Ανάπτυξη προηγμένων αναλυτικών μεθόδων για τον προσδιορισμό πολυχλωριωμένων διφαινυλίων, αλογονομένων υδρογονανθράκων, πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων και κυανοτοξινών
Authors: Τσιμελή Αικατερίνη 
Published: August 2021

Στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκαν προηγμένες αναλυτικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό οργανικών ρύπων σε διαφορετικά υποστρώματα (επιφανειακά και πόσιμα ύδατα, μέλι). Οι οργανικοί ρύποι που επιλέχθηκαν περιλαμβάνουν τα πολυχλωριωμένα διφαινύλια, αλογονομένους υδρογονάνθρακες, κυανοτοξίνες καθώς και τους πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες. Οι ρύποι αυτοί παρουσιάζουν αυξημένο ερευνητικό ενδιαφέρον στην Ελλάδα αλλά και διεθνώς, λόγω της υψηλής τοξικότητάς τους, της εκτεταμένης εμφάνισής τους καθώς και της μεγάλης δυσκολίας στον προσδιορισμό τους.Ειδικότερα, αναπτύχθηκε μέθοδος προσδιορισμού επτά πολυχλωριωμένων διφαινυλίων (Polychlorinated Biphenyls, PCBs) σε δείγματα πόσιμων και επιφανειακών υδάτων με χρήση της τεχνικής μικροεκχύλισης στερεάς φάσης (Head Space Solid Phase Microextraction, HS-SPΜE). Για το σκοπό αυτό επιλέχθηκαν συγκεκριμένα ισομερή πολυχλωριωμένων διφαινυλίων, τα οποία αποτελούν δείκτες περιβαλλοντικής ρύπανσης (“PCB markers”). Πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση των πιο σημαντικών πειραματικών παραμέτρων όπως, επιλογή ίνας, χρόνου και θερμοκρασίας εκρόφησης των αναλυτών, επίδραση του χρόνου ανάδευσης και εκχύλισης, η επίδραση μίγματος PCBs στην εκχύλιση κάθε αναλύτη ξεχωριστά. Ακολούθησε επικύρωση της μεθόδου σύμφωνα με τους ισχύοντες κανόνες επικύρωσης αναλυτικών μεθόδων όπως αυτοί περιγράφονται με διεθνή πρότυπα. Η εφαρμοσιμότητα της μεθόδου σε πραγματικά δείγματα υδάτων εκτιμήθηκε με την ανάλυση δειγμάτων πόσιμου νερού από το δίκτυο ύδρευσης της ΕΥΔΑΠ στην Αθήνα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι δεν ανιχνεύθηκαν μετρήσιμες συγκεντρώσεις PCBs ή οι συγκεντρώσεις ήταν μικρότερες του ορίου ποσοτικοποίησης της μεθόδου. Παράλληλα, διαπιστώθηκε ότι πρόκειται για μία εξαιρετικά απλή, γρήγορη, εφαρμόσιμη και ευαίσθητη μέθοδο. Αλογονομένοι υδρογονάνθρακες όπως το παραδιχλωροβενζόλιο (p-dichlorobenzene, p-DCB), το 1,2 διβρωμοαιθάνιο (1,2-Dibromoethane, 1,2-DBE) και το ναφθαλένιο (Naphthalene, Naphth) προσδιορίσθηκαν ταυτόχρονα σε δείγματα μελιού. Οι ενώσεις αυτές είναι βλαβερές ή έντονα τοξικές για τον άνθρωπο, εμφανίζονται στο μέλι λόγω της χρήσης τους ως χημικά για την αντιμετώπιση του σκώρου των κερύθρων και επομένως η ανίχνευσή τους σε ίχνη παρουσιάζει σημαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε και παρουσιάσθηκε στην διεθνή βιβλιογραφία για πρώτη φορά, σύγχρονη αναλυτική μέθοδος για τον ταυτόχρονο προσδιορισμό των παραπάνω ρύπων σε δείγματα μελιού. Η μέθοδος βασίζεται στο συνδυασμό των τεχνικών HS-SPME και αέριας χρωματογραφίας-φασματομετρίας μαζών (GC-MS). Η βελτιστοποίηση της μεθόδου έγινε για το σύνολο των πειραματικών μεγεθών που επηρεάζουν την ανάκτηση των τριών αναλυτών με την τεχνική HS-SPME και ακολούθησε η επικύρωσή της με έλεγχο της γραμμικότητας, επαναληψιμότητας, αναπαραγωγισημότητας, των ορίων ανίχνευσης καθώς και της ανάκτησης των τριών αναλυτών σε διαφορετικά επίπεδα συγκέντρωσης. Η μέθοδος εφαρμόσθηκε με επιτυχία σε πραγματικά δείγματα μελιού, εμφανίζοντας απλότητα και ταχύτητα στην εφαρμογή της, καθώς και υψηλή ευαισθησία στην ανίχνευση των συγκεκριμένων αναλυτών. Τα χαρακτηριστικά αυτά καθιστούν την μέθοδο εφαρμόσιμη σε αναλύσεις ρουτίνας και κατάλληλη για την ανάλυση μεγάλου αριθμού δειγμάτων.Οι κυανοτοξίνες αποτελούν οργανικούς ρύπους βιολογικής προέλευσης με υψηλή τοξικότητα και εμφανίζονται τελευταία με αυξημένη συχνότητα σε συστήματα επιφανειακών και παράκτιων υδάτων σε όλο τον κόσμο. Στα πλαίσια της διατριβής, αναπτύχθηκε μια αξιόπιστη μέθοδος υγρής χρωματογραφίας-φασματομετρίας μαζών, τεχνολογίας τριπλού τετραπόλου με ηλεκτροψεκασμό (Electron Spray Ionization, Liquid Chromatography – Tandem Mass Spectrometry, ESI-LC-MS/MS) για τον προσδιορισμό πέντε κυανοτοξινών (μικροκυστίνη- LR, RR, YR, LA και Νοντουλαρίνη) σε πόσιμα και επιφανειακά ύδατα. Παράλληλα, διεξήχθη έρευνα για την παρουσία κυανοτοξινών στα επιφανειακά ύδατα και στο πόσιμο νερό της Αθήνας. Η ανίχνευση και ο ποσοτικός προσδιορισμός των πέντε κυανοτοξινών, με βάση το σύστημα MS/MS, επιτεύχθη μετά από τη βελτιστοποίηση μιας σειράς παραμέτρων που είχαν ως στόχο την μεγιστοποίηση του καταγραφόμενου σήματος. Η ταυτοποίηση όλων των κυανοτοξινών που αναλύθηκαν πραγματοποιήθηκε με την παρακολούθηση δύο θυγατρικών ιόντων για κάθε μοριακή μάζα, ενώ προτάθηκαν και οι μηχανισμοί δημιουργίας των θυγατρικών ιόντων. Η εκχύλιση και προσυγκέντρωση των κυανοτοξινών σε εμβολιασμένα δείγματα νερών πραγματοποιήθηκαν με χρήση της τεχνικής της εκχύλισης στερεάς φάσης (Solid Phase Εxtraction, SPE). Tα ποσοστά ανάκτησης αξιολογήθηκαν σε δύο επίπεδα συγκέντρωσης, ενώ παράλληλα προσδιορίστηκαν εξαιρετικά χαμηλά όρια ανίχνευσης. Η μέθοδος εφαρμόσθηκε για τον συστηματικό έλεγχο δειγμάτων επιφανειακού νερού από τη λίμνη του Μαραθώνα και δειγμάτων πόσιμου νερού από το δίκτυο της ΕΥΔΑΠ στην Αθήνα. Καμία κυανοτοξίνη δεν ανιχνεύθηκε στα δείγματα πόσιμου νερού που εξετάστηκαν, ανιχνεύθηκαν, όμως, μικροκυστίνες (μικροκυστίνη LR και μικροκυστίνη RR) σε δείγματα επιφανειακού νερού από την λίμνη του Μαραθώνα. Οι συγκεντρώσεις που μετρήθηκαν ήταν πολύ χαμηλότερες του ορίου που έχει προταθεί από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (World Health Organization, WHO) (1 μg/L για την μικροκυστίνη LR). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης αποτελούν την πρώτη αναφορά για την ύπαρξη μικροκυστινών στο νερό της λίμνης του Μαραθώνα. Η τελευταία κατηγορία ρύπων που μελετήθηκε στα πλαίσια της διατριβής είναι οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (ΠΑΥς) (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs). Οι ενώσεις αυτές προέρχονται τόσο από φυσικές πηγές όσο και από ανθρωπογενείς δραστηριότητες, χαρακτηρίζονται από μεταλλαξιογόνες και καρκινογόνες ιδιότητες και σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή και Εθνική νομοθεσία αποτελούν ουσίες προτεραιότητας και η παρουσία τους στα νερά θα πρέπει να ελέγχεται. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκε και επικυρώθηκε μέθοδος προσδιορισμού οκτώ πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων, με την τεχνική της υγρής χρωματογραφίας - φασματομετρίας μαζών, τεχνολογίας τριπλού τετραπόλου σε συνδυασμό με φωτοϊοντισμό ατμοσφαιρικής πίεσης (LC-APPI-MS/MS). Η εκχύλιση και προσυγκέντρωση των ΠΑΥς σε εμβολιασμένα δείγματα νερών πραγματοποιήθηκε με την τεχνική της εκχύλισης στερεάς φάσης. Για την ποσοτικοποίηση των αναλυτών χρησιμοποιήθηκαν δευτεριωμένα πρότυπα ΠΑΥς. Η βελτιστοποίηση των συνθηκών φωτοϊοντισμού επιτεύχθηκε με τη χρήση ενώσεων που ενίσχυαν τον ιοντισμό των ΠΑΥς (dopants). Η μέθοδος που αναπτύχθηκε, επικυρώθηκε σύμφωνα με διεθνή πρότυπα μετά από διερεύνηση της γραμμικότητας, της ακρίβειας, της εκλεκτικότητας και της επαναληψιμότητας. Τα όρια ανίχνευσης των ΠΑΥς που επιτεύχθηκαν ήταν εξαιρετικά χαμηλά και η μέθοδος ικανοποιεί απόλυτα τις απαιτήσεις πρόσφατης Ευρωπαϊκής Οδηγίας (2008/105/ΕΚ) ως προς τα νέα χαμηλότερα όρια ανίχνευσης και ποσοτικοποίησης των ΠΑΥς σε επιφανειακά νερά. Η εφαρμοσιμότητα της μεθόδου πραγματοποιήθηκε σε πραγματικά δείγματα υδάτων (πόσιμα και επιφανειακά).