Evaluación del potencial de detección y determinación mediante fluorescencia de excitación–emisión de metabolitos de hidrocarburos aromáticos asociados a la industria del petróleo

Abstract

Globally, industrial discharges with a high xenobiotic load are discharged to water sources. For example, in the Colombian Orinoco region, at the wellhead ~ 16 barrels of water are produced for each barrel of oil. Even after treatment, the discharged waters contain substantial amounts of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs). These compounds are highly toxic and of global environmental priority, due to their persistence in the environment and accumulation in the food chain. In this work, an analytical excitation-emission fluorescence (EEMS) technique was developed for the detection and quantification of HAPs, and their metabolites in a complex biological matrix (fish bile). This spectroscopic technique is sensitive, faster and less expensive than chromatography. The EEMS allowed detecting the presence of metabolites of PAHs (1-hydroxypyrene, 1- and 2-hydroxynaphthalene, 9-hydroxyphenanthrene) in fish exposed in the laboratory (Piaractus brachypomus and Aequidens metae). High spectral specificity (fluorometric fingerprint) and high sensitivity (up to ppt) were found for the measured compounds and mixtures (precursors, metabolites and bile). For this, a metrological optimization of the fluorometer was made and of the measurement methodology (including the solvent). A high species-species and individual-individual variability was found in the spectral surfaces of the bile. Despite this, it was possible to detect and spectrally quantify the presence of metabolites in bile from their reference spectra (pure compounds in ethanol), with excellent precision (r2> 0.9). The internal filter effects were appropriately captured by a mathematical model.

A nivel global se descargan a las fuentes de agua vertimientos industriales con alta carga de xenobióticos. Por ejemplo, en la Orinoquia Colombiana, en boca de pozo se producen ~16 barriles de agua por cada barril de petróleo. Incluso después de tratamiento, las aguas vertidas contienen cantidades sustanciales de Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs). Estos compuestos son altamente tóxicos y de prioridad ambiental a nivel global, debido a su persistencia en el ambiente y acumulación en la cadena trófica. En este trabajo se desarrolló una técnica analítica de fluorescencia de excitación-emisión (EEMS) para la detección y cuantificación de HAPs, y sus metabolitos en una matriz biológica compleja (bilis de peces). Esta técnica espectroscópica es sensitiva, más rápida y menos costosa que la cromatografía. La EEMS permitió detectar la presencia de metabolitos de HAPs (1-hidroxipireno, 1-, y 2hidroxinaftaleno, 9-hidroxifenantreno) en peces expuestos en laboratorio (Piaractus brachypomus y Aequidens metae). Se encontró una gran especificidad espectral (huella fluorométrica), y alta sensibilidad (hasta ppt) para los compuestos y mezclas medidas (precursores, metabolitos y bilis). Para esto se hizo una optimización metrológica del fluorómetro, y de la metodología de medición (incluyendo del solvente). Se encontró una alta variabilidad especie-especie e individuo-individuo en las superficies espectrales de la bilis. A pesar de esto se logró detectar y cuantificar espectralmente la presencia de los metabolitos en bilis, a partir de sus espectros de referencia (compuestos puros en etanol), con una excelente precisión (r2 > 0.9). Los efectos filtro interno fueron apropiadamente capturados por un modelo matemático.