Spektrofotometrické stanovenie leičiv v odpadových vodách

Transcript

1 Spektrofotometrické stanovenie leičiv v odpadových vodách Výskyt liečiv v povrchových a odpadových vodách Z nárastom konzumnej spoločnosti a s reflexiou na dnešný životný štýl došlo v ostatných rokoch k zvýšenému používaniu farmaceutických prípravkov. Daný prípravok liečivo po prechode tráviacim traktom človeka a jeho vylúčení vstupuje odpadom do čistiarní odpadových vôd. Pri nedokonalom odstránení liečiva v čistiarni odpadových vôd dochádza k jeho prieniku do vodného ekosystému. Ďalší spôsob prieniku liečiv do vodných ekosystémov je priamo pri procese výroby a neodbornej likvidácií. Zdroje prieniku liečiv a ich osud v životnom prostredí je znázornený na obrázku 1. Obrázok 1: Zdroje prieniku liečiv a ich osud v životnom prostredí Analyzované liečivo tetracyklín (Obrázok 2) Obrázok 2: Tetracyklínové antibiotiká

2 Tetracyklíny patria medzi antibiotiká, sú to prírodné produkty odvodené z pôvodných aktinomycetov (pôdnych baktérií) alebo ich semi-syntetických derivátov. Základnú látku tetracyklín produkuje baktéria Streptomyces bacterium, jeho semi-syntetické deriváty sa nazývajú tetracyklíny. Príkladmi tetracyklínov sú tetracyklín, doxycyklín, chlortetracyklín a oxytetracyklín (obrázok 3). (A) (B) Obrázok 3: Štruktúra tetracyklínu (A) a chlortetracyklínu (B) Tetracyclinum Tetracyklín C 22 H 24 N 2 O 8 M r 444,44 CAS Žltý kryštalický prášok, veľmi ťažko rozpustný vo vode, dobre rozpustný v liehu (96%) a metanole. Mierne rozpustný v acetóne, nerozpustný v étery. Rozpúšťa sa v zriedených kyslých a alkalických roztokoch. UV-VIS spektrometria Molekulová absorpčná spektrometria v ultrafialovej a viditeľnej oblasti sa zaoberá meraním a interpretáciou elektrónových spektier molekúl látok, ktoré absorbujú elektromagnetické žiarenie v rozsahu vlnových dĺžok 200 až 800 nm (tabuľka 1). Analytické využitie molekulovej absorpčnej spektrometrie v UV a VIS oblasti je mnohostranné ako v organickej tak aj anorganickej analýze. Na základe získaných spektier môžeme získať informáciu o prítomnosti typických skupín v molekule látok (kvalitatívne posúdenie štruktúry látok) alebo ich využiť na stanovenie látok. UV-VIS spektrá sa merajú na spektrofotometroch, ktoré sa konštruujú ako jednolúčové alebo dvojlúčové. Schému jednolúčového spektrofotometru popisuje obrázok 4.

3 Obrázok 4: Schéma jednolúčového spektrofotometru Tabuľka 1: UV-VIS oblasť elektromagnetického žiarenia Oblasť Rozsah (nm) Fialová Indigo Modrá VIS Zelená Žltá Oranžová Červená UVA UV UVB UVC Výsledkom spektrofotometrického merania je spektrum závislosti absorpcie od vlnovej dĺžky. Veľkosť absorpcie sa hodnotí pomocou absorbancie (A), vyjadrenej ako dekadický logaritmus pomeru intenzity žiarenia, ktoré dopadá na vzorku (I 0 ) a intenzity žiarenia, ktoré vzorkou prechádza (I 1 ): A = log I 0 /I 1

4 Obrázok 5: Priechod žiarenia kyvetou Lambert-Beerov zákon uvádza, že absorbancia (A) je priamo úmerná koncentrácií absorbujúcej látky (c) a hrúbky absorbujúcej vrstvy (l), ε je absorpčný koeficient. Pracovný postup: Úprava vzorky odpadových vôd Po odobratí vzoriek odpadových vôd je nutné ich uskladnenie a transport. Aby nedochádzalo k interakcií vzorky zo stenami prepravnej nádoby je najvhodnejším materiálom transportnej/skladovacej nádoby sklo. V prípade, že vzorka nie je analyzovaná okamžite je nutné ju skladovať v chladničke pri teplote 4 C po dobu maximálne troch dní. Prvotná úprava vzorky má za úlohu zbaviť ju hrubých nečistôt, toto dosiahneme prefiltrovaním vzorky cez papierový filter. Extrakcia tuhou fázou (SPE) Po odstránení hrubých nečistôt, ktoré by mohli brániť ďalším úpravám vzorky je nutné vzorku podrobiť extrakcii. Extrakcia je separačný proces, ktorý chápeme ako prechod zložky fázovým rozhraním medzi dvoma navzájom nemiesiteľnými fázami. V našom prípade pôjde o Extrakciu tuho fázou (SPE). Metóda je založená na zachytení molekúl analytu na tuhom sorbente, cez ktorý vzorka prechádza. Univerzálnosť tejto metódy umožňuje jej použitie pri čistení látky, za koncentrovaní stopových množstiev látok, výmene rozpúšťadla analytu či derivatizácií. V našom prípade ide o zakoncentrovanie analytu (liečiva) z dôvodu nízkej koncentrácie vo vode, pričom táto koncentrácie nie je stanoviteľná danou metódou. Princíp extrakcie tuhým sorbentom popisuje obrázok 6. Po premytí (skondicionování) SPE kolonky je kvapalná vzorka vedená cez SPE kolonku pričom analyt je zachytávaný materiálom sorbentu v kolonke. Kolonka s analytom je premytá vhodne zvoleným rozpúšťadlom aby došlo k prečisteniu zachyteného analytu. V poslednej fázi je analyt

5 vyplavený z kolonky pomocou elučného rozpúšťadla. Tento extrakt má zvyčajne oveľa nižší objem a tým pádom vyššiu koncentráciu analytu ako pôvodná vzorka. Obrázok 6: Proces SPE Postup SPE 200 ml vzorky extrahujte 200 ml McIlvainovho pufru po dobu 20 min. v ultrazvuku Kolonky premyte 4 ml čistého metanolu Kolonly premyte 3 ml McIlvainovho pufru Naneste 400 ml extrahovanej vzorky Premyte 3 ml extračistej (deionizovanej) vody Kolonky presušte prúdom vzduchu (10 min.) Eluujte 10 ml elučnej zmesi (15-20 kvapiek/min.) McIlvainov pufr 12,9 g/l kyseliny citrónovej (monohydrát), 30,2 g/l hydrogénfosforečnanu sodného (dodekahydrát), 37,2 g/l EDTA doplnené na ph 3,8 ultračistou vodou. Elučná zmes Pripravte si 200 ml elučnej zmesi 2,5 g/l kyseliny šťavelovej (dihydrát) doplnené metanolom na koncentráciu 20 mmol/l. Príprava kalibračnej rady: Pripravte 5 kalibračných roztokov (každý 10 ml) tetracyklínu v elučnej zmesi s koncentráciou 1; 2; 3; 4; 5 mg/l. Kalibračné roztoky pripravte riedenim zo zásobného roztoku o objeme 100 ml a koncentraci 10 mg/l tetracyklínu v elučnej zmesi. Kalibračná krivka Pre všetkých 5 kalibračných roztokov a blank (elučnú zmes) premerajte absorpčné spektrá pri vlnovej dĺžke 360 nm. Zo zistených hodnôt absorbancií zostrojte graf závislosti absorbancie

6 A od koncnetrácií c. Po preložení závislosti lineárnou regresiou dostanete rovnicu regresie, ktorá slúži k výpočtu neznámej koncentrácie tetracyklínu vo vzorke. Neznáma vzorka Pre vzorku po predošlej úprave (čistenie, zakoncentrovanie...) s neznámou koncentráciu tetracyklínu zmerajte hodnotu absorbancie pri vlnovej dĺžke 360 nm. Dosadením hodnoty absorbancie do rovnice regresie zistenej zostrojením kalibračnej krivky vypočítajte koncentráciu tetracyklínu vo vzorke odpadovej vody. Účinnosť SPE koloniek je cca 98 % čo môže mať za následok 2 % odchylku od pôvodnej koncnetrácie. V prípade, že Vami stanovená hodnota koncentrácie tetracyklínu vo vzorke odpadovej vody je väčšia ako uvedené 2 %, diskutujte v protokole dôvody kde mohlo dôjsť k danej strate. Všetky odpady obsahujúce tetracyklín vylievajte do určenej odpadovej nádoby, nikdy nie do výlevky!!!