Analytical strategies with chromatography and mass spectrometry for biomonitoring of benzene exposure by determination of urinary S-phenylmercaturic acid

Gonçalves, Eline Simões; Borges, Renato Marçullo; Carvalho, Leandro Vargas Barreto de; Alves, Sérgio Rabello; André, Leiliane Coelho; Moreira, Josino Costa

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Revista Brasileira de Saúde Ocupacional

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Sumário

Revisão, Dossiê: Benzeno em Postos de Combustíveis • Rev. bras. saúde ocup. 42 (suppl 1) • 2017 • https://doi.org/10.1590/2317-6369000127615 copy

Analytical strategies with chromatography and mass spectrometry for biomonitoring of benzene exposure by determination of urinary S-phenylmercaturic acid

Authorship SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Abstract

Introduction:

benzene is a substance of recognized toxicity and its biomonitoring of exposure becomes critical for preventing health damages, especially in occupational exposure situations. Among all the biomarkers of exposure, S-phenylmercapturic acid is considered the only specific one, but due to its low concentrations in urine, acute analytical techniques capable of quantifying traces must be used.

Objective:

to review methodologies based on chromatography and mass spectrometry for determination of S-phenylmercapturic acid.

Method:

literature review on the determination of urinary S-phenylmercapturic acid by chromatographic techniques and mass spectrometry in the main scientific databases, considering the period between 1951 and 2015.

Results:

120 documents served as theoretical basis for the construction of this review. The analytical technique that was most applied was the coupling of liquid chromatography with mass spectrometry. However, the methods differ according to the preparation of samples.

Conclusion:

the high cost of equipment acquisition and maintenance are limiting factors for the diffusion of chromatography systems and mass spectrometry. Nevertheless, its high sensitivity and selectivity enable these coupled techniques to elucidate situations of occupational and environmental exposure to pollutants, such as benzene.

Keywords:
benzene; S-phenylmercapturic acid urinary; trans-trans-muconic acid; chromatography and mass spectrometry

Estudo	Pré-tratamento	Extração/Clean up	Técnica de análise	Figuras de mérito da validação de método
Melikian et al.⁽¹³⁾	Estocagem: -20 ºC;	Extração por Fase Sólida (SPE)	LC-ESI-MS/MS	Rec (%): 75-85;
	Amostra dopada com padrão deuterado (AFM ¹³C₆).	Cartucho SAX (1000 mg);	Ionização modo negativo;	LOD: 0,02 ng/injeção;
		Eluição dos analitos do cartucho com solução de ácido acético 10%.	Coluna: Ultramex C18 (250 x 2,0 mm i.d., 5 µm, Phenomenex ^®);	LOQ: 0,4 µg L^-1 (0,08 ng/injeção);
		Extração Líquido-Líquido	Fases Móveis: Solução Aquosa de ác. Acético 0,5% e MeOH;	Linearidade da Curva de Calibração: 0,033-333 ng/injeção;
		Com 3 x 5 mL de acetato de etila;	Fluxo: 160 µL min^-1;	R²: > 0,99;
		Extrato levado à secura com N_2(g);	MRM: AFM: 238 → 109; AFM ¹³C₆: 244 →115.	Coeficiente de variação: <10%;
		Resíduo ressuspendido com 150 µL de MeOH: sol. aquosa de ácido acético 1% (20/80, v/v).
Buratti et al.⁽⁵³⁾	Estocagem: -20 ºC;	Extração Líquido-Líquido	LC-Fluorescência	Rec (%): > 90;
		2,0 mL de urina + 100 µL de HCl 12 N + 2 mL de uma solução de clorofórmio e acetona (2:1, v/v);	Detecção: λ excitação = 375 nm, e λ emissão = 480 nm;	LOD: 1 µg L^-1;
		Agitação manual e centrifugação;	Coluna: Supelcosil DP (100 x 4,6mm i.d.; 3 µm, Supelco);	LOQ: não informado;
		Adição de sulfato de magnésio anídrico à fase orgânica;	Volume injetado: 50 µL;	Faixa Linear da Curva de Calibração: 10-250 µg L^-1;
		Extrato levado à secura com fluxo de N_2(g) a 50 ºC e redissolvido com 500 µL de NaOH 2 M contendo 2 mM de EDTANa₂;	Fases Móveis: Água:Tetrahidrofurano:Ácido	Coeficiente de variação intra-dia e inter-dia: <7% e <13%, respectivamente.
		Hidrólise a 95 ºC por 25 min. e então resfriamento em banho de gelo.	Trifluoracético (85:15:0,1, v/v); ACN:Ácido Trifluoracético (60:40:0,1, v/v);
		Derivatização	Fluxo: 2 a 4 mL/min.
		Com ácido fosfórico 5M, bicarbonato de amônia a 0,5 M (pH entre 7,5-8,5) e reagente Thiolite^®.
		Extração por Fase Sólida (SPE)
		Após a derivatização, a mistura é percolada no cartucho Oasis HLB- (1cc, Waters^®);
		Eluição com 200 µL de ACN;
		Extrato levado à secura;
		Resíduo redissolvido com 250 µL de ACN:H₂O (20:80, v/v).
Waidyanata et al.⁽⁴⁸⁾	Estocagem: -80 ºC (por até 8 anos);	Extração Líquido-Líquido	GC-MS	Rec (%): não informado;
	Acidificação com HCl;	Extração com de acetato de etila;	Temperatura do Injetor, da linha de transferência e da Fonte de Íons: 270, 280 e 186 ºC, respectivamente;	LOD: 2 µg L^-1;
	Dopagem com padrões deuterados.	Fase orgânica levada à secura com N_2(g).	Energia de Colisão (EI): 70 eV;	Faixa Linear da Curva de Calibração: 0-5 mg L^-1;
		Aquecimento a 100 ºC por 1h	Coluna: DB-5 (60 m, 0,25 mm i.d.e 0,25 µm de espessura de filme);	R²: > 0,98;
		Nova extração com acetato de etila;	Fluxo de He: 1,5 mL/min;	Coeficiente de variação: 10,5%.
		Adição de Na₂SO₄ anidro;	Modo de Injeção: Splitless;
		Extrato levado à secura com N_2(g).	Temperatura do Forno: 75 ºC/ min + rampa 10º/min até 230 ºC + 5 min por 230 ºC;
		Derivatização	Íons monitorados: AFM: 252; 257.
		Adição de 100 µL de hexano e 100 µL de reagente Tri-sil (Pierce) a 70 ºC por 30 mim.
Li et al.⁽⁷³⁾	Estocagem: -20 ºC;	Extração por Fase Sólida (SPE)	LC-ESI-MS/MS	Rec (%): 87,8;
	Amostra homogeneizada e dopada com padrão deuterado (AFM d₅).	Cartucho: Oasis MAX (30 mg, Waters^®);	Ionização modo negativo;	Linearidade da Curva de Calibração: 0,4-200 µg L^-1.
		Extrato pronto para injeção.	Coluna: Genesis^TM C18 (50 x 2 mm i.d., 4 µm);	R²: > 0,998;
			Fases Móveis: Solução aquosa de ácido acético 0,01%; B: ACN + Ácido Acético 0,01%;	Coeficiente de variação intra-dia e inter-dia: <5,6% e <6,5%, respectivamente.
			MRM: AFM: 238 → 109; AFM-d5: 243 →114.	Exatidão: 1,7 a 2,0%;
				Desvio padrão relativo: <8,5%.
Manini et al.⁽⁴⁴⁾	Estocagem: -20 ºC;	Não foi realizada. Realizou-se injeção direta.	LC-ESI-MS/MS	Rec (%): não informado;
	Centrifugação a 3000 X g por 10 min;		Ionização em modo negativo;	LOD: 0,1 µg L^-1;
	Adição de padrão deuterado (AFM-d₅);		Coluna: Supelcosil LC-18-DB (75 mm x 3,0 mm i.d., 3 µm, Supelco^®);	LOQ: não informado;
	Amostra acidificada com ácido fórmico (0,1 M).		Fases Móveis: Ácido Fórmico 20 mM e MeOH;	Coeficiente de variação intra-dia e inter-dia: 1,3% e 2,6%, respectivamente;
			Fluxo: 0,5 mL/min;	Linearidade da Curva de Calibração: 1–100 µg L^-1.
			SRM- AFM: 238→109; AFM-d₅: 243→114.
Sabatini et al.⁽²⁹⁾	Estocagem: -20 ºC;	Extração por Fase Sólida (SPE)	LC-ESI-MS/MS	Rec (%): não informado;
	Centrifugação a 1500 X g por 10 min;	Cartucho Evolute^TM ABN (25 mg, 1 mL);	Ionização em modo negativo;	LOD: 0,30 µg L^-1;
	Amostra diluída e dopagem com padrão deuterado (AFM-d₅).	Extrato evaporado à secura sob vácuo e temperatura de 40 ºC;	Coluna: Synergi 4u Max-RP (0.5 mm x 50 mm i.d., 4 µm, Phenomenex^®);	LOQ: 0,60 µg L^-1;
		Resíduo redissolvido com 50 µL de uma solução de 20 mM de ácido fórmico e metanol 1:1 (v/v).	Fases Móveis: A: Ácido Fórmico 20 mM; B: MeOH;	Coeficiente de variação médio intra-dia e inter-dia: 6,0% e 4,9%, respectivamente;
			Fluxo: 10 µL/min;	Linearidade da Curva de Calibração: 0,6–50 µg L^-1;
			MRM- AFM: 238→109; AFM-d₅: 243→114.	R²: > 0,999.
Ding et al.⁽⁷⁰⁾	Estocagem: -70 ºC;	Não foi realizada. Realizou-se injeção direta.	LC-ESI-MS/MS	Rec (%): não informado
	Amostra diluída (com ácido acético 0,5%) e dopada com padrão deuterado (AFM ¹³C₆).		Ionização em modo negativo;	Precisão média: 3,5%
			Coluna: Xterra C18 MS (50 x 4,6 mm i.d., 5µm, Waters^®);	Acurácia média: 102%
			Fases móveis: Ácido Acético 0,5% e ACN;	LOD: 0,01 µg L^-1;
			MRM- AFM: 238→109; AFM ³C₆: 244→115.	LOQ: 0,025 µg L^-1;
				Coeficiente de variação intra-dia e inter-dia: 2,8% e 8%, respectivamente;
				Faixa Linear da Curva de Calibração: 0,025-25 µg L^-1;
Sterz et al.⁽⁵⁶⁾	Estocagem: congelada, temperatura não informada;	Extração por Fase Sólida (SPE)	LC- APCI-MS/MS	Nenhum dado foi informado.
	Amostra dopada com padrão deuterado (AFM-d₅), novamente congelada para a liofilização;	Cartucho SeQuant ZOC^® HILIC (500 mg);	Ionização modo negativo;
	Resíduo redissolvido em MeOH e ACN.	Extrato levado à secura a vácuo em temperatura ambiente;	Coluna: Atlantis^® HILIC Silica (3 µm, Waters^®);
		Resíduo redissolvido com 200 µL de MeOH.	Fases Móveis: Solução aquosa de Acetato de Amônio 5mM, e ACN com acetato de amônio 5 mM;
			Fluxo: 400 µL min^-1;
			MRM- AFM: 238→109; AFM-d₅: 243→114;
			Determinação do Pré-AFM (MRM: 256→109).
NIOSH⁹ B’Hymer⁽⁷⁴⁾	Estocagem: -20 ºC;	Extração por Fase Sólida (SPE)	LC-ESI-MS/MS	Rec (%): 102-106;
	Amostra dopada com padrão deuterado (AFM-d₅).	Cartucho: Bond Elut C18 (500 mg, Varian);	Ionização modo negativo;	LOQ: 0,2 µg L^-1
		Eluição dos analitos do cartucho com 3 x 3 mL de acetona;	Coluna: Zorbax Rx C18 (150 x 3,0 mm i.d., 3,5 µm);	Linearidade da Curva de Calibração: 0,5-50 µg L^-1
		Extrato levado à secura;	Fases Móveis: ACN:água:ác. acético (5/95/0,1, v/v) e ACN:água:ác. acético (75:25:0,1, v/v);	R²: > 0,99
		Resíduo redissolvido com 1 mL de mistura de ACN:água:ác. acético (5/95/0,1, v/v).	Fluxo: 0,3 mL/min;	Desvio Padrão: < 1,0 µg L^-1
			SRM- AFM: 238→109; AFM-d₅: 243→114.	Desvio Padrão relativo: 2-5%
Jones e Mccallum⁽⁶⁴⁾	Estocagem: congelada, temperatura não informada;	Extração por Fase Sólida (SPE)	LC-ESI-MS/MS	Faixa Linear da Curva de Calibração: até 500 nmol/L;
	Urina acidificada (com 200 µL HCl 6M) e dopada com padrão deuterado (SBMA-d₇)	Cartucho C18 (100 mg);	Ionização em modo negativo;	LOQ: 10 nmol/L;
		Extrato evaporado à secura;	Coluna: Synergi Hydro-RP 80A (150 x 2 mm i.d., 4 µm, Phenomenex^®);	LOD: 2 nmol/L;
		Resíduo redissolvido com 100 µL (acetato de amônio 20 mM com 0,1% de ácido acético e MeOH, 70:30, v/v).	Fases Móveis: Acetato de Amônio 20 mM com 0,1% de ácido acético e MeOH;	Coeficiente de variação inter-dia: 13%.
			Fluxo: de 0,2 mL/min;
			MRM- AFM: 238→109; SBMA-d₇: 259→130.
Alwis et al.⁽²⁰⁾	Estocagem: -70 ºC;	Não foi realizada. Realizou-se injeção direta.	LC-ESI-MS/MS	Rec (%): 90-102;
	Amostra tamponada (com acetato de amônio 15 mM e pH 6,8) e dopada com padrão deuterado (AFM ¹³C₆).		Ionização em modo negativo;	LOD: 0,3 µg L^-1;
			Coluna: Acquity UPLC^® HSS T3 (150 x 2,1 mm i.d., 1,8 µm, Waters^®);	LOQ: 0,5 µg L^-1;
			Fases Móveis: ACN e solução de Acetato de Amônio 15 mM e pH 6,8;	Faixa Linear da Curva de Calibração: 0,03-14 µg L^-1;
			Fluxo: de 0,25 a 0,3 mL/min;	R²: > 0,99;
			SMRM- AFM: 238→109; AFM ³C₆: 244→115.	Coeficiente de Variação inter-dia: < 11%;
				Supressão Iônica: < 1%.
Borgie et al.⁽⁵⁸⁾	Estocagem: -80 ºC;	Extração por Fase Sólida (SPE)	LC-ESI-MS/MS	Rec (%): não informado;
	Amostra diluída, tamponada e dopada com padrão deuterado;	Cartucho Oasis^® MAX (3 cc/ 60 mg, Waters^®);	Ionização em modo negativo	LOD: não informado;
	Homogeneização e centrifugação a 5000rpm.	Extrato evaporado à secura;	Coluna: Acquity UPLC BEH C18 (2,1 x 100 mm i.d., 1,7 µm, Waters^®);	LOQ: 1 µg L^-1;
		Resíduo redissolvido com 0,1 ml de uma solução de ácido fórmico 0,1% e ACN (95:5, v/v).	Fases Móveis: ACN e Ácido Acético 0,01%;
			Fluxo: 0,4 mL/min;
			SRM- AFM: 238→109.
Zhang et al.⁽⁶⁷⁾	Estocagem: -80 ºC;	Extração Online	LC-ESI-MS/MS	Rec (%): > 90
	Centrifugação a 10.000 rpm por 5 min;	LiChrospher^® RP-8 ADS (24 x 4 mm i.d., 25 µm, Merck)	Ionização modo negativo;	LOD: 0,013 µg L^-1
	Amostra dopada com padrão deuterado (AFM-d₅) e tamponada a pH 2,5;	Fase móvel: Solução aquosa de ácido fórmico 0,05%.	Coluna: Zorbax Eclipse XDB C18 (2,1 x 150 mm i.d., 3,5 µm, Agilent);	LOQ: 0,043 µg L^-1
	Filtração com membrana de 0,22 µm.		Fases Móveis: ACN e Solução aquosa de ácido fórmico 0,05%;	Faixa Linear da Curva de Calibração: 0,1-20 µg L^-1 e
			Fluxo: 0,25 a 0,3 mL/min	R²: > 0,99
			SRM- AFM: 238→109; AFM-d₅: 243→114.	Coeficiente de variação intra-dia e inter-dia: 0,7-5% e 1,7-4,4%, respectivamente.

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