Οι βενζοτριαζόλες, βενζοθειαζόλες και τα βενζοσουλφοναμίδια ειναι τρεις
κατηγορίες οργανικών ενώσεων, οι οποίες θεωρούνται αναδυόμενοι ρύποι στο
υδάτινο περιβάλλον. Στη παρούσα εργασία, έγινε ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης
αναλυτικής μεθοδολογίας LC-(ESI+)MS/MS για τον ταυτόχρονο προσδιορισμό τεσσάρων
βενζοτριαζολών και τεσσάρων βενζοθειαζολών σε υγρά απόβλητα (διαλυτή και
σωματιδιακή φάση) και σε ενεργό ιλύ. Οι βενζοτριαζόλες περιλάμβαναν την 1Η-
βενζοτριαζόλη, 1-υδροξυ-βενζοτριαζόλη, τολυλτριαζόλη (μείγμα των ισομερών
4-μεθυλο-1Η-βενζοτριαζόλη και 5-μεθυλο-1Η-βενζοτριαζόλη) και την ξυλυλτριαζόλη
(ή 5,6 διμεθυλο-1Η-βενζοτριαζόλη), ενώ στις βενζοθειαζόλες περιελάμβανονταν οι
βενζοθειαζόλη, 2-υδροξυ-βενζοθειαζόλη, 2-μεθυλοθειο-βενζοθειαζόλη, και η
2-αμινο-βενζοθειαζόλη. Για την εκχύλιση των ενώσεων από τη διαλυτή και τη
στερεή φάση χρησιμοποιήθηκε εκχύλιση στερεάς φάσης και λουτρό υπερήχων,
αντίστοιχα. Μέσες σχετικές ανακτήσεις (>89%) με ικανοποιητική ακρίβεια (<14%)
παρουσίασαν όλες οι βενζοτριαζόλες και βενζοθειαζόλες σε διαλύτη και στερεή
φάση, εκτός της 2-μεθυλοθειο-βενζοθειαζόλη με μέσες σχετικές ανακτήσεις 71% και
64% σε διαλύτη και στερεή φάση, αντίστοιχα. Τα όρια ανίχνευσης κυμαίνονταν απο
0,08 (2-μεθυλοθειο-βενζοθειαζόλη) έως 17 ng L-1 (βενζοθειαζόλη) στη διαλυτή
φάση, και από 0,04 (2-μεθυλοθειο-βενζοθειαζόλη) έως 13 ng g-1 (βενζοθειαζόλη)
στη στερεή φάση. Η αναλυτική μέθοδος κρίθηκε ότι ήταν εκλεκτική και με
ικανοποιητική ευαισθησία και εφαρμόστηκε για τον προσδιορισμό των αναλυτών σε
υγρά απόβλητα και ιλύ. Επίσης, αναπτύχθηκε μέθόδος για τον ποσοτικό
προσδιορισμό τριών βενζοσουλφοναμιδίων (βενζενοσουλφοναμίδιο, ορθο-
τολουολοσουλφοναμίδιο και παρα-τολουολοσουλφοναμίδιο) σε υγρά απόβλητα με
υγροχρματογραφία-φασμοτομετρία μάζας, με την τεχνική ψευδο-SRM. Η εκχύλιση
στερεάς φάσης (SPE) βελτιστοποιήθηκε για την προσυγκέντρωση και παραλαβή των
ενώσεων απο τα δείγματα. Τα εκχυλίσματα αναλύθηκαν με LC-(ESI-)MS/MS με ψευδο-
SRM. Οι απόλυτες ανακτήσεις από την SPE κυμαίνονταν απο 83% εώς 118%. Τα όρια
ανίχνευσης της μεθόδου ήταν 0,01 µg L-1 για το παρα-τολουολοσουλφοναμίδιο και
0,09 µg L-1 για το βενζενοσουλφοναμίδιο και ορθο-τολουολοσουλφοναμίδιο σε υγρά
απόβλητα. Η αναπαραγωγιμότητα της μεθόδου (%RSDR) ήταν μικρότερη από 13%. Η
μέθοδος εφαρμόστηκε για τον προσδιορισμό των βενζοσουλφοναμιδίων σε υγρά
απόβλητα από το Κέντρο Επεξεργασίας Υγρών Λυμάτων της Ψυττάλειας (ΚΕΛΨ).
Τέλος, έγινε μελέτη της ύπαρξης των βενζοτριαζολών, βενζοθειαζολών και των
βενζοσουλφοναμιδίων σε ανεπεξέργαστα και επεξεργασμένα υγρά απόβλητα και
δείγματα ιλύος από το ΚΕΛΨ Αθήνας, καθώς επίσης μελετήθηκε η απομάκρυνση και η
«τύχη» τους κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Οι μέσες υψηλότερες
συγκεντρώσεις βρέθηκαν για την τολυλoτριαζόλη (3028 ng L-1) και τη
βενζοθειαζόλη (254 ng L-1) στα επεξεργασμένα απόβλητα για την ομάδα των
βενζοτριαζολών και βενζοθειαζολών, αντίστοιχα. Σημαντικό ποσοστό έως 14% για
την 1Η-βενζοτριαζόλη και 20% για τη βενζοθειαζόλη ανιχνέυτηκε στη σωματιδιακή
φάση των εισερχόμενων αποβλήτων. Στην ενεργό ιλύ, οι υψηλότερες μέσες
συγκεντρώσεις παρατηρήθηκαν για τη τολυλτριαζόλη (146 ng g-1 dw) από τις
βενζοτριαζόλες και για τη 2-υδροξυ-βενζοθειαζόλη (52 ng g-1 dw) από τις
βενζοθειαζόλες. Η 1-υδροξυ-βενζοθειαζόλη, η βενζοθειαζόλη και η 2-μεθυλοθειο-
βενζοθειαζόλη απομακρύνονταν σημαντικά κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, ενώ η
τολυλoτριαζόλη, η 1Η-βενζοτριαζόλη και η 2-υδροξυ-βενζοθειαζόλη απομακρύνονταν
μερικώς. Η βιοαποικοδόμηση ήταν ο κύριος μηχανισμός απομάκρυνσής τους κατα τη
διάρκεια της επεξεργασίας. Από τα βενζοσουλφοναμίδια σε υψηλότερη συγκέντρωση
ανιχνεύτηκε στο π-τολουλοοσουλφοναμίδιο (εώς 1473 ng L-1) σε εισερχόμενα και
εξερχόμενα υγρά απόβλητα. Το βενζενσουλφοναμίδιο απομακρύνεται σε μεγάλο βαθμό,
το π-τολουολοσουλφοναμίδιο απομακρύνεται μερικώς, ενώ το ο-
τολουολοσουλφοναμίδιο σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Η εργασία
αυτή υποδεικνύει την ανάγκη για ενδελεχή και συνεχή έλεγχο και περιβαλλοντική
παρακολούθηση των ενώσεων αυτών στο υδάτινο περιβάλλον, λόγω της ύπαρξης τους
σε επεξεργασμένα υγρά απόβλητα και λάσπη λόγω της μερικής απομάκρυνσης τους
κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας.
(EL)
Benzotriazoles, benzothiazoles and benzosulfonamides are three classes of
organic compounds which have been considered as emerging contaminants in the
aquatic environment. In this thesis, we developed an integrated LC-(ESI+)MS/MS
analytical methodology for the simultaneous determination of four
benzotriazoles and four benzothiazoles in wastewater (both dissolved phase and
particulate phase) and sewage sludge. The target benzotriazoles include
1H-benzotriazole, 1-hydroxy-benzotriazole, tolyltriazole (the mixture of
isomers 4-methyl-1H-benzotriazole and 5-methyl-1H-benzotriazole), and
xylyltriazole (or 5,6-dimethyl-1H-benzotriazole) while the target
benzothiazoles are benzothiazole, 2-hydroxy-benzothiazole,
2-methylthio-benzothiazole, and 2-amino-benzothiazole). A solid-phase
extraction (SPE) protocol and an ultra-sonication procedure were optimized for
the extraction of the compounds from the dissolved phase and biosolid samples,
respectively. Quantitative mean relative recoveries (> 89 %) with good
precision (< 14%) were obtained for all the benzotriazoles and benzothiazoles
in both dissolved and biosolid samples, except for 2-methylthiobenzothiazole
with mean relative recoveries of 71% and 64% in dissolved and biosolid samples,
respectively. The limits of detection (LODs) ranged from 0.08
(2-methylthio-benzothiazole) to 17 ng L-1 (benzothiazole) in dissolved samples
and from 0.04 (2-methylthio-benzothiazole) to 13 ng g-1 (benzothiazole) in
biosolid samples. This analytical approach was proven to be highly selective
and sensitive and was applied successfully for the determination of the target
compounds in wastewater and sludge. We also developed a method for the
quantification of three benzosulfonamides (Benzenesulfonamide,
ortho-toluenesulfonamide and para-toluenesulfonamide) in wastewater based on
pseudo-selected reaction monitoring (Pseudo-SRM) mass spectrometry. A solid
phase extraction procedure was optimized for pre-concentration and extraction
of the compounds from wastewater. Extracts were analyzed with LC-(ESI-)MS/MS in
Pseudo-SRM mode. Absolute recoveries of the extraction method ranged from 83 to
118%. Method limits of detection (LODs) were 0.01 µg L-1 for
p-toluenesulfonamide and 0.09 µg L-1 for both benzenesulfonamide and
o-toluenesulfonamide in wastewater. Good precision of less than 13% for all the
benzosulfonamides was achieved with the method. The developed method was
employed for the determination of the three benzosulfonamides in wastewater.
Finally, we studied the occurrence of the target benzotriazoles, benzothiazoles
and benzosulfonamides in raw wastewater, treated wastewater and sludge samples
from sewage treatment plants of Athens; as well as their removal and fate
during treatment processes. The highest mean concentrations of 3028 ng L-1 for
tolyltriazole and 254 ng L-1 for benzothiazole were found in treated wastewater
for both classes of benzotriazoles and benzothiazoles, respectively. A
significant part, ranging up to 14% for 1H-benzotriazole and 20% for
benzothiazole, was found in the particulate phase of wastewater influent. In
sewage sludge, the highest mean concentrations were observed for tolyltriazole
(146 ng g-1 dw) among the benzotriazoles and, for 2-hydroxylbenzothiazole (52
ng g-1 dw) among the benzothiazoles. 1-hydroxybenzotriazole, benzothiazole and
2-methythio-benzothiazole were highly removed during wastewater treatment
whereas tolyltriazole, 1H-benzotriazole and 2-hydroxybenzothiazole were only
partially removed. Biodegradation/biotransformation was the major mechanism
responsible for the removal of benzotriazoles and benzothiazoles during
wastewater treatment. Among the benzosulfonamides, highest concentrations were
found for p-toluenesulfonamide (up to 1473 ng L-1) in both influent and
effluent wastewater samples. Benzenesulfonamide was largely removed,
p-toluenesulfonamide was partially removed and o-toluenesulfonamide was formed
during wastewater treatment. This study demonstrates the need for thorough
control and environmental monitoring of the target benzotriazoles,
benzothiazoles and benzosulfonamides in the aquatic environment as a result of
their ubiquitous occurrence in wastewater and sludge, and incomplete removal
during wastewater treatment.
(EN)
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
