Sebastian Björklund
Läkemedelsrester i akvatiska miljöer – hur kan man mäta halten?
Läkemedel har bidragit till en ökad livskvalitet och längre livslängd för människor
och innehar dessutom en betydelsefull roll inom djurvård. Emellertid har den massiva
konsumtionen av läkemedel resulterat i utsläpp via avföring till avloppsvatten och
slutligen till akvatiska miljöer där de har detekterats i låga koncentrationer. Närvaron
av läkemedel och dess metaboliter i olika akvatiska miljöer har lett till oönskade
effekter såsom antibiotikaresistenta bakterier och störningar av vattenorganismers
hormonsystem och DNA-kedjor. Utsläppta läkemedel finns i mycket låga halter i
akvatiska miljöer och vattenprover från dessa miljöer innehåller dessutom många, för
analysen, oönskade ämnen som kan störa den kemiska analysen. Därför krävs bra
metoder som kan extrahera (anrika) och skilja de ämnena man vill analysera från de
övriga ämnena i vattenprovet.
Syftet med detta examensarbete var att optimera och jämföra två olika metoder för att
extrahera läkemedel från vattenprover. Metoderna som undersöktes är baserade på
membranteknik (supported liquid membrane, SLM). De tyngsta fördelarna med
membranteknik i jämförelse med annan befintlig teknik för extraktion är hög
selektivitet och anrikning och att den endast behöver ytterst små mängder av
lösningsmedel, vilket innebär att tekniken är mycket miljövänlig. De läkemedel som
undersöktes i denna studie var aspirin, ibuprofen och hydroxyibuprofen (metabolit av
ibuprofen), som är bland de mest konsumerade läkemedlen i världen, och
klofibrinsyra (bioaktiverad metabolit av fibrater) som är ytterst långlivad i akvatiska
miljöer.
De två olika metoderna för extraktion som jämfördes bestod dels av tunna porösa
membran inkluderade i ett flödande extraktionssystem och dels porösa hålfibermembran inkluderade i ett ickeflödande extraktionssystem. Den sistnämnda metoden
visade sig vara överlägsen i avseende på anrikning, provproduktion och
användarvänlighet. För att ytterligare utvärdera den mest lovande metoden utfördes
extraktioner av tillsatta läkemedel i kranvatten. Slutanalysen genomfördes med
vätskekromatografi med både UV-detektion (HPLC-UV) och masspektrometriskdetektion (HPLC-MS-MS). Utvärderingen genomfördes genom att undersöka
metodens lägsta gräns för detektion av läkemedel och dess förmåga att ge samma
analysresultat vid upprepade extraktioner av likvärdiga prover.
Den optimerade och utvärderade extraktionsmetoden visade sig även vara lämplig för
extraktioner av läkemedel från vattenprover likvärdiga naturliga vatten. Slutligen
tillämpades den optimerade metoden för att preliminärt bestämma koncentrationen av
läkemedel i obehandlat avloppsvatten taget från Kristianstads reningsverk.
Koncentrationen av ibuprofen bestämdes preliminärt till mellan 3.3 och 6.4 μg/L.
Handledare: Lennart Mathiasson och Saioa Zorita
Examensarbete 20 p i Analytisk Kemi. Vt 2007
Kemiska institutionen, Avdelningen för analytisk kemi, Lunds universitet
Sebastian Björklund
Sample Preparation of Acidic Pharmaceuticals from Water by
Supported Liquid Membrane Methodology
The application of pharmaceutical drugs has raised the quality of life and increased
the lifespan of people and they are also instrumental to animal care. However, the
massive consumption of pharmaceutical drugs has resulted in discharges via urine and
feces into wastewater and finally into recipient waters, such as river, lake, and
seawater, where they have been detected at low concentrations. The presence of
pharmaceutical drugs and their metabolites in these aquatic environments has resulted
in undesired effects such as interference with aquatic organisms’ hormonal systems,
genotoxic effects, and antibiotic resistant bacteria. The fact that pharmaceuticals are
present in low concentrations in addition to the complex nature of aquatic
environmental matrices, demands sample preparation and extraction techniques with
high selectivity, enrichment, and clean-up.
The objective of this diploma work was to optimize and compare two sample
preparation and extraction set-ups based on supported liquid membrane (SLM)
methodology for extractions of acidic pharmaceuticals from water. The main
theoretical advantages of the SLM methodology compared to other extraction
techniques are high selectivity and enrichment and that only low volumes of solvents
are needed for the extraction, which makes it more environmentally friendly than
other techniques. The acidic pharmaceuticals investigated here were aspirin,
ibuprofen, and hydroxyibuprofen (metabolite of ibuprofen), which are among the
most consumed drugs in the world, and clofibric acid (bioactivated metabolite of
fibrates), which is highly persistent in aquatic environments.
The two compared extraction set-ups consisted of flat-sheet supported liquid
membrane (FSSLM), which is a flowing (dynamic) extraction set-up and hollow fiber
supported liquid membrane (HFSLM), which is a non-flowing (static) extraction setup. The comparison proved HFSLM to be advantageous over FSSLM in terms of
enrichment of the acidic pharmaceuticals, extraction time, simplicity, and sample
throughput. The optimized HFSLM method was validated by performing extractions
of tap water samples spiked with acidic pharmaceuticals, both with HPLC-UV and
HPLC-MS-MS as final analytical instrumentation. The validation was performed by
investigating linearity of the method, limits of detection, repeatability and
reproducibility.
The HFSLM-HPLC-UV method proved to be suitable for extractions of acidic
pharmaceuticals from more complex water matrices containing humic acids at
concentrations of 20 ppm. Finally, the HFSLM-HPLC-UV method was applied for
preliminary determination of the concentrations of acidic pharmaceuticals in untreated
wastewater collected from Kristianstad wastewater treatment plant. Ibuprofen was
preliminary determined to be in the concentration range of 3.3 to 6.4 μg/L.
Advisors: Lennart Mathiasson and Saioa Zorita
Degree project 20 credits in Analytical Chemistry Spring 2007
Department of Analytical Chemistry, Lund University
