Gyógyszermaradványok analitikai meghatározása szilárd mintákból (Duna iszap, hordalék és szennyvíziszap) csatolt GC- MS-(MS) technikával Dobor József III. éves PhD-hallgató Környezetkémiai Doktori Iskola Témavezető: Oltiné Dr. Varga Margit ELTE-TTK, Kémiai Intézet, Analitikai Kémiai Tanszék Budapest, 2010-06-09 1
Célkitűzéseim I. Mintaelőkészítési módszer kidolgozása a célvegyületek meghatározására szilárd fázisról (minták: szennyvíziszap, Duna iszap) mikrohullámmal segített extrakciót követően, GC-MS, és GC-MS/MS mérési technikával. II. A szennyvíztisztítás végtermékeként képződő kevert és eleven iszap (aerob lebontási termék) szennyezettségének megállapítása a további felhasználás, és a kezelés megítélése céljából. III. A Duna iszapminták szennyezettségének hosszú távú (egy éves monitoring) ellenőrzése a parti szűrésű kutak vízminőségének biztosítása céljából. A lehetséges összefüggések felderítése az időjárási tényezők és a szennyezettség mértékének változása között. IV. A szorpciós folyamatok modellezése a kiválasztott vegyületcsaládon az élő rendszerhez közel álló feltételek között a szorpciót befolyásoló legfontosabb tényezők megállapítása céljából Duna iszapmintákon. 2
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
I. A minta előkészítés kidolgozása MASE microwave assisted solvent extraction = mikrohullámmal segített oldószer extrakció) DME (dispersive matrix extraction = diszperziós mátrix feltárás)
I. A minta előkészítés kidolgozása DME lépései és eredménye MASE extraktum 5
Mérés, kiértékelés - GC-MS (SIM) üzemmódban - GC-MS-MS üzemmódban Varian 4000 GC-MS-MS MS-MS Vizsgált vegyület MS fragmentált detektált ibuprofen 160+161+263 161 145 naproxen 185+243+302 243 170 ketoprofen 104+105+324+325 325 207+250+324 diklofenak 214+242+277 179+207+214 179+207+214 A kiértékeléshez felhasznált fragmens ionok tömegszámai 6
Eleven iszap Addíció, x10-6 mmol/l A módszer validálása eleven iszap mintákon (a teljes munkafolyamatra) Visszanyerések, % (R.S.D. %) Ibuprofen Naproxen Ketoprofen Diklofenak Deszt. víz 5,00 95 (±7) 99 (±5) 98 (±6) 102 (±5) 2,50 101(±11) 98(±12) 99(±12) 103(±11) 1,25 96 (±15) 96(±13) 98(±15) 101(±13) 0,63 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 7
A vizsgált gyógyszervegyületek LOQ értékei GC-MS és GC-MS- MS módszerek alkalmazása esetén LOQ értékek ng/g GC-MS (SIM) GC-MS-MS LC-MS* ibuprofen 20 8 20 naproxen 15 11 - ketoprofen 19 9 50 diklofenak 22 14 20 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 8
II. AZ EREDMÉNYEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA KÜLÖNBÖZŐ EXTRAKCIÓS ÉS MÉRÉSI M ÓDSZEREKET ALKALM AZVA (ELEVEN ISZAP) 160 140 120 extrakció mikrohullámmal extrakció ultrahanggal 100 80 60 40 20 0 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 9
Következtetések: - a kidolgozott módszer megfelelő reprodukálhatósággal és pontossággal rendelkezik (90 105%±15%) - a kapott eredmények szennyvíziszapon: ibuprofen 10 30 ng/g, naproxen 30 50 ng/g, ketoprofen 50 130 ng/g, diklofenak 50 140 ng/g Közlemény: J. Dobor, M. Varga, J. Yao, H. Chen, Gy. Palkó, Gy. Záray Microchemical Journal 94 (2010) 36 41
III. Duna víz, iszap vizsgálata Mintavétel havonta: iszap és víz 2008. Június 2009. Május között Jelmagyarázat: a,b,c: szennyvíztisztító telepek e: szennyvíz befolyó (tisztítatlan) d: Vízművek 1,2,3: mintavételi pontok
A módszer validálása (a teljes munkafolyamatra) Duna iszapminára TOC Addíció [mol/l] Visszanyerések % (R.S.D. %) Ibuprofen Naproxen Ketoprofen Diklofenak 2,3 18,0 2x10-8 96 ( 13) 97 ( 11) 100 ( 13) 97 ( 10) 2x10-9 99 ( 12) 98 ( 13) 102 ( 16) 96 ( 14) 2x10-8 97 ( 13) 99 ( 10) 96 ( 14) 95 ( 11) 2x10-9 95 ( 14) 96 ( 14) 99 ( 15) 97 ( 13) LOQ ng/g 4 2 6 4 MASE paraméterek Oldószer: deszt. víz Max. hőmérséklet: 100 C Időtartam: 20 perc TOC = Total Organic Carbon [mg/g] 12
EREDMÉNYEK: Diklofenac koncentrációja az iszapban Jelmagyarázat: A (fenn) diklofenak, (lenn) naproxen koncentrációk az iszapban, B: vízmintában mért koncentráció, C: TOC (iszap) Naproxen koncentrációja az iszapban A vizsgált komponensek koncentrációi a vízmintában Jelmagyarázat: A: Ibuprofen (piros), naproxen (zöld), diklofenak(kék) koncentrációk a Duna vízben, B: Vízhőmérséklet C: Vízszint 13
Következtetések: - A Duna vízben mért koncentrációk összefüggésbe hozhatók az időjárási tényezőkkel (a csökkenő vízszint és vízhőmérséklet növeli a mérhető értékeket), - A Duna iszapban talált koncentrációk függtek a Duna vízben mért koncentrációtól és az iszap TOC értékétől; a TOC értékétől függően 100-2000-szeres dúsítás is megfigyelhető. Jelmagyarázat: A: diklofenak B: naproxen, C sz : iszapban mért koncentráció ( g/kg), Cv: vízben mért koncentráció ( g/l) Közlemény: M. Varga, J. Dobor, A. Helenkár, L. Jurecska, J. Yao, Gy. Záray, Microchemical Journal 95 (2010) 353 358
IV. A szorpciós folyamatok modellezése a célvegyületeken az élő rendszerhez közel álló feltételek között a szorpciót befolyásoló legfontosabb tényezők megállapítása céljából. a) Kinetikai vizsgálatok Pszeudo-elsőrendű sebességi együttható (k 1 ) értéke: 83 s -1 Maximális szorpciós kapacitás: Mért: 1.19 x10-6 mol kg -1 Számított (Q): 1.23 x10-6 mol kg -1 (Q t =koncentráció a t időpontban) A négy vizsgált vegyület koncentrációja a vízben (modellkísérlet) Jelmagyarázat: a: minden vegyület; eltérés az egyenestől b: ibuprofen, c: naproxen, d: ketoprofen, e: diklofenak 1 k 1 1 1 Q t Q t Q 15
b) Szorpciós egyensúlyok vizsgálata A szorpció függése a közeg ph-jától és a vizes fázis koncentrációjától Jelmagyarázat: a: ibuprofen, naproxen, ketopropfen b: diklofenak Jelmagyarázat: a: ibuprofen, b: naproxen, c: ketopropfen, d: diklofenak C sz : iszapban mért koncentráció, C v : vízben mért konenetráció 16
SEM felvételek Biofilm réteggel fedett kvarc kristályok SEM =scanning electron microscope Jelmagyarázat: a: iszap B típus: (TOC: 11.4 mg g -1, TN: 0.066 mg g -1 ), b: iszap A típus (TOC: 7.5 mg g -1, TN: 0.677 mg g -1 ), c: b nagyobb nagyításnál, d: b 20 min. mikrohullámú kezelést követően, TN = Total Nitrogen mg g-1 17
Szorpciós együtthatók (K d ) és a teljes szerves szén-tartalomra normált K oc értékek meghatározása és függése az f oc -től. (a: ibuprofen, b: naproxen, c: ketoprofen, d: diclofenac) Jelmagyarázat: K d : szorpciós együttható, K oc : TOC-re normált szorpciós együttható, f oc : a TOC %-ban kifejezve Következtetések: - a szorpció viszonylag gyorsan lejátszódó folyamat (k=83 s -1 ), - a szorpció során kompetíció történik a célvegyületek között, amelyet a diklofenak nyer meg, - a célvegyületek szorpciója függ a közeg ph-jától, az iszap szerves szén (TOC) és teljes nitrogén (TN) tartalmától, - a szorpció biofilm rétegen történik, amelynek képződése nitrogén és szerves szén-tartalom függő.
Az eddig megjelent közlemények 1. POSZTERés KIADVÁNY Dobor József, Varga Margit, Záray Gyula, Gyógyszermaradványok meghatározása szennyvíziszap mintákban mikrohullámú extrakciót követően GC-MS módszerrel IV. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia, Debrecen, 2008 Konferencia kiadvány, 2008. 198-204 o. POSZTER Turcsán Edit Dobor József Szőke Péter Jurecska Laura Dr. Barkács Katalin, Adszorbeált szerves halogénvegyületek jelenlétének vizsgálata a Duna-vízben és az üledékben, Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Környezettudományi Kooperációs Kutató Központ (1117 Budapest, Pázmány P. sétány 1/A.), IX. Környezetvédelmi Analitikai és Technológiai Konferencia Sopron, 2009. október 7-9. KONFERENCIA M. Varga, J. Dobor, A. Helenkár, Gy. Záray, Determination of acidic drugs in sewage sludge and in Danube sediment by microwave assisted solvent extraction using GC-MS (előadás), 3.rd Sino-Hungarian symposium, 2009, Budapest 19
Az eddig megjelent közlemények 2. CIKKEK (referált tudományos folyóiratokban) J. Dobor, M. Varga, J. Yao, H. Chen, Gy. Palkó, Gy. Záray, A new sample preparation method for determination of acidic drugs in sewage sludge applying microwave assisted solvent extraction followed by gas chromatography mass spectrometry, Microchemical Journal 94 (2010) 36 41 M. Varga, J. Dobor, A. Helenkár, L. Jurecska, J. Yao, Gy. Záray, Investigation of acidic pharmaceuticals in river water and sediment by microwave-assisted extraction and gas chromatography mass spectrometry, Microchemical Journal 95 (2010) 353 358 ELŐKÉSZÜLETBEN LEVŐ CIKK M. Varga, J. Dobor, Gy. Záray, Comparative study of sorption of selected acidic drugs on river sediment using microwave assisted extraction and gas chromatography mass spectrometry, Water Research 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 tagjainak 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. Bendő Zsoltnak a SEM vizsgálatok elvégzéséért. A Fővárosi Polgári Védelmi Igazgatóság igazgatójának Dr. Benkovics Zoltán dandártábornoknak, felettesemnek támogatásáért. A VITUKI Rt. Vízminőség-védelmi Intézet vezetőinek és a Szerves mikroszennyezéseket vizsgáló kutatócsoport tagjainak, ahol 1995-2005 között dolgoztam. Továbbá szeretném kifejezni köszönetemet azoknak a kollégáimnak is, akik konstruktív szakmai 21 vitával és filozófiával fejlesztették és fejlesztik szakmaiságomat!
Köszönöm a megtisztelő figyelmet! 22