SPERIMENTAZIONE DI METODICHE ANALITICHE PER LA DETERMINAZIONE DI COMPOSTI ORGANOSTANNICI IN MATRICI AMBIENTALI

A cura di: Dott. Marco Bernardello Tratto da:

BERNARDELLO M., M. FORMALEWICZ, D. BERTO, M. GIANI, E. CENTANNI, B. PAVONI, 2006 - Analisi di composti organostannici: confronto tra metodiche analitiche. XXII congresso della Società Chimica Italiana, Firenze, 10-15 settembre 2006. Abstract pubblicato in: Atti del Congresso, p. 67. <http://www.sci2006.unifi .it/varie/congresso_sci_atti.pdf>.

BERNARDELLO M., E. CENTANNI., D. BERTO, R. BOSCOLO, M. GIANI, B. PAVONI, 2006 - Contaminazione da composti organostannici nel gasteropode Nassarius reticulatus nella Laguna di Venezia (Nord Adriatico). XXII Congresso Nazionale della Società Chimica Italiana. Firenze, 10–15 settembre 2006. Atti del Congresso, p. 50. <http://www.sci2006.unifi .it/varie/congresso_sci_atti.pdf> BERNARDELLO M., E. CENTANNI, S. NOVENTA, D. BERTO, M. FORMALEWICZ, M. GIANI, B. PAVONI, 2007 - Metodiche per la determinazione di composti organostannici: applicazione al mollusco bioindicatore Nassarius nitidus nella Laguna di Venezia. X Congresso nazionale di chimica dell’ambiente e dei beni culturali: “conoscenza e creatività”,11-15 giugno 2007, Acaya (Lecce). Atti del Congresso, p. 43. <http://www.socchimdabc.it/fi les/libri/ATTIXCongressoNazionale.pdf>.

BERNARDELLO M., D. BERTO, E. CENTANNI, M. FORMALEWICZ, M. GIANI, S. NOVENTA, B. PAVONI, 2008 - Analysis of organotin compounds in biological matrices by GC-MS: comparison of two derivatization procedures. 35th International Symposium on Environmental Analytical Chemistry (ISEAC35) of the International Association of Environmental Analytical Chemistry (IAEAC). Gdansk, Poland, June 22–26, 2008. Abstract in: Book of Abstracts, Gdansk University of Technology, Gdansk, 2008, p. 59. ISBN 978-83-925754-4-3. <http://www.pg.gda.pl/chem/iaeac/book_of_abstracts.pdf>.

BERNARDELLO M., 2009. Studio sulla distribuzione e sull’impatto di inquinanti nell’ambiente marino. Tesi di Dottorato di Ricerca in Scienze Ambientali. Università Ca’ Foscari di Venezia.

Collaboratori: Dott. Marco Bernardello, Dott.ssa Małgorzata Formalewicz, Dott.ssa Daniela Berto, Dott. Michele Giani, Dott.ssa Rossella Boscolo

L’evoluzione degli standard di qualità ambientali (OSPAR, 2004; UE, 2008) e la necessità di rilevare livelli di concentrazione sempre inferiori nel monitoraggio ambientale dei composti composti butilstannici (BT) richiedono un’aggiornamento continuo delle metodiche analitiche. Esse devono poter caratterizzare la speciazione completa dei BT (tributilstagno - TBT, dibutilstagno - DBT e monobutilstagno - MBT) nelle matrici indagate, ai fi ni della comprensione delle dinamiche spaziali e temporali di questi inquinanti nell’ambiente marino. Per tutte le matrici ambientali (acque, sedimenti, organismi) sono necessarie un’elevata selettività in ampi intervalli di concentrazione (fattore ~104) e sensibilità adeguate a determinare rapporti di concentrazione in peso dell’ordine di 10-9 in solidi e 10-12 in acque. Le metodiche descritte

in letteratura richiedono generalmente lunghe procedure di preparazione dei campioni prima dell’analisi strumentale. La necessità di separare quantitativamente gli analiti dalla matrice, eliminando le sostanze inteferenti, e di concentrare gli analiti per consentirne la rivelazione, porta a moltiplicare la complessità e il numero dei passaggi, aumentando quindi le potenziali fonti di errore (perdite, degradazione, contaminazioni). La determinazione strumentale viene effettuata comunemente mediante una tecnica di separazione cromatografi ca (GC, HPLC) accoppiata a un rivelatore sensibile e selettivo. I metodi GC consentono un’ottima risoluzione degli analiti ma richiedono la derivatizzazione degli analiti, un passaggio critico che viene effettuato generalmente per conversione a idruri o per alchilazione con reattivi di Grignard o sodio tetraetilborato (Morabito et al., 1995). Nell’analisi di acque, i limiti di rilevabilità sono spesso condizionati da problemi di contaminazione del campione nel trattamento (Michel e Averty, 1999; Kurihara et al., 2007). Le matrici solide (sedimenti e tessuti organici) presentano diffi coltà analitiche dovute alla complessità della composizione e alle più intense interazioni con gli analiti, che possono comportare in particolare recuperi non quantitativi nella fase di estrazione e interferenze nella determinazione a causa delle sostanze coestratte (Abalos et al., 1997; Smedes et al, 2000). La complessità dell’analisi dei BT in campioni ambientali rende evidente l’importanza di sottoporre le metodiche analitiche a validazione, e di valutarne regolarmente le prestazioni mediante strumenti di assicurazione e controllo della qualità, esaminandone selettività, sensibilità, precisione e accuratezza (materiali di riferimento certifi cati, partecipazione a circuiti interlaboratorio).

Presso i laboratori della sede ICRAM di Chioggia è stato condotto nel tempo un lavoro sperimentale di sviluppo e di ottimizzazione di metodiche analitiche per determinare TBT, DBT e MBT nelle varie matrici ambientali (acque, sedimenti, biota), con l’obiettivo di ottenere metodiche di selettività e sensibilità adeguate, secondo più linee (Boscolo et al., 2004; Berto et al., 2007; Bernardello, 2009):

• determinare la speciazione completa dei composti butilstannici nei campioni;

• individuare i punti critici nelle procedure di preparazione del campione e ottimizzare i relativi passaggi, in particolare la derivatizzazione;

• ottimizzare e sviluppare le metodiche strumentali mediante GC- MS2;

• defi nire protocolli analitici adeguati per ogni matrice (sedimenti, organismi e acque);

• valutare le prestazioni analitiche delle metodiche in termini di precisione, accuratezza, riferibilità, selettività e sensibilità;

• esaminare l’affi dabilità delle metodiche durante l’attività analitica di routine applicandole a campioni ambientali.

L’individuazione della derivatizzazione come un punto critico ha portato in particolare a confrontare due reazioni di alchilazione con reattivi di Grignard (metilazione e pentilazione). Sono state così ottimizzate e validate due metodiche basate sulla metilazione per campioni di sedimenti e di organismi (metodica 1) e di acque (metodica 2), e una metodica con pentilazione per campioni di organismi (metodica 3).

In breve, le metodiche sperimentate consistono in una serie di fasi sequenziali: estrazione, derivatizzazione con reattivi di Grignard, purifi cazione e determinazione mediante GC-MS (MS2), schematizzate in Figura 2.1.1. Per la determinazione strumentale è stata impiegato un gascromatografo accoppiato a uno spettrometro di massa a trappola ionica quadrupolare (GC-ITMS) (Thermo TRACE GC – PolarisQ), confrontando gli spettri di massa in Full Scan e in MS2. Per la quantifi cazione è stato utilizzato il metodo dello standard interno (SI), costruendo curve di calibrazione per ogni analita. Le soluzioni calibranti dei derivati metilati e pentilati degli analiti sono state sintetizzate in laboratorio a partire dai rispettivi cloruri butilstannici. In letteratura sono stati pubblicati pochi esempi di applicazione della tecnica MS2 ai composti organostannici (Tsunoi et al., 2002 - pentilazione; Carvahlo et al., 2007 - etilazione), nessuno dei quali per derivati metilati. Grazie alla specifi cità delle transizioni ione precursore - ione prodotto, l’impiego della tecnica MS2 ha consentito di aumentare la selettività e la sensibilità delle metodiche, riducendo le interferenze dovute alle matrici complesse analizzate e aumentando il rapporto S/N. Le prestazioni delle metodiche sono state testate con l’analisi di materiali di riferimento certifi cati (MRC: ERM 477-CE mussel

tissue; BCR 462 estuarine sediment; BCR 646 freshwater sediment1) per verifi care la riferibilità del processo di misura. Sono state valutate la precisione in condizioni di ripetibilità e riproducibilità, l’accuratezza in termini di recupero rispetto ai valori certifi cati, la selettività e la sensibilità (limiti di rilevabilità e 1 MRC prodotti da: Institute for Reference Materials and Measurements (European Commission -DG JRC - IRMM, Geel, BE)

di quantifi cazione). Per la matrice acque, in assenza di MRC, sono state condotte prove su campioni fortifi cati con gli analiti a diverse concentrazioni. I dati ottenuti nelle fasi di sviluppo dei metodi e durante l’applicazione all’analisi routinaria di campioni ambientali hanno consentito di tracciare un bilancio delle prestazioni delle metodiche messe a punto, evidenziandone i punti di forza e i punti critici. La valutazione dell’accuratezza ha fornito buoni risultati per tutti gli analiti con le tre metodiche sviluppate. I dati ottenuti in condizioni di ripetibilità e di riproducibilità indicano inoltre una buona precisione dei metodi, in linea con le metodiche più comunemente descritte nella letteratura scientifi ca. Lo studio della fase di derivatizzazione con reattivi di Grignard è stato approfondito in collaborazione con il Dipartimento di Scienze Ambientali dell’Università Ca’Foscari di Venezia, anche mediante un confronto interlaboratorio su campioni di biota (Nassarius nitidus) tra la metodica 1 e una metodica basata su pentilazione e GC-MS (SIM) (Pavoni et al., 2007). Il confronto dei due derivatizzanti utilizzati (bromuro di pentilmagnesio e bromuro di metilmagnesio) ha mostrato un andamento dei recuperi su MRC che rifl ette la volatilità dei composti derivatizzati, con recuperi decrescenti all’aumentare della volatilità del derivato; ciò conferma che i derivati metilati sono più esposti a eventuali perdite per evaporazione durante la preparazione dei campioni.

Figura 2.1.1. Schema delle metodiche analitiche sviluppate.

Il controllo delle condizioni di evaporazione e del volume fi nale dell’estratto è quindi un fattore cruciale per evitare perdite degli analiti metilati (De la Calle-Guntiñas et al., 1997); sotto questo profi lo, la pentilazione fornisce metodiche più robuste. L’impiego dell’evaporazione controllata sotto fl usso di azoto a basse temperature ha consentito di ottenere buoni risultati in termini di recupero e di precisione anche nelle procedure preparative messe a punto per la metilazione (metodiche 1 e 2). Un altro aspetto

critico è legato all’introduzione di contaminazione nei campioni durante la procedura preparativa, che porta a un innalzamento sistematico dei bianchi di procedura e dei limiti di quantifi cazione. La fonte principale è stata identifi cata nella presenza di analiti nei reattivi di Grignard commerciali impiegati, più volte riportata in letteratura per i bromuri di pentilmagnesio (Pannier et al., 1996; Morabito et al., 1995). I risultati delle prove su vari prodotti hanno evidenziato una contaminazione generalmente inferiore negli alogenuri di metilmagnesio, che risultano quindi preferibili per l’analisi di campioni con basse concentrazioni degli analiti, in particolare per le acque. È comunque fondamentale tenere sotto controllo eventuali contaminazioni nell’impiego di routine delle metodiche, inserendo regolarmente bianchi di procedura nelle serie analitiche di campioni.

Conclusioni Sono stati sviluppati e ottimizzati metodi analitici selettivi e sensibili per la determinazione dei

composti butilstannici (TBT, DBT e MBT) nelle matrici ambientali (acque, sedimenti e biota), valutandone le prestazioni in termini di sensibilità, selettività, precisione e accuratezza, durante la fase di validazione e in condizioni analitiche di routine. Il lavoro sperimentale sulle metodiche analitiche ha dato buoni risultati in termini di affi dabilità delle procedure di preparazione del campione e di sviluppo di metodi strumentali (GC-MS2) per aumentare la sensibilità e la selettività della determinazione. Il confronto tra reattivi alchilanti (alogenuri di metilmagnesio e di pentilmagnesio) ha confermato l’affi dabilità della derivatizzazione con reattivi di Grignard anche in matrici complesse, evidenziando come punti critici la necessità di prevenire perdite per evaporazione durante le fasi preparative e il controllo dei livelli di contaminazione dei reattivi. In particolare, la contaminazione introdotta durante la preparazione del campione può costituire il principale fattore limitante nella sensibilità del metodo. Le metodiche sperimentate sono risultate complessivamente applicabili con successo all’analisi di routine di BT in campioni ambientali.

2.1.3 DETERMINAZIONE DI COMPOSTI BUTILSTANNICI IN MATRICI AMBIENTALI: