Development of analytical methods for the HPLC-based determination of sulfonamides after microextraction with novel (nano)materials

Τα αντιβιοτικά είναι ευρέως διαδεδομένα για τις θεραπευτικές τους ιδιότητες. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια εκφράζονται ανησυχίες σχετικά με την ύπαρξή τους στο περιβάλλον και στα τρόφιμα. Για να περιοριστεί το πρόβλημα, οι νομοθετικές αρχές έχουν θεσπίσει ανώτατα επιτρεπτά όρια για τα περισσότερα αντιβιοτικά. Τα σουλφοναμίδια (sulfonamides, SAs) είναι η πρώτη κατηγορία εμπορικά διαθέσιμων αντιβιοτικών και παραμένουν από τις πιο δημοφιλείς. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο αναπτύσσονται πολλές αναλυτικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό τους. Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής, αναπτύχθηκαν τέσσερα (νανο)υλικά και χρησιμοποιήθηκαν σε τεχνικές προκατεργασίας δείγματος, προκειμένου να γίνει εκχύλιση των SAs από περιβαλλοντικά δείγματα και δείγματα τροφίμων και κατά συνέπεια, προέκυψαν τέσσερις νέες αναλυτικές μέθοδοι. Πραγματοποιήθηκε διαχωρισμός των SAs χρησιμοποιώντας υγρή χρωματογραφία (HPLC) και η ταυτοποίηση/ποσοτικοποίηση των ενώσεων επετεύχθη με έναν ανιχνευτή συστοιχίας διόδων (diode array detector). Τα σουλφοναμίδια τα οποία εξετάστηκαν είναι τα εξής: σουλφακεταμίδιο, σουλφαθειαζόλη, σουλφαδιαζίνη, σουλφαπυριδίνη, σουλφαμεραζίνη, σουλφαμεθαζίνη, σουλφαμεθοξυπυριδαζίνη, σουλφαχλωροπυριδαζίνη, σουλφαμεθοξαζολη, σουλφαδιμεθοξινη, σουλφισοξαζολη, και σουλφακινοξαλινη. Για την ανάπτυξη της πρώτης μεθόδου, σπόγγοι μελαμίνης τροποποιήθηκαν με γραφένιο (graphene-modified melamine sponges, GMeS) και χρησιμοποιήθηκαν ως προσροφητικό υλικό. Οι τροποποιημένοι σπόγγοι μελαμίνης παρασκευάστηκαν με μια απλή διαδικασία που ολοκληρώθηκε σε ένα στάδιο και η οποία όχι μόνο είναι σύμφωνη με τις αρχές τις πράσινης Χημείας, αλλά πλεονεκτεί σε σχέση με προηγούμενες μεθόδους που αναφέρονται στη βιβλιογραφία σε σχέση με τη σύνθεση τροποποιημένων σπόγγων μελαμίνης με γραφένιο. Μελετήθηκε η καταλληλότητα των GMeS για την εκχύλιση των SAs και αναπτύχθηκε μια αναλυτική μέθοδος για τον προσδιορισμό τους σε δείγματα γάλακτος, αυγών και νερού λίμνης. Η μέθοδος που αναπτύχθηκε επικυρώθηκε σύμφωνα με την οδηγία SANCO/12571/2013 και αποδείχθηκε ότι είναι ακριβής και επαναλήψιμη, ενώ τα όρια ποσοτικοποίησης είναι χαμηλά (0,31-0,91 μg/kg, 0,96-1,32 μg/kg και 0,10-0,29 μg/L για τα δείγματα γάλακτος, αυγών και νερού λίμνης, αντίστοιχα). Επιπλέον, δεν παρατηρήθηκε σημαντική επίδραση από τα μελετούμενα υποστρώματα, καθώς η τεχνική μικροεκχύλισης που αναπτύχθηκε λειτουργεί και ως στάδιο καθαρισμού. Το χαμηλό κόστος, η φιλική προς το περιβάλλον σύνθεση και οι υψηλές ανακτήσεις είναι μερικά ακόμα από τα πλεονεκτήματα της μεθόδου που αναπτύχθηκε. Για την ανάπτυξη της δεύτερης μεθόδου τροποποιήθηκαν σπόγγοι μελαμίνης με μεταλλικά φύλλα χαλκού (CuMeS). Οι CuMeS παρασκευάστηκαν με μια γρήγορη διαδικασία που ολοκληρώθηκε σε ένα στάδιο (χωρίς τη δημιουργία οξειδίων του χαλκού) και χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη μιας ευαίσθητης και εκλεκτικής μεθόδου προκατεργασίας για την εκχύλιση SAs από δείγματα γάλακτος και νερού λίμνης. Η επιφάνεια των παρασκευασμένων CuMeS, μετά τη ξήρανσή τους καθίσταται υδρόφοβη, γεγονός που επιτρέπει την ανάπτυξη υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων. Επιπλέον, είναι η πρώτη φορά που αξιοποιείται η μεγάλη συγγένεια του χαλκού για τα SAs στην αναλυτική χημεία. Λόγω της μεγάλης εκλεκτικότητας, η μέθοδος που αναπτύχθηκε αποτελεί τόσο ένα βήμα εκχύλισης, όσο και ένα βήμα καθαρισμού για τον ποσοτικό προσδιορισμό των SAs. Η αναλυτική μέθοδος έχει ευρεία γραμμική περιοχή (η οποία περιλαμβάνει συγκεντρώσεις μεγαλύτερες και μικρότερες από το ανώτατο επιτρεπτό όριο που έχει θεσπιστεί για τα SAs), χαμηλά όρια ποσοτικοποίησης (0,025–0,057 μg/L για δείγματα νερού λίμνης και 0,23–1,05 μg/L για δείγματα γάλακτος), ιδιαίτερα ικανοποιητικές ανακτήσεις και καλή αναπαραγωγιμότητα. Η μέθοδος επικυρώθηκε σύμφωνα με την απόφαση Commission Decision 657/2002/EC. Η τρίτη μέθοδος αποτελεί μια βελτιωμένη παραλλαγή της μικροεκχύλισης διασποράς υγρού-υγρού με χρήση μαγνητικών ιοντικών υγρών. Η διαδικασία συνδυάζει ένα αδιάλυτο στο νερό υποστηρικτικό υλικό και το ιοντικό υγρό [P66614+][Dy(III)(hfacac)4-] και μέσω της μεταβολής pH στο ίδιο δείγμα επιτρέπει την ταυτόχρονη μικροεκχύλιση των SAs και των τριαζινών. Το στερεό υπόστρωμα αναμιγνύεται με το μαγνητικό ιοντικό υγρό προκειμένου να ξεπεραστούν οι δυσκολίες που αντιμετωπίζονται κατά τη ζύγιση του μαγνητικού ιοντικού υγρού και για να καταστεί πιο ομοιόμορφη η διασπορά του, καθιστώντας την προτεινόμενη μέθοδο πιο επαναλήψιμη. Η μεταβολή του pH του δείγματος κατά το στάδιο της εκχύλισης επιτρέπει την εκχύλιση των SAs και των τριαζινών από το ίδιο δείγμα μέσα σε 15 λεπτά. Η νέα αυτή αναλυτική μέθοδος είναι ευαίσθητη (όρια ποσοτικοποίησης: 0,034-0,091 μg/L) και επαναλήψιμη (σχετική τυπική απόκλιση: 5,2-8,1%), ενώ επιτυγχάνει καλές ανακτήσεις (89-101%) για δείγματα νερού λίμνης και βιολογικού καθαρισμού. Τέλος, αναπτύχθηκε μια αναλυτική μέθοδος βασισμένη σε φερρίτες ψευδαργύρου σε μια διαδικασία μικροεκχύλισης διασποράς μαγνητικής στερεάς φάσης, υποβοηθούμενη από υπερήχους. Παρόλο που είναι γνωστό ότι ο ψευδάργυρος εμφανίζει μεγάλη συγγένεια για τα SAs, δεν υπάρχουν μέθοδοι προκατεργασίας δείγματος που να βασίζονται σε αυτήν την ιδιότητα. Η σύνθεση των φερριτών του ψευδαργύρου γίνεται απευθείας και το προκύπτον υλικό εμφανίζει αξιόλογες μαγνητικές ιδιότητες, οι οποίες επιτρέπουν τη συλλογή τους μετά την εκχύλιση. Οι φερρίτες ψευδαργύρου μπορούν να εκχυλίσουν αποδοτικά και εκλεκτικά τα SAs από δείγματα νερού λίμνης και αυγών. Η νέα διαδικασία επιτυγχάνει χαμηλά όρια ποσοτικοποίησης (0,06 μέχρι 0,11 μg/L), αποδεκτές ανακτήσεις (88-101%), ικανοποιητικούς συντελεστές προσυγκέντρωσης (111-141), ενώ επηρεάζεται ελάχιστα από το υπόστρωμα (από -8% έως 8%). Επιπλέον, η μέθοδος έχει μεγάλη γραμμική περιοχή (μέχρι τα 250 μg/L) γεγονός που επιτρέπει τον προσδιορισμό των SAs σε μεγαλύτερες και μικρότερες συγκεντρώσεις από το ανώτατο επιτρεπτό όριο. Λόγω των προαναφερθέντων πλεονεκτημάτων, της απλότητας, ευκολίας σύνθεσης του προσροφητικού και την αποδοτικότητα της όλης διαδικασίας, η μέθοδος που αναπτύχθηκε μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αναλύσεις ρουτίνας για τα σουλφοναμίδια.