Ανίχνευση, μεταφορά και φωτολυτική διάσπαση φαρμακευτικών ενώσεων στο περιβάλλον

2013 ◽  
Author(s):  
Χριστίνα Κοσμά
Keyword(s):  
Organic Carbon ◽  
Solid Phase Extraction ◽  
Total Organic Carbon ◽  
Vibrio Fischeri ◽  
Solid Phase ◽  
Phase Extraction ◽  
Microtox Test ◽  
Orbitrap Ms

Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν: (α) Ο συστηματικός έλεγχος για την ανίχνευση υπολειμμάτων φαρμακευτικών ουσιών σε νερά Μονάδων Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων στον Ελλαδικό Χώρο, (β) η μελέτη του ρυθμού απομάκρυνσης των φαρμακευτικών ουσιών από τις μονάδες αυτές, (γ) η εκτίμηση της περιβαλλοντικής τους επικινδυνότητας, (δ) η μελέτη της φωτολυτικής αποικοδόμησης επιλεγμένων φαρμακευτικών ουσιών σε διαφορετικούς τύπους επιφανειακών υδάτων (κινητική, προσδιορισμός προϊόντων μετασχηματισμού, μελέτη τοξικότητας), (ε) η μελέτη της φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησής τους με την εφαρμογή του πειραματικού σχεδιασμού (κινητική, προσδιορισμός ανόργανων ιόντων και ολικού οργανικού άνθρακα, προσδιορισμός προϊόντων μετασχηματισμού, έλεγχος τοξικότητας) και (στ) η μελέτη της φωτοκαταλυτικής διάσπασης της ουσίας trimethoprim σε πιλοτική μονάδα φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησης. Αρχικά, αναπτύχθηκε και βελτιστοποιήθηκε μια απλή αναλυτική μέθοδος προσδιορισμού των φαρμακευτικών ουσιών στα υγρά απόβλητα, η οποία βασίστηκε στην εφαρμογή της εκχύλισης δια της στερεάς φάσης (Solid Phase Extraction, SPE) σε συνδυασμό με υγρή χρωματογραφία συζευγμένη με φασματομετρία μάζας (LC-MS). Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε περαιτέρω επιβεβαίωση των θετικών ανιχνεύσεων των φαρμακευτικών ουσιών στα υγρά απόβλητα, με τη χρήση του υβριδικού αναλυτή UHPLC–LTQ-Orbitrap MS. Επιλέχθηκαν είκοσι δραστικές φαρμακευτικές ουσίες και ένα προϊόν μετασχηματισμού και προσδιορίστηκαν τα επίπεδα των συγκεντρώσεών τους στην είσοδο και την έξοδο οκτώ ΜΕΥΑ διαφορετικών πόλεων της Ελλάδας, κατά τη διάρκεια ενός έτους. Τα επίπεδα των συγκεντρώσεων των ουσιών στις εισόδους κυμάνθηκαν από 9,3 έως 96648,3 ng/L, ενώ στις εξόδους από 6,6 έως 1076,0 ng/L. Οι ρυθμοί απομάκρυνσης των ουσιών κυμάνθηκαν μεταξύ υψηλών, μεσαίων και χαμηλών τιμών, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις παρατηρήθηκαν αρνητικές απομακρύνσεις. Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι κάποιες ουσίες εμφάνισαν υψηλή επικινδυνότητα (RQ>1), με την ουσία triclosan να είναι η πιο κρίσιμη. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε μελέτη της φωτολυτικής και φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησης δύο επιλεγμένων οργανικών ενώσεων (trimethoprim και omeprazole). Η μελέτη της φωτολυτικής τους αποικοδόμησης, πραγματοποιήθηκε σε διαφορετικούς τύπους νερών (απεσταγμένο, ποτάμιο, λιμναίο, θαλάσσιο), υπό την επίδραση τόσο τεχνητής (συσκευή Suntest), όσο και φυσικής ηλιακής ακτινοβολίας. Η ταυτοποίηση των ενδιάμεσων προϊόντων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του UHPLC/LTQ-ORBITRAP, όπου προσδιορίστηκαν συνολικά δεκαπέντε και εννέα προϊόντα μετασχηματισμού για τις ουσίες trimethoprim και omeprazole, αντίστοιχα. Για τη μελέτη της τοξικότητας, χρησιμοποιήθηκε το σύστημα Microtox test (Microtox 500, Azur), με τη χρήση των βακτηρίων Vibrio Fischeri. Ακολούθησε η μελέτη της φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησης των φαρμακευτικών ουσιών, όπου πραγματοποιήθηκε εφαρμογή του στατιστικού πειραματικού σχεδιασμού. Οι βέλτιστες συνθήκες για τη μέγιστη φωτοκαταλυτική δραστικότητα της ουσίας trimethoprim ήταν οι: TiO2=460 mg/L, Ctrimethoprim= 5 mg/L και L.I.=628 W/m2, ενώ για την ουσία omeprazole ήταν οι: Comeprazole= 10 mg/L, TiO2=284 mg/L και τιμή pH=10. Οι μετρήσεις του ολικού οργανικού άνθρακα (Total Organic Carbon, TOC), πραγματοποιήθηκαν σε αναλυτή TOC V-csh της Shimadzu. Ο προσδιορισμός των ανιόντων (νιτρικών, νιτρωδών, θειϊκών) πραγματοποιήθηκε σε ιοντικό χρωματογράφο Dionex ICS-1500, ενώ ο προσδιορισμός των αμμωνιακών ιόντων βασίστηκε στη φασματοφωτομετρική μέθοδο Solorzano. Η ταυτοποίηση των ενδιάμεσων προϊόντων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του UHPLC/LTQ-ORBITRAP, όπου προσδιορίστηκαν δεκαέξι και δέκα προϊόντα μετασχηματισμού για το trimethoprim και το omeprazole, αντίστοιχα και ακολούθησε μελέτη της τοξικότητάς τους. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη της φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησης της ουσίας trimethoprim σε πιλοτική μονάδα φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησης με τη χρήση TiO2, υπό την επίδραση φυσικής ηλιακής ακτινοβολίας.

Utilizing thin-film solid-phase extraction to assess the effect of organic carbon amendments on the bioavailability of DDT and dieldrin to earthworms

2014 ◽  
Vol 185 ◽  
pp. 307-313 ◽  
Author(s):  
Natasha. A. Andrade ◽  
Tiziana Centofanti ◽  
Laura L. McConnell ◽  
Cathleen J. Hapeman ◽  
Alba Torrents ◽  
...  
Keyword(s):  
Thin Film ◽  
Organic Carbon ◽  
Solid Phase Extraction ◽  
Solid Phase ◽  
Phase Extraction

Σύγχρονες αναλυτικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό υπολειμμάτων φυτοπροστατευτικών και φαρμακευτικών ενώσεων σε φυσικά νερά και ιζήματα

2018 ◽  
Author(s):  
Χριστίνα Νάννου
Keyword(s):  
Solid Phase Extraction ◽  
Solid Phase ◽  
Phase Extraction ◽  
Risk Quotient ◽  
Orbitrap Ms

Η παρουσία φυτοπροστατευτικών και φαρμακευτικών ενώσεων στο περιβάλλον αποτελεί σημαντικό ζήτημα και καθιστά αναγκαία την ανάπτυξη ευαίσθητων και αξιόπιστων αναλυτικών μεθόδων για τον έλεγχο της υπολειμματικότητάς τους σε διάφορα περιβαλλοντικά υποστρώματα. Τα τελευταία χρόνια, ο αριθμός των μελετών παγκοσμίως που πραγματεύονται την ανάπτυξη και την εφαρμογή αναλυτικών μεθόδων για την εκτίμηση των επιπέδων συγκεντρώσεων και την τύχη τέτοιων ξενοβιοτικών ενώσεων στο περιβάλλον αυξάνεται συνεχώς. Στην πλειονότητά τους, οι μελέτες αυτές ασχολούνται με επιφανειακά και υπόγεια νερά, με νερά από τις εισόδους και εξόδους των Μονάδων Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων και λιγότερο με έδαφος και ιζήματα, ενώ υπάρχει σημαντική έλλειψη δεδομένων για τα παράκτια και θαλάσσια οικοσυστήματα. Ειδικότερα στην χώρα μας, αυτές οι έρευνες είναι ελάχιστες και αποσπασματικές, ενώ δεν αναφέρονται σε περιοχές με έντονη ιχθυοτροφική δραστηριότητα, που αποτελεί σημαντική εν δυνάμει πηγή θαλάσσιας ρύπανσης. Για τη συστηματική και αξιόπιστη μελέτη υπολειμμάτων ρύπων σε ίχνη απαιτούνται ευαίσθητες αναλυτικές μέθοδοι, που θα επιτρέπουν την ταυτόχρονη ανάλυση μεγάλου αριθμού ενώσεων. Ωστόσο, ο μεγάλος αριθμός διαφορετικών κατηγοριών εν δυνάμει ρύπων, οι ποικίλες φυσικοχημικές ιδιότητες τους και η πολυπλοκότητας ορισμένων υποστρωμάτων, καθιστά την πολύ-υπολειμματική ανάλυση απαιτητική και «πρόκληση» για την περιβαλλοντική αναλυτική χημεία. Στην παρούσα Διατριβή, επιλέχθηκαν αναπτύχθηκαν και επικυρώθηκαν αναλυτικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό 18 φυτοπροστατευτικών και 25 φαρμακευτικών ενώσεων σε νερά και ιζήματα. Οι μέθοδοι τελικά εφαρμόστηκαν σε μία περίπτωση μελέτης (case study) που αφορούσε περιοχές της Ελλάδας και της Ευρώπης, όπου εκτός των λοιπών ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, λειτουργούν και υδατοκαλλιέργειες. Κριτήρια για την επιλογή των ενώσεων ήταν η εκτεταμένη χρήση/κατανάλωσή τους, η αποδεδειγμένη παρουσία τους στο περιβάλλον και την εν δυνάμει επικινδυνότητά τους για αυτό. Συμπεριλήφθηκαν, μεταξύ άλλων, «ρύποι προτεραιότητας» και ενώσεις από τον «κατάλογο επιτήρησης ουσιών» της ΕΕ. Για τον προσδιορισμό των ενώσεων χρησιμοποιήθηκε σύστημα υγρής χρωματογραφίας συζευγμένης με φασματομετρία μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητας (και συγκεκριμένα ο υβριδικός τροχιακός αναλυτής μάζας Orbitrap). Χρησιμοποιήθηκε πηγή ιοντισμού με ηλεκτροψεκασμό, στη λειτουργία του θετικού ιοντισμού, με συνολικό χρόνο ανάλυσης κάτω από δέκα λεπτά. Τόσο στην υγρή χρωματογραφία όσο και στη φασματομετρία μάζας, μελετήθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν οι κρίσιμες παράμετροι. Για την ποσοτικοποίηση και τη διόρθωση της επίδρασης από το υπόστρωμα χρησιμοποιήθηκαν καμπύλες προσομοίωσης στο υπόστρωμα και ισοτοπικά επισημασμένα εσωτερικά πρότυπα. Εκτός από την εξαιρετική ακρίβεια μάζας (<5 ppm), που παρέχεται από την τεχνολογία Orbitrap MS, η επιβεβαίωση των θετικών ανιχνεύσεων βασίστηκε επίσης σε θραυσματοποίηση MS/MS. Για τον προσδιορισμό των υπό έρευνα ενώσεων στα ιζήματα επιλέχθηκε η σχετικά πρόσφατη, απλή και ταχεία μέθοδος εκχύλισης QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe). Για να καθοριστούν οι βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης, μελετήθηκαν ο διαλύτης εκχύλισης και το pH του, τα άλατα εκχύλισης, η ποσότητα και η επανυδάτωση του προς ανάλυση δείγματος ενώ για το στάδιο του καθαρισμού μελετήθηκαν διαφορετικοί συνδυασμοί προσροφητικών. Στη βελτιστοποιημένη μέθοδο, οι ανακτήσεις για τις φυτοπροστατευτικές ενώσεις κυμάνθηκαν από 70,8% και 106,2% και για τις φαρμακευτικές από 64 έως 101%, με σχετική τυπική απόκλιση κάτω από 15% σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις. Τα όρια ποσοτικοποίησης ήταν κάτω από 10 ng g-1 για τη συντριπτική πλειοψηφία των φυτοπροστατευτικών, ενώ για τα φαρμακευτικά υπολογίστηκαν από 1,3 έως 47 ng g-1. Ο συντελεστής γραμμικότητας ήταν πάνω από 0,992 σε όλες τις περιπτώσεις, με γραμμική περιοχή από το όριο ποσοτικοποίησης έως περίπου 100 φορές την τιμή αυτή. Η μελέτη επίδρασης υποστρώματος έδειξε ελαφρά μείωση του σήματος που μειώθηκε σε μεγάλο βαθμό μετά την εφαρμογή του σταδίου καθαρισμού, για την πλειονότητα των ενώσεων.Για την εκχύλιση των υδατικών δειγμάτων επιλέχθηκε η ευρύτατα διαδεδομένη τεχνική SPE (solid phase extraction). Για τη βελτιστοποίηση, ελέγχθηκαν διαφορετικά αναλυτικά πρωτόκολλα εξετάζοντας έτσι διαφορετικές μικροστήλες εκχύλισης, διαφορετικά pH δείγματος και διαφορετικούς διαλύτες έκπλυσης και έκλουσης. Για τις φυτοπροστατευτικές ενώσεις, οι ανακτήσεις κυμαίνονταν από 61%–96% στο νερό ποταμού, ενώ ήταν ελαφρώς υψηλότερα (60%–111%) για το θαλασσινό νερό. Οι ανακτήσεις για τις φαρμακευτικές ενώσεις σε ποτάμια ύδατα κυμάνθηκαν από 61% έως 105,3% και στο θαλασσινό νερό από 55,9% έως 110,3%. Σε όλες τις περιπτώσεις, η επαναληψιμότητα και η ενδοεργαστηριακή αναπαραγωγιμότητα ήταν μικρότερη από 15%. Τα όρια ποσοτικοποίησης της μεθόδου υπολογίστηκαν από 1,7 ng L-1 έως 90 ng L-1 και από 0,8 ng L-1 έως 25 ng L-1 για τις φυτοπροστατευτικές και φαρμακευτικές ενώσεις αντίστοιχα. Η γραμμικότητα ήταν πολύ καλή σε όλες τις περιπτώσεις (r2>0,997). Η επικύρωση των πολύ-υπολειμματικών μεθόδων που αναπτύχθηκαν πραγματοποιήθηκε με βάση την ισχύουσα νομοθεσία της ΕΕ, όπως αυτή ορίζεται στις οδηγίες 2002/657/ΕΚ και SANTE 11813/2017. Η εφαρμογή των μεθόδων σε δείγματα νερών και ιζημάτων από υδάτινα σώματα πλησίον υδατοκαλλιεργειών στην Ελλάδα, την Αλβανία, την Ιταλία, την Ισπανία, την Πορτογαλία, την τη Νορβηγία και το Ηνωμένο Βασίλειο επιβεβαίωσε την παρουσία πολλών φυτοπροστατευτικών και φαρμακευτικών ενώσεων κυρίως στα νερά, και λιγότερο στα ιζήματα. Συγκεκριμένα, το 67% των επιλεγμένων φυτοπροστατευτικών ενώσεων ανιχνεύθηκε στο 75% των δειγμάτων νερού, ενώ μόνο το 50% αυτών των ενώσεων ανιχνεύθηκαν σε συγκέντρωση πάνω από το όριο ποσοτικοποίησης. Στα ιζήματα, η συχνότητα ανίχνευσης ήταν αρκετά χαμηλή και σε συγκεντρώσεις κάτω από το όριο ποσοτικοποίησης. Όσον αφορά την ανίχνευση των φαρμακευτικών ενώσεων στα ύδατα, το 36% αυτών ανιχνεύθηκε τουλάχιστον μία φορά. Οι ενώσεις που ανιχνεύθηκαν συχνότερα τόσο στο νερό όσο και στο ίζημα ήταν το carbamazepine και το venlafaxine. Επιπλέον, εμφάνισαν την υψηλότερη συγκέντρωση σε νερό, ενώ στα ιζήματα την υψηλότερη συγκέντρωση εμφάνισε το risperidone. Η Ιταλία ήταν η χώρα με τις περισσότερες θετικές ανιχνεύσεις. Η εκτίμηση περιβαλλοντικού κινδύνου έγινε με την εφαρμογή της μεθόδου του πηλίκου (risk quotient) για τρία τροφικά επίπεδα (φύκη, ασπόνδυλα και ψάρια). Σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις οι τιμές RQ ήταν μικρότερες από 0,01, που αντιστοιχεί σε "χαμηλό κίνδυνο", με εξαίρεση μια φυτοπροστατευτική και μια φαρμακευτική ένωση. Η μέθοδος αυτή υποδεικνύει την ανάγκη για περαιτέρω διερεύνηση της υπολειμματικότητας τέτοιων ρύπων και της έκθεσης οργανισμών σε αυτούς, για την ολοκληρωμένη αποτίμηση της υποβάθμισης του υδάτινου περιβάλλοντος.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document