HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-सुश्री और इरिथ्रोमाइसिन के उंमूलन के माध्यम से फोटो प्रेरित क्षरण का उपयोग कर जलीय वातावरण में दवाइयों की पहचान

Environment
 

Summary

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 ।

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Voigt, M., Savelsberg, C., Jaeger, M. Identification of Pharmaceuticals in The Aquatic Environment Using HPLC-ESI-Q-TOF-MS and Elimination of Erythromycin Through Photo-Induced Degradation. J. Vis. Exp. (138), e57434, doi:10.3791/57434 (2018).

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Abstract

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 ।

Introduction

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.

Protocol

1. नमूना तैयारी: ठोस चरण निष्कर्षण

  1. नमूने की तैयारी के लिए पानी के बारे में 1 एल ले लीजिए ।
  2. मोटे कणों को हटाने के लिए 2 µm के एक ताकना आकार के साथ एक नीले रंग की बैंड फिल्टर पर नमूना फ़िल्टर ।
  3. Equilibrate एसपीई कारतूस 3 मिलीलीटर मेथनॉल और ultrapure पानी की 3 मिलीलीटर का उपयोग कर ।
  4. एसपीई कारतूस पर निस्पंदन (1 एल) लागू करें और प्रवाह वेग एक उदारवादी निर्वात, जैसे, एक डायाफ्राम पंप का उपयोग कर वृद्धि हुई है ।
    नोट: कई एसपीई कारतूस समानांतर में चलाया जा सकता है ।
  5. ultrapure पानी के 3 मिलीलीटर के साथ नमूना धो लें ।
  6. Elute ने कारतूस sorbate से analytes को 3 एमएल के मेथनॉल से भरा ।
  7. 3 मिलीलीटर eluate ध्यान केंद्रित करने के लिए एक रोटरी वाष्पीकरण का उपयोग शुष्क ।
  8. ultrapure पानी के 1 मिलीलीटर में अवशेषों को भंग ।
  9. एक सिरिंज फिल्टर के माध्यम से समाधान फ़िल्टर और गैर के लिए एक शीशी में उन्हें स्टोर-HPLC द्वारा लक्षित विश्लेषण-ईएसआई-Q-तोफ-MS.

2. HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-गैर-लक्षित और लक्षित विश्लेषण के लिए एमएस विधि, और एमएस/

  1. शीशी को HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-MS का नमूना में स्थानांतरित करें ।
  2. HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-MS के लिए सभी प्रासंगिक पैरामीटर (तालिका 1) सेट करें ।
    नोट: यदि एक परिमित टकराव ऊर्जा का प्रयोग किया जाता है, यानी, टकराव ऊर्जा (CE) 0 होइन, आयनों खंडित हो जाएगा । यह मोड लक्षित ms/ms विधि से मेल खाती है ।
  3. माप प्रारंभ करें ।
  4. परिणामी chromatograms और मास स्पेक्ट्रा का विश्लेषण करें ।

3. यूवी विकिरण प्रयोगों

  1. एंटीबायोटिक यौगिक भंग, जैसे, इरिथ्रोमाइसिन (७५० mg/l), ultrapure पानी में 20 mg/l अंतिम एकाग्रता.
  2. 1 एल photoreactor भरें, एल्यूमीनियम पंनी में लिपटे, समाधान के ७५० मिलीलीटर के साथ ।
  3. रिएक्टर में शक्ति के 15 डब्ल्यू प्रदान दीपक परिचय ।
  4. ५०० rpm पर चुंबकीय सरगर्मी लागू होते हैं ।
  5. यदि आवश्यक हो तो HCl (०.१ m) या एनएच3 (०.१ m) के अलावा dropwise द्वारा वांछित मान 3-4, 6-7 या 8-9 के लिए पीएच मान समायोजित करें । पीएच 6-7 एक उदाहरण के रूप में प्रयोग किया जाता है ।
  6. समय 0 में नमूना के रूप में प्रतिक्रिया समाधान के 2 मिलीलीटर एक सिरिंज का उपयोग कर लो और यह एक 2 मिलीलीटर कांच की शीशी में स्थानांतरण ।
  7. यूवी लैंप पर स्विच और elapsing समय का ट्रैक रखने के लिए ।
    नोट: 10 मिनट के विकिरण समय अक्सर पर्याप्त हैं । यदि photoreaction की पूर्णता वांछित है, एक दूसरे प्रयोग श्रृंखला के लिए पहली श्रृंखला के परिणामों का उपयोग कर दर्ज की आवश्यकता हो सकती है ।
    चेतावनी: यूवी विकिरण अंधापन करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं ।
  8. पहले 5 मिनट के दौरान समाधान हर 30 एस से एक 2 मिलीलीटर नमूना ड्रा । फिर, प्रयोग के अंत तक हर ६० s एक नमूना ले लो । नमूने 2 मिलीलीटर शीशियों में स्थानांतरण ।
  9. HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-MS विश्लेषण-4 डिग्री सेल्सियस तक शीशियों की दुकान ।
  10. चरण 2 में वर्णित विधियों के साथ HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-MS का उपयोग करके 16 नमूनों का विश्लेषण करें ।

4. कैनेटीक्स विश्लेषण

  1. MATLAB R2016b की वक्र फिटिंग toolbox के रूप में एक उपयुक्त सॉफ्टवेयर तैयार करें ।
  2. पहले आदेश कैनेटीक्स के अनुसार माता-पिता एंटीबायोटिक यौगिक के फोटो प्रेरित क्षरण का जन क्षेत्र बनाम समय डेटा फिट, eq देखें. 2४२,४३
    Equation 12
    एकाग्रता Equation 2 educt की प्रारंभिक एकाग्रता को संदर्भित करता है, सीएक की दर के साथ प्रतिक्रिया समय टी से अधिक वास्तविक एकाग्रता के लिए लगातार कश्मीर1 पहली प्रतिक्रिया चरण a से B.
  3. eq .3 और 4 का उपयोग कर degradates के मास-एरिया बनाम समय घटता फिट, के रूप में वे एक लगातार या बाद अनुवर्ती प्रतिक्रिया के मध्यवर्ती के रूप में वर्णित किया जा सकता है, यानी, उत्पाद बी या सी प्रतिक्रिया मॉडल के अनुसार a → b → c → D.
    Equation 33
    Equation 44
    सांद्रता सीबी और सीसी सी का उल्लेख मध्यवर्ती बी और सी; और k2,k3 को इसी दर स्थिरांक B को c, c से D तक ।
  4. डेटा फिट करने के लिए, अगर विकिरण समय एक तस्वीर उत्पाद के क्षरण का पालन करने के लिए पर्याप्त नहीं था eq .5 का उपयोग करें । इस degradate दर स्थिरांक प्राप्त करने के लिए एकाग्रता सीडी के साथ अंतिम उत्पाद डी के रूप में इलाज किया जा सकता है ।
    Equation 65
    1. बी की एकाग्रता का उपयोग eq .6 के बजाय eq .3, अगर प्रतिक्रिया बी के साथ समाप्त होता है की गणना. c अंतिम उत्पाद है, eq. 7 के बजाय eq. 4 के अनुसार सी की एकाग्रता की गणना.
      Equation 76
      Equation 87
  5. आधा जीवन टी1/2के निर्धारण के लिए eq. 8 का उपयोग करें ।
    Equation 108

Representative Results

ठोस चरण निष्कर्षण के परिणाम के रूप में, एक पीले से गहरे हरे रंग के समाधान सभी मामलों में प्राप्त किया गया था, जो क्लोरोफिल युक्त पदार्थों की उपस्थिति का संकेत (चित्रा 1) । इस पानी के नमूने में निहित फार्मास्यूटिकल्स उनकी एकाग्रता के बाद से दिखाई रंगाई के लिए नेतृत्व नहीं होगा और उनके अवशोषण आम तौर पर भी कम हो जाएगा. इसके बजाय, दवाइयों की घटना HPLC और उच्च संकल्प जन स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग कर विश्लेषण किया जाना चाहिए ।

गैर में लक्षित विश्लेषण, एक HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-MS क्योंकि अपनी बकाया द्रव्यमान प्रत्येक यौगिक आयन के लिए सटीक जन प्राप्त करने की अनुमति सटीकता की थी । बड़े पैमाने पर किया गया विश्लेषण का पता चला वर्णलेख एक आधार चोटी वर्णलेख (बीपीसी) है, जो प्रत्येक बड़े पैमाने पर क्रोमेटोग्राफिक जुदाई पाठ्यक्रम में दर्ज स्पेक्ट्रम की सबसे तीव्र चोटी प्रदर्शित करता है के रूप में प्रतिनिधित्व किया गया था । चित्र 2 में दर्शाए गए उदाहरण में नदी राइन से एक पानी के नमूने की बीपीसी प्रस्तुत करता है ।

बीपीसी अलग एम/z मूल्यों, इसलिए विभिंन यौगिकों, जिनमें से सात बीपीसी में चिह्नित किया गया था को प्रतिबिंबित पच्चीस चोटियों से अधिक निहित । चूंकि पदार्थ एक प्राथमिकताओंअज्ञात थे, उनकी पहचान के लिए पहला कदम आम तौर पर आणविक फार्मूला आमलोगों के होते हैं । इस isotopic पैटर्न पर्यावरणीय नमूनों में कम नमूना सांद्रता के कारण सभी मामलों में नहीं देखा जा सकता है, हालांकि यह तोफ पता लगाने द्वारा प्रदान की सटीक द्रव्यमान और isotopic पैटर्न के माध्यम से पूरा किया जाता है । जर्मन पर्यावरण एजेंसी (UBA) द्वारा पर्यावरण में दवाइयों जैसे सार्वजनिक डाटाबेस की मदद से लगभग ६३० यौगिकों वाले, उंमीदवारों के एक छोटे समूह की प्रारंभिक पहचान अक्सर सफल होती है । एक अंतिम सबूत के लिए, या तो तुलना व्यावसायिक रूप से उपलब्ध संदर्भ मानकों के लिए किया जा सकता है या एमएस/ms विखंडन पैटर्न माना जा सकता है (चित्रा 3) ।

इस काम में, अवधारण समय के संबंध में मानकों की तुलना फार्मास्यूटिकल्स की पहचान के लिए खाते में बहुत बार जर्मन सतह पानी में पाया । इन पदार्थों metoprolol, एक β-अवरोधक, carbamazepine, एक एनाल्जेसिक शामिल हैं, और macrolide एंटीबायोटिक इरिथ्रोमाइसिन एक और इसके derivate anhydroerythromycin ए. इरिथ्रोमाइसिन उदाहरण के रूप में कार्य करता है इस अध्ययन में आगे की जांच की । अध्ययन किया राइन नदी नमूना ७.६ के एक पीएच और १६.५ डिग्री सेल्सियस का एक औसत तापमान था । इस पीएच पर, anhydroerythromycin भी पानी के नमूने में उपस्थित होने की उंमीद होगी । विस्तृत विश्लेषण के लिए, पानी के नमूने के निकाले आयन chromatograms (EICs) संदर्भ मानकों (चित्रा 4) के साथ तुलना में थे.

तुलना metoprolol, carbamazepine और anhydroerythromycin और मनाया analytes के लिए प्रतिधारण समय के बीच अच्छा समझौता दिखाता है । संदर्भ मानक anhydroerythromycin के EIC दो चोटियों प्रदर्शित, इसलिए दो यौगिकों जहां निर्जलीकरण इरिथ्रोमाइसिन के दो अलग साइटों पर हुई थी । फिर भी रैन नदी के नमूने में केवल एक anhydroerythromycin isomer की पहचान की गई । इरिथ्रोमाइसिन ही निशान में मौजूद था. इसलिए, कोई ms/ms स्पेक्ट्रम प्राप्त नहीं किया जा सका । एंटीबायोटिक और इसके निर्जलीकरण के लिए सटीक जनता तालिका 2में दिया जाता है । EIC का प्रयोग, इस प्रकार एम/जेड मूल्य और प्रतिधारण समय, metoprolol, carbamazepin, इरिथ्रोमाइसिन और anhydroerythromycin राइन नदी के नमूने में पहचाना जा सकता है ।

जलीय वातावरण के संबंध में, यह महत्वपूर्ण है कि अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों के माध्यम से गुजर रहा है और सतह पानी में प्रवेश करने से दवाइयों को रोकने के । एक कुशल उंमूलन के लिए खोज में, विभिंन पीएच मूल्यों पर यूवी सी विकिरण प्रयोगों के उदाहरण के रूप में इरिथ्रोमाइसिन के लिए बाहर ले जाया गया । एकाग्रता-समय (सी टी) आरेखों EICs से व्युत्पंन जन क्षेत्र बनाम समय भूखंडों का उपयोग कर दर्ज किया गया । क्षरण को समीकरण 2 के अनुसार बताया गया था । इरिथ्रोमाइसिन के दो isomers के साथ इरिथ्रोमाइसिन ए और बी और anhydroerythromycin ए, के होते हैं । इरिथ्रोमाइसिन ए और उनके गणना फिट के सी टी curves चित्रा 5में दिखाया गया है । पीएच 7 में त्वरित क्षरण मनाया गया । यह अध्ययन किया, डेटा नहीं दिखाया सभी चार यौगिकों पर लागू होता है. एक परिणाम के रूप में, फोटो प्रेरित इरिथ्रोमाइसिन के क्षरण तटस्थ पीएच के आसपास किया जाना चाहिए । राइन नदी के सैंपल के मामले में पीएचई एडजस्टमेंट की जरूरत नहीं थी ।

दवाइयों के Photodegradates भी सभी तीन पीएच मान पर पहचाने गए. उनकी इसी संरचना के प्रस्तावों के साथ इन photodegradates का अवलोकन तालिका 3 में दिया गया है । photodegradates के काइनेटिक विश्लेषण के लिए, m/z = ७२० के साथ उत्पाद एक उदाहरण के रूप में कार्य करता है । Photodegradates अक्सर रिएक्शन मध्यवर्ती के रूप में वर्णित किया जा सकता है । इसलिए photodegradates को aconsecutive और अनुवर्ती अनुवर्ती प्रतिक्रिया के संदर्भ में बताया गया. मध्यवर्ती के परिणामस्वरूप प्रकार के बीच निर्णय उपयुक्त सॉफ्टवेयर है, जहां निर्धारण (आर2) और अवशिष्ट मतलब वर्गीय त्रुटि (RMSE) मानदंड के रूप में लिया गया के गुणांक के साथ गणना फिट की भलाई पर आधारित है । तथ्य यह है कि इरिथ्रोमाइसिन एसिड-स्थिर है के कारण, degradates के रूप में विकिरण पर होने से पहले उपस्थित थे । समीकरण 3 और 4 पर परिणामी प्रभाव एक परिमित शुरू एकाग्रता था । इसलिए, एक कारक समीकरणों में जोड़ा गया था । चित्रा 6 प्रयोगात्मक डेटा से पता चलता है और समीकरण 3 और 4 के अनुसार गणना फिट बैठता है.

एक मध्यवर्ती का यह उदाहरण एक sigmoidal वृद्धि एक घातीय क्षय के बाद के साथ एकाग्रता वृद्धि का प्रदर्शन किया । यह एक अनुवर्ती अनुवर्ती प्रतिक्रिया मध्यवर्ती के लिए संकेत है । लगातार प्रतिक्रिया मध्यवर्ती sigmoidal वृद्धि नहीं दिखाता है । सांख्यिकीय गुणवत्ता पैरामीटर भी बाद अनुवर्ती प्रतिक्रिया मॉडल के अनुसार फिट के थोड़ा बेहतर समझौते का संकेत दिया । दृढ़ संकल्प आर2 के लगातार प्रतिक्रिया के गुणांक ०.९८९८ था और इस प्रकार बाद अनुवर्ती प्रतिक्रिया की तुलना में कम ०.९९७६ जा रहा है । इसलिए, जांच photoproduct एक अनुवर्ती अनुवर्ती प्रतिक्रिया के मध्यवर्ती के रूप में व्याख्या की गई थी । कश्मीर मूल्यों के रूप में अच्छी तरह से गणना फिट से परिणामस्वरूप, आधा जीवन समीकरण 5 निंनलिखित गणना की गई थी । सभी प्रासंगिक काइनेटिक पैरामीटर 3 तालिकामें एकत्र कर रहे हैं ।

सबसे तेजी से गिरावट पीएच 7 में मनाया गया था, पीएच 9 के बाद, जबकि धीमी गिरावट पीएच 3 (चित्रा 5) के लिए पाया गया था । इस खोज भी गठन और photoproducts के क्षरण के लिए लागू होता है । तीन photodegradates मनाया गया । उनके m/z मान ७५०.४६ Ery एफ, ७२०.४५ करने के लिए Ery सी और १९२.१२ DPEry192, इरिथ्रोमाइसिन संरचना (7 चित्रा) के एक glycosidically चीनी के लिए इसी के अनुरूप थे । photoproduct का कोई क्षरण पीएच 3 और 9 में DPEry192 के लिए और पीएच 9 में Ery एफ के लिए मनाया जा सकता है । इन मामलों में, विकिरण समय पर्याप्त मध्यवर्ती उत्पाद की कुल गिरावट का पालन करने के लिए नहीं था । फिर भी, गठन की दर लगातार 5 समीकरण है, जो एक अंतिम उत्पाद के लिए संगत का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है ।

Figure 1
चित्रा 1 . एसपीई के बाद राइन नदी से नमूनों की तुलना (बाएँ) और ultrapure जल (दाएँ) उपचार. हरी रंगाई क्लोरोफिल युक्त पदार्थों के लिए संकेत है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2 . HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-MS के साथ एसपीई मापी के बाद एक पानी के नमूने की बीपीसी की गई । सभी chromatograms को सबसे ऊंचे शिखर पर सामान्यीकृत किया गया । इसी एमएस स्पेक्ट्रम से प्राप्त के रूप में गाये m/z-मूल्यों को चिह्नित कर रहे हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3 . Q-तोफ-ms स्पेक्ट्रम ऑफ इरिथ्रोमाइसिन A (नीचे) और एमएस/ms स्पेक्ट्रम की आयन एम/z = ७३४.४६८९ (ऊपर) । स्पेक्ट्रा अपने isotopic पैटर्न और 30 eV के एक लागू टक्कर ऊर्जा पर टुकड़े के साथ इरिथ्रोमाइसिन के अर्ध आणविक आयन दिखाओ । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 . (क) metoprolol के सामान्यीकृत EICs, (ख) carbamazepine, (ग) इरिथ्रोमाइसिन ए और (घ) एक राइन नदी के नमूने में anhydroerythromycin (नीला) और संदर्भ यौगिकों से ultrapure पानी में (लाल). संदर्भ यौगिकों के प्रतिधारण समय और पानी के नमूने में दवाइयों के लोगों को एक ही हैं । संकेत करने के लिए शोर metoprolol के अनुपात (क) और anhydroerythromycin (घ) carbamazepine (ख) और इरिथ्रोमाइसिन (सी) है, जो इंगित करता है की तुलना में उच्च रहे है बाद केवल निशान में मौजूद थे । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5 . सामान्यीकृत एकाग्रता-पीएच 3 में इरिथ्रोमाइसिन ए के फोटोडिग्रेडेशन के समय घटता (लाल), पीएच 7 (हरा) और पीएच 9 (नीला) । समाधान 10 मिनट के लिए विकिरणित थे । पीएच 7 में इरिथ्रोमाइसिन पूरी तरह से नमूने से हटा दिया गया था । एकाग्रता समय curves पहली आदेश काइनेटिक समीकरणों का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है । काइनेटिक दर स्थिरांक थे ०.१० (पीएच 3), ०.५९ (पीएच 7) और = ०.२१ (पीएच 9) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6 . एकाग्रता के फिट बैठता है-m/z = ७२० के साथ इरिथ्रोमाइसिन के photoprodegradates के समय घटता पीएच 9 निंनलिखित समीकरण 3 (A) और 4 (बी) । लगातार प्रतिक्रिया के फिट की अच्छाई (A): r2 = ०.९८९८, RMSE = 4.645 e + 04, और अनुवर्ती अनुवर्ती प्रतिक्रिया (B): r2 = ०९९७६, RMSE = 2.366 e + 04. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्र 7 . इरिथ्रोमाइसिन ए, इरिथ्रोमाइसिन बी और anhydroerythromycin और उनके photdegradation उत्पादों की संरचना । यह आंकड़ा Voigt एट अलसे संशोधित किया गया है । 27. उत्पादों UVC के 10 मिनट के बाद का गठन-विकिरण और HPLC का उपयोग कर पहचान-Q-तोफ-एमएस और एमएस/ कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए किया गया ।

लिक्विड क्रोमैटोग्राफी
स्तंभ: उलट-नमा C ण-18
स्तंभ: CoreShell कॉलम;
स्तंभ: ५० मिमी x २.१ मिमी आयाम, २.६ माइक्रोन कण आकार
स्तंभ तापमान ४० ° c
इंजेक्शन की मात्रा: 5 µ l
प्रवाह: ०.३ मिलीलीटर/
मोबाइल फेज: विलायक एक: ०.१% फार्मिक एसिड युक्त पानी
विलायक बी: मेथनॉल युक्त ०.१% फार्मिक एसिड
ग्रैडिएंट प्रोग्राम:
समय लैंडलाइंस 0 1 10 ११.१ ११.२ 12
A:B विलायक अनुपात 99:1 70:30 25:75 1:99 1:99 99:1
मास स्पेक्ट्रोमेट्री
स्रोत: डुअल AJS ईएसआई (पॉजिटिव मोड)
गैस और स्रोत
गैस तापमान: ३०० ° c
सुखाने गैस: ८.० L मिनट/
छिटकानेवाला: 14 psig
म्यान गैस तापमान: ३०० ° c
म्यान गैस फ्लो: 8 L मिनट/
मास रेंज: १००-१००० एम जेड/
अधिग्रहण दर: 1 स्पेक्ट्रम/
अधिग्रहण समय: १००० ms/स्पेक्ट्रम
क्षणिक/ १००१४
लक्षित एमएस विधि के लिए
टकराव ऊर्जा (CE): 0 eV
वरीय जन-सारणी ७३४.४६८५
एमएस के लिए/ms (आमतौर पर ऑटो एमएस/
टकराव ऊर्जा (CE): 30 eV
निरपेक्ष थ्रेशोल्ड ३००० मायने रखता
सापेक्ष थ्रेशोल्ड ०.०१%
मास रेंज: १००-१०० एम जेड/
अधिग्रहण दर: 1 स्पेक्ट्रम/
अधिग्रहण समय: १००० ms/स्पेक्ट्रम
क्षणिक/ ९९६४
लक्षित एमएस/
वरीय जन-सारणी ७३४.४६८५

तालिका 1. पानी मैट्रिक्स में दवाइयों के HPLC-ईएसआई-Q-तोफ-MS विश्लेषण के लिए प्रयुक्त शर्तें और पैरामीटर्स । यह क्रोमेटोग्राफिक के बीच एक कुल्ला कदम दो विश्लेषण के बीच शुद्ध ultrapure पानी का एक नमूना चलाने के माध्यम से चलाता है या क्रोमेटोग्राफिक विधि के चलाने के समय के विस्तार के माध्यम से शुरू करने के लिए सलाह दी जाती है क्रम में सभी पदार्थों को elute ।

Table 2
तालिका 2. अपनी अवधारण समय के साथ राइन नदी के नमूने में पाया फार्मास्यूटिकल्स, सैद्धांतिक और मनाया [एम + एच]+ और उनकी संरचना. ईएसआई मोड सकारात्मक करने के लिए सेट किया गया था, इसलिए कि [एम + एच]+-आयनों का पता लगाया गया । अवधारण समय सामांय प्रयोगात्मक ज्ञात कारणों के लिए ंयूनतम भिंन हो सकते हैं ।

पीएच 3 पीएच 3 पीएच 7 पीएच 7 पीएच 7 पीएच 7 पीएच 7 पीएच 7 पीएच 9 पीएच 9 पीएच 9 पीएच 9
उत्पाद k1 [min-1] t1/2 [min] (k1) k1 [min-1] k2 [min-1] k3 [min-1] t1/2 [min] (k1) t1/2 [min] (k2) t1/2 [min] (k3) k1 [min-1] k2 [min-1] t1/2 [min] (k1) t1/2 [min] (k2)
Ery एक ०.१ ६.८१ ०.५९ - - १.१८ - - ०.२१ - ३.३७ -
Ery बी ०.०५ १४.२३ ०.६६ - - १.०४ - - ०.२२ - ३.२१ -
Ery एक-एच2Oa ०.११ ६.५३ ०.५९ - - १.१७ - - ०.१९ - ३.७२ -
Ery A – H2ओबी ०.१५ ४.७६ १.११ - - ०.६३ - - ०.२१ - ३.३५ -
Ery च नहीं मनाया - ०.८९ ०.३५ - ०.७८ १.९८ - १.०९ * - ०.६४ -
Ery ग निर्धारित नहीं - ०.७४ ५.२७ ०.७८ ०.९४ ०.१३ ०.८९ ०.१७ ०.१८ ४.०४ ३.९२
DPEry192 ०.३५ * १.९७ नहीं मनाया - - - - - ०.३० * - २.३४ -
* कोई आगे गिरावट मनाया

तालिका 3. काइनेटिक दर लगातार और इसी आधे इरिथ्रोमाइसिन और उसके photodegradates के क्षरण के जीवन Voigt एट अल से अनुकूलित । 27 . इरिथ्रोमाइसिन इरिथ्रोमाइसिन ए, इरिथ्रोमाइसिन बी और anhydroerythromycin के दो रूपों के होते हैं । तीन photodegradates मनाया गया । वहां Ery एफ, Ery सी और DEry192 के रूप में संदर्भित कर रहे हैं ।

Discussion

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, एच22, 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 ।

Disclosures

लेखक कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय हितों की घोषणा ।

Acknowledgments

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 ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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