µg/L, dependiendo del plaguicida analizado.

Es probable que los pesticidas fueran adsorbidos principalmente por el carbón activado dentro del cartucho de pretratamiento. El carbón activado tiene una estructura porosa que proporciona una gran superficie donde las moléculas pueden ser adsorbidas debido a interacciones intermoleculares, como las fuerzas de Van der Waals. Además, es probable que el tamaño muy pequeño de los poros de la membrana semipermeable de ósmosis inversa contribuyera a la eliminación de los pesticidas.

Etapa de pulido: de agua pura (tipo 2) a agua ultrapura (tipo 1)

Aunque se comprobó que las concentraciones de pesticidas estaban por debajo del LOQ en el agua pura, la etapa de pulido es, no obstante, esencial para eliminar trazas de contaminantes orgánicos e inorgánicos, garantizando que se utilice agua ultrapura de alta calidad para análisis sensibles, como el LC-MS/MS.

Dado que es posible que muchos laboratorios no cuenten con este mismo y eficiente proceso de pretratamiento del agua, que consiste en carbón activado, ósmosis inversa y Elix^® EDI, también evaluamos si la combinación de tecnologías en la etapa de pulido de un sistema de purificación Milli-Q^® IQ 7 (Figura 1, lado derecho) podía eliminar eficazmente los pesticidas del agua pura contaminada. Con este fin, introdujimos la solución de adición de pesticidas en el depósito y, a continuación, analizamos el agua del depósito enriquecida y el agua ultrapura recién dispensada que había pasado por un depurador EDS-Pak®.

El análisis LC-MS/MS indicó que la concentración de cada pesticida estaba por debajo del LOQ en el agua ultrapura recién obtenida (Tabla 1 y Figura 2, lado derecho). A partir de estos datos, concluimos que la combinación de tecnologías implicadas en la producción de agua ultrapura a partir de agua pura en un sistema de agua de la serie Milli-Q^® IQ 7 da como resultado agua recién producida exenta de los pesticidas objeto de estudio en estas condiciones de análisis.

Soluciones integrales de purificación de agua para el análisis de plaguicidas

Este estudio demuestra que las tecnologías de purificación integradas en los sistemas de agua de la serie Milli-Q^® IQ 7 [es decir, Milli-Q^® IQ 7003/7005/7010/7015 (de agua del grifo a pura y ultrapura) y Milli-Q^® IQ 7000 (de pura a ultrapura)], junto con el pulidor EDS-Pak^® en el punto de dispensación, permiten la eliminación eficaz de pesticidas incluso en condiciones difíciles.

El agua ultrapura de alta calidad obtenida de los sistemas de la serie Milli-Q^® IQ 7 es ideal para experimentos analíticos críticos, incluso en ubicaciones geográficas donde el agua del grifo puede contener pesticidas. Los laboratorios de control de calidad dedicados al análisis de pesticidas en agua potable, frutas y verduras, plantas medicinales y muestras ambientales, entre otros tipos de muestras, pueden confiar plenamente en un sistema de sobremesa Milli-Q^® IQ con un EDS-Pak^® en el punto de dispensación para garantizar que no haya cantidades detectables de pesticidas en el agua ultrapura utilizada para sus análisis.

Existe una gama de soluciones de purificación de agua disponibles para satisfacer las necesidades de los científicos que analizan pesticidas y trabajan en laboratorios de análisis medioambientales y de alimentos y bebidas.

Procedimiento experimental

Los análisis fueron realizados por un laboratorio externo acreditado (Laboratoire GIRPA, Beaucouzé, Francia).

Análisis por inyección directa de la muestra

Las muestras se analizaron el mismo día de su recepción. Se homogeneizaron manualmente durante 30 segundos y se diluyeron, si fue necesario, de acuerdo con el procedimiento interno. Las curvas de calibración se obtuvieron en un rango de 0,1 a 50 µg/L. Las muestras se inyectaron utilizando los parámetros descritos en la Tabla 2.

Análisis de muestras concentradas

Los plaguicidas se extrajeron mediante tres extracciones sucesivas utilizando una solución de diclorometano/acetato de etilo en proporción 80/20. Se ajustó el pH a 7 utilizando una solución de hidróxido de sodio 10 M y se recogió la fase orgánica. Se añadió una solución de ácido ortofosfórico al 85 % a la fase acuosa. Se añadieron marcadores de extracción a la mezcla para cuantificar la dosis y, a continuación, se añadieron 30 g de cloruro de sodio en 500 ml de la solución. Se recogieron todas las fracciones y se colocaron a -18 °C para eliminar cualquier traza de agua mediante un filtro mecánico. La solución se concentró mediante un rotavapor y se añadió una alícuota a una solución de 50/50/0,1 v/v/v de agua ultrapura/metanol/ácido acético (mediante intercambio con acetato de etilo utilizando un flujo de nitrógeno) para el análisis por LC-MS/MS. Se añadieron patrones internos para garantizar la precisión, la corrección y la exactitud. La Tabla 3 presenta los parámetros utilizados para el análisis por LC-MS/MS.