Trends and challenges in analytical chemistry for multi-analysis of illicit drugs employing wastewater-based epidemiology

Abstract

Wastewater-based epidemiology (WBE) for quantification of illicit drug biomarkers (IDBs) in wastewater samples is an effective tool that can provide information about drug consumption. The most commonly quantified IDBs belong to different chemical classes, including cocaine, amphetamine-type stimulants, opioids, and cannabinoids, so the different chemical properties of these molecules pose a challenge in the development of analytical methods for multi-analyte analysis. Recent workflows include the steps of sampling and storage, sample preparation using solid-phase extraction (SPE) or without extraction, and quantification of analytes employing gas or liquid chromatography coupled with mass spectrometry. The greatest difficulty is due to the fact that wastewater samples are complex chemical mixtures containing analytes with different chemical properties, often present at low concentrations. Therefore, in the development of analytical methods, there is the need to simplify and optimize the analytical workflows, reducing associated uncertainties, analysis times, and costs. The present work provides a critical bibliographic survey of studies published from the year 2020 until now, highlighting the challenges and trends of published analytical workflows for the multi-analysis of IDBs in wastewater samples, considering sampling and sample preparation, method validation, and analytical techniques. Supplementary Information The online version contains supplementary material available at 10.1007/s00216-023-04644-4.

Química experimental: Cinética y Equilibrio

“…Dependiendo del tipo de magnitud a medir y del analito, el instrumento podría ser una balanza o una probeta. Para análisis de matrices complejas como, por ejemplo: determinación de metales pesados (Song & Huang, 2022), cuantificación de nutrientes en tejidos vegetales (Wieczorek et al, 2022), detección de drogas ilícitas en aguas residuales (de Oliveira et al, 2023) y caracterización de nanomateriales (Alsaiari et al, 2023), se requieren técnicas cromatográficas, espectroscópicas, electroforéticas y de microextracción. En dichas técnicas se emplean equipos modernos tales como espectrofotómetro UV-Vis, de emisión de plasma, de absorción atómica, espectrómetro de masas (MS), de infrarrojo y de resonancia magnética nuclear (RMN).…”

“…Otra ventaja de las mediciones es la reproducibilidad; tanto el investigador original como otros, en cualquier laboratorio o lugar del mundo, puede repetir las mediciones y obtener el mismo resultado. Los métodos analíticos deben ser optimizados y validados para garantizar dicha reproducibilidad y así, poder ser empleados de forma rutinaria (Beran, 2014;de Oliveira et al, 2023). Las mediciones son una característica importante de las ciencias, como la química.…”

“…La precisión y exactitud varían dependiendo del procesamiento de la muestra a analizar y de las técnicas analíticas empleadas. La preparación de la muestra para la extracción o cuantificación del analito de interés es una de las etapas más importantes; errores en esta etapa pueden generar la contaminación de la muestra y pérdida de analitos afectando la precisión de los resultados (de Oliveira et al, 2023). Cuando muestras biológicas, como material vegetal, son analizadas, el tamaño de partícula y su reducida solubilidad influyen en la precisión de los métodos analíticos utilizados; por lo tanto, deben ser realizados procesos previos de digestión de la muestra y seleccionar el método de detección adecuado para cada tipo de analito (Wieczorek et al, 2022).…”