Czy nowe technologie umożliwiają skuteczną analizę farmaceutyków?
Badanie rozwojowe opisane w artykule koncentruje się na opracowaniu i optymalizacji metody woltamperometrycznej z wykorzystaniem komercyjnej elektrody drukowanej na bazie węgla (SPCE) do jednoczesnego oznaczania kilku farmaceutyków w próbkach środowiskowych. Jest to istotne z perspektywy monitorowania zanieczyszczeń farmaceutycznych w wodach, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia publicznego.
Badana populacja obejmowała próbki wody, w tym wodę z rzeki Ripoll (Barcelona, Hiszpania), które zostały wzbogacone o farmaceutyki: salbutamol (SAL), sulfametoksazol (SMX) i trimetoprim (TMP). Badanie miało charakter analityczny, skupiający się na optymalizacji i walidacji metody elektrochemicznej do wykrywania i oznaczania ilościowego tych związków w próbkach wodnych.
- Skuteczne jednoczesne wykrywanie trzech farmaceutyków (salbutamol, sulfametoksazol, trimetoprim) przy użyciu elektrody SPCE
- Wysoka dokładność metody – odzysk powyżej 97%
- Dobre granice wykrywalności: 83,8-139,2 μg L−1
- Prosta i ekonomiczna metoda niewymagająca modyfikacji elektrody
- Potwierdzona skuteczność w analizie próbek rzeczywistych (woda rzeczna)
Jak woltamperometria przyczynia się do precyzyjnej analizy środowiska?
Autorzy wykazali, że technika różnicowej woltamperometrii pulsowej (DPV) w połączeniu z komercyjną elektrodą drukowaną na bazie węgla (SPCE) umożliwia jednoczesne oznaczanie SAL, SMX i TMP w próbkach środowiskowych. Optymalizacja warunków eksperymentalnych wykazała, że najlepsze wyniki uzyskano przy zastosowaniu 0,1 mol L−1 buforu Tris-HCl o pH 7. Przy tych warunkach, trzy badane farmaceutyki wykazywały dobrze zdefiniowane i rozdzielone piki utleniania przy potencjałach około 0,51 V (SAL), 0,74 V (SMX) i 0,92 V (TMP). Początkowo badano również kwas moczowy (UAC), ale ze względu na nakładanie się sygnału z salbutamolem przy wyższych stężeniach, został on wykluczony z jednoczesnej analizy.
Metoda wykazała dobrą czułość analityczną z granicami wykrywalności (LOD) na poziomie 83,8 μg L−1 dla SAL, 88,7 μg L−1 dla SMX i 139,2 μg L−1 dla TMP w przypadku jednoczesnego oznaczania. Zakres liniowości metody był wystarczający do wykrywania tych związków w stężeniach typowych dla zanieczyszczonych wód środowiskowych. Warto podkreślić, że metoda ta nie wymaga skomplikowanej modyfikacji elektrody, co znacznie upraszcza i przyspiesza proces analityczny.
W porównaniu z wcześniej opublikowanymi pracami, uzyskane wartości LOD są porównywalne lub nawet lepsze, biorąc pod uwagę, że najniższe LOD były raportowane dla pojedynczych analitów przy użyciu elektrod z zaawansowanymi modyfikacjami (w tym polimerami przewodzącymi, nanomateriałami i zredukowanym tlenkiem grafenu), głównie na elektrodach z węgla szklistego (GCE). Wszechstronność, efektywność kosztowa i przenośność niemodyfikowanej elektrody SPCE stanowią dodatkową wartość opracowanej metody.
Walidacja metody na próbkach rzeczywistych wykazała wysoką dokładność i precyzję. Analiza wody rzecznej wzbogaconej znanymi stężeniami SAL, SMX i TMP dała bardzo dobre wartości odzysku (>97,0%) i niskie wartości względnego odchylenia standardowego (RSD <3,3%). Metoda wykazała również dobrą powtarzalność (RSD 1,3-3,5%) i odtwarzalność (RSD 2,8-4,3%) dla wszystkich trzech farmaceutyków.
- Monitorowanie zanieczyszczeń farmaceutycznych w wodach jako potencjalnego zagrożenia dla zdrowia
- Wczesne wykrywanie podwyższonych stężeń leków w pobliżu źródeł zanieczyszczeń
- Kontrola skuteczności oczyszczalni ścieków
- Zapobieganie rozwojowi oporności na antybiotyki poprzez monitoring stężeń leków w środowisku
- Ochrona organizmów wodnych przed szkodliwym wpływem pozostałości farmaceutycznych
Jakie implikacje dla zdrowia publicznego niesie obecność farmaceutyków w wodzie?
Wyniki badania mają istotne znaczenie dla monitorowania środowiskowego farmaceutyków, które są uznawane za zanieczyszczenia wschodzące (emerging contaminants) ze względu na ich potencjalnie szkodliwy wpływ na organizmy wodne i ludzi poprzez cykl wodny. Badane związki są często wykrywane w ściekach i wodach powierzchniowych ze względu na ich powszechne stosowanie w medycynie ludzkiej i weterynaryjnej. Ich obecność w środowisku wodnym może służyć jako marker zanieczyszczenia antropogenicznego.
Warto zauważyć, że maksymalne dopuszczalne stężenia (MPCs) dla SAL i TMP nie są wyraźnie zdefiniowane w wielu przepisach środowiskowych, ponieważ są one klasyfikowane jako zanieczyszczenia wschodzące. Badania sugerują stężenie ochronne 100 μg·L−1 dla TMP w celu złagodzenia ryzyka ekologicznego i promocji oporności na antybiotyki. W przypadku SMX, limit stężenia w wodzie pitnej został określony jako 2 × 10−7 mol·L−1 (około 40 μg·L−1), chociaż stężenia w wodzie rzecznej są zazwyczaj znacznie niższe.
Zaproponowana metoda stanowi krok w kierunku dostarczenia jednorazowych, komercyjnych i ekonomicznych narzędzi elektroanalitycznych do badań przesiewowych i monitorowania na miejscu pozostałości farmaceutycznych w próbkach wód naturalnych i ścieków. Może to być szczególnie przydatne jako narzędzie wczesnego ostrzegania w sytuacjach, gdy związki te występują w podwyższonych stężeniach, na przykład w pobliżu źródeł zanieczyszczeń lub w przypadkach awarii oczyszczalni ścieków.
Należy podkreślić, że badane związki są częściowo degradowane w procesach oczyszczania ścieków, co prowadzi do niezwykle niskich poziomów środowiskowych (zakres ng·L−1). Głównym celem tego badania było jednak opracowanie i optymalizacja metody woltamperometrycznej przy użyciu niemodyfikowanej elektrody SPCE jako platformy bazowej, która mogłaby być odpowiednim narzędziem kontroli analitycznej wczesnego ostrzegania w sytuacjach, gdy związki te występują w podwyższonych stężeniach, szczególnie w zakresie mikromolowym.
Badanie to ma znaczenie dla zdrowia publicznego, ponieważ obecność farmaceutyków w środowisku wodnym może przyczyniać się do rozwoju oporności na antybiotyki oraz stanowić potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzi i organizmów wodnych. Monitorowanie tych związków jest ważne dla oceny skuteczności oczyszczalni ścieków oraz identyfikacji źródeł zanieczyszczeń antropogenicznych.
Podsumowanie
Opracowana metoda woltamperometryczna z wykorzystaniem komercyjnej elektrody drukowanej na bazie węgla (SPCE) umożliwia skuteczne i jednoczesne wykrywanie trzech farmaceutyków: salbutamolu, sulfametoksazolu i trimetoprimu w próbkach wodnych. Metoda charakteryzuje się wysoką dokładnością, precyzją oraz dobrymi granicami wykrywalności na poziomie 83,8-139,2 μg L-1. Badania przeprowadzone na próbkach wody rzecznej wykazały wysoką skuteczność metody z odzyskiem powyżej 97% i niskim względnym odchyleniem standardowym. Technika ta nie wymaga skomplikowanych modyfikacji elektrody, co czyni ją ekonomiczną i praktyczną w zastosowaniu. Jest to szczególnie istotne w kontekście monitorowania zanieczyszczeń farmaceutycznych w środowisku wodnym, które mogą przyczyniać się do rozwoju oporności na antybiotyki i stanowić zagrożenie dla zdrowia publicznego.
