Rev. Fac. Agron. (LUZ). 1999, 16 Supl. 1: 196-205

Método de extracción líquido-sólido para el análisis de residuos de plaguicidas N-Metil carbamatos en aguas

Liquid-solid extraction method for the analysis of N-Methyl carbamates pesticide residues in water

Recibido el 28-04-1999 l Aceptado el 23-07-1999
1. Proyecto financiado por CONDES y CONICIT.
2. Dpto. de Química, Facultad de Agronomía, La Universidad del Zulia, Apdo.15205, e-mail: ibuscema@luz.ve, Maracaibo - Venezuela.

I. Buscema , G. Ettiene², D. Medina² y A. Prieto²

Resumen

Los plaguicidas Carbamatos son muy empleados en las actividades agrícolas y pecuarias, trayendo como consecuencia la contaminación de afluentes de aguas cercanos a estas áreas. Según concierne a los autores de este trabajo, en nuestro país no existen estudios acerca de métodos rápidos y económicos que permitan determinar y cuantificar la presencia de estos plaguicidas. Es por esto el interés de establecer un método que sea capaz de extraer con eficiencia un gran número de plaguicidas contenidos en muestras de agua. En este trabajo se empleó el carbón grafitado bajo diferentes condiciones para la extracción de residuos de 8 plaguicidas carbamatos en muestras de agua y su posterior análisis por cromatografía de gas capilar usando un detector selectivo nitrógeno-fosfóro. Los ensayos realizados permitieron establecer las condiciones adecuadas para la extracción de los plaguicidas en muestras de agua, la cual se describe como condición 6. Para esta condición los porcentajes de recuperación de los 8 plaguicidas se ubicaron entre 85 y 105 %, encontrándose dichos porcentajes de recuperación dentro del rango de eficiencia sugerido por la Environmental Protection Agency de los Estados Unidos para el análisis de plaguicidas en aguas.
Palabras clave: extracción líquido-sólido, carbón grafitado, plaguicidas, carbamatos.

Abstract

Introducción

La contaminación de aguas naturales por residuos de plaguicidas carbamatos, puede perturbar el balance de los sistemas ecológicos, lo cual plantea la necesidad de realizar análisis de residuos de plaguicidas en éste tipo de muestra. Estos análisis son reconocidos como complejos (12), por las diferentes propiedades físicas y químicas de los plaguicidas en el ambiente y la composición de la matriz de la muestra.

El uso de plaguicidas en zonas cercanas a cuerpos de agua, establece la necesidad de realizar análisis de estas sustancias a bajos niveles de concentración o por debajo de los establecidos por los organismos de protección ambiental (4).

Los plaguicidas carbamatos, constituyen uno de los grupos de plaguicidas más utilizados en la agricultura, tanto a nivel mundial como en Venezuela. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA, Environmental Protection Agency) ha reportado que el 80% de todos los casos por intoxicación con plaguicidas son debidos al grupo de los carbamatos y organofosforados (16).

Existen varios métodos para la extracción líquido - líquido de plaguicidas en muestras de aguas, (9, 13) sin embargo las extracciones en fase sólida (1, 5, 9, 10) se han convertido en los últimos años en un método mas eficiente, ya que reduce el tiempo de análisis obteniéndose recuperaciones superiores a las extracciones líquido - líquido.

El propósito del presente trabajo fue lograr las condiciones adecuadas para la separación cromatográfica en fase gaseosa de 8 plaguicidas carbamatos y optimizar una metodología de extracción líquido - sólido de los plaguicidas en muestras de aguas naturales usando cartuchos de carbón grafitado.

Materiales y métodos

Plaguicidas de alta pureza (Dr. Ehrenstorfer Gmbh, Alemania), se emplearon para preparar las soluciones madre de 1000 y 2000 µg/mL de Aldicarb, Propham, Propoxur, Chlorpropham, Bendiocarb, Carbofuran, Pirimicarb y Carbaryl en acetato de etilo grado HPLC (J.T. Baker). Las soluciones patrón empleadas en la calibración se prepararon por dilución a partir de las soluciones madre en acetato de etilo y las soluciones empleadas para el salpicado se prepararon en metanol grado HPLC (J.T. Baker). Se empleó trifenílfosfato sólido (Riedel de Haën) al 99 % de pureza como estándar interno. Se preparó una solución madre de 1000 µg/mL en acetato de etilo.

Para la optimización de la separación cromatográfica de los 8 plaguicidas carbamatos y el estándar interno (E.I.), se prepararon soluciones patrón de los plaguicidas y del E.I. Trifenílfosfato en el intervalo de 0,1 - 5,0 µg/mL; se procedió a realizar inyecciones individuales de 1,0 ml, con diferentes condiciones de operación del equipo cromatográfico, empleando isotermas y rampas de calentamiento, con el fin de lograr una óptima separación de los analitos y los tiempos de retención de cada uno de estos, para su identificación. La cuantificación se realizó por el método del estándar interno. Las curvas de calibración se obtuvieron por inyección de soluciones patrón de cada plaguicida y el estándar interno.

Se utilizó un cromatógrafo de gases, Auto System Perkin-Elmer, equipado con un detector termoiónico (nitrógeno - fósforo), un muestreador automático Perkin-Elmer (14), un inyector de válvula usado en modo splitless, una columna capilar de 30 m x 0,53 mm ID x 1,2 mm de espesor de película de 5% fenil 95% metil silicona (AT-5 Alltech), el registro de los cromatogramas y la integración del área de los picos se realizó en una computadora personal, equipada con un software Nelson 2600 (Manual de Instrucciones del Sistema de Integración 2600, Perkin-Elmer Hispania S.A., Departamento de Asistencia al Usuario, Grupo de Soporte y Aplicaciones).

Los gases empleados en el análisis cromatográfico fueron He, H2 y aire sintético y en el procedimiento de extracción N2 (todos de alta pureza, suministrados por AGA de Venezuela).

En el procedimiento de extracción se emplearon cartuchos conteniendo 250 y 400 mg de carbón grafitado (Envicarb, SUPELCO), sobre un soporte conectado a una bomba de vacío (GAST).

El acondicionamiento del cartucho de carbón grafitado, en todos los casos, se realizó con 5,0 mL de mezcla acetato de etilo/acetona (80:20), 1,0 mL de acetona grado HPLC (Fisher) y 14 mL de ácido acético al 2 % v/v (ácido acético glacial grado análisis, Fisher).

Para la optimización de la extracción líquido - sólido de los plaguicidas Carbamatos, se dispuso de muestras de agua desionizada, destilada, potable y de río. En estos ensayos se experimentaron extracciones bajo seis condiciones diferentes (cuadro 1), se emplearon diversos volúmenes de muestras de agua, salpicada con una mezcla metanólica de los 8 plaguicidas a niveles entre 10,0 y 20,0 µg/l. Las muestras (agua destilada, potable y de río) fueron filtradas utilizando filtros de membrana de celulosa de 0,45 µm de poro y 47 mm de diámetro (Whatman) con la finalidad de eliminar cualquier particulado proveniente de la muestra; se adicionó NaCl, se agitó por un minuto y se pasó a través del cartucho a diferentes flujos (cuadro 1), previamente acondicionado. Luego el cartucho se secó al vacío durante 20 min.

Los plaguicidas retenidos en el cartucho se eluyeron empleando dos formas de elución: 1) Cartucho en Posición Normal y 2) Cartucho en Posición Normal e Invertida (cuadro 1); con porciones de acetona y porciones de la mezcla acetato de etilo/acetona (80:20), los extractos se recogieron en tubos de ensayo conteniendo aproximadamente 1 g de Na2SO4 anhidro. Los extractos se evaporaron bajo una corriente de N2 en un baño a 35 °C hasta un volumen final de 1,0 mL. Estos extractos se transfirieron a un vial, donde se le salpicó el estándar interno Trifenílfosfato (TPP) y se inyectó un volumen de 1,0 µL en el Cromatógrafo de gas.

La eficiencia de la metodología de extracción se evaluó calculando los porcentajes de recuperación de cada plaguicida con la siguiente expresión:

Separación Cromatográfica.

Se realizaron ensayos a diferentes temperaturas en condiciones isotérmicas con la columna capilar utilizada, sin lograrse buenas separaciones de los 8 plaguicidas Carbamatos. Sin embargo, el empleo de un programa de calentamiento del horno, que se presenta en el (cuadro 2) aunado a las demás condiciones, permitió obtener una adecuada separación cromatográfica.

La columna mostró buenas separaciones y áreas de picos bien definidas, los tiempos de retención permitieron diferenciar un componente de otro. No se observaron solapamientos. El tiempo total de la corrida cromatográfica fue de 30 min.

La fase estacionaria (5% fenil 95% metilsilicona) es una fase no polar, lo que se comprueba con la rápida elución de los plaguicidas polares y la tardía elución de los plaguicidas menos polares (cuadro 3).

Optimización de la metodología de extracción con carbón grafitado. Los resultados obtenidos bajo la condición 1 descrita en la parte experimental, muestra recuperaciones entre 47 y 87%, para los plaguicidas Propham (74%), Chlorpropham (70%), Carbofuran (87%) y Carbaryl (84%). El resto de los carbamatos no se ubicaron dentro del intervalo optimo de recuperación sugerido por la EPA (1) (entre 70 y 130%). La baja recuperación para Aldicarb (47%), Propoxur (48%), Bendiocarb (63%) y Pirimicarb (56%) puede deberse, probablemente a la cantidad de muestra que atraviesa el cartucho durante la extracción, lo que contribuye a eluir algunos analitos (9, 11, 15).

Cuadro 1. Condiciones de Extracción de los plaguicidas carbamatos.

* Forma de elución, la misma que en la condición 1.

Cuadro 2. Condiciones instrumentales óptimas de la Cromatografía Gaseosa.

En la siguiente etapa del desarrollo de la metodología de extracción se procedió a incrementar la cantidad de NaCl a 10 g y se realizaron extracciones a tres flujos distintos 85, 20 y 5 mL/min., los ensayos realizados bajo la condición 2 de extracción, permitieron obtener recuperaciones adecuadas para Bendiocarb (108,5%), Carbofuran (71,18%) y Carbaryl (116%); cuando se realizó el ensayo de extracción a un flujo de 85 mL/min.

Cuadro 3. Tiempos de retención y factores de respuestas relativos a Trifenílfosfato empleando el detector termoiónico (NPD).

Intervalo de concentración 0,1 - 5,0 µg/mL, n = 10

El ensayo de extracción que se realizó a un flujo de 20 mL/min., muestra que los plaguicidas carbamatos que presentaron óptimas recuperaciones son Bendiocarb (105%) y Carbofuran (82,72%), el resto de los carbamatos no se recuperaron, probablemente debido a su elución con el paso de la muestra (3, 9, 11, 15).

Para la extracción a 5 mL/min., son recuperados eficientemente los plaguicidas carbamatos Propham (73,19%), Propoxur (104%), Bendiocarb (115%), Carbofuran (110%) y Carbaryl (76%).

Con la condición 3; a un flujo de 20 mL/min., la mayoría de los carbamatos no se recuperó eficientemente (por debajo de 39%), lo cual indica que a este flujo no es adecuada la extracción de los plaguicidas. Una de las posibles razones que puedan explicar la no-recuperación de los plaguicidas podría estar relacionada con su polaridad y el flujo de extracción, ya que en este caso los plaguicidas estarían menos tiempo en contacto con el sólido para que ocurra la adsorción de estos.

A un flujo de 5 mL/min. se recuperan sólo 3 de los 8 plaguicidas, Bendiocarb (92,67%), Carbofuran (84,57%) y Carbaryl (104,0%). Cuando se ejecuta la extracción a este flujo se puede notar que un mayor número de plaguicidas es recuperado, ya que el tiempo de estadía de estos por la fase sólida es mayor, en comparación a cuando se realiza a un flujo de 20 mL/min.

Con el fin de maximizar la eficiencia de recuperación obtenida, se redujo el volumen de muestra como se describe en condición 4 de extracción. Los porcentajes de recuperación a un flujo de 85 mL/min. no son satisfactorios ya que ninguno de los analitos se recuperó eficientemente, lográndose el mayor valor de recuperación para Carbaryl (60,41%).

Cuando se realizó la extracción a un flujo de 20 mL/min se observa que los porcentajes de recuperación estuvieron entre 18,57 y 125,0% y sólo se recuperan eficientemente Bendiocarb (86,0%) y Carbaryl (125,0%).

En ambos casos cuando se experimenta la extracción de los plaguicidas a flujos de 85 y 20 mL/min. la eficiencia es pobre. Esto pudiese estar asociado al flujo de extracción, ya que como algunos plaguicidas son polares, la fase sólida con la que se extrae compite en la adsorción de estos compuestos junto con la muestra (7, 4, 11, 15).

Cuando la extracción se realizó a un flujo de 5 mL/min. se observó que los porcentajes de recuperación variaron entre 80,97 y 128,0% lográndose eficientes recuperaciones para los 8 carbamatos, Aldicarb (91,36%), Propham (83,96%), Propoxur (98,12%), Chlorpropham (81,96%), Bendiocarb (90,7%), Carbofuran (86,88%), Pirimicarb (80,97%) y Carbaryl (128,0%).

Para estudiar el efecto de adsorción de los plaguicidas en la fase sólida, se empacaron cartuchos con 400 mg de carbón grafitado (condición 5). Las recuperaciones fueron eficientes para 7 de 8 plaguicidas flujos de 5 y 50 mL/min, recuperándose satisfactoriamente Aldicarb (77,0%), Propham (76,0%), Propoxur (74,0%), Chlorpropham (85,0%), Bendiocarb (93,0%), Carbofuran (97,0%) y Pirimicarb (90,0%) a 5 mL/min.

A un flujo de 50 mL/min., se observa que igualmente se recuperan 7 de los 8 carbamatos, Aldicarb (91,0%), Propham (76,0%), Propoxur (89,0%), Chlorpropham (85,0%), Bendiocarb (105,0%), Carbofuran (98,0%) y Pirimicarb (80,0%).

Con el propósito de incrementar la eficiencia de extracción del cartucho de carbón grafitado (250 mg), se procedió a ensayar la separación de los plaguicidas carbamatos en muestras de aguas, tal como se describe en la condición 6. Se modificó la etapa de elución invirtiendo la posición del cartucho de carbón grafitado. (7, 8, 2).

En este ensayo se recuperaron eficientemente los 8 carbamatos, obteniéndose recuperaciones dentro del rango de eficiencia de la EPA; Aldicarb (110,0%), Propham (90,0%), Propoxur (85,0%), Chlorpropham (98,0%), Bendiocarb (91,0%), Carbofuran (105,0%) y Carbaryl (88,0%). Los resultados obtenidos con este ensayo permitieron recuperar eficientemente un mayor número de plaguicidas en comparación con los anteriormente discutidos (figura 1).

Resultados similares obtienen Crescenzi et al. (2), empleando esta modalidad de elución: Aldicarb (96,0%), Carbaryl (97,0%), Pirimicarb (95,0%), Propham (95,0%) y Propoxur (95,0%), y Di Corcia et al. (8), con Aldicarb (92,0%).

Figura 1. Eficiencia en la recuperación de plaguicidas carbamatos utilizando cartuchos de 250 mg de Carbopack. Flujo 5 mL/min, 100 mL H₂O y 5 g NaCl, cartucho invertido (condición 6).

Conclusiones

En función de los resultados obtenidos para cada condición ensayada, se seleccionó como mejor condición de extracción, la descrita como condición 6 (elución con cartucho invertido), por permitir una mayor eficiencia en la extracción de los 8 carbamatos estudiados dentro de un intervalo óptimo de porcentaje de recuperación de 85 y 105% con coeficientes de variación entre 1,66 y 8,25% respectivamente.

Agradecimientos

Al Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICIT) por el financiamiento para la adquisición del Cromatógrafo de Gas y al Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico de L.U.Z (CONDES) por el financiamiento del proyecto No. 1096-94.

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