हम गैर के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत-एक परिपूर्ण उपकरण के रूप में उड़ान मास स्पेक्ट्रोमेट्री के समय का उपयोग विश्लेषण के लिए पानी में दवाइयों की पहचान । हम उनके उंमूलन के लिए यूवी विकिरण के आवेदन प्रदर्शित करता है । विकिरण, यौगिक अलगाव, पहचान और गिरावट प्रोफाइल के काइनेटिक मॉडलिंग शामिल विश्लेषण सचित्र है ।
जल चक्र में दवाइयों की निगरानी तेजी से जलीय पर्यावरण और मानव स्वास्थ्य के लिए अंततः के लिए महत्वपूर्ण होता जा रहा है । लक्षित और गैर लक्षित विश्लेषण पसंद के आज के साधन हैं । हालांकि लक्षित विश्लेषण आमतौर पर एक ट्रिपल quadrupole मास स्पेक्ट्रोमीटर की मदद से आयोजित अधिक संवेदनशील हो सकता है, केवल पहले से चयनित यौगिकों पहचाना जा सकता है । सबसे शक्तिशाली गैर लक्षित विश्लेषण उड़ान मास स्पेक्ट्रोमीटर के समय के माध्यम से किया जाता है (तोफ-एमएस) एक quadrupole जन विश्लेषक (क्यू) द्वारा विस्तारित, के रूप में इस अध्ययन में इस्तेमाल किया । ठोस चरण निष्कर्षण और उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (HPLC) से पहले, गैर लक्षित दृष्टिकोण उच्च संवेदनशीलता और selectivity के साथ सभी के लिए साधन का पता लगाने के लिए अनुमति देता है । Q-तोफ-ms इंस्ट्रूमेंट का पूरा लाभ उठाते हुए, मिलकर जन स्पेक्ट्रोमेट्री (ms/) प्रयोगों में तेजी लाने और पहचान की सुविधा जबकि एक लक्षित एमएस विधि संवेदनशीलता को बढ़ाता है, लेकिन पहचान प्रयोजनों के लिए संदर्भ मानकों पर निर्भर करता है । रैन नदी के पानी से चार दवाइयों की शिनाख्त का प्रदर्शन किया है । राइन नदी Tomasee, Graubünden, स्विट्जरलैंड में और उत्तरी सागर में बहती है, दक्षिणी Bight, नीदरलैंड के पास । इसकी लम्बाई मात्रा १२३२.७ किमी. चूंकि यह प्रधानमंत्री ब्याज की है प्रभावी रूप से पानी चक्र से दवाइयों को खत्म करने के लिए, प्रभाव यूवी सी विकिरण एक प्रयोगशाला पैमाने पर प्रदर्शन किया है । इस विधि से दवाइयों के तेज ह्रास की अनुमति मिलती है, जो macrolide एंटीबायोटिक इरिथ्रोमाइसिन के लिए exemplarily दिखाया जाता है । उपर्युक्त HPLC-Q-तोफ-MS पद्धति का उपयोग करके, एकाग्रता-समय आरेखों को पैरेंट दवा और उनके फोटोडिग्रेडेशन उत्पादों के लिए प्राप्त किया जाता है । पहली आदेश अनुक्रमिक प्रतिक्रियाओं के लिए समीकरण स्थापित करने के बाद, गणना फिटिंग काइनेटिक मापदंडों का निर्धारण है, जो जब संभावित चौथे चरण के रूप में माना जाता है जब विकिरण समय और शर्तों की भविष्यवाणी करने में मदद कर सकता है की अनुमति देता है अपशिष्ट जल उपचार ।
फार्मास्यूटिकल्स को नियमित रूप से जलीय पर्यावरण1,2,3,4,5में पाया जाता है । एक महत्वपूर्ण स्रोत अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों (WWTP)6,7,8,9से बहि रहे हैं । पूरे जल चक्र में फार्मास्यूटिकल्स की घटना ट्यूरिया नदी बेसिन10में exemplarily अध्ययन किया गया है । दूसरों के अलावा, एंटीबायोटिक दवाओं के एक विशेष खतरनाक वर्ग का प्रतिनिधित्व करते हैं, क्योंकि वे अक्सर WWTPs अनछुए की जैविक अवस्था से गुजारें और पर्यावरण में बैक्टीरियल resistances का कारण हो सकता है11,12,13 . Macrolides एंटीबायोटिक दवाओं है कि मानव और पशु चिकित्सा में दोनों में लागू कर रहे है की एक वर्ग का गठन । उनके प्रतिनिधियों को एकाग्रता में पाया गया 1 µ g/L में बहि14,15,16,17,18,19। उनमें से एक इरिथ्रोमाइसिन (Ery)20,21है । पानी में, इरिथ्रोमाइसिन अक्सर anhydroerythromycin एक (Ery ए एच2ओ), एक निर्जलीकरण22,23के साथ है । इरिथ्रोमाइसिन से जल उन्मूलन अम्ल अस्थिरता के कारण होता है. इरिथ्रोमाइसिन बनाम anhydroerythromycin का अनुपात पीएच24,25,26,27पर निर्भर करता है ।
रासायनिक, macrolides एक macrocylic लैक्टोन जिसमें विभिन्न शर्करा moieties संलग्न हैं, उदाहरणके लिए, desosamine, cladinose या mycaminose शामिल हैं । चूंकि macrolides किण्वन प्रक्रियाओं से रासायनिक संशोधित प्राकृतिक उत्पादों रहे हैं, वे अक्सर मिश्रण के रूप में मौजूद हैं । प्रजातियों के एक, बी, सी, आदि, चीनी substituents में अलग शब्द । चीनी moieties और लैक्टोन में उनकी स्थिति macrolides28,29की कार्रवाई की विधा के लिए जिंमेदार हैं । पर्यावरणीय संकट को कम करने के लिए, जलीय पर्यावरण27,30,31,३२में प्रवेश करने से पहले दवाइयों को पूरी तरह से mineralize करना वांछनीय है ।
सतह के पानी में दवा का पता लगाने के साथ इस अध्ययन सौदों का पहला हिस्सा है, जो दोनों बहि और खुले पानी की निगरानी के लिए महत्वपूर्ण है । विभिन्न मैट्रिक्स में माइक्रोग्राम रेंज में अज्ञात पदार्थों की एक किस्म के लिए खोज करने के लिए, गैर लक्षित विश्लेषण पसंद की विधि है20,३३,३४,३५. विशेष रूप से, उच्च-प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (HPLC) उड़ान मास quadrupole की electrospray ionization स्पेक्ट्रोमेट्री समय (HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-MS) अपनी विशिष्टता और संवेदनशीलता के कारण असाधारण मूल्य साबित हुआ है । पदार्थ की पहचान के बाद, संवेदनशीलता आगे का चयन मोड में संचालित quadrupole के साथ लक्षित एमएस दृष्टिकोण का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है और टक्कर सेल शून्य करने के लिए सेट के भीतर टक्कर ऊर्जा. इसलिए, आयनों न आने-तोफ डिटेक्टर पर खंडित ।
इस कार्य का दूसरा ध्यान इरिथ्रोमाइसिन का उन्मूलन है. फार्मास्यूटिकल्स के उंमूलन के लिए, तथाकथित उंनत ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं (AOPs) का उपयोग किया जाता है, जैसे, यूवी प्रकाश३६,३७,३८के साथ विकिरण से शुरू कर दिया । क्षरण के लिए आवश्यक VUV/UVC विकिरण के बाद eq .1 द्वारा पानी से हाइड्रॉक्सिल कण के गठन है ।
h2o + hν(< 200 एनएम) → h2o * → h. + . ओह (1)
हाइड्रॉक्सिल कण २.८ वी, जो सकारात्मक पदार्थ३६,३७के क्षरण के लिए योगदान के एक उच्च ऑक्सीकरण क्षमता के अधिकारी ।
यहां, पानी में वैक्यूम यूवी/UVC-विकिरण का उपयोग इरिथ्रोमाइसिन का क्षरण खाते में पीएच के प्रभाव को लेकर वर्णित है । और भी अधिक खतरनाक उत्पादों के गठन AOPs३९,४०का उपयोग करने का एक नुकसान माना जा रहा है । इस प्रकार दवाइयों की पूरी mineralization तक विकीर्ण करना जरूरी है. बेहतर विकिरण समय का अनुमान करने के लिए, प्रतिक्रिया की काइनेटिक मॉडल, प्रतिक्रिया दर लगातार और आधा जीवन प्रारंभिक दवा के लिए और इसके photodegradates के लिए दोनों निर्धारित कर रहे हैं. इस प्रयोजन के लिए, एकाग्रता-समय (सी टी) भूखंड HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-MS माप से प्राप्त किया गया था और MATLAB का उपयोग कर रासायनिक कैनेटीक्स मॉडलों की तुलना में । कैनेटीक्स का क्षरण प्रथम-क्रम के अनुसार आगे बढ़ा और photodegradates को क्रमिक या अनुवर्ती प्रतिक्रिया२७,४१के मध्यवर्ती उत्पादों के रूप में वर्णित किया गया.
एक गैर लक्षित इस रिपोर्ट में प्रस्तुत विश्लेषण का उदाहरण HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-एमएस, एमएस/एमएस और अंतिम सबूत के रूप में संदर्भ मानकों के साथ तुलना का उपयोग कर सतह के पानी में दवाइयों की पहचान का प्रदर्शन किया । गैर-लक्षित विश्लेषण की ताकत तोफ-MS का उपयोग कर एक दिया प्रतिधारण समय पर सभी आयनों का पता लगाने और उच्च द्रव्यमान सटीकता जो अंतरिम आणविक सूत्र की भविष्यवाणी करने के लिए सुराग पर आधारित है । एक तोफ मास स्पेक्ट्रोमीटर के लिए एक विकल्प के रूप में, एक कक्षीय आयन जाल के आवेदन पानी४४में contaminant विश्लेषण के लिए वर्णित किया गया है । आणविक सूत्र भविष्यवाणी जल्दी संदर्भ मानकों का चयन करने के लिए प्रारंभिक बिंदु के रूप में इस्तेमाल किया गया था । Q-तोफ-एमएस साधन के लक्षित एमएस विधि के आवेदन विशिष्ट यौगिकों का पता लगाने की अनुमति दी, केवल पूर्व चयनित आयनों quadrupole फिल्टर पास के बाद से । सामांय लक्षित विश्लेषण में ट्रिपल quadrupole जन स्पेक्ट्रोमीटर भी जल विश्लेषण४५में प्रयोग किया जाता है । सैद्धांतिक रूप से वाद्य खामियों के कारण जन से विचलन के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए, एक संदर्भ मानक के साथ एक क्रोमेटोग्राफिक तुलना प्रदर्शन किया जा सकता है. लक्षित एमएस/एमएस विधि भी पहचान विश्लेषण के लिए चुना जा सकता है । यहां, आयनों का चयन कर रहे हैं, खंडित और उनके टुकड़े का पता चला । एमएस के बाद से एमएस/एमएस से कम संवेदनशील है, जांच की पानी के नमूनों में दवाइयों की एकाग्रता सार्थक टुकड़े उपज के लिए बहुत कम था । हालांकि, यदि अंशों का पता लगाया है, यौगिकों उच्च विश्वास के साथ पहचाना जा सकता है । अपर्याप्त संवेदनशीलता एक बड़ा प्रारंभिक पानी नमूना मात्रा ध्यान केंद्रित करके दूर किया जा सकता है । इसके अलावा, माप संभावित biodegradation४६,४७,४८,४९की वजह से नमूने के बाद जितनी जल्दी हो सके बाहर किया जाना चाहिए । अन्यथा, नमूनों यौगिक क्षरण या प्रतिक्रिया को बाहर करने के लिए-20 डिग्री सेल्सियस पर संग्रहीत किया जाना चाहिए.
कई बार एक ही m/z मान अलग अवधारण समय पर दिखाई देते हैं । यह है कि isomers विभिंन विश्लेषणात्मक तकनीकों की आवश्यकता के कारण हो सकता है । यह भी हो सकता है कि कोई यौगिकों सब पर पता लगाया है, जो जरूरी नहीं कि उनकी अनुपस्थिति साबित हो सकती है । वे सिर्फ आयनों फार्म नहीं हो सकता है या पता लगाने की सीमा से नीचे हो । पानी के प्रकार भी दवाइयों की उपस्थिति पर एक प्रभाव का अभ्यास । फार्मास्यूटिकल्स शायद ही कभी स्रोत पानी और भूजल के रूप में मलजल पानी की तुलना में प्रवेश और अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों से बहि४८, ५०,५१,५२,५३।
क्षरण प्रयोगों के लिए, विकिरण स्रोत अग्रिम में विशेषता होना चाहिए, के बाद से फोटॉन फ्लक्स या फोटॉन प्रवाह की दर दीपक के क्षरण और क्षरण के तंत्र के लिए काफी योगदान देता है । प्रारंभिक प्रयासों के लिए, एक VUV/UVC लैंप, शायद एक कम दबाव पारा दीपक पर्याप्त है । सामांय में, हाइड्रोजन पेरोक्साइड के अलावा, एच2ओ2, गिरावट में तेजी लाने27,३६,३७,५४। जब एक अलग चिराग, जैसे, एक UVA लैंप, प्रयोग किया जाता है, हाइड्रॉक्सिल कण के गठन, जैसे, टाइटेनियम डाइऑक्साइड 23,24,30 के अलावा के माध्यम से, सुनिश्चित किया जाना चाहिए, 31. कई यौगिकों के लिए, इस तरह के इरिथ्रोमाइसिन के रूप में, ओह कण के बजाय फोटो ही27दवा के जेट-उत्प्रेरण प्रजातियों हैं ।
काइनेटिक मापदंडों के निर्धारण के लिए, बड़े पैमाने पर पता चला chromatograms में संकेतों के क्षेत्र, एकाग्रता का प्रतिनिधित्व, विकिरण समय बनाम साजिश रची है । डेटा फिट करने के लिए, उपयुक्त सॉफ्टवेयर का उपयोग करने के लिए सलाह दी जाती है । यहां, वक्र फिटिंग उपकरण MATLAB का इस्तेमाल किया गया था, जो जल्दी गणना और सही समीकरणों के साथ डेटा फिट करने की अनुमति दी । मध्यवर्तीों की काइनेटिक अधिक जटिल समीकरणों से निर्धारित होती है. फिट, यानी, आर2 और RMSE के लिए गुणवत्ता मानकों के रूप में अच्छी तरह से आसानी से प्राप्त किया गया ।
इस अध्ययन नदी के पानी के विश्लेषण का पता लगाने और दवा प्रदूषक और ultrapure पानी में इरिथ्रोमाइसिन के फोटोडिग्रेडेशन की पहचान करने के लिए प्रदर्शन किया । पर्यावरणीय जल में, जैसे सतह के पानी, विभिन्न क्षरण वेग और दर स्थिरांकों जैसे humins के रूप में प्रकाश को अवशोषित पदार्थ, के कारण प्राप्त किया जाएगा । लेखक के अनुभव के अनुसार, गिरावट अक्सर जगह अधिक धीरे लेता है, पर तुलनीय दर४१,५६
फार्मास्यूटिकल्स की विश्वव्यापी समस्या, विशेष रूप से एंटीबायोटिक दवाओं, जलीय वातावरण और परिणामस्वरूप खतरों में अभी भी1विकसित करने के लिए जारी है । विविधता और रसायनों, चयापचयों, और तत्संबंधी degradates की विविधता के कारण, गैर लक्षित विश्लेषण पर्यावरण५७में उनकी खोज के लिए सबसे महत्वपूर्ण विश्लेषणात्मक हथियार बन जाएगा । प्रभावी उंमूलन के लिए, अपशिष्ट उपचार संयंत्रों में उपंयास चरणों उंनत ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं, जो यूवी विकिरण का हिस्सा हो सकता है के आधार पर डिजाइन की आवश्यकता होगी ।
The authors have nothing to disclose.
Melanie Voigt एप्लाइड साइंसेज के Niederrhein विश्वविद्यालय के Promotionskolleg से एक वजीफा के लिए आभारी है । लेखक आगे वित्तीय सहायता के लिए अपने संस्थान का शुक्रिया अदा करते हैं ।
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 |