Identificação de produtos farmacêuticos em meio aquático, utilizando HPLC-ESI-Q-TOF-MS e eliminação de eritromicina através de degradação foto-induzido

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Summary

Apresentamos um protocolo para análise não específico, usando o tempo de espectrometria de massa de voo como uma ferramenta perfeita para identificar produtos farmacêuticos nas águas. Podemos demonstrar a aplicação da irradiação UV para sua eliminação. Análise envolvendo irradiação, composto isolamento, identificação e modelagem cinética dos perfis de degradação é ilustrado.

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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

Monitoramento de produtos farmacêuticos em todo o ciclo da água está se tornando cada vez mais importante para o meio aquático e, eventualmente, para a saúde humana. Visados e não específico de análise são meios de hoje da escolha. Embora alvo de análise geralmente realizada com a ajuda de um triplo quadrupolo espectrômetro de massa pode ser mais sensível, apenas compostos previamente selecionados podem ser identificados. A análise não específico mais poderosa é executada através do tempo de voo estendidos espectrómetros de massa (TOF-MS) por um analisador de massa quadrupolo (Q), como usado neste estudo. Precedido por extração de fase sólida e cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC), a abordagem não específico permite para detectar todas as substâncias ionizáveis com alta sensibilidade e seletividade. Aproveitando-se do instrumento Q-TOF-MS, experimentos de espectrometria de massa em tandem (MS/MS) aceleram e facilitam a identificação, enquanto um método de MS alvo aumenta a sensibilidade, mas se baseia em padrões de referência para fins de identificação. A identificação de quatro produtos farmacêuticos da água do Rio Rhine é demonstrada. O Rio Reno se origina no Tomasee, Grisões, na Suíça e desagua do mar do Norte, perto da Baía Sul, Holanda. Seu comprimento equivale a 1232,7 km. Uma vez que é de interesse primordial para efetivamente eliminar produtos farmacêuticos do ciclo da água, a irradiação de UV-C de efeito é demonstrada em escala de laboratório. Este método permite a rápida degradação de produtos farmacêuticos, que exemplarily é mostrada para a eritromicina antibiótico macrolídeo. Usando o método de HPLC-Q-TOF-MS acima, obtêm-se os diagramas de concentração-tempo para a droga do pai e seus produtos de fotodegradação. Depois de estabelecer as equações para reações de primeira ordem sequenciais, montagem computacional permite a determinação de parâmetros cinéticos, que pode ajudar a prever tempos de irradiação e condições quando considerados potencialmente como quarta etapa dentro tratamento de águas residuais.

Introduction

Produtos farmacêuticos são regularmente encontrados no ambiente aquático1,2,3,4,5. Uma fonte importante são os efluentes de águas residuais tratamento plantas (ETAR)6,7,8,9. A ocorrência de produtos farmacêuticos no durante todo o ciclo da água tem sido estudada exemplarily na bacia do rio Turia10. Entre outros, os antibióticos representam uma determinada classe perigosa das drogas, já que muitas vezes passam o estágio biológico de ETAR inalterada e pode causar resistências bacterianas no ambiente11,12,13 . Macrolídeos constituem uma classe de drogas antibióticas que são aplicadas tanto em humanos como em medicina veterinária. Seus representantes foram encontradas em concentração até 1 µ g/L em efluentes14,15,16,17,18,19. Um deles é de20,de eritromicina (Ery)21. Nas águas, eritromicina é muitas vezes acompanhada por anhydroerythromycin (Ery A - H2O), um desidratando22,23. Eliminação de água da Eritromicina é devido à instabilidade do ácido. A taxa de eritromicina vs anhydroerythromycin depende o pH24,25,26,27.

Quimicamente, macrolídeos contêm uma lactona macrocylic ao qual açúcar várias partes são anexados, por exemplo., desosamine, cladinose ou mycaminose. Como macrolídeos são quimicamente modificados produtos naturais, de processos de fermentação, eles muitas vezes existem como misturas. As espécies denominadas A, B, C, etc., diferem nos substituintes de açúcar. As partes de açúcar e sua posição na lactona são responsáveis para o modo de ação dos macrólidos28,29. A fim de minimizar o perigo para o ambiente, é aconselhável mineralize completamente os fármacos antes de entrar no ambiente aquático27,30,31,32.

A primeira parte deste estudo lida com a detecção de farmacêutico nas águas de superfície, o que é importante para monitorar ambos os efluentes e águas abertas. Para pesquisar uma variedade de substâncias não identificadas na faixa de microgramas em matrizes diferentes, não específico de análise é o método de escolha20,33,34,35. Em particular, de alto desempenho de cromatografia líquida (HPLC) quadrupolo de ionização electrospray provou-se de extraordinário valor devido à sua especificidade e sensibilidade do tempo voo espectrometria de massa (HPLC-ESI-Q-TOF-MS). Após a identificação da substância, sensibilidade pode ainda ser estendido usando a MS alvo abordagem com o quadrupolo operado em Selecione o modo e a energia de colisão dentro da célula de colisão definido como zero. Portanto, íons chegarem não-fragmentado o detector TOF.

O segundo foco deste trabalho é a eliminação da eritromicina. Para a eliminação de produtos farmacêuticos, processos de oxidação avançados chamados (AOBs) são usados, por exemplo., começou por irradiação com UV luz36,37,38. A formação de radicais hidroxila é essencial para a degradação da água pela VUV / irradiação UVC EQ. 1 a seguir.

H2O + hν(< 200 nm) → H2O * → H. + . AH (1)

Radicais hidroxila possuem um potencial de oxidação elevada de 2.8 V, que contribui positivamente para a degradação da substâncias36,37.

Aqui, a degradação da eritromicina usando vácuo UV/UVC-irradiação na água é descrita atendendo as influências do pH. A formação de produtos ainda mais perigosos é acreditada para ser uma desvantagem de usar AOBs39,40. Assim, é importante irradiar até a completa mineralização das produtos farmacêuticos. Para melhor estimar o tempo de irradiação, o modelo cinético da reação, as constantes de velocidade de reação e a meia-vida é determinado pela droga inicial e para sua photodegradates. Para esta finalidade, concentração-tempo (c-t) enredo foram derivados de medições de HPLC-ESI-Q-TOF-MS e em relação aos modelos de cinética química usando MATLAB. A cinética da degradação proseguiu de acordo com a primeira ordem, e os photodegradates foram descritos como produtos intermédios de uma reação de acompanhamento consecutivos ou subsequentes27,41.

Protocol

1. preparação amostra: Extração de fase sólida

  1. Colete cerca de 1L de água para a preparação das amostras.
  2. Filtre a amostra sobre um filtro de banda azul com um tamanho de poro de 2 µm para remover as partículas grosseiras.
  3. Equilibrar o cartucho SPE usando 3 mL de metanol e 3 mL de água ultrapura.
  4. Aplicar o filtrado (1 L), para o cartucho SPE e aumentar a velocidade de fluxo, usando um vácuo moderado, por exemplo., uma bomba de diafragma.
    Nota: Vários cartuchos SPE podem ser executados em paralelo.
  5. Lave a amostra com 3 mL de água ultrapura.
  6. Eluir os analitos do sorbato de cartucho com 3 mL de metanol.
  7. Concentre-se o eluato de 3 mL para secar usando um evaporador rotativo.
  8. Dissolva o resíduo em 1 mL de água ultrapura.
  9. Filtrar a solução através de um filtro de seringa e armazená-los em um frasco de análise por HPLC-ESI-Q-TOF-MS não específico.

2. HPLC-ESI-Q-TOF-MS método para análise não específico e orientado e MS/MS

  1. Transferi o frasco para o mostruário de HPLC-ESI-Q-TOF-MS.
  2. Defina todos os parâmetros relevantes (tabela 1) para a HPLC-ESI-Q-TOF-MS.
    Nota: Se for usada uma energia de colisão finito, i. e., colisão energia (CE) ≠ 0, íons vai ser fragmentado. Esta modalidade corresponde ao método de MS/MS alvo.
  3. Inicie a medição.
  4. Analise os cromatogramas resultantes e espectros de massa.

3. experimentos de irradiação UV

  1. Dissolva o composto antibiótico, por exemplo, eritromicina (750 mg/L), em água ultrapura em concentração final de 20 mg/L.
  2. Encha o photoreactor de 1 L, embrulhado em papel de alumínio, com 750 mL de solução.
  3. Introduza a lâmpada fornecendo 15 W de potência no reator.
  4. Aplica o agitador magnético a 500 rpm.
  5. Ajuste o pH para o valor desejado de 3-4, 6-7 ou 8-9 por adição gota a gota de HCl (0,1 M) ou NH3 (0,1 M) se necessário. pH 6-7 é usado como um exemplo.
  6. Tomar 2 mL da solução de reação como amostra na hora 0 usando uma seringa e transferi-lo para um frasco de vidro de 2 mL.
  7. Ligue a lâmpada UV e acompanhar o tempo de elapsing.
    Nota: Os tempos de irradiação de 10 min geralmente são suficientes. Se for desejado completude da é, uma segunda série de experiência talvez precise ser gravado usando os resultados da primeira série.
    Cuidado: Irradiação UV pode levar à cegueira.
  8. Desenhar uma amostra de 2 mL da solução a cada 30 s durante o primeiro 5 min. Em seguida, tirar uma amostra de cada 60 s até o final do experimento. Transferi as amostras em frascos de 2 mL.
  9. Armazenar os frascos até análise HPLC-ESI-Q-TOF-MS-4 ° c.
  10. Analise as 16 amostras usando HPLC-ESI-Q-TOF-MS com os métodos descritos na etapa 2.

4. cinética análise

  1. Prepare um software adequado, tais como a caixa de ferramentas do curva-encaixe do MATLAB R2016b.
  2. Caber a massa-área vs dados de tempo de degradação foto-induzido do antibiótico pai composto de acordo com a cinética de primeira ordem, ver EQ. 242,43
    Equation 1(2)
    A concentração Equation 2 refere-se a concentração inicial da educt A, e cum a concentração real durante o tempo de reação t com a taxa constante k1 do primeiro passo de reação A para B.
  3. Caber a massa-área vs curvas de tempo do BCF usando EQ. 3 e 4, como eles podem ser descritos como intermediários de uma reação acompanhamento consecutivo ou posterior, ou seja., produto B ou C, de acordo com a reação do modelo →B → C → D.
    Equation 3(3)
    Equation 4(4)
    As concentrações cB e cC referem-se a intermediários, B e C; e k2,k3 para as constantes de taxa correspondente B para C, C e D.
  4. Use a EQ. 5 para ajustar os dados, se o tempo de irradiação não era suficiente para observar a degradação de um foto-produto. Este degradate pode ser tratada como produto final D com a concentração CD para obter as constantes de velocidade.
    Equation 6(5)
    1. Calcular a concentração de B usando a EQ. 6 em vez de EQ. 3, se a reação termina com B. Se C é o produto final, calcule a concentração de C de acordo com a EQ. 7 em vez de EQ. 4.
      Equation 7(6)
      Equation 8(7)
  5. Use a EQ. 8 para a determinação da meia-vida t1/2.
    Equation 10(8)

Representative Results

Como resultado da extração em fase sólida, obteve-se um amarelado à solução verde escura em todos os casos, que indicou a presença de clorofila, contendo substâncias (Figura 1). Produtos farmacêuticos contidos nesta amostra de água não conduziria a coloração visível desde sua concentração e sua absorção geralmente seria muito baixa. Em vez disso, a ocorrência de produtos farmacêuticos precisa ser analisado usando HPLC e espectrometria de massa de alta resolução.

Em análise não específico, um HPLC-ESI-Q-TOF-MS foi usado por causa de sua excepcional precisão massa permitindo obter a massa exata para cada íon composto. Massa-detectado cromatograma da análise realizada foi representado como um cromatograma pico base (BPC), que exibe o pico mais intenso de cada espectro de massa registrado no curso da separação cromatográfica. O exemplo mostrado na Figura 2 apresenta o BPC de uma amostra de água do Rio Reno.

O BPC continha mais de vinte e cinco picos, refletindo os valores m/z diferentes, portanto, diferentes compostos, dos quais sete foram marcados no BPC. Desde que as substâncias eram desconhecidas a priori, o primeiro passo para sua identificação consiste, geralmente, derivando a fórmula molecular. Isso é feito através de massa exata e isotópica padrão fornecido pela detecção da TOF, embora o padrão isotópico não pode ser observado em todos os casos devido a concentrações baixas de amostra em amostras ambientais. Com a ajuda do banco de dados público, como os farmacêuticos no ambiente pela Agência de meio ambiente o alemão (UBA) contendo aproximadamente 630 compostos, uma identificação preliminar de um pequeno grupo de candidatos é frequentemente bem sucedida. Para uma prova final, ou comparação com padrões de referência disponíveis comercialmente pode ser executada ou padrões de fragmentação de MS/MS podem ser considerados (Figura 3).

Neste trabalho, comparação com padrões em relação ao tempo de retenção representava para a identificação de fármacos muito frequentemente encontrados nas águas de superfície alemães. Estas substâncias incluem metoprolol, um β-bloqueador, carbamazepina, um analgésico e a eritromicina antibiótico macrolídeo A e seu derivado anhydroerythromycin que r. Erythromycin serve como exemplo mais investigado neste estudo. A amostra estudada de Rio Rhine tinha um pH de 7,6 e uma temperatura média de 16,5 ° C. A este pH, anhydroerythromycin também deveria estar presente na amostra de água. Para a análise detalhada, os cromatogramas de íons extraídos (EIC) da amostra de água foram comparados com os padrões de referência (Figura 4).

A comparação mostra boa concordância entre o tempo de retenção de metoprolol, carbamazepina e anhydroerythromycin e os analitos observados. A EIC do anhydroerythromycin de referência padrão exibido dois picos, portanto, dois compostos onde a desidratação ocorreram em dois locais distintos de eritromicina. Ainda, apenas um isômero anhydroerythromycin foi identificado na amostra Rio Rhine. Eritromicina em si só estava presente em rastreamentos. Portanto, pode ser obtido sem espectro MS/MS. As massas precisas para o antibiótico e seu desidratando são dadas na tabela 2. Usando o EIC, assim, o tempo de retenção e o valor de m/z, metoprolol, carbamazepin, eritromicina e anhydroerythromycin podem ser identificados na amostra Rio Rhine.

Em relação ao ambiente aquático, é importante evitar fármacos de estações de tratamento de águas residuais de passagem e entrando em águas de superfície. Em busca de uma eliminação eficiente, UV-C irradiação em valores de pH diferentes foram realizados experimentos para eritromicina como exemplo. Diagramas de concentração-tempo (c-t) foram gravados usando massa-área vs tempo parcelas derivadas de EICs. A degradação foi descrita de acordo com a equação 2. Eritromicina consiste de eritromicina A e B e anhydroerythromycin A, com dois isômeros do último. As curvas de c-t de eritromicina A e seus ataques computacionais são mostradas na Figura 5. Em pH 7, observou-se a degradação acelerada. Isso se aplica a todos os quatro compostos estudados, dados não mostrados. Como consequência, a degradação induzida por foto de eritromicina deve ser efectuada em torno de pH neutro. No caso da amostra do Rio Rhine, o ajuste do pH não era exigido.

Photodegradates dos farmacêuticos também foram identificados em todos os três valores de pH. Uma visão geral sobre essas photodegradates com as suas propostas de estrutura correspondente é dada na tabela 3. Para a análise cinética do photodegradates, o produto com m/z = 720 serve como exemplo. Photodegradates muitas vezes pode ser descrito como intermediários de reação. Portanto, os photodegradates foram descritas em termos de aconsecutive e subsequente reação de acompanhamento. A decisão entre os tipos resultantes de intermediários baseia-se na bondade do ajuste calculado com software adequado, onde o coeficiente de determinação (R2) e o erro residual média-quadrado (RMSE) foram tomadas como critérios. Devido ao fato de que Eritromicina é ácido-instável, bcf como ocorreria após irradiação estavam presentes antes de irradiação. O efeito resultante das equações 3 e 4 era uma concentração inicial finita. Portanto, um fator foi adicionado para as equações. A Figura 6 mostra os dados experimentais e ajustes calculados de acordo com a equação 3 e 4.

Este exemplo de um intermediário demonstrou o aumento da concentração com uma ascensão sigmoidal, seguida de um decaimento exponencial. Isso é indicativo para uma reação de acompanhamento subsequente intermediária. Um intermediário de reação consecutiva não mostra o aumento sigmoidal. Parâmetros de qualidade estatística também indicaram o acordo ligeiramente superior de ajuste de acordo com o modelo de reação de acompanhamento subsequente. O coeficiente de determinação R2 da reação consecutiva foi 0.9898 e, portanto, menor do que isso da reação de acompanhamento subsequente, sendo 0.9976. Portanto, o photoproduct examinado foi interpretado como intermediário de uma reação de acompanhamento subsequente. Os valores de k-resultaram do ajuste computacional, bem como, o Half-Life foi calculada a seguinte equação 5. Todos os parâmetros cinéticos relevantes são coletados na tabela 3.

Observou-se a mais rápida degradação em pH 7, seguido por pH 9, enquanto a degradação mais lenta foi encontrada para o pH 3 (Figura 5). Este achado também aplicado para a formação e degradação dos photoproducts. Três photodegradates foram observados. Seus valores m/z foram 750.46 correspondente a Ery F, 720.45 Ery C e 192.12 para DPEry192, um glycosidically acoplado açúcar da estrutura de eritromicina (Figura 7). Nenhuma degradação do photoproduct poderia ser observada para DPEry192 a pH 3 e 9 e Ery F em pH 9. Nesses casos, o tempo de irradiação não era suficiente tempo para observar a degradação total do produto intermédio. No entanto, a constante de velocidade de formação poderia ser determinado usando a equação 5, que corresponde a um produto final.

Figure 1
Figura 1 . Comparação das amostras do Rio Rhine depois da SPE (à esquerda) e tratamento ultrapura water(right). A coloração verde é indicativa para substâncias que contêm clorofila. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2 . BPC de uma amostra de água após SPE medido com HPLC-ESI-Q-TOF-MS. Todos os cromatogramas foram normalizadas para o pico mais alto. M/z-valores ilustrativos são marcados como obtido o espectro correspondente do MS. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3 . Q-TOF-MS espectro de eritromicina A (inferior) e o espectro de MS/MS do íon m/z = 734.4689 (superior). Os espectros mostram o íon molecular quasi de eritromicina A com seu padrão isotópico e os fragmentos em uma energia de colisão aplicada de 30 eV. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4 . Normalizado de EICs de metoprolol (A), carbamazepina (B), (C) eritromicina A e (D) anhydroerythromycin A em uma amostra do Rio Rhine (azul) e em água ultrapura de compostos de referência (vermelho). Os tempos de retenção dos compostos a referência e os dos farmacêuticos na amostra de água são os mesmos. As taxas de sinal-ruído de metoprolol (A) e anhydroerythromycin (D) são superiores aos de carbamazepina (B) e eritromicina (C), que indica que o último estava presente apenas em traços. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5 . Normalizado curvas concentração-tempo da fotodegradação de eritromicina A pH 3 (vermelho), pH 7 (verde) e pH 9 (azul). Soluções foram irradiadas por 10 min. Em pH 7, a eritromicina foi completamente removida da amostra. As curvas de concentração-tempo poderiam ser descritas usando equações cinéticas de primeira ordem. As constantes cinéticas taxa foram 0,10 (pH 3), 0,59 (pH 7) e = 0,21 (pH 9). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6 . Comparação entre os ajustes das curvas concentração-tempo do photoprodegradates de eritromicina com m/z = 720 em pH 9 equações 3 (A) e 4 (B) a seguir. Bondade do ajuste de reação consecutiva (A): R2 = 0.9898, RMSE = 4.645E + 04 e a subsequente reação de acompanhamento (B): R2 = 09976, RMSE = 2.366E + 04. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7 . Estrutura de eritromicina A, eritromicina B e anhydroerythromycin e seus produtos de photdegradation. Esta figura foi modificada de Voigt et al. 27. os produtos foram formados após 10min de irradiação UVC e identificados usando HPLC-Q-TOF-MS e MS/MS. clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Cromatografia líquida
Coluna: C-18 de fase reversa
Coluna: Coluna de CoreShell;
Coluna: dimensões de 50 x 2,1 mm, tamanho de partícula 2,6 μm
Temperatura da coluna 40 ° C
Volume de injeção: 5 Μ l
Fluxo: 0,3 mL/min
Fase móvel: R: solvente água contendo 0,1% de ácido fórmico
B solvente: metanol contendo 0,1% de ácido fórmico
Programa de gradiente:
Tempo/min 0 1 10 11.1 11.2 12
Proporção de solvente A:B 99:1 70:30 25:75 1:99 1:99 99:1
Espectrometria de massa
Fonte: Dual AJS ESI (modo positivo)
Gás e fonte
Temperatura do gás: 300 ° C
Gás de secagem: 8.0 L/min
Nebulizador: 14 psig
Temperatura do gás de bainha: 300 ° C
Fluxo de gás de bainha: 8 L/min
Escala de massa: 100 - 1000 m/z
Taxa de aquisição: 1 espectro/s
Tempo de aquisição: 1000 ms/spectrum
Transiente / espectro 10014
Para direcionado método MS
Energia de colisão (CE): 0 eV
Preferiu a massa - tabela 734.4685
Por MS/MS (normalmente o modo auto MS/MS)
Energia de colisão (CE): eV 30
Limiar absoluto 3000 contagens
Limite relativo 0,01%
Escala de massa: 100 - 100 m/z
Taxa de aquisição: 1 espectro/s
Tempo de aquisição: 1000 ms/spectrum
Transiente / espectro 9964
Para direcionado método MS/MS
Preferiu a massa - tabela 734.4685

Tabela 1. Condições e parâmetros utilizados para análise de HPLC-ESI-Q-TOF-MS, de produtos farmacêuticos em matrizes de água. É aconselhável introduzir uma etapa de lavagem entre as execuções cromatográficas através de executando uma amostra de água ultrapura pura entre duas análises ou estender o tempo de execução do método cromatográfico para eluir todas as substâncias.

Table 2
Tabela 2. Produtos farmacêuticos encontrados na amostra Rio Rhine com seu tempo de retenção, teórica e observado [M + H]+ e sua estrutura. O modo ESI foi definido para positivo, para que [M + H]+-íons foram detectados. O tempo de retenção pode variar minimamente por razões conhecidas experimentais habituais.

pH 3 pH 3 pH 7 pH 7 pH 7 pH 7 pH 7 pH 7 pH 9 pH 9 pH 9 pH 9
Produto k1 [min-1] t1/2 [min] (k.1) k1 [min-1] k2 [min-1] k3 [min-1] t1/2 [min] (k.1) t1/2 [min] (k2) t1/2 [min] (k.3) k1 [min-1] k2 [min-1] t1/2 [min] (k.1) t1/2 [min] (k2)
Ery A 0.1 6.81 0,59 - - 1.18 - - 0.21 - 3.37 -
Ery B 0.05 14.23 0,66 - - 1,04 - - 0.22 - 3.21 -
Ery A – H2Oa 0.11 6.53 0,59 - - 1.17 - - 0,19 - 3.72 -
Ery A – H2Ob 0.15 4.76 1.11 - - 0,63 - - 0.21 - 3.35 -
Ery F Não se observou - 0,89 0.35 - 0,78 1,98 - 1.09* - 0.64 -
Ery C Não determinado - 0,74 5.27 0,78 0.94 0.13 0,89 0.17 0.18 4.04 3,92
DPEry192 0.35* 1,97 Não se observou - - - - - 0.30* - 2.34 -
* Mais degradação observada

Tabela 3. Constantes de velocidade cinética e meias-vidas correspondentes da degradação da eritromicina e seus photodegradates adaptado de Voigt et al 27 . Eritromicina consiste de eritromicina A, eritromicina B e duas formas de anhydroerythromycin. Três photodegradates foram observados. Lá, são referidos como Ery F, Ery C e DEry192.

Discussion

O exemplo de uma análise não específico apresentado neste relatório demonstrado a identificação de produtos farmacêuticos nas águas superficiais usando HPLC-ESI-Q-TOF-MS, MS/MS e comparação com padrões de referência como a prova final. A força da análise não específico usando TOF-MS baseia-se na detecção de todos os iões presentes em um tempo determinado de retenção e de alta precisão em massa que leva à previsão de fórmula molecular provisória. Como uma alternativa para um espectrômetro de massa da IDF, a aplicação de uma armadilha do íon orbital tem sido descrita para análise de contaminantes na água44. A previsão de fórmula molecular foi usada como ponto de partida para selecionar rapidamente os padrões de referência. A aplicação do método da MS alvo do instrumento Q-TOF-MS permitiu a detecção de compostos específicos, desde que apenas pré-selecionados íons passam o filtro quadrupolo. Em geral, alvo de análise é executada usando o espectrômetro de massa triplo quadrupolo também em análise de água45. Para compensar o desvio da massa devido a imperfeições instrumentais teórico, uma comparação de cromatografia em fase gasosa com uma padrão de referência pode ser executada. O método de MS/MS alvo também pode ser escolhido para análise de identificação. Aqui, os íons são selecionados, fragmentado e seus fragmentos detectados. Desde MS/MS é menos sensível do que o MS, a concentração das fármacos nas amostras investigadas água era demasiado baixa para produzir fragmentos significativos. No entanto, se os fragmentos são detectados, compostos podem ser identificados com maior confiança. A sensibilidade insuficiente pode ser superada, concentrando um maior volume de amostra de água inicial. Além disso, a medição deve ser efectuada logo que possível após a amostragem por causa do potencial biodegradação46,,47,,48,49. Caso contrário, as amostras devem ser armazenadas a-20 ° C para excluir a degradação de compostos ou reação.

Às vezes, os mesmos valores de m/z aparecem em tempos de retenção diferentes. Isto pode ser devido a que os isómeros requerem diferentes técnicas analíticas. Também pode ocorrer que não compostos podem ser detectados em tudo, não necessariamente o que prova sua ausência. Eles podem não só íons de formulário ou ocorrem abaixo do limite de detecção. O tipo de água também exerce uma influência sobre a presença de produtos farmacêuticos. Produtos farmacêuticos raramente entram fonte de águas superficiais e subterrâneas em comparação com água de esgoto e efluentes de águas residuais, tratamento plantas48,50,,51,52,53.

Para os experimentos de degradação, a fonte de irradiação deve ser caracterizada com antecedência, uma vez que o fluxo de fótons ou taxa de fluência de fótons da luz contribui significativamente para a degradação e o mecanismo de degradação. Para tentativas iniciais, uma lâmpada VUV/UVC, provavelmente uma lâmpada de mercúrio de baixa pressão é suficiente. Em geral, a adição de peróxido de hidrogênio, H2O2, acelera a degradação27,36,37,54. Quando uma lâmpada diferente, por exemplo., uma lâmpada UVA, é usada, a formação de radicais hidroxila deve ser assegurada, por exemplo., através da adição de dióxido de titânio 23,24,30, 31. para muitos compostos, tais como a eritromicina, os radicais OH, ao invés de foto-reatividade da indústria farmacêutica se27são as espécies de degradação de indução.

Para a determinação dos parâmetros cinéticos, a área dos sinais nos cromatogramas de massa-detectado, que representa a concentração, é plotada versus tempo de irradiação. Para ajustar os dados, é aconselhável a utilização de software adequado. Aqui, a ferramenta de ajuste de curva de MATLAB foi usada, o que permitiu rapidamente calcular e ajustar os dados com as equações corretas. A cinética de intermediários é determinada pelas equações mais complexas. Os parâmetros de qualidade para o ajuste, i. e., R2 e RMSE, prontamente foram obtidos também.

Este estudo demonstrou que a análise da água do rio para detectar e identificar os poluentes farmacêuticos e a fotodegradação de eritromicina em água ultrapura. Em águas ambientais, tais como águas superficiais, degradação de diferentes velocidades e constantes de velocidade seria obtidos devido à absorção de substâncias, tais como humins de luz. De acordo com a experiência dos autores, degradação muitas vezes ocorre mais lentamente, mas às vezes em taxas comparáveis41,56.

O problema mundial de medicamentos, principalmente antibióticos, em ambiente aquático e os perigos resultantes ainda continuam a crescer1. Devido à variedade e diversidade de produtos químicos, metabólitos e BCF, não específico de análise vai se tornar a mais importante arma analítica para sua descoberta no ambiente57. Para a eliminação eficaz, novos estágios em estações de tratamento de águas residuais precisará ser projetado com base em processos avançados de oxidação, que irradiação UV pode ser parte.

Disclosures

Os autores declaram não concorrentes interesses financeiros.

Acknowledgments

Melanie Voigt é grato por um salário da Promotionskolleg de Niederrhein Universidade de ciências aplicadas de. Os autores graças a sua instituição de mais apoio financeiro.

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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