JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

Eczacılık HPLC-ESI-Q-TOF-MS ve eritromisin fotoğraf kaynaklı bozulması ile ortadan kaldırılması kullanılarak Su ortamındaki tanımlaması

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

Summary

Biz bir protokol zaman uçuş kütle spektrometresi, eczacılık sularda tanımlamak için mükemmel bir araç olarak kullanarak olmayan hedef analizi için mevcut. Biz onların ortadan kaldırılması için UV radyoterapi uygulama göstermek. Işınlama, bileşik yalıtım, kimlik ve kinetik bozulması profilleri modelleme analiz gösterilmektedir.

Abstract

Su döngüsü boyunca ilaç izleme su ortamında ve daha sonra insan sağlığı açısından giderek önem kazanmaktadır. Hedef ve sigara hedefli analiz bugünün anlamı tercih vardır. Her ne kadar genellikle yardımı ile yapılan analiz hedefli triple quadrupole kütle spektrometre daha duyarlı olabilir, daha önce seçilen tek bileşikler tespit. En güçlü olmayan hedef analiz kütle spektrometreleri (TOF-MS) genişletilmiş uçuş süresi Bu çalışmada kullanılan gibi quadrupole kitle Çözümleyicisi (Q), tarafından gerçekleştirilir. Katı faz çıkarma ve yüksek performanslı sıvı kromatografi (HPLC) tarafından öncesinde, yüksek hassasiyet ve seçicilik ile tüm ionizable maddeler algılamak için sigara hedefli yaklaşım sağlar. Q-TOF-Bayan alet tam yararlanarak, tandem kütle spektrometresi (MS/MS) deneyleri hızlandırmak ve hedeflenen bir MS yöntemi hassasiyeti artırır ancak tanıtım amaçlı kullanılan standartlar kullanır iken kimliği kolaylaştırmak. Rhine Nehri su dört ilaç tanımlaması gösterilmiştir. Ren Nehri kıyısındaki Tomasee, Graubünden, İsviçre ve Kuzey Denizi, Güney Körfezi, Hollanda yakınındaki akar kaynaklanır. 1232.7 km, uzunluğu tutarları. O etkili ilaç su çevriminin ortadan kaldırmak için ana ilgi olduğundan, efekti UV-C ışınlama bir laboratuvar ölçekte gösterilmiştir. Bu yöntem exemplarily makrolid antibiyotik Eritromisin için gösterilen Hızlı bozulma, ilaç, sağlar. Yukarıdaki HPLC-Q-TOF-MS yöntemiyle, konsantrasyon-zaman diyagramları üst ilaç ve photodegradation ürünler için elde edilir. Birinci dereceden sıralı reaksiyonlar için denklemler kurulduktan sonra Hesaplamalı montaj sağlar ışınlama kez ve potansiyel olarak içinde dördüncü sahne olarak kabul koşulları tahmin etmek için yardımcı olabilir kinetik parametrelerin belirlenmesi Atıksu arıtma tesisleri.

Introduction

Eczacılık düzenli olarak su ortamında1,2,3,4,5‘ te bulunur. Önemli bir kaynağı olan atıkları atık su arıtma tesisleri (WWTP)6,7,8,9. Eczacılık içinde geçtiği su döngüsü boyunca exemplarily içinde Turia nehir havzası10okudu. Diğerlerinin yanı sıra, antibiyotik temsil belirli bir tehlikeli sınıfın ilaçların, onlar sık sık WWTPs biyolojik aşamasına geçmek bu yana değiştirilmemiş ve bakteriyel dirençleri ortam11,12‘,13 neden olabilir . Makrolid bir sınıf insan ve hayvan hastalıklarıyla ilgili ilaç uygulanan antibiyotik ilaçların oluşturmaktadır. Onların temsilcileri konsantrasyon 1 µg/L atıkları14,15,16,17,18,19kadar bulunamadı. Eritromisin (çok)20,21onlardan biri. Sularda, eritromisin sık sık eşlik tarafından anhydroerythromycin A (çok A – H2O), dehydrate22,23. Su eritromisin gelen asit istikrarsızlık nedeniyle ortadan kaldırılmasıdır. Eritromisin anhydroerythromycin vs oranı üzerinde pH24,25,26,27bağlıdır.

Kimyasal olarak, hangi çeşitli şeker moieties bağlıdır, bir macrocylic lactone Örneğinmakrolidler içerir., desosamine, cladinose veya mycaminose. Makrolidler kimyasal fermantasyon işlemlerden doğal ürünler değiştirilir beri sık sık karışımları mevcuttur. Tür olarak adlandırdığı A, B, C, vs., şeker ornatıklarla farklı. Şeker moieties ve konumlarını lactone, eylem makrolidler28,29modu için sorumludur. Çevre tehlike en aza indirmek için bu tamamen su ortamında27,30,31,32girmeden önce ilaç mineralize için arzu edilir.

Bu çalışmanın ilk bölümünde atıkları ve açık sular izlemek için önemli olduğu yüzey suları, ilaç algılama ile ilgilidir. Kimliği belirsiz maddeler farklı matrisler mikrogram aralığında çeşitli aramak için sigara hedefli analiz seçim20,33,34,35yöntemidir. Özellikle, yüksek performanslı sıvı kromatografi (HPLC) electrospray iyonlaşma quadrupole saat uçuş kütle spektrometresi (HPLC-ESI-Q-TOF-MS), özgüllük ve duyarlılık nedeniyle olağanüstü değerinin kanıtlanmıştır. Duyarlılık can daha fazla madde tanımlaması uzatılabilir sonra hedeflenen MS kullanarak yaklaşım quadrupole ile seçim modunda işletilen ve çarpışma hücre içinde çarpışma enerji sıfır olarak ayarlayın. Bu nedenle, iyonlar sigara parçalanmış TOF dedektörü geliyor.

Bu çalışmanın ikinci odak eritromisin ortadan kaldırılması olduğunu. İlaç ortadan kaldırılması için sözde gelişmiş oksidasyon süreçleri (AOPs) kullanılır, Örn., ışınlama ile UV ışık36,37,38tarafından başlamış. Hidroksil radikallerin oluşumunu su VUV tarafından bozulması için önemlidir / UVC ışınlama takip EQ 1.

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

Hidroksil radikalleri olumlu maddeler36,37düşmesine katkıda bir yüksek oksidasyon potansiyeli 2.8 V, sahip.

Burada, vakum UV/UVC-ışınlama su kullanma eritromisin bozulması pH etkileri dikkate alarak açıklanmıştır. Daha da tehlikeli oluşumu AOPs39,40kullanmanın bir dezavantajı olduğu düşünülüyor. Böylece, ilaç tam Qafqaz kadar ışınlatayım önemlidir. Daha iyi ışınlama zaman, reaksiyon, kinetik modeli tahmin etmek için reaksiyon hızı sabitler ve yarı-hayat onun photodegradates hem ilk ilaç için belirlenir. Bu amaç için konsantrasyon-zaman (c-t) Arsa HPLC-ESI-Q-TOF-Bayan ölçümler elde edilen ve MATLAB kullanma kimyasal kinetik modellerle karşılaştırıldığında. Birinci dereceden göre bozulması kinetik ilerledi ve photodegradates bir veya daha fazla ardışık takip tepki27,41ara ürün olarak tarif edildi.

Protocol

1. örnek hazırlama: Katı faz çıkarma 1 litre su örnekleri hazırlanması için toplamak. Örnek üzerinde gözenek boyutu kaba parçacıkları kaldırmak için 2 µm olarak mavi bant filtre filtre. 3 mL metanol ve 3 mL Ultrasaf Su kullanarak SPE kartuş equilibrate. SPE kartuş üzerine filtrate (1 L) uygulamak ve ılımlı bir vakum, Örneğinkullanarak akış hızını artırmak., bir diyafram pompa.Not: Birkaç SPE kartuşları paralel olarak çalışabilir. Örnek 3 mL Ultrasaf Su ile yıkayın. Analitlerin kartuş sorbat 3 mL metanol ile gelen elute. Rotary evaporatör kullanarak kurumaya 3 mL eluate konsantre ol. Ultrasaf Su 1 ml kalıntı geçiyoruz. Çözüm şırınga filtre ve HPLC-ESI-Q-TOF-Bayan göre sigara hedefli analiz için bir şişe içinde depolayabilirsiniz. 2. HPLC-ESI-Q-TOF-Bayan yöntemi olmayan hedef ve hedef analizi ve MS/MS için Şişeyi HPLC-ESI-Q-TOF-Bayan Otomatik Örnekleyici aktarın. Tüm ilgili parametreler (Tablo 1) HPLC-ESI-Q-TOF-MS için ayarlayın.Not: bir sonlu çarpışma enerji kullanılırsa, i.e., çarpışma enerji (CE) ≠ 0, iyonlar parçalanmış. Bu mod hedeflenen MS/MS yöntemine karşılık gelir. Ölçüm başlatın. Elde edilen chromatograms ve kitle spectra analiz. 3. UV ışınlama deneyler Antibiyotik bileşim, Örneğin, Eritromisin (750 mg/L), 20 mg/L son konsantrasyonu, Ultrasaf Su geçiyoruz. 750 mL çözeltisi ile Alüminyum Folyo sarılı 1 L photoreactor doldurun. 15 W güç reaktörü sağlayan lamba tanıtmak. Manyetik karıştırıcı 500 rpm geçerlidir. PH değeri 3-4, 6-7 veya 8-9 HCl (0,1 M) veya NH3 (0,1 M) gerekirse dropwise eklenmesi tarafından istenen değere ayarlayın. pH 6-7 örnek olarak kullanılır. Reaksiyon çözüm 2 mL örnek kullanarak 0 zamanında almak ve 2 mL Cam şişe aktarın. UV lambası geçin ve elapsing süre takip.Not: Işınlama kez 10 dk çoğu kez yeterli. Photoreaction completeness isterseniz, ikinci bir deneme serisi ilk serisi sonuçları kullanılarak kaydedilmesi gerekir.Dikkat: UV ışınlama için körlüğe neden olabilir. 2 mL örnek eriyik–dan her 30 çizmek s ilk 5 dk boyunca. O zaman bir örnek her 60 tane s deneme sonuna kadar. Örnekleri 2 mL tüpler aktarın. Şişeleri kadar HPLC-ESI-Q-TOF-MS Analizi-4 ° C’de depolayın HPLC-ESI-Q-TOF-MS 2. adımda açıklanan yöntemleri kullanarak 16 örnekleri analiz. 4. kinetik Analizi MATLAB R2016b eğri sığdırma araç gibi uygun bir yazılım hazırlamak. Saat veri üst antibiyotik ilk sipariş kinetik göre bileşik fotoğraf kaynaklı bozulması vs kitle alana sığdırmak, EQ 242,43 görmek(2)Konsantrasyonu b ilk tepki adım A educt A, cA gerçek konsantrasyonu hızı sabit k1 ile reaksiyon süresi t üzerinden başlangıç konsantrasyonu gösterir Zaman eğrileri vs kitle alana sığacak gibi bir veya daha fazla ardışık takip tepki, yaniara ürün tanımlanabilir EQ 3 ve 4, kullanarak degradates., tepki göre ürün B ya da C model →B → C → d(3)(4)Konsantrasyonları cB ve cC B ve C; ara ürün için başvurun ve k2,k3 c, C-ö. karşılık gelen oranı sabit B Işınlama zaman fotoğraf ürün bozulması gözlemlemek için yeterli değilse verileri sığdırmak için EQ 5 kullanın. Bu degradate olarak nihai ürün D konsantrasyon oranı sabit almak için CD ile tedavi edilebilir.(5) B b ile reaksiyon sona ererse EQ 6 3, EQ yerine kullanarak toplama hesaplamak C nihai ürün ise, EQ 7 EQ 4 yerine göre C konsantrasyonu hesaplayın.(6)(7) EQ 8 yarı-hayat t1/2belirlenmesi için kullanın.(8)

Representative Results

Katı faz çekimi sonucu olarak, koyu yeşil çözüm için bir sarımsı klorofil içeren varlığı belirtilen her durumda elde edildi maddeler (Şekil 1). Bu su örneği bulunan ilaç onların konsantrasyon beri görünür renklendirme yol açacak değil ve onların absorbans genel olarak çok düşük olacaktır. Bunun yerine, eczacılık oluşumunu HPLC ve yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi kullanılarak analiz gerekiyor. Sigara hedefli analizde, HPLC-ESI-Q-TOF-MS her bileşik iyon için doğru kitle elde etmek için izin bekleyen kitle doğruluğu yüzünden kullanıldı. Her kitle spektrum en yoğun zirvesine görüntüler temel pik kromatografik (BPC), kromatografik ayırma derste kaydedildiði gerçekleştirilen analiz kitle tespit kromatografik temsil edildi. Şekil 2 ‘ de gösterilen örnek Ren Nehri su örnekten BPC sunmaktadır. BPC farklı m/z değerleri, bu nedenle farklı bileşenleri, yedi tanesi BPC işaretlenen yansıtan daha fazla 25 doruklarına içeriyordu. Maddelerin bilinmeyen bir temanınberi kendi kimlik için ilk adım genellikle moleküler formülü türetme oluşur. Her ne kadar izotopik desen nedeniyle düşük örnek konsantrasyonları çevre örneklerinde her durumda gözlenen değil bu doğru kütle ve izotopik desen TOF algılama tarafından sağlanan aracılığıyla gerçekleştirilir. İlaç tarafından Alman Çevre Ajansı (yaklaşık 630 bileşikler içeren UBA) ortamında gibi ortak veritabanı yardımıyla küçük bir grup adayların ön tanımlaması kez başarılıdır. Son bir kanıt, piyasada kullanılan standartlar için karşılaştırma yapılabilir veya MS/MS parçalanma desenleri (Şekil 3) düşünülebilir. Bu çalışmada, çok sık Alman yüzey sularında bulunan ilaç tanımlaması karşılaştırma tutma zamanı ile ilgili standartlara sorumluydu. Bu maddelerin metoprolol, β-bloker, karbamazepin, bir analjezik ve makrolid antibiyotik eritromisin A ve bu çalışmada daha fazla soruşturma örnek A. eritromisin görür onun modeli anhydroerythromycin içerir. PH 7,6 ve 16,5 ° c ortalama sıcaklık okudu Rhine Nehri örnek vardı Bu pH anhydroerythromycin da su örneği mevcut olması beklenir. Ayrıntılı bir analiz için su örneği ayıklanan iyon chromatograms (EICS) standartlar (Şekil 4) ile karşılaştırıldı. Karşılaştırma metoprolol, karbamazepin ve anhydroerythromycin için tutma zamanı ve gözlenen analitler arasında iyi anlaşma gösterir. Referans standart anhydroerythromycin EIC iki tepeler, dolayısıyla iki bileşikler dehidratasyon denilen tam burada iki ayrı eritromisin sitelerinde görüntülenen. Ancak, tek bir anhydroerythromycin izomer Rhine Nehri örnek tespit edilmiştir. Eritromisin kendisi sadece izlemeler mevcuttu. Bu nedenle, hiçbir MS/MS spektrum elde edilebilir. Doğru kitleler için antibiyotik ve onun dehydrate Tablo 2′ de verilmiştir. EIC, böylece m/z değeri ve saklama süresi, metoprolol, bozuklukta, kullanarak eritromisin ve anhydroerythromycin Rhine Nehri örnek belirlenmiştir. Su ortamında saygı ile atıksu arıtma tesisleri ile geçen ve yüzey suları girerek Eczacılık önlemek önemlidir. Verimli bir eleme için arayış içinde UV-C ışınlama deneyler farklı pH değerlerinde Eritromisin için örnek olarak yapılmıştır. Konsantrasyon-zaman (c-t) diyagramları kitle-alan zaman vs kullanarak kaydedildi araziler EICS türetilmiş. Bozulması denklem 2 göre tanımlanmıştır. Eritromisin eritromisin A ve B ve anhydroerythromycin A, ikinci iki izomerler ile oluşur. Eritromisin A ve onların Hesaplamalı uyar c-t eğrileri Şekil 5′ te gösterilmektedir. PH 7 hızlandırılmış düşme gözlendi. Bu eğitimi aldı, tüm dört bileşikler için değil gösterilen veriler geçerlidir. Sonuç olarak, fotoğraf kaynaklı bozulması eritromisin nötr pH yapılmalıdır. Rhine Nehri örnek olması durumunda, pH ayarlama gerekli değildi. Photodegradates ilaç da tanımlanan üç pH değerleri vardı. Bu photodegradates karşılık gelen yapı önerilerini ile genel bir bakış tablo 3’te verilmiştir. Photodegradates, m/z ürünüyle kinetik analizi için 720 hizmet örnek olarak =. Photodegradates kez tepki ara ürün tanımlanabilir. Bu nedenle, photodegradates aconsecutive ve sonraki takip tepki açısından tarif edildi. Ara ürün elde edilen türleri arasında karar nerede katsayısı (R2) ve kalan ortalama kare hata (RMSE) ölçüt olarak alınmıştır uygun yazılım ile hesaplanan uyum iyiliği temel alır. Eritromisin asit kararsız nedeniyle gerçeğini, ışınlama ışınlama için mevcut önceden vardı oluşacak gibi degradates. Elde edilen Denklem 3 ve 4 üzerinde sonlu bir başlangıç konsantrasyonu etkiydi. Bu nedenle, bir faktör denklemler için eklendi. Şekil 6 deneysel verileri göstermesi ve uygun denklem göre hesaplanan 3 ve 4. Bir ara bu örneği bir üstel çürüme tarafından takip sigmoidal bir artış ile konsantrasyon artış gösterdi. Bu bir sonraki takip tepki ara için göstergesidir. Ardışık tepki orta sigmoidal artış göstermiyor. İstatistiksel kalite parametreleri uygun sonraki takip tepki modele göre biraz üstün anlaşması belirtilmiştir. Belirlenmesi R2 ardışık reaksiyon katsayısı 0.9898 oldu ve böylece bundan sonraki takip tepki 0.9976 olmak daha düşük. Bu nedenle, muayene photoproduct ara bir sonraki takip tepki olarak yorumlanır. K-değerleri de Hesaplamalı uygun sonuçlandı, yarı ömrü hesaplanan aşağıdaki denklemi 5. Tüm ilgili kinetik parametreleri Tablo 3’ te toplanır. En yavaş yıkımı için pH 3 (Şekil 5) bulundu süre ph Kategoriler 9, takip pH 7, en hızlı düşme gözlendi. Bu bulgu da oluşumu ve photoproducts bozulma için uygulanır. Üç photodegradates tespit edildi. M/z değerlerini 750.46 karşılık gelen Ery f, 720.45 Ery c ve 192.12 DPEry192, eritromisin yapısının (Şekil 7) glycosidically ilişkili bir şeker için vardı. Hiçbir bozulma photoproduct DPEry192 için pH pH 9 3 ve 9 ve için çok F gözlenen. Bu gibi durumlarda, ışınlama kez uzun ara ürün toplam bozulması gözlemlemek için yeterli değildi. Yine de, oluşum hızı sabiti eşitliği 5, a sonda gelen ürün için karşılık gelen kullanarak tespit edilemedi. Resim 1 . Ren Nehri (solda) SPE sonra örneklerinden karşılaştırılması ve ultrasaf water(right) tedavisi. Yeşil renklendirme için göstergesidir klorofil içeren maddeler. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Resim 2 . BPC SPE HPLC-ESI-Q-TOF-Bayan ile ölçülen sonra su örneği Tüm chromatograms en yüksek tepe için normalleştirilmiş. Açıklayıcı m/z değerleri karşılık gelen MS spektrum elde olarak işaretlenir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 3 . Q-TOF-Bayan spektrum eritromisin A (alt) ve MS/MS spektrum iyon m/z = 734.4689 (üstte). Spectra izotopik onun desen ve parçaları ile eritromisin A yarı moleküler iyon 30 eV bir uygulamalı çarpışma enerjisini göster. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 4 . Normalleştirilmiş EICS metoprolol (A), (B) karbamazepin, (C) Eritromisin A ve (D) anhydroerythromycin A Rhine Nehri örnek (mavi) ve başvuru bileşikler (kırmızı) Ultrasaf Su. Başvuru bileşikler ve ecza su örneği içinde olanlar saklama kez aynıdır. Sinyal-gürültü oranı metoprolol (A) ve anhydroerythromycin (D) karbamazepin (B) ve ikinci sadece izleri mevcut gösterir (C), eritromisin yüksektir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 5 . Normalleştirilmiş konsantrasyon-zaman eğrileri eritromisin A pH 3 (kırmızı), pH 7 (yeşil) ve pH 9 (mavi), photodegradation. Çözümleri 10 dakikadır radyasyona maruz. PH 7 eritromisin örnek tamamen kaldırıldı. Konsantrasyon-zaman eğrileri birinci dereceden kinetik denklemler kullanılarak tanımlanabilir. 0,10 (pH 3), kinetik hızı sabitler edildi 0.59 (pH 7) ve 0,21 (pH 9) =. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 6 . M/z ile eritromisin photoprodegradates konsantrasyon-zaman eğrileri krizleri karşılaştırılması pH 9 720 = denklemler 3 (A) ve (B) 4 takip. İyilik ve uygun ardışık reaksiyon (A): R2 0.9898, RMSE = = 4.645E + 04 ve bir sonraki takip reaksiyon (B): R2 09976, RMSE = 2.366E + 04 =. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 7 . Eritromisin A, eritromisin B ve anhydroerythromycin ve photdegradation ürünlerini yapısını. Bu rakam Voigt ve arkdeğiştirildi. 27. ürün UVC-radyoterapi 10 dakika sonra kuruldu ve HPLC-Q-TOF-MS ve MS/MS. kullanarak tespit Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Sıvı Kromatografi Sütun: ters fazlı C-18 Sütun: CoreShell sütun; Sütun: 50 mm x 2.1 mm boyutları, 2.6 mikron partikül büyüklüğü Sütun sıcaklık 40 ° C Enjeksiyon hacmi: 5 ΜL Akış: 0.3 mL/dk Mobil faz: Çözelti c: kapsayan %0,1 formik asit su Solvent B: %0,1 formik asit içeren metanol Degrade programı: Zaman /min 0 1 10 11,1 11,2 12 A:B solvent oranı 99:1 70:30 25:75 1:99 1:99 99:1 Kütle spektrometresi Kaynak: Çift AJS ESI (pozitif modu) Gaz ve kaynak Gaz sıcaklık: 300 ° C Gaz kurutma: 8.0 L/dak Nebulizatör: 14 psig Kılıf gaz sıcaklık: 300 ° C Kılıf gaz akışı: 8 L/dak Kütle aralığı: 100 – 1000 m/z Satın alma oranı: 1 spektrum/s Edinme Saat: 1000 ms/spectrum Geçici / spectrum 10014 Hedef için MS yöntemi Çarpışma enerji (CE): 0 eV Mass – tablo tercih 734.4685 MS/MS için (genellikle otomatik MS/MS modu) Çarpışma enerji (CE): 30 eV Mutlak eşik 3000 adet Göreli eşik %0.01 Kütle aralığı: 100 – 100 m/z Satın alma oranı: 1 spektrum/s Edinme Saat: 1000 ms/spectrum Geçici / spectrum 9964 Hedef için MS/MS yöntemi Mass – tablo tercih 734.4685 Tablo 1. Koşullar ve eczacılık su matrisler içinde HPLC-ESI-Q-TOF-Bayan analiz için kullanılan parametreler. Saf ultrasaf su örneği iki analizler arasında çalışan veya tüm maddelerin elute için kromatografik yöntemi çalışma süresi uzanan kromatografik çalıştırma arasında durulama bir adım tanıtmak için tavsiye edilir. Tablo 2. İlaç ile onların tutma zamanı, teorik Rhine Nehri örnekte bulunan ve [M + H] gözlenen+ ve yapılarını. ESI modu için olumlu kurulmuştur böylece [M + H]+-iyonları algılandı. Tutma zamanı en az her zamanki deneysel bilinen nedenlerle farklı olabilir. pH 3 pH 3 pH 7 pH 7 pH 7 pH 7 pH 7 pH 7 pH 9 pH 9 pH 9 pH 9 Ürün k1 [dk-1] t1/2 [DK] (k1) k1 [dk-1] k2 [dk-1] k3 [dk-1] t1/2 [DK] (k1) t1/2 [DK] (k2) t1/2 [DK] (k3) k1 [dk-1] k2 [dk-1] t1/2 [DK] (k1) t1/2 [DK] (k2) Çok A 0,1 6.81 0.59 – – 1,18 – – 0.21 – 3.37 – Çok B 0,05 14.23 0.66 – – 1,04 – – 0,22 – 3.21 – Çok A-H2Oa 0,11 6.53 0.59 – – 1.17 – – 0,19 – 3,72 – Çok A-H2Ob 0,15 4,76 1.11 – – 0,63 – – 0.21 – 3.35 – Çok F gözlenen değil – 0,89 0,35 – 0.78 1,98 – 1.09* – 0.64 – Ery C tespit değil – 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 gözlenen değil – – – – – 0.30* – 2,34 – * Daha fazla gözlenen bozulma Tablo 3. Kinetik hızı sabitler ve karşılık gelen yarı-yaşamlarını eritromisin ve onun photodegradates Voigt adapte bozulma vd. 27 . Eritromisin eritromisin A, eritromisin B ve anhydroerythromycin iki türde oluşur. Üç photodegradates tespit edildi. Orada çok F, Ery C ve DEry192 adlandırılır.

Discussion

Bu raporda sunulan bir sigara hedefli analiz örneği Eczacılık yüzey su HPLC-ESI-Q-TOF-MS, MS kullanarak kimliğini gösterdi/MS ve karşılaştırma ile referans standartlar son kanıtı olarak. Sigara hedefli Analizi TOF-MS gücünü tüm iyonları mevcut belirli tutma zamanı ve geçici moleküler formülü tahmin için uzanan yüksek kitle doğruluk tespiti temel alır. TOF Kütle Spektrometre için alternatif olarak, bir yörünge iyon kapanı uygulanması geçen madde analizi su44tarif edilmiştir. Moleküler formülü tahmin kullanılan standartlar hızlı bir şekilde seçmek için başlangıç noktası olarak kullanılmıştır. Q-TOF-Bayan enstrümanın hedeflenen MS yöntemi uygulanması belirli bileşikler, algılama izin yalnızca önceden seçilmiş iyonları quadrupole filtre geçmek. Genel olarak hedeflenen analiz triple quadrupole kütle spektrometre, ayrıca su analiz45‘ kullanılarak gerçekleştirilir. Enstrümantal kusurları nedeniyle teorik kitle sapma telafi etmek için standart bir başvuru ile kromatografik bir karşılaştırma yapılması. Hedeflenen MS/MS Yöntemi ayrıca kimlik analiz için seçmiş olabilirsiniz. Burada, iyonlar seçilir, parçalanmış ve onların parçaları tespit edildi. MS/MS MS daha az duyarlı olduğundan, incelenen su örneklerinde ilaç konsantrasyonu anlamlı parçaları vermeye çok düşük. Ancak, parçaları algıladıysa, bileşikler yüksek güven ile belirlenebilir. Yetersiz ışık hassasiyeti daha büyük bir ilk su numune hacmi yoğunlaşarak üstesinden. Buna ek olarak, ölçüm sonra en kısa zamanda örnekleme potansiyel biyolojik46nedeniyle,47,48,49yapılmalıdır. Aksi takdirde, örnekleri bileşik bozulma ya da tepki dışlamak için-20 ° C’de muhafaza edilmelidir.

Bazen aynı m/z değerleri farklı saklama zamanlarda görünür. Bu izomerler farklı analitik teknikler gerektiren nedeniyle olabilir. Hiçbir bileşikleri, hangi mutlaka onların yokluğunda kanıtlamaz tespit bu da oluşabilir. Onlar sadece değil form iyonları olabilir veya algılama sınırın altına ortaya. Su türü de Eczacılık varlığı üzerinde bir etkisi egzersizleri. Eczacılık nadiren Atıksu arıtma tesisleri48,50,51,52,53–dan kaynak su ve kanalizasyon su ve atık ile karşılaştırıldığında yeraltı suyu girin.

Foton akı veya foton dozda hızı lambanın bozulması ve bozulma mekanizması önemli ölçüde katkıda beri bozulması deneyler için ışınlama kaynak peşin, karakterize edilebilir. İlk denemeleri için bir VUV/UVC lamba muhtemelen bir alçak basınçlı civa lamba yeterli olur. Genel olarak, hidrojen peroksit, H2O2, ek Bozulması27,36,37,54hızlandırır. Ne zaman farklı lamba, Örneğin., UVA lamba kullanılır, hidroksil radikallerin oluşumunu sağlanmalıdır, Örn., titanyum dioksit 23,24,30, , aracılığıyla 31. birçok için eritromisin, OH radikaller yerine gibi fotoğraf-reaktivite, ilaç kendisi27bileşiklerdir bozulması-inducing türler.

Kinetik parametrelerin belirlenmesi için konsantrasyon, temsil eden kitle tespit chromatograms sinyalleri alan karşısında ışınlama anda çizilir. Verileri sığdırmak için uygun yazılımı kullanmak için tavsiye edilir. Burada, MATLAB eğri uydurma Aracı, hangi izin hızlı hesaplamak ve doğru denklemler verileri sığdırmak için kullanıldı. Ara ürün kinetik daha karmaşık denklemleri tarafından belirlenir. Kalite parametreleri uygun, i.e., R2 ve RMSE, kolayca elde de.

Bu çalışmada algılamak ve ilaç kirleticiler ve eritromisin Ultrasaf Su photodegradation tanımlamak için nehir su analizi gösterdi. Yüzey suyu gibi çevresel sularda farklı bozulması hızları ve hızı sabitler humins gibi maddeler emici ışık nedeniyle elde. Yazarın deneyimi göre bozulması kez daha yavaş, ama bazen benzer oranları41,56, gerçekleşir.

İlaç, özellikle antibiyotik, su ortamında ve ortaya çıkan tehlikeler dünya çapında sorun hala1büyümeye devam. Çeşitliliği ve kimyasallar, metabolitleri, çeşitliliği nedeniyle ve degradates, Sigara hedefli analiz çevre57yılında kendi keşif için en önemli analitik silah haline gelecek. Etkili eleme, atıksu arıtma tesislerinde roman aşamaları tasarlanmalıdır bağlı olarak gelişmiş oksidasyon süreçleri gerekir, hangi UV ışınlama parçası olabilir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Melanie Voigt burs için minnettar Niederrhein of Üniversitesi Uygulamalı Bilimler Promotionskolleg. Yazarlar kendi kurum daha fazla finansal destek için teşekkür ederiz.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kümmerer, K. Antibiotics in the aquatic environment – a review – part I. Chemosphere. 75 (4), 417-434 (2009).
  2. Tijani, J. O., Fatoba, O. O., Petrik, L. F. A review of pharmaceuticals and endocrine-disrupting compounds: Sources, effects, removal, and detections. Water, Air, and Soil Pollution. 224 (11), (2013).
  3. Li, W. C. Occurrence, sources, and fate of pharmaceuticals in aquatic environment and soil. Environmental Pollution. 187, 193-201 (2014).
  4. Jones, O., Voulvoulis, N., Lester, J. N. Human pharmaceuticals in the aquatic environment a review. Environmental technology. 22 (12), 1383-1394 (2001).
  5. Carmona, E., Andreu, V., Picó, Y. Multi-residue determination of 47 organic compounds in water, soil, sediment and fish-Turia River as case study. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 146, 117-125 (2017).
  6. Kostich, M. S., Batt, A. L., Lazorchak, J. M. Concentrations of prioritized pharmaceuticals in effluents from 50 large wastewater treatment plants in the US and implications for risk estimation. Environmental Pollution. 184, 354-359 (2014).
  7. Chiffre, A., Degiorgi, F., Buleté, A., Spinner, L., Badot, P. -. M. Occurrence of pharmaceuticals in WWTP effluents and their impact in a karstic rural catchment of Eastern France. Environmental Science and Pollution Research. 23 (24), 25427-25441 (2016).
  8. Gros, M., Petrovic, M., Barceló, D. Wastewater treatment plants as a pathway for aquatic contamination by pharmaceuticals in the Ebro river basin (northeast spain). Environmental Toxicology and Chemistry. 26 (8), 1553-1562 (2007).
  9. Ibáñez, M., Borova, V., et al. UHPLC-QTOF MS screening of pharmaceuticals and their metabolites in treated wastewater samples from Athens. Journal of Hazardous Materials. 323, 26-35 (2017).
  10. Carmona, E., Andreu, V., Picó, Y. Occurrence of acidic pharmaceuticals and personal care products in Turia River Basin: From waste to drinking water. Science of the Total Environment. 484 (1), 53-63 (2014).
  11. Martínez, J. L. Antibiotics and Antibiotic Resistance Genes in Natural Environments. Science Mag. 321, 365-368 (2008).
  12. . World Health Organization Antimicrobial resistance – Global Report on Surveillance. Bulletin of the World Health Organization. World Health Organization. 61 (3), 383-394 (2014).
  13. Proia, L., Von Schiller, D., Alexandre, S., Balc, L. Occurrence and persistence of antibiotic resistance genes in river bio fi lms after wastewater inputs in small rivers. Environmental Pollution. 210, 121-128 (2016).
  14. Karthikeyan, K. G., Meyer, M. T. Occurrence of antibiotics in wastewater treatment facilities in Wisconsin, USA. Science of the Total Environment. 361 (1-3), 196-207 (2006).
  15. Prieto-Rodriguez, L., Miralles-Cuevas, S., Oller, I., Agüera, A., Puma, G. L., Malato, S. Treatment of emerging contaminants in wastewater treatment plants (WWTP) effluents by solar photocatalysis using low TiO2 concentrations. Journal of Hazardous Materials. 211, 131-137 (2012).
  16. Dela Cruz, N., Giménez, J., Esplugas, S., Grandjean, D., de Alencastro, L. F., Pulgarín, C. Degradation of 32 emergent contaminants by UV and neutral photo-fenton in domestic wastewater effluent previously treated by activated sludge. Water research. 46 (6), 1947-1957 (2012).
  17. Zuccato, E., Castiglioni, S., Bagnati, R., Melis, M., Fanelli, R. Source, occurrence and fate of antibiotics in the Italian aquatic environment. Journal of Hazardous Materials. 179 (1-3), 1042-1048 (2010).
  18. Castiglioni, S., Bagnati, R., Fanelli, R., Pomati, F., Calamari, D. Removal of Pharmaceuticals in Sewage Treatment Plants in Italy. Environmental Science and Technology. 40 (1), 357-363 (2006).
  19. Watkinson, J., Murby, E. J., Costanzo, S. D. Removal of antibiotics in conventional and advanced wastewater treatment: implications for environmental discharge and wastewater recycling. Water research. 41 (18), 4164-4176 (2007).
  20. López-Serna, R., Petrović, M., Barceló, D. Development of a fast instrumental method for the analysis of pharmaceuticals in environmental and wastewaters based on ultra high performance liquid chromatography (UHPLC)-tandem mass spectrometry (MS/MS). Chemosphere. 85 (8), 1390-1399 (2011).
  21. Christian, T., Schneider, R. J., Färber, H. A., Skutlarek, D., Meyer, M. T., Goldbach, H. E. Determination of Antibiotic Residues in Manure, Soil, and Surface Waters. Acta hydrochimica et hydrobiologica. 31, 36-44 (2003).
  22. Sacher, F., Thomas, F. Pharmaceuticals in groundwaters Analytical methods and results of a monitoring program in Baden-Württemberg, Germany. Journal of Chromatography. 938, 199-210 (2001).
  23. Kasprzyk-Hordern, B., Dinsdale, R. M., Guwy, J. Multi-residue method for the determination of basic/neutral pharmaceuticals and illicit drugs in surface water by solid-phase extraction and ultra performance liquid chromatography-positive electrospray ionisation tandem mass spectrometry. Journal of chromatography. A. 1161 (1-2), 132-145 (2007).
  24. Zuckerman, J. M. Macrolides and ketolides: azithromycin, clarithromycin, telithromycin. Infectious Disease Clinics of North America. 18 (3), 621-649 (2004).
  25. Hassanzadeh, A., Helliwell, M., Barber, J. Determination of the stereochemistry of anhydroerythromycin A, the principal degradation product of the antibiotic erythromycin A. Organic & biomolecular chemistry. 4 (6), 1014-1019 (2006).
  26. Hassanzadeh, A., Barber, J., Morris, G., Gorry, P. Mechanism for the degradation of erythromycin A and erythromycin A 2′-ethyl succinate in acidic aqueous solution. Journal of Physical Chemistry A. 111 (4), 10098-10104 (2007).
  27. Voigt, M., Jaeger, M. On the photodegradation of azithromycin, erythromycin and tylosin and their transformation products – A kinetic study. Sustainable Chemistry and Pharmacy. 5, 131-140 (2017).
  28. Delaforge, M., Jaouen, M., Mansuy, D. Dual effects of macrolide antibiotics on rat liver cytochrome P-450. Biochemical Pharmacology. 32 (15), 2309-2318 (1983).
  29. Hansen, J. L., Ippolito, J., Ban, N., Nissen, P., Moore, P. B., Steitz, T. The structures of four macrolide antibiotics bound to the large ribosomal subunit. Molecular Cell. 10 (1), 117-128 (2002).
  30. Xekoukoulotakis, N. P., Xinidis, N., et al. UV-A/TiO2 photocatalytic decomposition of erythromycin in water: Factors affecting mineralization and antibiotic activity. Catalysis Today. 151 (1-2), 29-33 (2010).
  31. Yuan, F., Hu, C., Hu, X., Wei, D., Chen, Y., Qu, J. Photodegradation and toxicity changes of antibiotics in UV and UV/H(2)O(2) process. Journal of hazardous materials. 185 (2-3), 1256-1263 (2011).
  32. Monteagudo, J. M., Durán, A., San Martín, I. Mineralization of wastewater from the pharmaceutical industry containing chloride ions by UV photolysis of H2O2/Fe(II) and ultrasonic irradiation. Journal of Environmental Management. 141, 61-69 (2014).
  33. Malik, A. K., Blasco, C., Picó, Y. Liquid chromatography-mass spectrometry in food safety. Journal of chromatography. A. 1217 (25), 4018-4040 (2010).
  34. Hu, C., Xu, G. Mass-spectrometry-based metabolomics analysis for foodomics. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 52, 36-46 (2013).
  35. Castro-Puyana, M., Herrero, M. Metabolomics approaches based on mass spectrometry for food safety, quality and traceability. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 52, 74-87 (2013).
  36. Parsons, S. . Advanced Oxidation Processes for Water and Wastewater Treatment. , (2004).
  37. Oppenländer, T. . Photochemical Purification of Water and Air: Advanced Oxidation Processes (AOPs): Principles, Reaction Mechanisms, Reactor Concepts (Chemistry). , (2003).
  38. Giannakis, S., Gamarra Vives, F. A., Grandjean, D., Magnet, A., De Alencastro, L. F., Pulgarin, C. Effect of advanced oxidation processes on the micropollutants and the effluent organic matter contained in municipal wastewater previously treated by three different secondary methods. Water Research. 84, 295-306 (2015).
  39. Fatta-Kassinos, D., Vasquez, M. I., Kümmerer, K. Transformation products of pharmaceuticals in surface waters and wastewater formed during photolysis and advanced oxidation processes – degradation, elucidation of byproducts and assessment of their biological potency. Chemosphere. 85 (5), 693-709 (2011).
  40. Vasconcelos, T. G., Henriques, D. M., König, A., Martins, A. F., Kümmerer, K. Photo-degradation of the antimicrobial ciprofloxacin at high pH: Identification and biodegradability assessment of the primary by-products. Chemosphere. 76 (4), 487-493 (2009).
  41. Voigt, M., Savelsberg, C., Jaeger, M. Photodegradation of the antibiotic spiramycin studied by high-performance liquid chromatography-electrospray ionization-quadrupole time-of-flight mass spectrometry. Toxicological & Environmental Chemistry. 99 (4), 624-640 (2017).
  42. Mauser, H. . Formale Kinetik. Experimentelle Methoden der Physik und der Chemie. , (1974).
  43. Connors, K. A. . Chemical Kinetics The Study of Reaction Rates in Solution. , (1990).
  44. Comtois-Marotte, S., Chappuis, T., et al. Analysis of emerging contaminants in water and solid samples using high resolution mass spectrometry with a Q Exactive orbital ion trap and estrogenic activity with YES-assay. Chemosphere. 166, 400-411 (2017).
  45. Gago-Ferrero, P., Borova, V., Dasenaki, M. E., Thomaidis, N. S. Simultaneous determination of 148 pharmaceuticals and illicit drugs in sewage sludge based on ultrasound-assisted extraction and liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Analytical and bioanalytical chemistry. 407 (15), 4287-4297 (2015).
  46. Yang, C., Hsiao, W., Chang, B. Chemosphere Biodegradation of sulfonamide antibiotics in sludge. Chemosphere. 150, 559-565 (2016).
  47. Gartiser, S., Urich, E., Alexy, R., Kümmerer, K. Ultimate biodegradation and elimination of antibiotics in inherent tests. Chemosphere. 67 (3), 604-613 (2007).
  48. Guerra, P., Kim, M., Shah, a., Alaee, M., Smyth, S. Occurrence and fate of antibiotic, analgesic/anti-inflammatory, and antifungal compounds in five wastewater treatment processes. The Science of the total environment. 473, 235-243 (2014).
  49. Jelic, A., Gros, M., et al. Occurrence, partition and removal of pharmaceuticals in sewage water and sludge during wastewater treatment. Water Research. 45 (3), 1165-1176 (2011).
  50. Lin, A. Y. -. C., Tsai, Y. -. T. Occurrence of pharmaceuticals in Taiwan’s surface waters: Impact of waste streams from hospitals and pharmaceutical production facilities. Science of The Total Environment. 407 (12), 3793-3802 (2009).
  51. Sun, J., Luo, Q., Wang, D., Wang, Z. Occurrences of pharmaceuticals in drinking water sources of major river watersheds, China. Ecotoxicology and Environmental Safety. 117, 132-140 (2015).
  52. Nikolaou, A., Meric, S., Fatta, D. Occurrence patterns of pharmaceuticals in water and wastewater environments. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 387 (4), 1225-1234 (2007).
  53. Gao, P., Ding, Y., Li, H., Xagoraraki, I. Occurrence of pharmaceuticals in a municipal wastewater treatment plant: Mass balance and removal processes. Chemosphere. 88 (1), 17-24 (2012).
  54. Andreozzi, R., Caprio, V., Insola, A., Marotta, R. Advanced oxidation processes (AOP) for water purification and recovery. Catalysis Today. 53, 51-59 (1999).
  55. Fernández, C., Callao, M. P., Larrechi, M. S. Kinetic analysis of C.I. Acid Yellow 9 photooxidative decolorization by UV-visible and chemometrics. Journal of hazardous materials. 190 (1-3), 986-992 (2011).
  56. Voigt, M., Bartels, I., Nickisch-Hartfiel, A., Jaeger, M. Photoinduced degradation of sulfonamides, kinetic, and structural characterization of transformation products and assessment of environmental toxicity. Toxicological & Environmental Chemistry. 99 (9-10), 1304-1327 (2017).
  57. Hoff, R., Mara, T., Diaz-Cruz, M. Trends in Environmental Analytical Chemistry Trends in sulfonamides and their by-products analysis in environmental samples using mass spectrometry techniques. Trends in Environmental Analytical Chemistry. 9, 24-36 (2016).

Tags

HPLC-ESI-Q-TOF-MSPharmaceuticalsAquatic EnvironmentErythromycinPhoto-induced DegradationSolid Phase ExtractionFiltrationRotary EvaporationNon-targeted AnalysisUV IrradiationPhotoreactorPH AdjustmentTime-course Sampling

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image