The optimization of analytical parameters for screening and quantification of pharmaceutical residues in the environment

Abstract

Analītisko parametru optimizācija farmaceitisko savienojumu noteikšanai apkārtējās vides paraugos. Pērkons I., zinātniskie vadītāji Dr. ķīm., asoc. prof. Bartkevičs V. un Dr. ķīm. Pugajeva I. Promocijas darbs, 150 lappuses, 28 attēli, 19 tabulas, 265 literatūras avoti, 12 pielikumi. Angļu valodā. Promocijas darba literatūras apskatā apkopota patreizēji aktuālā informācija, kas skar aktīvo farmaceitiski vielu (AFV) klātbūtni apkārtējā vidē un analītiskās ķīmijas tendences šajā nozarē, īpaši akcentējot šo savienojumu noteikšanas metodoloģiju ar šķidruma hromatogrāfiju (LC) un masspektrometriju (MS). AFV noteikšanai apkārtējās vides paraugos, izstrādātas četras dažādas MS metodes. Attiecīgi, divas multi-metodes izstrādātas, izmantojot augstas izšķirtspējas MS sistēmas (HRMS) - orbitālā slazda MS (Orbitrap-MS) un Furjē transformācijas jonu ciklotrona rezonanses MS (FT-ICR-MS). Savukārt aminoglikozīdu klases antibiotiku un nesteroīdo pretiekaisuma līdzekļu noteikšanai izstrādātas metodes, kas balstās uz nolidojuma laika MS (TOF-MS) un tandēma masspektrometriju (MS/MS). Lai uzlabotu analītisko protokolu veiktspēju, darbā pārbaudīta dažādu inovatīvu tehniku pielietojamība AFV analīzē (piem. QuEChERS, oglekļa nano-caurulītes, jaukta tipa cviterjonu bāzes LC u.c.). Paralēli tradicionālajai mērķētā tipa analīzei, ar FT-ICR-MS sistēmu izstrādāta augstas veiktspējas kandidātu skrīninga metode, kas ļauj realizēt vairāk nekā 500 AFV un to transformācijas produktu analīzi notekūdeņu paraugos. Visbeidzot, visas izstrādātās metodes ir atbilstoši validētas un pielietotas praktiskas ievirzes pētījumos, lai noteiktu AFV piesārņojumu apkārtējās vides paraugos un izvērtētu šo savienojumu uzvedību notekūdeņu attīrīšanas procesos, kas balstās uz dažādiem papildapstrādes paņēmieniem, piem., bioaugmentācija un apstrāde ar jonizējošo starojumu. FARMACEITISKIE SAVIENOJUMI, APKĀRTĒJĀS VIDES PIESĀRŅOJUMS, AUGSTAS IZŠĶIRTSPĒJAS MASSPEKTROMETRIJA, TANDĒMA MASSPEKTROMETRIJA, ŠĶIDRUMA HROMATOGRĀFIJA, AMINOGLIKOZĪDI, NESTEROĪDIE PRETIEKAISUMA LĪDZEKĻI, NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA

The optimization of analytical parameters for screening and quantification of pharmaceutical residues in the environment. Pērkons I., supervisors Dr. Chem., Assoc. Prof. Bartkevičs V. and Dr. Chem. Pugajeva I. Doctoral thesis in analytical chemistry, 150 pages, 28 figures, 19 tables, 265 literature references, 12 annexes. In English. The thesis presents an overview on the occurrence, fate and behaviour of pharmaceutically active compounds (PhACs) in the environment and highlights the current trends in analytical strategies for the determination of these elusive emerging pollutants, primarily focusing on issues and challenges concerning mass spectrometry (MS) based applications. Four MS-based methods have been developed for PhAC analysis in environmental matrices. In particular, two high-resolution MS (HRMS) multi-class methods based on Orbitrap-MS and Fourier-transform ion cyclotron resonance MS (FT-ICR-MS), one time-of-flight MS (TOF-MS) method for the determination of aminoglycoside antibiotics and one tandem MS (MS/MS) method for the analysis of nonsteroidal anti-inflammatory drugs. Applicability of several unconventional techniques (e.g. QuEChERS, multiwalled carbon nanotubes, mixed-mode zwitterionic-type liquid chromatography, etc.) have been explored to improve all stages of the analysis. Furthermore, a standard free suspect screening methodology was developed as a part of this thesis and used for qualitative screening of more than 500 PhACs and their transformation products in wastewater samples. Finally, the developed methods were applied to study the occurrence of PhACs in environmental samples and to investigate the fate of PhACs during advanced wastewater treatment processes (bioaugmentation and irradiation with ionizing radiation). PHARMACEUTICAL RESIDUES, ENVIRONMENTAL POLLUTION, HIGH-RESOLUTION MASS SPECTROMETRY, TANDEM MASS SPECTROMETRY, LIQUID CHROMATOGRAPHY, AMINOGLYCOSIDE ANTIBIOTICS, NONSTEROIDAL ANTI-INFLAMMATORY DRUGS, WASTEWATER TREATMENT