Analytical methods to study fate of organic pollutants in environment

Abstract

Environmental transport of pollutants comprises distinct processes such as volatilization, leaching and surface runoff. Sorption is one of the most important phenomena that affects leaching, and thus the fate of hydrophobic organic pollutants in soils and also control their distribution in the soil/water environment. The work developed focuses the optimization of analytical techniques for monitoring the sorption behaviour of organic pollutants, 17α- ethinylestradiol (EE2) and atrazine, and their fate in aqueous environment. Initially, the development of several analytical techniques, such as micellar electrokinetic chromatography, spectral deconvolution, using UV-Vis and fluorescence spectroscopy, and also enzyme linked immunosorbent assay was performed. Optimization, method performance and recovery tests are described and results discussed. Moreover, in order to evaluate the applicability of the previously optimized method, atrazine and EE2 sorption to soil samples was performed. The work developed provide several options, in terms of methodology to follow sorption of atrazine onto soils, however the choice depends on the laboratory conditions and on the analyst preferences. The advantages and disadvantages of each methodology should be evaluated first. The second part of this work consisted in the sorption behaviour study of those two different hydrophobic organic pollutants onto different soil samples. Soil organic matter chemical characterization, being essential to understand the binding mechanism responsible for the interactions, was made. The results of atrazine binding to organic matter pointed out that carboxyl units and aromaticrich organic matter are the most efficient binding agents for atrazine. EE2 adsorbs strongly to soil organic matter and is mainly stabilized by hydrophobic interactions, through aromatic nuclei face to face with surface and/or another EE2 molecule association. Farmyard manure soil contains higher aromatic and carboxyl units, indicating that this type of manure can be effectively used to minimize the residual toxicity of EE2 and atrazine present in soils, increasing the sorption and reducing leaching onto water resources. Since the final destination of organic pollutants can be ground, surface and/or waste water, atrazine and 17α-ethinylestradiol were quantified in several water samples.

O transporte de poluentes no ambiente envolve processos distintos, tais como a volatilização, a lixiviação e escoamento através dos solos atingindo águas superficiais. A adsorção e a dessorção são dos factores que mais influenciam a lixiviação, tendo assim um papel fundamental no destino dos poluentes orgânicos e na sua distribuição no sistema solo/água. O trabalho desenvolvido envolve a optimização de metodologias analíticas para a monitorização da sorção de poluentes orgânicos, 17α-etinilestradiol (EE2) e atrazina, e do seu destino no ambiente aquático. Inicialmente, foram desenvolvidas várias metodologias, baseadas na cromatografia micelar electrocinética, na desconvolução de espectros de absorvência e de fluorescência, e, ainda, em ensaios imunoenzimáticos. Neste trabalho, encontram-se também descritas as optimizações dos referidos métodos juntamente com a avaliação do seu desempenho. Avaliou-se ainda a aplicabilidade dos métodos desenvolvidos fazendo estudos de adsorção da atrazina e do EE2, a diferentes amostras de solos. O trabalho desenvolvido faculta assim várias opções, no que diz respeito a metodologias analíticas para monitorizar a adsorção da atrazina a solos, incrementado a liberdade de escolha, a qual será dependente das condições disponíveis no laboratório e das preferências do analista. Na segunda parte do trabalho faz-se o estudo do comportamento de sorção dos dois poluentes orgânicos em causa a diferentes amostras de solos. A caracterização química da matéria orgânica dos solos serve de base para a interpretação dos mecanismos de interacção responsáveis pelas ligações estabelecidas entre os poluentes e os constituintes do solo. No caso da atrazina, os resultados demonstraram que os grupos aromáticos e carboxílicos da matéria orgânica dos solos são os agentes de ligação mais eficientes. O EE2 liga-se fortemente à matéria orgânica e é essencialmente estabilizado por interacções hidrofóbicas através de associações face-a-face dos núcleos aromáticos do EE2 com os da superfície dos solos e/ou com os das outras moléculas de EE2. A fertilização com estrumes de animais introduz mais estruturas aromáticas e grupos carboxílicos, indicando que a sua utilização poderá minimizar a toxicidade residual do EE2 e da atrazina presente nos solos, através do aumento da sua adsorção e, consequentemente, redução da sua lixiviação. Uma vez que as águas residuais, superficiais e/ou subterrâneas podem ser o destino final dos poluentes orgânicos, foi ainda realizada a quantificação do EE2 e da atrazina em diversas amostras de diferentes ambientes aquáticos.