Vízben oldott antibiotikumok (fluorokinolonok) sugárzással indukált lebontása Doktori beszámoló 6. félév Készítette: Tegze Anna Témavezető: Dr. Takács Erzsébet 1
Antibiotikumok a környezetben A felhasznált antibiotikumok 30-90%-a változatlan formában távozik a szervezetünkből a kommunális szennyvízbe 1 Hagyományos szennyvízkezelő eljárások során, az antibiotikumok jelentős része nem távolítható el, ezáltal kikerül a környezetbe A környezetben lévő antibiotikumok szelekciós nyomást fejtenek ki patogén baktériumokra és rezisztens törzsek kialakulását eredményezik 1 2013 Rivera-Utrilla et al. 2013, Chemosphere 93, 1268 1287 2
Hatóanyagok eltávolítása ionizáló sugárzással Az ionizáló sugárzás hatékonynak bizonyult számos szerves szennyező eltávolításánál és hatékony kiegészítő kezelés lehet szennyvízkezelésnél gyógyszermaradványok eltávolítására Víz radiolízisének reaktív köztitermékei OH, e aq, H-atom 60 Co γ-forrás, 8 kgy/h 0,1 mm, levegőztetés LINAC készülék kinetikus spektrofotométerrel 3
Elvégzett munka Első félév: Szakirodalom áttekintése Köztitermékek reakcióinak vizsgálata UV-Vis spektroszkópiával Második félév: Termékanalízis HPLC-DAD-dal Szennyvíztisztítás szempontjából fontos vízkémiai összegparaméterek vizsgálata (TOC, KOI) Harmadik félév: Köztitermék analízis impulzusradiolízissel (LINAC): spektrumok felvétele és értelmezése Kinetikai mérések Negyedik félév: Erasmus út KOI és TOC mérések optimalizálása, TN mérés Ötödik félév: Biológiai mérések: antibakteriális aktivitás mérés, akut toxicitás, biológiai bonthatóság (BOI) Cikkírás 4
Hatodik félév Publikáció: Anna Tegze, Gyuri Sági, Krisztina Kovács, Renáta Homlok, Tünde Tóth, Csilla Mohácsi-Farkas, László Wojnárovits, Erzsébet Takács: Degradation of fluoroquinolone antibiotics during ionizing radiation treatment and assessment of antibacterial activity, toxicity and biodegradability of the products Radiation Physics and Chemistry, 147, 101-105 2018 június Termékanalízis LC-MS alapján LINAC kinetikai mérések Újabb elsőszerzős publikáció (termékanalízis, kinetika) Disszertációírás 5
Termékanalízis LC-MS Nagyobb molekulatömegű termékek viszonylag kis dózisoknál, pl.: 0,5 kgy Várható termékek: gyűrűs vegyületek pl.: dezetilén-cip vagy NOR GC-MS Kisebb, illékony termékek a lebontás vége felé, pl.: 4 kgy Várható termékek pl.:ecetsav, propionsav, valeriánsav, vajsav, hangyasav, tejsav, aceton, kapronsav Vajsav Dezetilén-ciprofloxacin Ciprofloxacin (CIP) Norfloxacin (NOR) Hangyasav 6
Mérés HPLC-MS/MS-sel 0,1 mm oldat, besugárzás 60 Co γ-forrással közben levegővel telitettük HPLC-MS (Agilent Technologies 6410 típusú, hármas kvadrupól), C18 oszlop, gradiens elúció Pozitív ionizációs módban mértünk Eluens A: víz 0,1% hangyasavval Eluens B: acetonitril 0,1% hangyasavval Idő (min) Eluens A (%) 0 95 5 18 10 90 20 95 5 25 95 5 Eluens B (%) 7
Norfloxacin mérése HPLC-MS-sel 2100000 1680000 1260000 840000 Intenzitás 420000 0 kgy 0.5 kgy 2 kgy 1 kgy Dózis 4 kgy 6 kgy 0 5 10 15 20 25 Idő (perc) 8
Norfloxacin LC-MS kromatogrammja és bomlástermékei Dózis: 0,5 kgy 9
Ciprofloxacin mérése HPLC-MS-sel 2040000 1530000 1020000 Intenzitás 510000 0 kgy 0.5 kgy 2 kgy 1 kgy Dózis 4 kgy 6 kgy 5 10 15 20 Idő (perc) 10
Ciprofloxacin mérése HPLC-MS-sel Intenzitás 5000000 4000000 3000000 2000000 1000000 Dózis: 0,5 kgy 278 280 304 306 308 330 Ciprofloxacin 334 336 338 346 348 362 366 378 0 0 5 10 15 Idő (perc) 11
Ciprofloxacin bomlástermékei Ciprofloxacin m/z= 332 m/z = 338 m/z = 304 m/z = 308 m/z = 330 m/z = 306 m/z = 346 m/z = 334 m/z = 348 m/z = 280 12
Mérés impulzusradiolízis berendezéssel Besugárzás 4 MeV gyorsított elektronokkal (LINAC), detektálás kinetikus spektrofotométerrel 800 ns impulzushossz Kétféle közeg: dinitrogén-oxid OH vizsgálatához, nitrogén és terc-butanol hozzáadása e aq - vizsgálatához 400 nm alatt a fluorokinolonok fotolízissel bomlanak (bleaching), ezért optikai szűrőt használtam 13
Ciprofloxacin impulzusradiolízis spektruma Δ Abszorbancia 0,0500 435 nm 0,040 0,035 0,0400 0,0300 0,0200 0,0100 Abszorbancia 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,0000. Idő (s) OH reakciói 2 ms 0,005 400 450 500 550 600 650 700 Hullámhossz (nm) 0 0,00002 0,00004 0,00006 3 ms 4 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms 25 ms 14
Abszorbancia Ciprofloxacin impulzusradiolízis spektruma 435 nm 0,016 0,0200 0,0150 0,014 0,0100 Abszorbancia 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 e aq - reakciói 0,0050 0,0000 0 0,00001 0,00002 0,00003 Idő (s) 2 ms 3 ms 4 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms 25 ms 0,000 400 450 500 550 600 650 700 Hullámhossz (nm) 15
Sebességi állandó (s -1 ) Sebességi állandó (s -1 ) A reakciósebességi állandók meghatározása Reakciókinetikai méréseknél ötféle koncentráció: 0,02; 0,04; 0,06; 0,08 és 0,1 mm OH sebességi állandójának meghatározása 435 nm-en, e aq- -é 670 nm-en Cip OH 1 µs Nor e aq- 500 ns 1,00E+06 8,00E+05 6,00E+05 4,00E+05 2,00E+05 0,00E+00 y = 7E+09x + 182900 R² = 0,9923 0 0,00005 0,0001 0,00015 Koncentráció (M) 1,20E+06 1,00E+06 8,00E+05 6,00E+05 4,00E+05 2,00E+05 0,00E+00 y = 7E+09x + 401500 R² = 0,9361 0 0,00005 0,0001 0,00015 Koncentráció (M) OH e aq - CIP NOR CIP NOR Sebességi állandó (k) (mol -1 dm 3 s -1 ) 7,00E+09 5,50E+09 8,00E+09 7,00E+09 16
Jövőbeli tervek Termékanalízis GC-MS alapján Publikáció: impulzusradiolízis és termékanalízis Disszertációírás 17
Nagyon köszönöm az SKL munkatársainak a sok segítséget! Köszönöm a figyelmet!