2.2.1 Introducción
El suelo es uno de los principales recursos naturales que ofrece nuestro planeta. A medida que crece la población mundial, y a la vez sus necesidades alimentarias, aumenta también la necesidad de mantener y/o incrementar la capacidad de producción de los suelos en lo relativo a los cultivos. Para asegurar la producción de la cantidad adecuada de alimentos, habitualmente se requiere del uso de plaguicidas procurando mantener un equilibrio entre cultivos saludables, plagas, enfermedades y malezas que, a menudo, los atacan. Aunque existe una fuerte tendencia hacia la agricultura biológica (ecológica), los plaguicidas siguen jugando un papel muy importante favoreciendo la alta producción con los niveles de exigencia actualmente requeridos. El control integrado de plagas, en donde se limita el uso de productos químicos a los casos estrictamente necesarios, combina la lucha química con otros mecanismos, como el control biológico de plagas, sistemas mecánicos de tratamiento, etc… Esta práctica parece ser la más vanguardista en la actualidad (Generalitat Valenciana, 2014). El suelo termina siendo el receptor principal de la mayoría de productos fitosanitarios, bien por su aplicación directa (p.e. herbicidas, insecticidas sistémicos,…), o indirectamente al aplicarse sobre los cultivos. Algunos plaguicidas se degradan rápidamente en el suelo, mientras que otros pueden persistir durante períodos más largos, desde unos pocos días hasta varios años. El tipo de suelo afecta, sin duda, a la persistencia de los plaguicidas (Andreu, 2004). La materia orgánica (SOM) es uno de los parámetros que más influye en los procesos de degradación aunque hay otros factores como la climatología (radiación solar, temperatura, lluvias,…) cuyos efectos en estos procesos son también notables (Albers, 2009). Además de la degradación, ocurren otros fenómenos importantes que afectan al destino final del plaguicida y que tienen relevancia en su posible efecto ambiental. La adsorción del plaguicida en el suelo hace que permanezca durante más tiempo en él, siempre que no haya degradación importante, y evita la lixiviación del compuesto hacia las aguas subterráneas. A pesar de ello, un plaguicida adsorbido sobre el suelo puede llegar a contaminar las aguas
superficiales por fenómenos de escorrentía superficial, cuando se producen fuertes lluvias o cuando se aplica riego por inundación, al arrastrar las partículas de suelo contaminadas hacia los cauces superficiales.
Figura 2.4. Posibles procesos que pueden sufrir los plaguicidas en los suelos (Solange, 2011)
Aunque no resulte fácil generalizar, se podría decir que los compuestos menos polares tienen tendencia a quedar retenidos en los suelos por adsorción, principalmente sobre las arcillas y óxidos de hierro y aluminio, mientras que los compuestos más polares suelen tener mayor tendencia a la lixiviación, pudiendo llegar a contaminar más fácilmente las aguas subterráneas (Andreu, 2004; Hernández, 2012; Nimer, 2007).
El uso continuado de grandes cantidades de plaguicidas representa una potencial amenaza para el medio ambiente, incrementándose el riesgo para la salud pública si no se siguen las BPA, que incluyen aplicación de las dosis recomendadas y respeto de los plazos de seguridad. Aun así, en los compuestos más persistentes, parte de sus residuos pueden quedar ampliamente distribuidos en cosechas, suelos, aguas y en los lugares aledaños a su uso, provocando contaminación y problemas medioambientales; de ahí que el uso de estos compuestos esté cada vez más restringido. Por otro lado, si no se siguen los principios de las BPA se posibilita la presencia de residuos de plaguicidas en alimentos a niveles más altos de
los esperados, que al ser ingeridos podrían afectar a la salud del consumidor (Aulagnier, 2008; Cerejeira, 2003; Homazava, 2014).
Mientras la problemática de residuos en alimentos está, en general, bien estudiada y existen regulaciones severas al respecto, con establecimiento de MRLs, el impacto ambiental de los plaguicidas está menos regulado. En el caso de las aguas, existen límites máximos permitidos en aguas potables (Directiva/83/1998), y también normas de calidad ambiental, que aplican a unos pocos plaguicidas en aguas superficiales y subterráneas (Directiva/105/ 2008). Por el contrario, la problemática de los plaguicidas en suelos apenas dispone de regulación, sin existir, desde nuestro conocimiento, niveles máximos permitidos. Este hecho hace que, a diferencia de alimentos y aguas, donde suele existir un LOQ objetivo para la metodología analítica desarrollada, en los suelos no existe un consenso en cuanto al LOQ que se debe alcanzar. No obstante, la guía SANCO/825/00, que hace referencia a los parámetros de validación de los métodos analíticos para residuos de plaguicidas, en su apartado de “métodos analíticos para análisis de residuos en suelos” sugiere que el LOQ en suelos debería ser usualmente de 0.05 mg/kg.
Argentina es uno de los principales productores de alimentos, en particular de cereales, siendo un país agrícola por excelencia, que basa gran parte de su economía en la siembra y producción de cultivos. Los plaguicidas representan un importante insumo productivo observándose un crecimiento notable en el uso de estos productos. Por ejemplo, en 2013 la cantidad aplicada en los campos del país aumentó en 317 millones de kg/L (Cesafe, 2013). Los suelos destinados a barbecho suponen una parte importante del total, ya que esta práctica es muy frecuente. Desde el punto de vista agronómico, un suelo en barbecho se encuentra en un período de recuperación o acumulación de componentes; de este modo, se produce el reciclado de los nutrientes y del agua, a través de un silencioso proceso. Para que esto ocurra, se mantiene el suelo libre de vegetación, cubierto sólo por los rastrojos de cultivos anteriores. Hasta hace 20 años, el método utilizado para controlar las malezas durante el barbecho era el laboreo mecánico del suelo, pero en gran parte de las áreas productivas la siembra directa ha reemplazado esta práctica por el uso de herbicidas pulverizados en pre o postemergencia, técnica denominada barbecho químico (Leiva, 2012; Massaro, 2010). En Argentina, el 78.5% de la superficie agrícola se encuentra bajo siembra directa (Aparicio, 2013).
En este contexto productivo es importante conocer los niveles de residuos de plaguicidas presentes en los suelos, con el fin de poder usarlos adecuadamente, garantizando un beneficio máximo y a su vez minimizando el riesgo para el medio ambiente (por ejemplo, contaminación de las aguas superficiales y/o subterráneas procedente de suelos contaminados por plaguicidas). Teniendo en cuenta la toxicidad relativamente elevada de algunos plaguicidas, es importante contar con metodologías analíticas sensibles y selectivas, capaces de determinar de manera fiable bajos niveles de residuos en este tipo de muestras (Andreu, 2004; Borjesson, 2000).
El suelo es una matriz compleja que suele presentar problemas en los análisis. Además, como pueden ser muy diferentes, tanto en su composición como en sus características físico- químicas, es común encontrar interferentes que varían notablemente de unos suelos a otros. Estos interferentes pueden ser extraídos junto a los analitos y co-eluir con ellos en la separación cromatográfica dificultando el análisis y ocasionando un importante ME en métodos LC-MS. De este modo, la ionización de los analitos en la interfase puede verse afectada obteniéndose exaltaciones o supresiones de su señal analítica, conduciendo a errores importantes en su cuantificación en el caso de no corregir/minimizar adecuadamente este efecto indeseable (Niessen, 2006).
Otro problema muy común en el análisis de suelos es la fuerte adsorción de ciertos analitos sobre el mismo, con lo que el método de extracción aplicado debe ser eficiente para asegurar la extracción cuantitativa de estos compuestos. En compuestos apolares, como los históricos plaguicidas organoclorados, la mayoría ya en desuso, su fuerte adsorción hace que sean necesarios normalmente sistemas de extracción tipo soxhlet, mientras que para los compuestos menos polares, usados mayoritariamente en la actualidad, suele ser suficiente una extracción mediante agitación mecánica o ultrasonidos. A día de hoy, existen sistemas muy eficientes, como la extracción acelerada con disolventes (ASE) o la extracción asistida por microondas (MAE), que suelen asegurar la extracción cuantitativa del compuesto, independientemente de su polaridad, haciendo uso de los disolventes adecuados (Ahmadi, 2015; Albaseer, 2010; Fenoll, 2014; Net, 2015; Rezaee, 2010; Tadeo, 2012).
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En el trabajo que se presenta a continuación se ha desarrollado un MRM rápido, sensible y de fácil implementación en otros laboratorios para la determinación de residuos de plaguicidas
en suelos. El trabajo surge como resultado de la colaboración con el INTA de Argentina. Para llevarlo a cabo se seleccionaron plaguicidas de amplio uso en la agricultura de este país (Minagricultura, 2014). El desarrollo, validación y aplicación del método se efectuó en varios suelos argentinos, con propiedades físico-químicas distintas, tomados en diferentes zonas en las que no se había practicado la agricultura en los últimos años. El principal objetivo de este trabajo fue desarrollar un método que pudiera ser implementado fácilmente al laboratorio del INTA (Balcarce), en el cual también se dispone de un equipo de LC-MS/MS con analizador de triple cuadrupolo. Las estructuras químicas de los compuestos estudiados se muestran en la figura 2.5.
Figura 2.5. Estructura química y nomenclatura de los compuestos objeto de estudio
Compuestos/Uso Estructura Compuestos/Uso Estructura
Ametrina (AME)Herbicida Diazinon (DZN) Insecticida Atrazina (ATR)Herbicida Epoxiconazol (EPZ) Funguicida Carbaril (CBL) Insecticida Fipronil (FPN) Insecticida Carbendazima (CAR)Funguicida Imidacloprid (IMI) Insecticida Carbofuran
(CRB)Insecticida MCPA Herbicida
Cianizina (CYN) Herbicida Malation (MAL) Insecticida Clorpirifos (CHLOR) Insecticida Metalaclor (MEC) Herbicida 2,4 D (2,4D)Herbicida Pendimetalin (PEN) Herbicida Dimetoato (DIM)Insecticida Picloran (PIC) Herbicida N N N N S N H H N N N H N H3C HN CH3 Cl CH3 N N H NHCO2CH3
Durante la optimización de la metodología, se compararon dos sistemas de extracción. El primero se basó en una extracción convencional solido-líquido (SLE), ensayando distintos disolventes (ACT, MeOH y ACN) y aplicando agitación mecánica seguida de ultrasonidos. El segundo se fundamentó en el sistema QuEChERS, usado también en análisis de residuos de plaguicidas en suelos como una buena alternativa a la extracción tradicional con disolventes (Arias, 2014; Bruzzoniti, 2014; Cheng, 2014; De Carlo, 2014; Lesueur, 2008; Masiá, 2015). Los análisis, como en el resto de trabajos de esta Tesis, se llevaron a cabo mediante LC-MS/MS QqQ.
En lo referente a la validación del método se tuvieron en cuenta los criterios de la Decisión 657/2002/EC de la Comisión Europea, y especialmente la guía SANCO sobre análisis de residuos de plaguicidas en alimentos, suelos y aguas (SANCO/12571/2013). Ambas guías establecen que para identificar correctamente un compuesto en la muestra analizada se deben adquirir al menos dos transiciones por analito en modo tándem MS. Además, la relación de intensidades entre ambas transiciones (ion ratio, q/Q) debe ser semejante a la obtenida para el patrón, con una tolerancia máxima determinada (entre 20 y 50% en la Decisión 657/2002/EC; ≤30% en la guía SANCO). El tiempo de retención debe ser también análogo, con una desviación máxima previamente establecida (± 2.5% en la Decisión 657/2002/EC; ± 0.2 min en la guía SANCO).