1 ROZKŁAD WYBRANYCH ZWIĄZKÓW FARMACEUTYCZNYCH W PROCESIE UV BEZ I Z DODATKIEM TiO 2 Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Inżynierii Wody i Ścieków Zakład Chemii Środowiska i Procesów Membranowych Mgr inż. Edyta Kudlek Prof. dr hab. inż. Jolanta Bohdziewicz Dr hab. inż. Mariusz Dudziak prof. nzw. w Pol. Śl.

2 Związki farmaceutyczne w środowisku Doczyszczanie ścieków

3 Klasyfikacja substancji farmaceutycznych  Leki działające na ośrodkowy układ nerwowy  Leki wpływające na obwodowy układ nerwowy  Autakoidy (mediatory)  Leki działające na układ krążenia i wpływające na krzepliwość krwi  Leki moczopędne (diuretyki)  Leki stosowane w chorobach układu oddechowego  Leki stosowane w chorobach układu pokarmowego  Hormony  Leki działające na drobnoustroje chorobotwórcze  Witaminy  Leki przeciwnowotworowe  Leki immunotropowe

4 Cel badań W pracy oceniono efektywność oczyszczania roztworów modelowych zawierających niesteroidowe leki przeciwbólowe i przeciwzapalne – ibuprofen (IBU) oraz leki psychotropowe – karbamazepina (CBZ) w procesie naświetlania wody promieniami UV bez i z dodatkiem nanocząsteczek dwutlenku tytanu jako katalizatora procesu (proces fotokatalizy). Rys. 1. Wzory strukturalne ibuprofenu (A) oraz karbamazepiny (B)

5 Badane próbki W pracy użyto roztworów wodnych sporządzonych na bazie wody zdejonizowanej z dodatkiem wzorców ibuprofenu i karbamazepiny o stężeniu 1,0 mg/dm 3. Odczyn wód korygowano do wartości pH równej 7 przy użyciu 0,1 mol/dm 3 HCl lub 0,1 mol/dm 3 NaOH. Roztwory wodne poddano w pierwszym etapie badań procesowi UV, a w kolejnym, po wcześniejszym wprowadzeniu katalizatora (TiO 2 ), procesowi fotokatalitycznego utleniania w różnym czasie tj. 5, 10, 15, 30, 45 oraz 60 min. Proces fotolizy i fotokatalizy Proces UV bez (fotoliza) i z dodatkiem TiO 2 (fotokataliza) prowadzono w laboratoryjnym reaktorze porcjowym firmy Heraeus, wyposażonym w średniociśnieniową rtęciową lampę zanurzeniową o mocy 150 W, umieszczoną w płaszczu chłodzącym wykonanym ze specjalnego szkła Duran 50. Temperatura procesu 20±1ºC. Napowietrzanie – pompka napowietrzająca o wydajności 4 dm 3 powietrza na minutę.

6 Ocena toksyczności wody Toksyczność badanych próbek wodnych oceniono na podstawie wyników testu MICROTOX ® wykorzystującego bakterie bioluminescencyjne Vibrio fisheri. Badanie przeprowadzono zgodnie z procedurą Screening Test systemu MicrotoxOmni w analizatorze Microtox Model 500 pełniącym funkcję zarówno inkubatora jak i fotometru. Procent inhibicji bioluminescencji względem próby kontrolnej (bakterie nie poddane działaniu toksykanta) zmierzono po 15 minutowym czasie ekspozycji. Oznaczenie farmaceutyków Oznaczenie badanych związków farmaceutycznych przeprowadzono przy wykorzystaniu analizy jakościowo- ilościowej farmaceutyków techniką chromatografii HPLC (UV) poprzedzonej ekstrakcją do fazy stałej (SPE)

7 Efektywność procesu UV Rys.1. Obniżenie stężenia IBU i CBZ w procesie fotolizy (C – stężenie farmaceutyku w pobranej próbce, mg/dm 3 ; C 0 – początkowe stężenie farmaceutyku = 1 mg/dm 3 )

8 Dobór dawki katalizatora Rys.2. Wpływ dawki katalizatora TiO 2 na stopień sorpcji związków farmaceutycznych

9 Efektywność procesu fotokatalizy Rys.3. Wpływ czasu prowadzenia procesu fotokatalizy na obniżenie stężenia badanych farmaceutyków

10 Zmiany toksyczności wody w trakcie procesu UV i fotokatalizy Rys. 4. Zmiany toksyczności w trakcie procesu fotolizy i fotokatalizy ibuprofenu Rys. 5. Zmiany toksyczności w trakcie procesu fotolizy i fotokatalizy karbamazepiny

11 Rys. 6. Szlak fotochemicznego rozkładu karbamazepiny Szlak rozkładu karbamazepiny oznaczony na podstawie analizy GC-MS

12 Wnioski Związki farmaceutyczne ulegają procesowi naturalnej degradacji z różną intensywnością w zależności od charakteru związku, występujących warunków środowiskowych oraz składu fizykochemicznego wody. Na podstawie przeprowadzonych badań dotyczących porównania efektywności usuwania wybranych związków farmaceutycznych w procesach UV bez i z dodatkiem TiO 2 wysunięto następujące wnioski: Obecność fotokatalizatora wypływa na wzrost stopnia usunięcia obu badanych farmaceutyków. Zarówno w przypadku IBU jak i CBZ usunięcie związku wzrastało wraz ze wzrostem czasu prowadzenia procesu i w procesie katalizowanym przez nanocząsteczki TiO 2 przekraczało odpowiednio 82 i 62%. Wyniki uzyskane w trakcie pomiaru toksyczności wody świadczyły o generowaniu ubocznych produktów utleniania/redukcji farmaceutyków o wyższej aktywności biologicznej w porównaniu z wyznaczoną w przypadku związku pierwotnego.

13 Dziękuję za uwagę Instytut Inżynierii Wody i Ścieków [email protected]