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Environment

Identificación de productos farmacéuticos en el medio acuático usando HPLC-ESI-Q-TOF-MS y la eliminación de la eritromicina a través de la degradación inducida por la foto

Published: August 01, 2018
doi:
10.3791/57434
, ,
1Niederrhein University of Applied Sciences, 2University Duisburg-Essen

Summary

Presentamos un protocolo de análisis orientada a no usar tiempo de espectrometría de masas vuelo como una herramienta perfecta para identificar los productos farmacéuticos en las aguas. Demostramos la aplicación de radiación ultravioleta para su eliminación. Se ilustran el análisis de radiación, aislamiento compuesto, identificación y modelado cinético de los perfiles de degradación.

Abstract

Control de productos farmacéuticos en todo el ciclo del agua se está convirtiendo en cada vez más importante para el medio ambiente acuático y, eventualmente, para la salud humana. Dirigida y análisis dirigidos a no son medios de hoy de la opción. Aunque dirigida análisis realizado generalmente con la ayuda de un cuadrupolo triple espectrómetro de masas puede ser más sensible, pueden identificarse sólo compuestos previamente seleccionados. El análisis de orientada a no más de gran alcance se realiza a través del tiempo de vuelo (TOF-MS) los espectrómetros de masa extendidos por un analizador de masas cuadrupolo (Q), según lo utilizado en este estudio. Precedido por extracción en fase sólida y cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), el enfoque no dirigido permite para detectar todas las sustancias ionizables con alta sensibilidad y selectividad. Aprovechando el instrumento Q-TOF-MS, experimentos de espectrometría de masas tándem (MS/MS) aceleran y facilitan la identificación, mientras que un método objetivo de MS aumenta la sensibilidad pero se basa en estándares de referencia para propósitos de identificación. Se demuestra la identificación de cuatro fármacos de agua del río Rhine. El río Rin nace en Tomasee, Graubünden, Suiza y desemboca en el mar del norte, cerca de Bahía Sur, los países bajos. Su longitud asciende a 1232,7 kilómetros. Puesto que es de gran interés para eliminar con eficacia productos farmacéuticos desde el ciclo del agua, la irradiación UV-C de efecto se demuestra en a escala de laboratorio. Este método permite la rápida degradación de los productos farmacéuticos, que se demuestra exemplarily para la eritromicina antibiótico macrólido. Utilizando el método de HPLC-Q-TOF-MS anterior, diagramas de tiempo de concentración se obtienen para la droga padre y sus productos de fotodegradación. Después de establecer las ecuaciones para las reacciones secuenciales de primer orden, conexión computacional permite la determinación de parámetros cinéticos, que podría ayudar a predecir tiempos de irradiación y condiciones potencialmente considerado como cuarta etapa dentro tratamiento de aguas residuales.

Introduction

Productos farmacéuticos se encuentran regularmente en el medio acuático1,2,3,4,5. Una fuente importante son los efluentes de aguas residuales (EDAR) de plantas de tratamiento6,7,8,9. La ocurrencia de productos farmacéuticos en el durante todo el ciclo del agua ha sido estudiada exemplarily en la cuenca del río Turia10. Entre otros, los antibióticos representan una clase en particular peligrosa de las drogas, ya que a menudo pasan por la etapa biológica de EDARs inalterado y puede provocar resistencias bacterianas en el medio ambiente11,12,13 . Los macrólidos constituyen una clase de antibióticos que se aplican tanto en humanos como en medicina veterinaria. Sus representantes se encuentran en concentración hasta 1 μg/L en efluentes14,15,16,17,18,19. Uno de ellos es de20,de eritromicina (Ery)21. En las aguas, la eritromicina es acompañada a menudo por anhydroerythromycin (Ery A – H2O), una de22,de deshidratar23. Eliminación de agua de eritromicina es debido a la inestabilidad ácida. La relación de eritromicina vs anhydroerythromycin depende el pH24,25,26,27.

Químicamente, los macrólidos contienen una lactona de macrocylic a que azúcar varios grupos se unen, por ejemplo., desosamine, cladinosa o mycaminose. Puesto que los macrólidos son modificados químicamente productos naturales de los procesos de fermentación, a menudo existen como mezclas. La especie denominada A, B, C, etcetera., difieren en los sustitutos de azúcar. Las moléculas de azúcar y su posición en la lactona son responsables por el modo de acción de los macrólidos28,29. Para minimizar el riesgo ambiental, es deseable para mineralizar completamente los productos farmacéuticos antes de entrar en el medio acuático27,30,31,32.

La primera parte de este estudio se ocupa de la detección de productos farmacéuticos en las aguas superficiales, que es importante para el monitoreo de efluentes y aguas abiertas. Para buscar una variedad de sustancias no identificadas en el rango de microgramo en diferentes matrices, análisis no dirigida es el método de elección20,33,34,35. En particular, de alto rendimiento cromatografía líquida (HPLC) electrospray ionización cuadrupolo tiempo de espectrometría de masas de vuelo (HPLC-ESI-Q-TOF-MS) ha demostrado de extraordinario valor por su especificidad y sensibilidad. Después de la identificación de la sustancia, la sensibilidad puede además ampliarse utilizando el objetivo MS acercamiento con el quadrupole operado en modo de seleccionar y la energía de colisión dentro de la celda de colisión a cero. Por lo tanto, los iones llegan no fragmentado en el detector TOF.

El segundo objetivo de este trabajo es la eliminación de la eritromicina. Para la eliminación de los productos farmacéuticos, los procesos llamados de oxidación avanzada (AOPs) se utilizan, por ejemplo., iniciado por la irradiación con UV luz36,37,38. La formación de radicales hidroxilo es esencial para la degradación del agua por VUV / irradiación UVC siguiendo la ecuación 1.

H2O + hν(< 200 nm) → H2O * → H. + . OH (1)

Los radicales hidroxilo poseen un potencial de alta oxidación de 2.8 V, que positivamente contribuye a la degradación de las sustancias36,37.

Aquí, se describe la degradación de la eritromicina con vacío UV, UVC-radiación en agua habida cuenta de la influencia del pH. La formación de productos más peligrosos se cree que es una desventaja del uso de AOPs39,40. Por lo tanto, es importante irradiar hasta la mineralización completa de los productos farmacéuticos. Para estimar mejor el tiempo de irradiación, el modelo cinético de la reacción, se determinan las constantes de velocidad de reacción y la vida media del fármaco inicial y para su photodegradates. Para ello, tiempo de concentración (c-t) parcela fueron derivados de mediciones de HPLC-ESI-Q-TOF-MS y en comparación con modelos de cinética química con MATLAB. La cinética de la degradación procedió según primer orden, y el photodegradates fueron descritos como productos intermedios de una reacción seguimiento consecutivo o posterior27,41.

Protocol

1. Preparación: Extracción en fase sólida Recoger aproximadamente 1 L de agua para la preparación de las muestras. Filtrar la muestra sobre un filtro banda azul con un tamaño de los poros de 2 μm para eliminar las partículas gruesas. Equilibrar el cartucho SPE usando 3 mL de metanol y 3 mL de agua ultrapura. Aplique el filtrado (1 L) en el cartucho SPE y aumentar la velocidad del flujo mediante un vacío moderado, por ejemplo., una bomba de diafragma.Nota: Varios cartuchos SPE se pueden ejecutar en paralelo. Lavar la muestra con 3 mL de agua ultrapura. Eluir los analitos de la sorbato de cartucho con 3 mL de metanol. Concentran el eluido de 3 mL para secar utilizando un evaporador rotatorio. Disolver el residuo en 1 mL de agua ultrapura. Filtrar la solución con un filtro de jeringa y guárdelos en un frasco de análisis por HPLC-ESI-Q-TOF-MS no dirigidos. 2. HPLC-ESI-Q-TOF-MS método de análisis no dirigidos y dirigido y MS/MS Transferir el frasco a los muestreadores de HPLC-ESI-Q-TOF-MS. Establecer todos los parámetros relevantes (tabla 1) para el HPLC-ESI-Q-TOF-MS.Nota: Si se utiliza una energía de colisión finito, es decir., colisión energética (CE) ≠ 0, los iones se fragmentó. Este modo corresponde al método de MS/MS selectivo. Iniciar la medición. Analice la resultantes cromatogramas y espectros de masas. 3. experimentos de irradiación UV Disolver el compuesto antibiótico, por ejemplo, eritromicina (750 mg/L) en agua ultrapura a concentración final de 20 mg/L. Llenar el photoreactor de 1 L, envuelto en papel de aluminio, con 750 mL de la solución. Introducir la lámpara proporciona 15 W de potencia en el reactor. Aplicar el agitador magnético a 500 rpm. Ajustar el pH al valor deseado 3-4, 6-7 o 8-9 por adición gota a gota de HCl (0.1 M) o NH3 (0,1 M) si es necesario. pH 6-7 se utiliza como un ejemplo. Tomar 2 mL de la solución de reacción como muestra a tiempo 0 utilizando una jeringa y transferir a un frasco de vidrio de 2 mL. Interruptor en la lámpara UV y mantener el indicaráel tiempo.Nota: Tiempos de irradiación de 10 minutos suelen ser suficientes. Si se desea la plenitud de la fotoreducción, una segunda serie de experimento deba grabarse utilizando los resultados de la primera serie.PRECAUCIÓN: La irradiación UV puede conducir a la ceguera. Extraer una muestra de 2 mL de la solución cada 30 s durante los primeros 5 minutos. Luego, tomar una muestra cada 60 s hasta el final del experimento. Transferir las muestras en viales de 2 mL. Almacenar los frascos hasta el análisis de HPLC-ESI-Q-TOF-MS-4 ° c. Analizar las 16 muestras mediante HPLC-ESI-Q-TOF-MS con los métodos descritos en el paso 2. 4. Análisis de la cinética de la Preparar un software adecuado como el ajuste de curvas caja de herramientas de MATLAB R2016b. Ajuste el área de masa vs datos de tiempo de la degradación inducida por la foto del antibiótico primario compuesto según la cinética de primer orden, véase ecuación 242,43(2)La concentración de se refiere a la concentración inicial de educt A, cA la concentración real en el tiempo de reacción t con el índice de la constante k1 del primer paso de reacción al B. Encajarlo en el área de masa vs curvas de tiempo de la también usando la ecuación 3 y 4, como puede ser descritos como productos intermedios de una reacción seguimiento consecutiva o posterior, es decir., producto B o C según la reacción del modelo un →B → C → D.(3)(4)Las concentraciones cB y cC se refieren a los intermedios B y C; y k2,k3 para las correspondientes constantes de tipo B a C, C a D. Utilizar EQ 5 para ajustar los datos, si el tiempo de irradiación no fue suficiente para observar la degradación de un producto de la foto. Este degradate puede ser tratado como producto final D con la concentración CD para obtener las constantes de velocidad.(5) Calcular la concentración de B con la ecuación 6 en lugar de la ecuación 3, si la reacción termina con B. Si C es el producto final, calcular la concentración de C según la ecuación 7 en lugar de la ecuación 4.(6)(7) Usar EC. 8 para la determinación de la vida media t1/2.(8)

Representative Results

Como resultado de la extracción en fase sólida, una solución verde oscuro amarillento se obtuvo en todos los casos que indicaron la presencia de clorofila que contienen sustancias (figura 1). Productos farmacéuticos que figuran en esta muestra de agua no daría lugar a la coloración visible desde su concentración y su absorbancia generalmente sería demasiado baja. En cambio, la ocurrencia de productos farmacéuticos debe analizarse mediante HPLC y espectrometría de masas de alta resolución. En análisis no dirigidos, se utilizó un HPLC-ESI-Q-TOF-MS debido a su excepcional precisión total que permite para obtener la masa exacta de cada compuesto iónico. El cromatograma de la masa detectada de los análisis realizados fue representado como un cromatograma de pico base (BPC), que muestra el pico más intenso de cada espectro de masas en el curso de la separación cromatográfica. El ejemplo mostrado en la figura 2 presenta el BPC de una muestra de agua desde el río Rin. Lo BPC figura más de veinticinco picos que reflejan valores distintos de m/z, compuestos diferentes por lo tanto, siete de los cuales fueron marcados en el BPC. Puesto que las sustancias eran desconocido a priori, el primer paso para su identificación generalmente consiste en derivar la fórmula molecular. Esto se logra a través de la masa exacta y el patrón isotópico de la detección TOF, aunque el patrón isotópico no se puede observar en todos los casos debido a la concentración de la muestra baja en muestras ambientales. Con la ayuda de base de datos pública, tales como productos farmacéuticos en el ambiente por la Agencia de medio ambiente alemán (UBA) que contiene aproximadamente 630 compuestos, una identificación preliminar de un pequeño grupo de candidatos es a menudo exitoso. Para una prueba final, se puede realizar la comparación con estándares de referencia disponibles en el mercado o patrones de fragmentación de MS/MS pueden ser considerados (figura 3). En esta obra, comparación con estándares con respecto al tiempo de retención representaron para la identificación de productos farmacéuticos que muy a menudo se encuentran en aguas superficiales alemanas. Estas sustancias incluyen metoprolol, un β-bloqueador, carbamazepina, un analgésico y la eritromicina antibiótico macrólido A y su derivado anhydroerythromycin que a. eritromicina sirve como ejemplo más investigado en este estudio. La muestra estudiada de río Rhine tenía un pH de 7.6 y una temperatura media de 16,5 ° C. A este pH, el anhydroerythromycin también se espera estar presente en la muestra de agua. Para el análisis detallado, los cromatogramas de iones extraídos (ceis) de la muestra de agua fueron comparados con los estándares de referencia (figura 4). La comparación muestra buena concordancia entre el tiempo de retención para metoprolol, carbamazepina y anhydroerythromycin y los analitos observados. El EIC de la anhydroerythromycin estándar de referencia muestra dos picos, por lo tanto dos compuestos donde deshidratación había ocurrido en dos sitios distintos de la eritromicina. Sin embargo, sólo un isómero de anhydroerythromycin fue identificada en la muestra del río Rhine. Eritromicina sí mismo sólo estaba presente en trazas. Por lo tanto, no se podía obtener ningún espectro MS/MS. Las masas exactas para el antibiótico y su deshidratar se dan en la tabla 2. Con EIC, así tiempo de retención y el valor de m/z, metoprolol, carbamazepin, eritromicina y anhydroerythromycin podían ser identificados en la muestra del río Rhine. En relación con el medio acuático, es importante evitar productos farmacéuticos de pasar a través de plantas de tratamiento de aguas residuales y entrar las aguas superficiales. En la búsqueda de una eliminación eficiente, se llevaron a cabo experimentos de irradiación UV-C con valores de pH diferentes para Eritromicina como ejemplo. Diagramas de tiempo de concentración (c-t) se registraron con masa-área vs tiempo, parcelas derivan de EIC. La degradación fue descrita según la ecuación 2. Eritromicina consta de eritromicina A y B y anhydroerythromycin A, con dos isómeros de este último. Las curvas de t c de eritromicina A y sus ajustes computacionales se muestran en la figura 5. A pH 7, se observó la degradación acelerada. Esto se aplica a los cuatro compuestos estudiados, datos no mostrados. Como consecuencia, degradación inducida por la foto de la eritromicina debe llevarse a cabo alrededor de pH neutro. En el caso de la muestra del río Rhine, ajuste del pH no fue requerido. Photodegradates de los productos farmacéuticos fueron también identificados en los tres valores de pH. Un resumen de estos photodegradates con sus correspondientes propuestas de estructura se da en la tabla 3. Para el análisis cinético de la photodegradates, el producto m/z = 720 sirve como ejemplo. Photodegradates se puede describir a menudo como productos intermedios de reacción. Por lo tanto, los photodegradates fueron descritos en términos de aconsecutive y seguimiento posterior de la reacción. La decisión entre los tipos resultantes de productos intermedios se basa en la bondad de ajuste calculado con el software adecuado, donde el coeficiente de determinación (R2) y el error cuadrado medio residual (RMSE) se tomaron como criterios. Debido a que la eritromicina es ácido inestable, también como ocurriría con irradiación estaban presentes previo a la irradiación. El efecto resultante en las ecuaciones 3 y 4 fue una concentración inicial finita. Por lo tanto, un factor se agregó a las ecuaciones. La figura 6 muestra los datos experimentales y ajustes calcula según la ecuación 3 y 4. Este ejemplo de un intermedio demostró el aumento de la concentración con un incremento sigmoidal seguido por un decaimiento exponencial. Esto es indicativo de una posterior reacción seguimiento intermediaria. Un intermedio de reacción consecutiva no demuestran el incremento sigmoidal. Parámetros de calidad estadística indican también el acuerdo ligeramente superior de ajuste según el modelo de seguimiento posterior de la reacción. El coeficiente de determinación R2 de la reacción consecutiva fue 0.9898 y así inferior a la de la posterior reacción seguimiento siendo 0.9976. Por lo tanto, el examinado photoproduct fue interpretado como intermedio de una reacción de seguimiento posterior. Los valores de k resultaron de la forma computacional así, la vida media fue calculado ecuación 5. Todos los parámetros cinéticos relevantes se recogen en la tabla 3. Se observó la degradación más rápida a pH 7, seguido de pH 9, mientras que la degradación más lenta fue encontrada para pH 3 (figura 5). Este hallazgo que también se aplica a la formación y degradación de los photoproducts. Se observaron tres photodegradates. Los valores de m/z fueron 750.46 correspondiente a Ery F, 720.45 Ery C y 192.12 a DPEry192, un azúcar glycosidically dependiente de la estructura de la eritromicina (figura 7). No hay degradación de la photoproduct podría observarse DPEry192 a pH 3 y 9 y Ery F a pH 9. En estos casos, el tiempo de irradiación no fue suficiente tiempo para observar la degradación total del producto intermedio. Sin embargo, la constante de velocidad de formación se podía determinar mediante el uso de la ecuación 5, que corresponde a un producto final. Figura 1 . Comparación de las muestras desde el río Rin después de SPE (izquierda) y el tratamiento de la poste-limpieza water(right). La coloración verde es indicativa para sustancias que contienen la clorofila. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 2 . BPC de una muestra de agua después de SPE se mide con el HPLC-ESI-Q-TOF-MS. Todos los cromatogramas se normalizaron en el pico más alto. M o z-valores ilustrativos como obtenido el correspondiente espectro de MS están marcados. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 3 . Espectro de Q-TOF-MS de la eritromicina A (abajo) y el espectro MS/MS del ion m/z = 734.4689 (arriba). Los espectros muestran el ión molecular cuasi de la eritromicina A los fragmentos y su patrón isotópico a una energía de colisión aplicada de 30 eV. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 4 . Normalizado de ceis de metoprolol (A), (B) carbamazepina, eritromicina (C) A y (D) anhydroerythromycin A en una muestra de río Rhine (azul) y en agua ultrapura de compuestos de referencia (rojo). Los tiempos de retención de los compuestos de referencia y las de los productos farmacéuticos en la muestra de agua son los mismos. Los cocientes signal-to-noise de metoprolol (A) y anhydroerythromycin (D) son más altos que los de carbamazepina (B) y eritromicina (C), que indica que el último estaba presente sólo en trazas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 5 . Normalizó las curvas concentración-tiempo de la fotodegradación de la eritromicina A pH 3 (rojo), pH 7 (verde) y pH 9 (azul). Soluciones se irradiaron durante 10 minutos. A pH 7, eritromicina fue quitada totalmente de la muestra. Las curvas de tiempo de concentración podrían describirse mediante ecuaciones cinéticas de primer orden. Las constantes de tipo cinético fueron 0.10 (pH 3), 0,59 (pH 7) y = 0.21 (pH 9). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 6 . Comparación de los ajustes de las curvas concentración-tiempo de la photoprodegradates de la eritromicina con m/z = 720 a pH 9 siguiendo las ecuaciones 3 (A) y (B) 4. Bondad de ajuste de la reacción consecutiva (A): R2 = 0.9898, RMSE = 4.645E + 04, de la posterior seguimiento reacción y (B): R2 = 09976, RMSE = 2.366E + 04. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 7 . Estructura A la eritromicina, eritromicina B y anhydroerythromycin y sus productos de photdegradation. Esta figura ha sido modificada de Voigt, et al. 27. los productos se formaron después de 10 minutos de irradiación UVC e identificar mediante HPLC-Q-TOF-MS y MS/MS. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Cromatografía líquida de Columna: fase inversa C-18 Columna: CoreShell columna; Columna: dimensiones 50 x 2,1 mm, 2.6 μm tamaño de partícula Temperatura de columna 40 ° C Volumen de inyección: 5 ΜL Flujo: 0,3 mL/min. Fase móvil: Disolvente A: agua con 0,1% de ácido fórmico Solvente B: metanol que contiene 0.1% de ácido fórmico Programa de gradiente: Tiempo/min 0 1 10 11.1 11.2 12 Relación solvente a: b 99:1 70: 30 25:75 1:99 1:99 99:1 Espectrometría de masas Fuente: ESI AJS dual (modo positivo) Gas y fuente Temperatura del gas: 300 ° C Secado de Gas: 8.0 L/min Nebulizador: 14 psig Temperatura del Gas de vaina: 300 ° C Flujo de Gas de vaina: 8 L/min Rango de masa: 100 – 1000 m/z Tasa de adquisición: 1 espectro/s Tiempo de la adquisición: 1000 ms y del espectro Transitorio / espectro 10014 Método objetivo de MS Energía de la colisión (CE): eV 0 Preferido de masa – mesa 734.4685 Para MS/MS (típicamente modo MS/MS del auto) Energía de la colisión (CE): 30 eV Umbral absoluto 3000 cuentas Umbral relativo 0.01% Rango de masa: 100 – 100 m/z Tasa de adquisición: 1 espectro/s Tiempo de la adquisición: 1000 ms y del espectro Transitorio / espectro 9964 Método objetivo de MS/MS Preferido de masa – mesa 734.4685 Tabla 1. Condiciones y parámetros que se utilizan para el análisis de HPLC-ESI-Q-TOF-MS de fármacos en matrices de agua. Es recomendable introducir un paso enjuague entre las corridas cromatográficas a través de correr una muestra de agua ultrapura puro entre dos análisis o extender el tiempo de ejecución del método cromatográfico para eluir todas las sustancias. Tabla 2. Medicamentos encontrados en la muestra del río Rhine con su tiempo de retención teórico y observado [M + H]+ y su estructura. El modo ESI fue fijado a positivo, para que [M + H]+-iones fueron detectados. El tiempo de retención puede variar mínimamente por razones conocidas experimentales habitual. pH 3 pH 3 pH 7 pH 7 pH 7 pH 7 pH 7 pH 7 pH 9 pH 9 pH 9 pH 9 Producto k1 [min-1] t1/2 [min] (k1) k1 [min-1] k2 [min-1] k3 [min-1] t1/2 [min] (k1) t1/2 [min] (k2) t1/2 [min] (k3) k1 [min-1] k2 [min-1] t1/2 [min] (k1) t1/2 [min] (k2) Ery un 0.1 6,81 0,59 – – 1.18 – – 0.21 – 3.37 – B Ery 0.05 14.23 0.66 – – 1.04 – – 0.22 – 3.21 – Ery – H2Oa 0.11 6.53 0,59 – – 1.17 – – 0.19 – 3.72 – Ery un – H2Ob 0.15 4,76 1.11 – – 0,63 – – 0.21 – 3.35 – Ery F no se observó – 0,89 0.35 – 0,78 1.98 – 1.09* – 0,64 – Ery C no determinado – 0.74 5.27 0,78 0.94 0.13 0,89 0.17 0.18 4.04 3,92 DPEry192 0.35* 1.97 no se observó – – – – – 0.30* – 2.34 – * Ninguna otra degradación observada Tabla 3. Constantes de tipo cinético y correspondientes vidas medias de la degradación de eritromicina y sus photodegradates adaptado de Voigt et al. 27 . Eritromicina consiste en A la eritromicina, eritromicina B y dos formas de anhydroerythromycin. Se observaron tres photodegradates. Allí se conocen como Ery F, C Ery y DEry192.

Discussion

El ejemplo de un análisis objetivo no presentado en este informe demuestra la identificación de productos farmacéuticos en las aguas superficiales mediante HPLC-ESI-Q-TOF-MS, MS/MS y comparación con patrones de referencia como la prueba final. La fuerza del análisis no se desea tratar con TOF-MS se basa en la detección de todos los iones presentes en un tiempo de retención determinado y la alta precisión de masa que conduce a la predicción de la fórmula molecular tentativa. Como alternativa a un espectrómetro de masas TOF, la aplicación de una trampa del ion orbital se ha descrito para el análisis de contaminantes en agua44. La predicción de la fórmula molecular se utilizó como punto de partida para seleccionar rápidamente los estándares de referencia. La aplicación del método objetivo de MS del instrumento Q-TOF-MS permite la detección de compuestos específicos, puesto que sólo los iones previamente seleccionados pasen el filtro cuadrupolo. En general análisis específicos se realizan usando el espectrómetro de masas triple cuadrupolo también en análisis de agua45. Para compensar la desviación de la masa teórica debido a imperfecciones del instrumentales, podría realizarse una comparación cromatográfica con una norma de referencia. El método objetivo de MS/MS puede también ser elegido para el análisis de identificación. Aquí, se seleccionan los iones, fragmentado y sus fragmentos detectaron. Puesto que es menos sensible que MS MS/MS, la concentración de los productos farmacéuticos en las muestras de agua investigado era demasiado baja para producir fragmentos significativos. Sin embargo, si se detectan fragmentos, compuestos pueden identificarse con mayor confianza. La sensibilidad insuficiente podría ser superada por concentrar un mayor volumen de muestra de agua inicial. Además, la medición debe realizarse tan pronto como sea posible después del muestreo debido a potencial de biodegradación46,47,48,49. De lo contrario, las muestras deben almacenarse a-20 ° C para excluir compuesta degradación o reacción.

A veces los mismos valores de m/z aparecen en tiempos de retención diferentes. Esto puede ser debido a los isómeros requieren diferentes técnicas analíticas. También puede ocurrir que no compuestos podrían detectarse en todo, que no prueba necesariamente su ausencia. Puede no formar los iones o se producen por debajo del límite de detección. El tipo de agua también ejerce una influencia en la presencia de productos farmacéuticos. Productos farmacéuticos raramente entrar en fuentes de agua y agua subterránea en comparación con las aguas residuales y efluentes de aguas residuales tratamiento plantas48,50,51,52,53.

Para los experimentos de degradación, la fuente de irradiación debe caracterizarse por adelantado, ya que el flujo de fotones o la tasa de fluencia de fotones de la lámpara contribuye significativamente a la degradación y el mecanismo de degradación. Para intentos iniciales, una lámpara VUV/UVC, probablemente una lámpara de mercurio de baja presión es suficiente. En general, la adición de peróxido de hidrógeno, H2O2, acelera la degradación27,36,37,54. Cuando una lámpara diferente, por ej., una lámpara de rayos UVA, se utiliza, la formación de radicales hidroxilo debe garantizarse, por ejemplo., mediante la adición de dióxido de titanio 23,24,30, 31. para muchos compuestos, tales como eritromicina, radicales OH en lugar de foto-reactividad de la industria farmacéutica sí mismo27son las especies inducir degradación.

Para la determinación de los parámetros cinéticos, el área de las señales en los cromatogramas de masa detectada, que representa la concentración se grafica versus el tiempo de irradiación. Para ajustar los datos, es recomendable utilizar el software adecuado. Aquí, la herramienta de ajuste de curva de MATLAB fue utilizada, que permite calcular y ajustar los datos con las ecuaciones correctas rápidamente. La cinética de los intermedios es determinada por ecuaciones más complejas. Los parámetros de calidad para el ajuste, es decir., R2 y RMSE, fácilmente se obtuvieron así.

Este estudio demostró el análisis de agua del río para detectar e identificar contaminantes farmacéuticos y la fotodegradación de la eritromicina en agua ultrapura. En aguas ambientales, tales como aguas superficiales, se obtendría tasa constantes y velocidades de degradación diferentes debido a la absorción de sustancias, tales como humins de luz. Según la experiencia de los autores, a menudo la degradación ocurre más lentamente, pero a veces a las tasas comparables41,56.

El problema mundial de los medicamentos, especialmente antibióticos, en el medio acuático y los peligros resultantes continúan a crecer1. Debido a la variedad y diversidad de productos químicos, metabolitos y también, análisis objetivo no se convertirá en el arma más importante de la analítica por su descubrimiento en el medio ambiente57. Para la eliminación efectiva, etapas de la novela en plantas de tratamiento de aguas residuales tendrá que diseñarse en base a procesos de oxidación avanzada, que la radiación ultravioleta podría ser parte de.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Melanie Voigt está agradecido por un estipendio de la Promotionskolleg del Niederrhein Universidad de Ciencias aplicadas. Los autores agradecen su institución más apoyo financiero.

Materials

Methanol for liquid chromatography LiChrosolv Merck 1060181000
formic acid Fluka 94318
HCl Riedel-de Haen
NH3 Riedel-de Haen
Simplicity 185 Water Purification System EMD Millipore for producing MilliQ-water
Erythromycin BioChemica AppliChem A2275,0005
Filter Rotilabo-filter, Typ 113A Roth AP78.1
SPE-Cartridges Oasis HLB 3cc (60mg) Waters WAT094226
BAKER SPE-12G J.T. Baker
membrane pump PC3001 VarioPro  Vacuubrand
rotary evaporator; Laborota 4000 efficient Heidolph Instruments
syringe, 2 mL Terumo
Nylon Syringe Filters Target2 Thermo Scientific 10301345
C-18 CoreShell column 50 mm x 2.1 mm dimensions, 2.6 μm particle size Thermo Scientific
HPLC 1200 Agilent
ESI-Q-ToF-MS 6530 Agilent
photoreactor, UV Labor Reactor System 3 Peschl Utraviolet GmbH
VUV/UVC-lamp, TNN 15/32, 15 W Heraeus
pH-meter, pHenomenal pH 1100L vwr 662-1657
magnetic stirrer Heidolph Instruments
MassHunter Workstation B.06.00 Agilent
MATLAB R2016b Mathworks
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References

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Voigt, M., Savelsberg, C., Jaeger, M. Identification of Pharmaceuticals in The Aquatic Environment Using HPLC-ESI-Q-TOF-MS and Elimination of Erythromycin Through Photo-Induced Degradation. J. Vis. Exp. (138), e57434, doi:10.3791/57434 (2018).
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