Estudi de plastificants en mostres d’aigua i begudes

Abstract

Els plastificants són additius o monòmers dels plàstics que s'empren durant la fabricació d'aquests per modificar propietats fisicoquímiques. Poden arribar al medi ambient a partir de focus industrials, ja que són produïts en grans quantitats, així com per l'ús quotidià dels plàstics i abocaments d'aigües residuals. A part, degut que s'utilitzen en envasos alimentaris, poden migrar d'aquests als aliments que hi estan en contacte.

El riu Besòs es va monitoritzar per tal de determinar el nivell de plastificants, degut que és un dels rius amb més impacte antropogènic a Barcelona, i es van detectar el DEHP, NP, DBP, BPA, OP i BP. Per tal de determinar el risc ambiental dels nivells detectats, es va estudiar l'ecotoxicitat utilitzant la D. magna i calculant les LC(50) per a cada plastificant, que juntament amb els nivells detectats, es va determinar que el DEHP i el NP van produir riscos significatius, amb valors superiors a 10 en alguns casos (a partir de 1 ja es considera risc). Es va monitoritzar el riu Llobregat a l'entrada i sortida d'una potabilitzadora i es van detectar en el riu el DEHP, BPA, DBP, NP, BP i OP, de major a menor concentració, a un màxim de 3000 ng L-1, mentre que a la sortida, la concentració de tots els compostos va disminuir: el BPA, OP i BP es van eliminar de forma completa, mentre que pel DEHP el DBP i el NP, les eliminacions van ser al voltant del 80%. L'eliminació es deu a l'eficàcia dels tractaments que s'apliquen a les aigües, com pot ser la cloració, l'exposició a llum UV i l'osmosi inversa, capaç d'interaccionar amb els analits i degradar-los.

El BPA es va escollir per realitzar un estudi de fotodegradació i es van calcular les cinètiques de degradació en aigua de milli-Q, aigua de riu i aigua amb àcids húmics a 5 ppm, mostrant que la presència de matèria orgànica podia augmentar el temps de vida mitjana del BPA. Mitjançant la tècnica LC-HRMS es van identificar 5 fotoproductes, els quals es van aplicar a un estudi toxicològic en D. magna, sent lleugerament més tòxics que el propi BPA.

Finalment, es va monitoritzar la presència de plastificants en begudes refrescants. Es van analitzar 50 mostres de diferents begudes refrescants i envasos i es van detectar NP, BPA i BP en un 50, 22 i 20% de les mostres, respectivament, a una concentració màxima de 7000 micrograms L-1. Els nivells detectats en les mostres es van comparar amb els valors legislats de TDI, els quals van estar molt per sota i no van suposar cap perill per la salut. També es van calcular les LC(50) dels compostos utilitzant cèl·lules humanes, mostrant que les cadenes alquíliques de major longitud, presenten major toxicitat. Els resultats obtinguts mostren que els plastificants es troben de forma ubiqua al medi ambient i els rius analitzats, on algunes concentracions arriben a superar els màxims legislats per la Unió Europea. Per altra banda, en el cas d’aigua de riu que s’utilitza pel consum humà, després de tractaments de purificació, van aconseguir eliminar la presència d’aquests compostos. En el cas de les begudes, el propi envàs pot ser causant de la presència de plastificants a través de la migració. Aquests compostos, degut al seu elevat ús i descàrrega continuada al medi ambient i a les seves propietats i efectes, han de ser avaluats de forma extensa per assegurar que no suposen un risc ni pel medi ambient ni per la salut humana.

Plasticizers are a group of substances added to plastics to modify their physical properties and have been used for a long period of time in the industry. The aim of this thesis was to develop an ultra high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry method for the analysis of 21 plastic monomers and plasticizers and to evaluate their presence in river waters, drinking water and in beverages.

Plasticizers and bisfenol A were monitored along the Besós river waters (Catalonia, Spain) in 3 periods. Concentration levels and Lethal Concentrations (LC50) measured with Daphnia magna as a model organism for aquatic toxicity were used to evaluate the impact of plasticizers DEHP and NP showed high risk quotients with values higher than 10, whereas other compounds did not pose any impact. To evaluate the impact of plasticizers and bisphenol A in drinking water, inlet and treated waters from the Drinking Water Treatment Plant located in Llobregat River were monitored. DEHP, BPA, DBP, NP, BP and OP were detected in river at a maximum concentration of 3000 ng L-1, whereas the levels decreased after treatment. BPA, OP and BP were completely removed, and DEHP, DBP and NP had elimination efficiency higher than 80%.

Because bisphenol A is an endocrine disruptor, its photodegradation was studied. Kinetic constants in milli-Q and river water were influenced by the presence of organic matter, increasing the half life. High resolution mass spectrometry allowed the identification of 5 photoproducts that tested in D. magna, showed higher toxicity than bisphenol A.

Finally, the presence of plasticizers in beverages was monitored in 50 samples to determine their migration. NP, BPA and BP were detected in 50, 22 and 20% of the samples. Levels detected were between 100 and 7000 ng L-1 and compared to tolerable daily intake, no risk to human health was observed. To determine potential effects, LC50 for plasticizers were calculated using carcinogenic human cells JEG-3. Overall, the studies performed in this thesis indicate that plasticizers are ubiquitous compounds in river waters, but have little impact in drinking water due to the high efficiency of the treatment systems. However, in beverages, migration can affect the finally quality of product although the concentrations are still below TDI.