Analisi non-target di contaminanti emergenti in campioni di acqua

This thesis concerns the development of a not-target analysis through the use of liquid chromatography-high resolution mass spectrometry, by means of an HPLC-QTOF for the research of emerging contaminants (EC), in a collaborative project between the Department of Chemistry (DiSC) and a Water Supplier, which for privacy reasons will remain unknown. From the stipulated agreement, various analyzes of the waters were carried out to evaluate their quality in relation to a Water Safety Plan (WSP) previously drawn up by the company itself. The thesis project is integrated into the last sampling campaign carried out in February / March 2022, where different samples of wastewater, surface water (inlet) and outlet water from two different water treatments plants were analyzed. The activities therefore were aimed at the detection of possible emerging contaminants not object of routinely analyzes, which are difficult to identify through conventional methods and standard procedures defined by current legislation. First of all, blank samples and the Quality Controls were analyzed to verify the suitability of parameters chosen to carry out this not-target screening in full-scan and positive mode acquisition. Subsequently, the data from the raw files were converted and processed through the use of two different software, “Agilent MassHunter Workstation” and “MS-Dial”, respectively. From the results obtained the presence of numerous ECs has been verified, and for some samples the degree of treatment processes effectiveness was assessed. Finally a preliminary risk analysis of the environmental water bodies was proposed. From results of the project, it can be observed that the presence of ECs in water is a concern, until it will be a technological solution allowing suitable remediation, and a more sustainable industrial production. From the thesis data it can be observed that the identified compounds are mainly drugs, depending on the area in which the samplings were made and on the population present in that area. Finally, from the results obtained, it appears that a single identified analyte causes an environmental risk worthy of note according to the RCR, while it is observed that for six compounds there are critical issues related to their toxicity. This information will be useful for the Water Supplier that will implement corrective actions within the WSP, such as improvements of the purification processes and devoted periodic monitoring for these compounds. These research activities are therefore fundamental, since to date there are no certified analytical strategies for the analysis of non-target compounds that could be potential environmental pollutants, nor all the toxicological and ecotoxicological information are available for defining the level of associated environmental risks.

Questa tesi riguarda lo sviluppo di un protocollo di analisi non target basato su cromatografia liquida accoppiata alla spettrometria di massa ad alta risoluzione, tramite l’utilizzo di HPLC-QTOF per la ricerca di contaminanti emergenti (CE). Le attività si inseriscono nell’ambito di un progetto di collaborazione tra il Dipartimento di Chimica (DiSC) ed una azienda di depurazione e potabilizzazione delle acque, che per questioni di privacy rimarrà ignota. Dall’accordo stipulato, si sono effettuate varie analisi delle acque per valutarne la loro qualità in relazione ad un Piano di sicurezza delle Acque (PSA) redatto in precedenza dall’azienda stessa. Questo progetto di tesi si inserisce nell’ultimo campionamento effettuato a Febbraio/Marzo 2022 dove sono stati analizzati diversi campioni di acqua derivanti da acque di scarico, reflue, superficiali e acque di uscita da due diversi impianti di depurazione. Il lavoro di tesi quindi ha permesso lo studio ed il rilevamento di possibili CE, composti chimici non oggetto di ordinario controllo, i quali risultano essere di difficile identificazione attraverso le metodiche e le procedure standard definite dalla normativa vigente. I protocolli di identificazione sono stati provati e validati su campioni bianchi e Quality Control per verificare la scelta dei parametri utili ad effettuare lo screening non target in modalità di acquisizione full-Scan e ionizzazione positiva. Successivamente sono stati elaborati i dati dai file grezzi ottenuti, dopo conversione sono stati elaborati tramite l’utilizzo di due differenti software, rispettivamente “Agilent MassHunter Workstation” e “MS-Dial”. Dai risultati ottenuti è stata identificata e verificata la presenza di numerosi CE, per alcuni campioni è stata valutata l’efficacia dell’azione dei depuratori, ed infine è stata redatta una preliminare analisi di rischio ambientale dei corpi idrici analizzati. Dai risultati ottenuti emerge che la presenza di CE nelle acque è un problema e lo sarà anche nel prossimo futuro, fino a che non ci sarà uno sviluppo tecnologico che ci permetta un abbattimento efficace dei contaminati ed una produzione industriale più sostenibile per l’ambiente. Dal progetto di tesi si osserva come siano soprattutto farmaci i composti identificati, questo dipende dalla zona in cui sono stati fatti i campionamenti e dalla popolazione presente in tale area. Infine dai risultati ottenuti, risulta che un solo analita identificato provochi un rischio ambientale degno di nota secondo il Rapporto di caratterizzazione del rischio (RCR), mentre si osserva che per ben sei composti si hanno delle criticità legate alla loro tossicità. Queste informazioni saranno utili per l’implementazione di misure correttive nell’ambito del PSA, per esempio con miglioramenti agli impianti di depurazione o con monitoraggi periodici per tali composti. Queste attività di ricerca sono dunque fondamentali dal momento che ad oggi non ci sono strategie analitiche certificate per l’analisi di composti non target che possano essere potenziali inquinanti ambientali, né si hanno tutte le informazioni tossicologiche ed ecotossicologiche utili a definire il livello di rischio ambientale associato.