Biochar per in vial SPE di steroidi in acque ambientali e reflue e analisi HPLC-MS/MS

This thesis proposes the development of a green procedure for the multiclass pre-concentration of steroid hormones in environmental and wastewater samples, based on vial-wall sorptive extraction (VWSE) using biochar derived from agri-food waste immobilized on the inner wall of FALCON® tubes as sorbent phase. After a screening phase, pumpkin-peel biochar was selected, and its synthesis was subsequently optimized with a 2² factorial DoE. The material (650 °C, 4 h) was characterized by FT-IR, XPS, XRPD, Raman spectroscopy, porosimetry, SEM-EDX and PZC measurement. The initial extraction setup (50 mL FALCON® tubes) was then “miniaturized” using 15 mL FALCON® tubes, reducing both sample and elution-solvent volumes without compromising extraction efficiency (EE 80–95 %) or precision (RSD ≤ 18 %), and proved reusable for at least 20 adsorption/elution cycles. The procedure was applied to complex matrices (river water, lake water, lagoon water, wastewater), achieving accuracy comparable to that obtained in tap water (70–120 %). Quantification was carried out by matrix-matched calibration, yielding good linearity (R² > 0.9900) and MQLs suitable for the determination of steroid hormone residues at ng L⁻¹ levels in the tested samples. Greenness assessment using SPMS, AGREEprep and ComplexMoGAPI confirmed the sustainability of the method.

Questa tesi propone lo sviluppo di una procedura green per la preconcentrazione multiclasse di ormoni steroidei in acque ambientali e reflue, basata sulla vial-wall sorptive extraction (VWSE) utilizzando come fase adsorbente biochar derivato da scarti agroalimentari, immobilizzato sulla parete interna di provette FALCON® . Dopo una fase di screening è stato selezionato il biochar di buccia di zucca, la cui sintesi è stata successivamente ottimizzata tramite un DoE fattoriale 2². Il materiale (650°C, 4 h) è stato caratterizzato con FT-IR, XPS, XRPD, Raman, porosimetria BET, SEM-EDX e misura di PZC. Il setup di estrazione iniziale (in FALCON® da 50 mL) è stato poi “miniaturizzato”, utilizzando FALCON® da 15 mL, riducendo volumi di campione e solvente per l’eluizione senza perdere efficienza di estrazione (EE 80-95 %) né precisione (RSD ≤ 18 %) e risultando riutilizzabile per almeno 20 cicli di adsorbimento/eluizione. La procedura è stata applicata su matrici complesse (acqua di fiume, acqua di lago, acqua di laguna, effluente di depuratore), con un’accuratezza analoga a quella ottenuta in acqua di rete (70-120%). La quantificazione è stata effettuata mediante calibrazione in matrice, ottenendo buona linearità (R² > 0.9900) e valori di MQL adeguati alla quantificazione di residui di ormoni steroidei (ng L-1) nelle matrici testate. La valutazione della greenness con SPMS, AGREEprep e ComplexMoGAPI ha confermato la sostenibilità del metodo.