Electronic nose and SPME techniques to monitor phenanthrene biodegradation in soil

Abstract

In this work two recently developed techniques (solid phase microextraction-SPME associated to gas-chromatography mass spectrometry-GC/MS analysis and electronic nose-EN), able to analyse the headspace of solid or liquid samples, were used to monitor the possible degradation of phenanthrene in an artificially contaminated soil. The analysis by SPME-GC/MS showed a drastic decrease of phenanthrene content after 30 days of incubation (-92%) and different treatments with nutritive solutions and/or surfactant improve this rate up to 97%. Differently, the analysis of soil headspaces by EN, processed by principal component analysis (PCA), showed that both contaminated and uncontaminated soil samples (controls) might be distinguished on a temporal scale and that they were delayed relative to controls. The application of PLS-DA to chromatograms obtained by SPME-GC/MS pointed out the presence, in polluted soils, of a series of possible indicators involved in the phenanthrene degradation, which were completely absent in relative control sample.

In questo lavoro, due tecniche sviluppate recentemente (la microestrazione in fase solida-SPME abbinata alla gascromatografia e all’analisi della massa molecolare-GC/MS e il naso elettronico-EN) capaci di analizzare lo spazio di testa di campioni solidi o liquidi sono stati usati per minitorare la possibile degradazione del fenantrene in suoli contaminati artificialmente. L’analisi tramite SPME-GC/MS ha mostrato una drastica diminuzione del contenuto di fenantrene dopo 30 giorni di incubazione (-92%) e l’applicazione di trattamenti con soluzioni nutritive e/o surfattanti hanno migliorato tale tasso di diminuzione fino al 97%. Differentemente, l’analisi dello spazio di testa tramite l’EN, processata tramite PCA, ha mostrato che sia i campioni contaminati che quelli non contaminati (controlli) potevano essere distinti su scala temporale ed inoltre la presenza di un ritardo nell’evoluzione degli ecosistemi contaminati con fenantrene rispetto a quanto osservabile nei controlli. L’applicazione della PLS-DA ai cromatogrammi ottenuti tramite SPME-GC/MS ha evidenziato la presenza, nei suoli contaminati, di una serie di possibili indicatori coinvolti nella degradazione del fenantrene che erano completamente assenti nei relativi campioni di controllo.