Kennzeichnung von Arzneimitteln in die aquatische Umwelt mittels HPLC-ESI-Q-TOF-MS und Beseitigung von Erythromycin durch Foto-induzierte Degradation

Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen des Umweltschutzes zu beantworten, wie z.B. das Bewusstsein für Antibiotika in der aquatischen Umwelt. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie pharmazeutische Schadstoffe in sehr geringen Konzentrationen nachweisen und gleichzeitig identifizieren kann. Diese Methode kann zwar Aufschluss über den Einfluss von Pharmazeutika und Abwässern sowie Flusswässern geben, kann aber auch auf andere Systeme wie Pestizide oder hormonähnliche Substanzen in der aquatischen Umwelt angewendet werden.

Um diesen Vorgang zu starten, sammeln Sie etwa einen Liter Wasser, um die Proben vorzubereiten. Filtern Sie die Probe über einen Blaubandfilter, um Grobpartikel zu entfernen. Geben Sie anschließend drei Milliliter Methanol in die Festphasenextraktionspatrone, um sie auszugleichen.

Warten Sie, bis das Methanol die Kartusche verlassen hat, und fügen Sie dann drei Milliliter Reinstwasser hinzu. Nachdem das Wasser die Kartusche verlassen hat, tragen Sie das Filtrat auf und verwenden Sie eine Membranpumpe oder ein anderes moderates Vakuum, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Vorkonzentration ist also sehr wichtig.

Achten Sie darauf, eine Festphasen-Extraktionskartusche mit der richtigen Festphase zu verwenden. Waschen Sie die Probe mit drei Millilitern Reinstwasser. Anschließend verwenden Sie drei Milliliter Ethanol, um die Analyten aus dem Kartuschensorbat zu eluieren.

Die eluierten Analyten werden mit einem Rotationsverdampfer konzentriert und getrocknet. Lösen Sie den entstandenen Rückstand in einem Milliliter Reinstwasser auf. Filtern Sie danach die Lösung durch einen Spritzenfilter.

Bewahren Sie sie in einem Fläschchen auf, bis sie für die Durchführung einer nicht zielgerichteten Analyse mittels HPLC-ESI-QTOF-MS bereit sind. Zu Beginn der UV-Bestrahlungsexperimente lösen Sie die interessierende antibiotische Verbindung in Reinstwasser auf, um eine Endkonzentration von 20 Milligramm pro Liter zu erreichen. Übertragen Sie 750 Milliliter dieser Lösung in den Ein-Liter-Photoreaktor.

Fügen Sie dann einen Magnetrührer hinzu und führen Sie eine 15-Watt-UV-Lampe in den Reaktor ein. Beginnen Sie mit dem Rühren bei 500 U/min. Stellen Sie den pH-Wert durch tropfenweise Zugabe von Salzsäure oder Ammoniak auf den gewünschten Wert ein.

Verwenden Sie eine Spritze, um zwei Milliliter der Reaktionslösung in ein Zwei-Milliliter-Glasfläschchen zu überführen. Markieren Sie dieses Fläschchen als Probe zum Zeitpunkt Null. Schalten Sie danach die UV-Lampe ein und beginnen Sie, die verstrichene Zeit zu verfolgen.

In den ersten fünf Minuten wird alle 30 Sekunden eine Probe von zwei Millilitern entnommen. Entnehmen Sie dann für den Rest des Experiments alle 60 Sekunden eine Probe. Lagern Sie die Fläschchen bei vier Grad Celsius, bis sie zur Analyse bereit sind.

Um mit der LC-MS zu beginnen, übertragen Sie das Fläschchen in den Autosampler. Stellen Sie alle relevanten Parameter wie in Tabelle eins des Textprotokolls beschrieben ein und starten Sie die Messung. Die Verwendung von hochauflösenden MS und MS/MS-Breitengraden ist die vielversprechendste Technik für die nicht-zielgerichtete Analyse von Arzneimitteln in Gewässern.

Führen Sie dann die kinetische Analyse und Kurvenanpassung durch, wie im Textprotokoll beschrieben. In dieser Studie werden sowohl Flusswasser- als auch Reinstwasserproben analysiert, um pharmazeutische Schadstoffe zu erkennen und zu identifizieren. Nach der Festphasenextraktion zeigt sich, dass jede Flusswasserprobe eine gelbliche oder dunkelgrüne Farbe hat, was auf das Vorhandensein von chlorophyllhaltigen Substanzen hinweist.

Reinstwasserproben blieben erwartungsgemäß klar. Ein Base-Peak-Chromatogramm für die repräsentativen Flusswasserproben enthielt mehr als 25 Peaks, die jeweils eine andere Verbindung widerspiegelten. Diese Substanzen werden dann identifiziert, indem die Summenformeln abgeleitet und mit verfügbaren Referenzstandards verglichen werden.

Dieser Vergleich zeigt das Vorhandensein mehrerer Arzneimittel, die in deutschen Oberflächengewässern vorkommen, darunter der Betablocker Metoprolol, das schmerzstillende Carbamazepin sowie das Makrolid-Antibiotikum Erythromycin A und sein Derivat Anhydroerythromycin A. UVC-Bestrahlungsexperimente werden dann bei unterschiedlichen pH-Werten durchgeführt, um am Beispiel von Erythromycin wirksame Eliminationsbedingungen zu ermitteln. Konzentrationszeitdiagramme zeigen, dass der schnellste Abbau bei pH 7 erfolgt, während der langsamste bei pH 3 zu beobachten ist, was darauf hindeutet, dass der photoinduzierte Abbau für dieses Antibiotikum bei neutralem pH-Wert durchgeführt werden sollte. Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden wie SESP-NMR-Arbitrip MS-OTUC durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen wie die Oxidation von Degradaten und die Tip-off-Ollisierung zu beantworten.

Nachdem Sie dieses Video gesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Arzneimittel in künstlichen und ökologischen Gewässern analysiert und wie man ihre durch Photostrahlung induzierte Eliminierung untersucht. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Chemikalien, Pharmazeutika und Fluss- oder Abwasser gefährlich sein kann und Vorsichtsmaßnahmen wie persönliche Schutzkleidung, Außenausrüstung und im Falle von Abwasser Impfungen immer während oder vor der Durchführung dieses Verfahrens getroffen werden sollten.