Sviluppo di metodiche cromatografiche multidimensionali per l’analisi di contaminanti alimentari

Although the main characteristics of any analytical method have always been high selectivity, sensitivity, and analysis speed, 2000 was the year of birth of Green Analytical Chemistry (GAC). In accordance with its principles, GAC aims to reduce or eliminate harmful organic solvents, miniaturize, and automate extraction techniques, promote the operator safety, and reduce analysis time. Since then, ever-increasing attention has been paid to the environment, and the cruciality of the optimization of sustainable analytical methods has been recognized. Furthermore, since food contamination, both of microbiological and chemical origin, represents the main source of concern for consumers, continuous researches are carried out in order to investigate the contamination sources and identify ways to prevent them. Great efforts are dedicated to the development of analytical strategies able to detect and identify these contaminants, commonly present at trace level. Therefore, the research presented in this thesis was focused on the development of simplified sample preparation prior to multidimensional analytical techniques, for the analysis of food xenobiotics. The multidimensional techniques used during the three-year doctoral period were liquid chromatography coupled on-line to gas chromatography (LC-GC) and comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to tandem mass spectrometry (GC×GC-MS/MS). By using LC-GC, liquid chromatography provides a highly selective sample preparation that allows the elimination of the matrix interferences and the isolation of a specific substance, or a targeted group of substances, before their injection into the GC. Other approaches have exploited the potential of GC×GC-MS/MS, particularly, to the increase of the signal/noise ratio, releted to the use of cryogenic modulation, and the high selectivity of triple quadrupole mass spectrometry. In this way, it was possible to simplify the sample preparation steps that were reduced to a simple dilution-and-shoot approach or to a miniaturized extraction, both characterized by a reduction of organic solvents consumption. The use of the aforementioned multidimensional instrumentation has allowed studies related to food safety. In this regard, some types of contaminants were investigated, such as mineral oil hydrocarbons, pesticides, plasticizers (phthalates), and polycyclic aromatic hydrocarbons.

Sebbene i principali obiettivi durante lo sviluppo di un metodo analitico siano da sempre elevata selettività, sensibilità e velocità di analisi, gli anni 2000 videro l’introduzione del concetto di Green Analytical Chemistry (GAC). Da allora, una attenzione sempre crescente è stata rivolta all’ambiente ed in particolare è stata riconosciuta la crucialità dell’ottimizzazione di metodi analitici sostenibili che, in accordo con i principi della GAC, si ponessero come obiettivi la riduzione o eliminazione di solventi organici nocivi, la miniaturizzazione e automazione delle tecniche estrattive e la riduzione dei tempi di analisi. Inoltre, dal momento che la contaminazione degli alimenti, sia di origine microbiologica che chimica, rappresenta la principale fonte di preoccupazione per i consumatori, continue ricerche vengono effettuate al fine di risalire alle fonti di contaminazione ed individuare le modalità per prevenirle. Grandi sforzi vengono costantemente dedicati allo sviluppo di strategie analitiche in grado di rilevare e identificare contaminanti, generalmente presenti in tracce. Pertanto, il mio lavoro di ricerca, presentato in questo elaborato di tesi, si è incentrato sullo sviluppo di tecniche analitiche multidimensionali, precedute da protocolli semplificati di preparazione del campione, per l’analisi di xenobiotici alimentari. Le tecniche multidimensionali impiegate durante il triennio di dottorato sono state: cromatografia liquida accoppiata on-line alla gascromatografia (LC-GC) e gascromatografia bidimensionale comprehensive accoppiata a spettrometria di massa tandem (GC×GC-MS/MS). In particolare, facendo ricorso all’LC-GC, la cromatografia liquida fornisce una preparazione del campione altamente selettiva che consente di eliminare le interferenze presenti in una miscela complessa ed isolare una sostanza, o un gruppo mirato di sostanze, prima di sottoporle all’analisi GC. Altri approcci analitici hanno previsto l’utilizzo della GC×GC-MS/MS. In particolare, grazie all’incremento del rapporto segnale/rumore, dovuto all’impiego della modulazione criogenica, ed alla elevata selettività della spettrometria di massa a triplo quadrupolo, è stato possibile semplificare le fasi di preparazione del campione che sono state ridotte ad una semplice diluizione o ad un’estrazione miniaturizzata, entrambe caratterizzate pertanto da consumo minimo di solventi organici. L’utilizzo della suddetta strumentazione multidimensionale ha consentito di effettuare studi relativi alla sicurezza alimentare. A questo proposito, sono stati investigati vari tipi di contaminanti, quali idrocarburi minerali, pesticidi, plastificanti (ftalati) ed idrocarburi policiclici aromatici.