Determinación de herbicidas derivados de la urea en aguas y vegetales

Abstract

La Legislación de la Unión Europea establece límites muy rigurosos para la presencia de residuos de herbicidas derivados de la urea en aguas y en alimentos. Muchos de estos herbicidas son termolábiles y se descomponen durante el análisis por cromatografía de gases (CG), si bien se pueden determinar de manera indirecta a partir de los productos de degradación.<br/><br/>El presente trabajo se propone como objetivos; estudiar el comportamiento de herbicidas derivados de la urea en CG con columnas capilares, evaluar su cuantificación en base a sus productos de degradación térmica, poner a punto un nuevo método de análisis en aguas y vegetales basado en la MEFS y la determinación por CG y aplicarlo al análisis de muestras reales.<br/><br/>Para la consecución de los objetivos, se realizó un estudio bibliográfico de las propiedades físico-químicas y de las técnicas de extracción y de determinación, un estudio de los factores que influyen en el análisis por CG y en la MEFS desde matrices acuosas, se calcularon experimentalmente las constantes de distribución aparentes fibra/agua que rigen la MEFS y se aplicó la MEFS al análisis de residuos en aguas naturales y en muestras de vegetales.<br/><br/>De los ensayos realizados se obtuvieron las siguientes conclusiones: Los herbicidas derivados de la urea se pueden determinar por CG con detectores de nitrógeno-fósforo, captura electrónica y espectrometría de masas a partir de sus productos de degradación térmica, formados en el inyector con buena sensibilidad y reproducibilidad.<br/><br/>La temperatura del inyector es el factor más importante de todos los que influyen en la degradación térmica. La inyección a 300ºC facilita la degradación completa y reproducible de los herbicidas estudiados antes de su interacción con la fase estacionaria de la columna, por lo que es la temperatura elegida para llevar a cabo el resto de los análisis. El disolvente empleado en la inyección de fenilureas es muy importante, así se forman los ésteres carbámicos análogos con metanol y etanol y los isocianatos análogos con acetonitrilo, diclorometano y acetato de etilo mientras que metabenzotiazuron forma un benzotiazol, clorsulfuron una triazina y una fenilsulfonamida con independencia del disolvente empleado.<br/><br/>La extracción en fase sólida con discos de octilsílice y posterior análisis de los extractos por cromatografía de gases permite la detección de los herbicidas seleccionados en aguas a concentraciones inferiores a 0'1 mg/L con recuperaciones speriores al 87%.<br/>La fibra de poliacrilato muestra mejor eficacia que las de polidimetilsiloxano para la extracción de los herbicidas permitiendo con un tiempo de extracción razonable (60min) alcanzar límites de detección inferiores a 0'1 mg/L.<br/>La MEFS con fibra de poliacrilato seguidas de CG permiten el análisis de los herbicidas seleccionados en aguas a concentraciones inferiores a 0'1 mg/L. En la MEFS, el aumento de la fuerza iónica y la dilución de la muestra disminuyen las interferencias de los ácidos húmicos en aguas y la de las partículas sólidas de origen vegetal en hortalizas, proporcionando límites de detección inferiores a los Límites Máximos de Residuos legislados para cebollas, patatas y zanahorias.<br/>La MEFS acoplada con la cromatografía de gases permite el análisis de ureas herbicidas en muestras de hortalizas a concentraciones muy por debajo de las exigidas en los Límites Máximos de Residuos Legislados. Una doble extracción realizada a pH 4 y a pH 11, es suficiente para conocer por separado los residuos que proceden de fenilureas herbicidas y los residuos de anilinas que son sus metabolitos<br/>La MEFS acoplada con CG no emplea disolventes y permite realizar la extracción desde muestras acuosas y la determinación de manera automática. Su aplicación en alimentos con alto contenido en agua, abre muchas posibilidades de futuro en el campo del análisis de residuos de plaguicidas en alimentos.

Substituted ureas are an important group of pesticides that are used as herbicides (phenylureas and sulfonylureas) and insecticides (benzoylureas). Phenylurea herbicides (PUHs) are largely used in field applications for pre- and post-emergence weed control in a variety of crops. The main groups of phenylurea herbicides are the N-phenyl-N',N'-dialkylureas, N-phenyl-N'-methoxyureas and compounds containing a heterocyclic group. More recently a group of sulfonylurea herbicides (SUHs) has been developed. <br/>Multiresidue and single residue methods generally consist of the same basic steps, but multiresidue methods allow the determination of a large number of pesticides in a single analysis, reducing thus time and cost of analysis. The Maximum Admissible Concentration (MAC) of pesticides in drinking water, defined by European Community Directive as 0.1 mg L-1 for individual pesticides and 0.5 mg L-1 for the sum of pesticides posed certain demands to the analytical methods for pesticide residue determination. <br/>Gas chromatographic conditions for determining eight phenylurea æchlortoluron, diuron, fluometuron, isoproturon, linuron, metabenzthiazuron, metobromuron and monuronæ and one sulfonylurea æchlorsulfuronæ herbicides were assessed. Degradation products of herbicides formed in the injector were used for identification. Most phenylureas formed their respective carbamic acid methyl esters, metabenzthiazuron formed an aminobenzothiazol and chlorsulfuron formed an aminotriazine plus a phenylsulfonamide.<br/>On-column injections of standards at different temperatures (from -30ºC to 400ºC) using columns with four stationary phases (BPX70, BPX35, BP10 and BPX5) were evaluated to identify the best chromatographic behaviour. The best suited column was BP10-30m. The effect of other factors such as injection mode, injector design, sample volume and the solvent used were also investigated. Instrument detection limits (IDLs) ranged from 0.05 ng for chlorsulfuron to 3 ng for monuron with the NPD and, from 0.01 ng for chlorsulfuron to 5 ng for metabenzthiazuron with the ECD. The RSDs (n=4) were lower than 4% at the 12-25 ng level. <br/>The method was applied to analyse surface waters extracted with C18 Empore disks with recoveries higher than 85%. Down to 0.1 mg·L-1 of each herbicide could be determined. Chlortoluron was found (11.4 mg·L-1) in a water sample and its presence was confirmed by gas chromatography-mass spectrometry.<br/>Degradation products of chlorsulfuron, chlortoluron, diuron, fluometuron, isoproturon, linuron, metabenzthiazuron, metobromuron, and monuron formed in the gas chromatographic injector were used for identification of their respective herbicide. The spectra of the derived compounds were obtained with a quadrupole mass spectrometric detector working in scan mode (20-450 amu). The solvent used for phenylurea herbicide injection (ethanol, methanol, dichloromethane, and acetonitrile) had influence on the generated compounds. When methanol and ethanol were used as solvents, the major products formed from phenylureas were carbamic acid esters. When acetonitrile or dichloromethane were used, the main derivatives were phenylisocyanates. However, chlorsulfuron and metabenzthiazuron generated a triazine plus a phenylsulfonamide and a benzothiazolamine respectively regardless of the assayed solvent. Linuron and diuron showed the same behaviour and gave degradation products with the same mass spectra. The thermal reactions occurred instantaneously in the injector block favoured by the high selected temperature (300ºC).<br/>The derived compounds from urea herbicides can be determined using a BP10-30m column and a Selected Ion Registering (SIR) program based on two to three m/z ions as a way to sensitively detect the presence of urea herbicides in environmental extracts. With standards in methanol the instrumental detection limits ranged from 0.1 pg for chlorsulfuron (detected as 2-chlorobenzensulfonamide) to 1 pg for monuron and metobromuron (both detected as their analogous carbamic acid methyl esters). The RSD were below 9 % at the 5 ng·L-1 level. The response was linear (r > 0.9986) within the 5 ng·L-1 to 25 mg·L-1 range. The unequivocal identification of some phenylurea herbicides was not always possible because some herbicides having analogous structures such as diuron and linuron gave the same derivative.<br/>Under the proposed conditions matrix effects were low enough to permit calibration with samples proceeding from ecological (non-pesticide treated) crops. Twelve commercial samples of each carrots, onions and potatoes were analyzed and only three samples of potatoes contained residues of linuron at levels below MRL.