Gyógyszermaradványok analitikai meghatározása szilárd mintákból (Duna iszap, hordalék és szennyvíziszap) csatolt GC- MS-(MS) technikával

Átírás

1 Gyógyszermaradványok analitikai meghatározása szilárd mintákból (Duna iszap, hordalék és szennyvíziszap) csatolt GC- MS-(MS) technikával Dobor József J II. éves PhD-hallgat hallgató Környezetkémiai Doktori Iskola Témavezető: Oltiné Dr. Varga Margit ELTE-TTK, TTK, Kémiai K Intézet, Analitikai Kémiai K Tanszék Budapest,

2 Célkitűzéseim 1. Analitikai módszer m megalkotása a vizsgált vegyületcsal letcsalád d meghatároz rozására ra szilárd fázisrf zisról (minták: szennyvíziszap, Duna iszap, Duna hordalék) mikrohullámmal mmal segített extrakciót követően, en, GC-MS, és s GC-MS/MS mérési m módszerrel. 2. A szennyvíztiszt ztisztítás s végtermv gtermékeként képzk pződő kevert (aerob lebontási termék) és eleven iszap (anaerob lebontási termék) szennyezettségének nek megállap llapítása a további felhasználás, s, és s a kezelés s megítélése céljc ljából. 3. A Duna iszap és part menti hordalék minták szennyezettségének hosszú távú (több éves monitoring) ellenőrzése a parti szűrésű kutak vízminőségének biztosítása céljából. Lehetséges összefüggések felderítése az időjárási tényezők (vízállás, csapadékmennyiség, napfény stb.) és a szennyezettség mértékének változása között. 4. A szennyvíztisztítás során végbemenő folyamatok modellezése a kiválasztott vegyületcsaládon az élő rendszerhez közel álló feltételek között a fizikai-kémiai folyamatok (szorpció) és a mikrobiológiai lebomlás arányának megállapítása céljából. 2

3 A vizsgált, nem szteroid gyulladásgátló gyógyszerek kémiai szerkezete IBUPROFEN A kiválasztás indokai: NAPROXEN - Felhasználásuk jelentős - Metabolizációjuk részleges KETOPROFEN - Lebontásuk a szennyvíztisztítási eljárások során részleges - Vízoldhatók - Perzisztensek DIKLOFENAK - Irodalmi adatok nagy száma - Markerek 3

4 I. Szennyvíziszap vizsgálata 1. Mintavétel Eleven iszap: a biológiai szennyvíztisztítás során keletkező, a mikrobiológiai lebontást végző, baktériumban gazdag iszap. Kevert iszap: a primer (a mechanikai tisztítás során képződő) iszap és az eleveniszap feleslegének az aktuális technológiai paraméterektől függő keveréke. Fotó: a FCSM, Észak-pesti telepét ábrázolja 4

5 2. A minta előkészítése Az analitikai feldolgozást megelőző műveletek: - Centrifugálás (FCSM, Észak-pesti telepe) - Szárítás (száritószekrény, 40 C; liofilizálás) - Aprítás, homogenizálás - Tárolás (hűtve, üvegedényben) A feldolgozás analitikai lépései: -MASE (microwave assisted solvent extraction=mikrohullámmal segített oldószer extrakció) -DME (dispersive matrix extraction=diszperziós mátrix feltárás) Cél: a mátrix hatás csökkentése. E célból intenzív rázatás történik a szorbenssel (neutrális Al2O3, mesh: ) Al2(SO4)3 elektrolit jelenlétében, majd centrifugálás, vagy szűrés. -SPE (solid phase extrcaction=szilárd-fázisú extrakció) -származékképzés -mérés -kiértékelés 5

6 2. A minta előkészítése MASE (= microwave assisted solvent extraction = mikrohullámmal segített oldószer extrakció) DME, tisztítási lépések (dispersive matrix extraction = diszperziós mátrix feltárás) 6

7 2. A minta előkészítése SPE (solid phase extraction, szilárd fázisú extrakció), OASIS HLB Származ rmazékképzés s (HMDS) 1.LÉPÉS: 125 µl 1,25 G NH2OH.HCL Pyr 2,5%, 30 PERC-EN 70 ºC 2.LÉPÉS: 225 µl HMDS MAJD 25 µl TFA KERÜL AZ EDÉNYEKBE, 90 PERC, 70 ºC 7

8 3. Mérés, kiértékelés A kiértékeléshez felhasznált fragmens ionok tömegszámai Vizsgált vegyület MS fragmentált ibuprofen naproxen ketoprofen diklofenak MS-MS detektált Varian 4000 GC-MS-MS - GC-MS - GC-MS-MS üzemmódban VARIAN 4000 GC/MS/MS SYSTEM (VARIAN, WALNUT CREEK, CA, USA) AUTOSAMPLER TÍPUSA PROGRAMOZHATÓ INJEKTOR TÍPUSA KOLONNA TÍPUSA CP-8400 Varian CP-1079 SGE (Victoria, Australia); SGE BPX5 forte capillary: 30 m x 0.25 mm; df. =0.25 µm. 280 C, 210 C and 80 C, HŐMÉRSÉKLET ADATOK TRANSFER LINE, ION TRAP ÉS MANIFOLD HŐMÉRSÉKLET PROGRAM Kezd 100 C-on, 1percig marad 100 C, ezt követően felfűtés 300 C ra (20 C/min) 5,5 percig 300 C-on, (összesen 16,5 perc.) 8

9 MASE * optimális feltételeinek teleinek kidolgozása 1. (hőmérs rsékletfüggés) A vizsgált vegyületek visszanyerési értékei a mikrohullámmal segített extrakció hőmérsékletének függvényében (minta: desztillált víz). T [ C] t [perc] Visszanyerések sek % (R.( R.S.D. %) Ibuprofen Naproxen Ketoprofen Diklofena lofenak (±5) 99 (±4) 97 (±5) 97 (±4) (±6) 80 (±5) 97 (±5) 71 (±4) (±4) 61 (±4) 92 (±5) 58 (±5) Addícionált mennyiség: 2x10-8 mol/l * Microwave assisted solvent extraction (MASE) 9

10 MASE* optimális feltételeinek teleinek kidolgozása 2. (időfügg ggés) A vizsgált komponensek visszanyerési értékei a mikrohullámú extrakciós idő függvényében, különböző szennyvíziszap mintákon, mérés GC-MS, SIM. t [perc] Minta típusa Ibuprofen Visszanyerések sek % (R.S.( R.S.D. %) Naproxen Ketoprofen Diklofena lofenak (±12) 103 (±11) 101 (±13) 106 (±12) (±11) 87 (±12) 81 (±16) 76 (±11) 10 Kevert iszap Eleven iszap 47 (±16) 64 (±14) 64 (±17) 57 (±16) (±12) 98 (±12) 99 (±14) 103 (±10) (±14) 89 (±14) 80 (±16) 69 (±13) (±16) 72 (±15) 54 (±18) 25 (±17) Addícionált mennyiség: 2x10-8 mol/l * Microwave assisted solvent extraction (MASE) 10

11 A vizsgált gyógyszervegyületek visszanyerési értékei különböző mennyiségű addíció esetén, kevert iszap mintákon (a teljes munkafolyamatra) Addíci ció, x10-6 mmol/l Ibuprofen Visszanyerések sek,, % (R.S.D. %) Naproxen Ketoprofen Diklofenak Deszt. víz 5,00 95 (±7) 99 (±5) 98 (±6) 102 (±5) Kevert iszap 2,50 1,23 0, (±12) 103 (±12) 101 (±16) 106 (±15) 95 (±11) 97 (±11) 104 (±13) 91 (±14) 97 (±12) 91 (±13) 102 (±14) 91 (±13) 0,31 85 (±16) 83 (±15) 102 (±17) 89 (±15) MASE paraméterek Oldószer: deszt. víz Max. hőmérséklet: 100 C Időtartam: 30 perc 11

12 A vizsgált gyógyszervegyületek visszanyerési értékei különböző mennyiségű addíció esetén, eleven iszap mintákon (a teljes munkafolyamatra) Addíci ció, x10-6 mmol/l Ibuprofen Visszanyerések sek,, % (R.S.D. %) Naproxen Ketoprofen Diklofenak Deszt. víz 5,00 95 (±7) 99 (±5) 98 (±6) 102 (±5) Eleven iszap 2,50 1,25 0,63 101(±11) 11) 98(±12) 99(±12) 103(±11) 11) 96 (±15) 96(±13) 98(±15) 101(±13) 13) 89(±14) 89(±11) 101(±20) 89(±13) 0,31 85(±18) 88(±15) 84(±22) 84(±22) MASE paraméterek Oldószer: deszt. víz Max. hőmérséklet: 100 C Időtartam: 30 perc 12

13 A vizsgált gyógyszervegyületek LOQ értékei GC-MS és GC-MS- MS módszerek alkalmazása esetén LOQ értékek ng/g GC-MS (SIM) GC-MS MS-MS LC-MS* ibuprofen naproxen ketoprofen diklofenak LOQ = limit of quantification, meghatározási határ : az a legkisebb koncentráció vagy anyagmennyiség, amely még elfogadható megbízhatósággal határozható meg. Számszerű megadása: a vak minta átlaga + 10-szer a vakminta szórása. * Irodalmi adat 13

14 AZ EREDMÉNYEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA KÜLÖNBÖZŐ EXTRAKCIÓS ÉS MÉRÉSI MÓDSZEREKET ALKALMAZVA (ELEVEN ISZAP) extrakció mikrohullámmal extrakció ultrahanggal GC-MS GC- MS/MS GC-MS GC- MS/MS GC-MS GC- MS/MS GC-MS GC- MS/MS Ibuprofen Naproxen Ketoprofen Diklofenak ng vizsgált komponens / g száraz minta 14

15 AZ EREDMÉNYEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA KÜLÖNBÖZŐ EXTRAKCIÓS ÉS MÉRÉSI MÓDSZEREKET ALKALMAZVA (KEVERT ISZAP) extrakció mikrohullámmal extrakció ultrahanggal GC-MS GC- MS/MS GC-MS GC- MS/MS GC-MS GC- MS/MS GC-MS GC- MS/MS Ibuprofen Naproxen Ketoprofen Diklofenak ng vizsgált komponens / g száraz minta 15

16 II. Duna víz, üledék és hordalék vizsgálata Budapesti Központi Szennyvíztisztító Telep Mintavétel havonta üledék, hordalék üledék, hordalék és víz Fővárosi Vízművek Iszap (Üledék): Max. 30 cm mélységből, max. 100 cm távolságban a meder szélétől, a vízzel fedett terület alatti réteg. Hordalék: Max. 100 cm távolságban a meder szélétől a part menti réteg. 16

17 A vizsgált vegyületek visszanyerési értékei a mikrohullámmal segített extrakció idejének függvényében (minta: desztillált víz). extrakció ideje [perc] Visszanyerések % (R.S.D. %) Ibuprofen Naproxen Ketoprofen Diklofenak (13) 95 (12) 101 (15) 97 (10) (12) 99 (10) 96 (14) 95 (11) (14) 88 (11) 87 (12) 73 (14) Addícionált mennyiség: 2x10-8 mol/l 17

18 A vizsgált gyógyszervegyületek visszanyerési értékei különböző mennyiségű addíció, különböző szilárd minták esetén(a teljes munkafolyamatra) és az LOQ értékek meghatározása minták Visszanyerések % (R.S.D. %) Addícionált mennyiség [mol/l] Ibuprofen Naproxen Ketoprofen Diklofenak Csepel, hordalék Kvassay D, iszap 2x (13) 97 (11) 100 (13) 97 (10) 2x (12) 98 (13) 102 (16) 96 (14) 2x (13) 99 (10) 96 (14) 95 (11) 2x (14) 96 (14) 99 (15) 97 (13) LOQ ng/g MASE paraméterek Oldószer: deszt. víz Max. hőmérséklet: 100 C Időtartam: 20 perc Mért értékek Ibuprofen: < LOQ Naproxen: LOQ- 20 ng/g Ketoprofen: < LOQ Diklofenac: LOQ- 50 ng/g Az adatok kiértékelése folyamatban van. 18

19 Az előadás anyagából eddig megjelent közlemények: Dobor József, Varga Margit, Záray Gyula. Gyógyszermaradványok meghatározása szennyvíziszap mintákban mikrohullámú extrakciót követően GC-MS módszerrel (poszter) IV. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia, Debrecen, 2008 Konferencia kiadvány, o. Közlésre beküldve: József Dobor, Margit Varga, György Palkó, Gyula Záray Determination of acidic drugs in sewage sludge by microwave assisted solvent extraction using gas chromatography-mass spectrometry and gas chromatography-tandem mass spectrometry Science of the Total Environment submitted 19

20 Köszönetnyilvánítás: Oltiné Dr. Varga Margitnak docensasszonynak, témavezetőmnek Dr. Záray Gyula professzornak és támogatásukért és hogy lehetőséget adtak a kutatások elvégzésére. A Fővárosi Csatornázási Művek Zrt.-nek: Makó Denise Magdolnának és Erdélyi Istvánnak, a Környezettudományi Kooperációs Kutató Központ által összefogott konzorcium tagjáainak és dolgozóinak a szakmai és anyagi támogatásért. Perlné Dr. Molnár Ibolya professzorasszonynak, Zsigrainé Dr. Vasanits Anikónak, Helenkár Andrásnak, Sebők Ágnesnek A GC-MS-(MS) módszerek rendelkezésünkre bocsátásáért és hasznos gyakorlati segítségükért. Dr. Barkács Katalinnak a TOC vizsgálatok elvégzéséért. Dr. Kiss Évának a rázógép rendelkezésünkre bocsátásáért. Az Analitikai Kémiai és a Fizikai Kémiai Tanszék technikusainak a segítségükért. A Fővárosi Polgári Védelmi Igazgatóság igazgatójának Dr. Benkovics Zoltán dandártábornoknak, felettesemnek támogatásáért. Továbbá szeretném kifejezni köszönetemet azoknak a kollégáimnak is, akik konstruktív szakmai vitával és filozófiával fejlesztették és fejlesztik szakmaiságomat! 20

21 Megvalósult tervek 1. Analitikai módszer m kidolgozása a vizsgált vegyületcsal letcsalád d meghatároz rozására ra szilárd fázisrf zisról (minták: szennyvíziszap, Duna iszap, Duna hordalék) mikrohullámmal mmal segített extrakciót követően, en, GC-MS, és s GC-MS/MS mérési m módszerrel. m 2. A szennyvíztiszt ztisztítás s végtermv gtermékeként képzk pződő kevert (aerob lebontási termék) és eleven iszap (anaerob lebontási termék) szennyezettségének nek megállap llapítása a további felhasználás, s, és s a kezelés s megítélése céljc ljából. Folyamatban van: 3. A Duna iszap és part menti hordalék minták szennyezettségének hosszú távú (több éves) ellenőrzése a parti szűrésű kutak vízminőségének biztosítása céljából. Lehetséges összefüggések felderítése az időjárási tényezők (vízállás, csapadékmennyiség, napfény stb.) és a szennyezettség mértékének változása között. 4. A szennyvíztisztítás során végbemenő folyamatok modellezése a kiválasztott vegyületcsaládon az élő rendszerhez közel álló feltételek között a fizikai-kémiai folyamatok (szorpció) és a mikrobiológiai lebomlás arányának megállapítása céljából. 21

22 Köszönöm a megtisztelő figyelmet! 22