Nghiên cứu quá trình phân hủy thuốc kháng sinh chloramphenicol bằng quang hóa uv

Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG ************* NGUYỄN THỊ THANH PHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY THUỐC KHÁNG SINH CHLORAMPHENICOL BẰNG QUANG HÓA (UV) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Ngành: Cơng nghệ mơi trường CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN QUANG TRUNG PGS.TS NGUYỄN THỊ HÀ Hà Nội - 2011 Trần Thị Kim Dung K52 Cơng Nghệ Mơi Trường Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Hà – Khoa Môi Trường T.S Nguyễn Quang Trung – Viện Công Nghệ Mơi Trường Việt Nam tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành khóa luận Em xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Công nghệ Môi Trường – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam cho phép em đến thực tập viện Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thảo cán bộ, anh chị Phịng Phân tích chất lượng mơi trường, đặc biệt nhóm nghiên cứu đề tài hợp chất hóa dược phản ứng quang hóa ln bảo, cộng tác giúp đỡ em tồn q trình thực khóa luận Qua đây, em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, cô giáo cán Khoa Môi Trường, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia – Hà Nội truyền đạt thêm nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu cho em thời gian học tập Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2011 Sinh viên Nguyễn Thị Thanh Phương Nguyễn Thị Thanh Phương K52 Cơng Nghệ Mơi Trường Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN MỘT SỐ KÍ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT STT Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh Ký hiệu Công thức phân tử Molecule formula CTPT Chloramphenicol Chloramphenicol CAP Cơ quan đánh giá chất lượng thuốc châu Âu European Agency for the Evaluation of Medicinal EMEA Organic compound HCHC Hợp chất hữu Liên minh Châu Âu European Union EU Metanol Methanol MeOH Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao High Performance Liquid Chromatography HPLC Phương pháp oxy hóa cấp tiến Tổng cacbon hữu Total Organic carbon TOC 10 Viện khoa học tiêu chuẩn kỹ thuật Hoa Kỳ National Institute of Standards and Technology NIST 11 Vùng ánh sáng tử ngoại Ultraviolet UV Nguyễn Thị Thanh Phương UV/H202 K52 Công Nghệ Môi Trường Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN MỤC LỤCC LỤC LỤCC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung CAP .2 1.1.1 Thành phần, cấu tạo CAP 1.1.2 Tác dụng dược lý độc tính 1.1.3 Hiện trạng sử dụng CAP 1.2 Ô nhiễm môi trường nước dư lượng CAP .3 1.3 Một số nghiên cứu trình phân hủy CAP 1.4 Giới thiệu phản ứng quang hóa .7 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Tổng quan tài liệu 2.2.2 Thực nghiệm 2.2.3 Các phương trình động học phản ứng 13 2.3 Nội dung nghiên cứu 15 2.3.1 Nghiên cứu trình phân hủy quang hóa CAP UV 15 2.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến phân hủy CAP 16 2.3.3 Nghiên cứu sản phẩm phụ CAP 16 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 17 3.1 Khảo sát đặc tính phân hủy CAP UV 17 3.2 Khảo sát động học phản ứng phân huỷ quang hoá CAP 18 3.2.1 Động học theo phương trình phản ứng bậc 19 3.2.2 Động học theo phương trình Langmuir-Hinshelwood 21 3.3 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến phân hủy CAP 22 3.4 Xác định sản phẩm phụ trình phân hủy CAP 25 3.5 Đánh giá khả phân huỷ hoàn toàn CAP UV 33 KẾT LUẬN 35 KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 Nguyễn Thị Thanh Phương K52 Cơng Nghệ Mơi Trường Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN DANH MỤC HÌNH Hình 1: Hình 2: Hình 3: Hình Hình : Hình Cấu trúc phân tử CAP Phổ phát xạ đèn Vilber-Lourmart T-6L .10 Mơ tả hệ phản ứng quang hố CAP 11 Đường chuẩn CAP thiết bị HPLC/UV .12 Đồ thị minh họa cách tính V0 15 Phổ hấp thụ UV-VIS CAP chồng lên phổ hấp thụ đèn UV T6L 17 Hình Nồng độ CAP giảm theo thời gian 18 Hình Hiệu phân huỷ CAP với nồng độ ban đầu khác 18 Hình Động học phản ứng phân huỷ CAP theo thời gian với nồng độ ban đầu khác 19 Hình 10 Tương quan số k khả kiến nồng độ CAP ban đầu .20 Hình 11 So sánh biến đổi nồng độ CAP mơ hình tính toán thực tế 21 Hình 12 Sự biến thiên tốc độ phản ứng Vo theo thay đổi nồng độ CAP ban đầu 22 Hình 13 Hiệu phân hủy CAP có mặt H2O2 khơng đèn UV 22 Hình 14 Hiệu phân hủy CAP H2O2/UV với nồng độ H2O2 khác 23 Hình 15 Động học phản ứng phân huỷ CAP H2O2/UV 23 Hình 16 Sự biến thiên hệ số kapp theo thay đổi nồng độ H2O2/UV .24 Hình 17 Sắc đồ CAP đo HPLC/UV LC/MS/MS 25 Hình 18 Sắc đồ CAP sau 60 phút đo HPLC/UV LC/MS/MS 26 Hình 19 Sắc đồ CAP sau đo HPLC/UV LC/MS/MS 26 Hình 20 Sắc đồ CAP sau đo HPLC/UV LC/MS/MS 26 Hình 21: Biểu đồ tương quan hàm lượng CAP sản phẩm phụ 27 Hình 22 Sắc đồ phổ khối (negative) CAP với m/z từ 50 đến 400 .27 Hình 23 Giả thiết proton CAP bị 28 Hình 24 Khối phổ mảnh P1 28 Hình 25 Phổ UV mảnh P1 29 Hình 27 Sắc đồ UV P2 30 Hình 28 Sắc đồ PDA mảnh P3 30 Hình 29 Sắc đồ UV P3 31 Nguyễn Thị Thanh Phương K52 Cơng Nghệ Mơi Trường Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Hình 30 Hình 31 Hình 32 Hình 33 Hình 34 Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN Sắc đồ khối phổ P4 .32 Sắc đồ UV P4 32 Sắc đồ khối phổ P5 .33 Sắc đồ UV P5 33 Đánh giá khả khoáng hoá CAP UV 34 Nguyễn Thị Thanh Phương K52 Công Nghệ Mơi Trường Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN MỞ ĐẦU Trong môi trường, chất ô nhiễm hữu dù với lượng nhỏ (dạng vết, hàm lượng cỡ vài microgam) gây ảnh hưởng đến sức khỏe người hệ sinh thái Chính vậy, có nhiều cơng trình nghiên cứu xử lý triệt để dư lượng chất độc hại Các cơng nghệ gồm có công nghệ rẻ tiền, thô sơ (như lọc cát, keo tụ, kết tủa ) công nghệ đắt tiền, đại (như oxy hoá tiên tiến, công nghệ màng ) Tuy nhiên nghiên cứu q trình tự làm lại quan tâm Các chất ô nhiễm hữu tồn mơi trường nước bị phân hủy nhiều trình khác Đặc biệt trình phân hủy tác động ánh sáng mặt trời, mà tia cực tím (UV) đáng quan tâm Trong phổ mặt trời, 5-10% xạ thuộc vùng tia cực tím (UV), tổng lượng mặt trời ngày nắng trung bình mức 5kWh/m nguồn lượng lớn gần vơ tận Khóa luận đề xuất hướng nghiên cứu thử nghiệm thuốc kháng sinh Chloramphenicol (CAP) Do có đặc tính kháng khuẩn nên CAP thường sử dụng để chữa bệnh cho tơm CAP cịn sử dụng trực tiếp để bảo quản nguyên liệu tàu cá sở thu mua Do đó, dư lượng CAP môi trường nước đáng kể Tuy loại thuốc bị cấm sử dụng, song đến loại thuốc khác chưa có hiệu chữa bệnh tương đương nên CAP tin dùng Khóa luận thực với đề tài: “Nghiên cứu trình phân hủy thuốc kháng sinh Chloramphenicol quang hóa (UV)” với mục tiêu sau: - Đánh giá khả hiệu phân huỷ CAP UV để từ đánh giá động học phản ứng - Xác định sản phẩm phụ q trình phân huỷ quang hố CAP thiết bị LC/MS/MS Nguyễn Thị Thanh Phương Trường K52 Công Nghệ Mơi Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung CAP Khả chữa bệnh CAP tìm vào năm 1948 trở thành kháng sinh sản xuất rộng rãi CAP đưa lên tạp chí hàng năm y học vào năm 1980 1.1.1 Thành phần, cấu tạo CAP CAP có tên khoa học là: 2,2-dichlor-N- [(aR,bR)-b hydroxy-ahydroxymethyl-4-nitrophenethyl] acetamide Hình 1: Cấu trúc phân tử CAP - CTPT: C11H12N2Cl2O5 - KLPT: 323.132 CAP kháng sinh phân lập từ Streptomyces venezuelae, CAP tồn dạng kết tinh nhỏ hay tinh thể hình kim, hình đĩa hay dạng bột kết tinh màu trắng, trắng xám hay trắng vàng, vị đắng, tan nước, tan nhiều methanol, ethanol, dễ tan propylene glycol dung dịch polyetylen glycol 10% nước [5] pH dung dịch bão hòa từ 4.5-7.5, ổn định mơi trường trung tính axit vừa, bị phân hủy nhanh môi trường kiềm Nhiệt độ nóng chảy 149oC-153 oC, tan nước 25oC, có độc tính, tránh dùng lâu dài Tránh ánh sáng bảo quản 1.1.2 Tác dụng dược lý độc tính CAP hấp thu nhanh qua đường tiêu hoá CAP palmitat thuỷ phân đường tiêu hoá hấp thu dạng cloramphenicol tự Khi dùng mắt, CAP hấp thu vào thủy dịch CAP phân bố hầu hết mô tế Nguyễn Thị Thanh Phương Trường K52 Công Nghệ Mơi Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN bào thể, đặc biệt gan Trong thể, CAP gắn kết 60% với protein huyết tương CAP tan mạnh lipid, xâm nhập tốt vào mô dịch thể: dịch não tủy (35-50%), não, xương, khớp…và bên tế bào CAP chủ yếu bị chuyển hóa gan phần tiết qua mật, phần khác đào thải qua nước tiểu CAP có tác dụng kìm khuẩn, diệt vi khuẩn nồng độ cao vi khuẩn nhạy cảm nhờ khả ức chế trình tổng hợp protein vi khuẩn 1.1.3 Hiện trạng sử dụng CAP CAP sử dụng tác nhân chống khuẩn có giới hạn Chúng sử dụng để chống nhiễm trùng, chống lại khuẩn cầu gram dương, vi khuẩn gram âm hiếu khí vi khuẩn kị khí CAP biết đến vào năm 1950 để chống lại nhiễm trùng diện rộng, ví dụ bệnh thương hàn, bệnh số, bệnh viêm màng não bệnh nhiễm trùng khác Ngày nay, chúng sử dụng loại thuốc mỡ tra mắt, điều trị bệnh tai, da Ngồi ra, CAP cịn sử dụng ngành thú y có hiệu cao, đặc biệt ngành thủy sản Việc sử dụng CAP mức sinh nhiều tác hại, trước hết phải kể đến gây ô nhiễm môi trường nước, làm phát sinh chế kháng thuốc vật nuôi, người, gây dư lượng thịt, hải sản, Các y văn nước giới ghi nhận đường dùng toàn thân, CAP gây nhiều tác dụng phụ hội chứng xanh xám (nôn, nhịp thở nhanh, căng bụng, tím xanh, phân xanh, ngủ lịm tiến tới trụy mạch tử vong); Viêm dây thần kinh thị giác, viêm thần kinh ngoại biên, mê sảng Trên hệ tiêu hóa, CAP gây viêm lưỡi, có vị khó chịu, viêm miệng, buồn nơn Thuốc cịn gây dị ứng với biểu ban đỏ, mày đay, phù mạch sốc phản vệ Với trẻ nhỏ tháng tuổi, việc dùng CAP đường tồn thân gây hội chứng suy tuần hoàn cấp Tác dụng phụ nghiêm trọng gây thiếu máu không tái tạo, không phục hồi suy tủy xương, thường gây tử vong [3] Chính vậy, CAP chống định thức ăn cho gia súc, thuốc điều trị gia súc để sản xuất thực phẩm cho người (sữa bị, trứng gà, mật ong ) 1.2 Ơ nhiễm mơi trường nước dư lượng CAP Trong năm qua, với công đổi gia nhập kinh tế giới, thị trường thuốc chữa bệnh nước ta ngày phong phú đa dạng, đáp ứng Nguyễn Thị Thanh Phương Trường K52 Cơng Nghệ Mơi Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN ngày tốt nhu cầu điều trị chăm sóc sức khỏe nhân dân Thuốc kháng sinh nhập sản xuất nước đưa thị trường với nhiều chủng loại từ loại thuốc kinh điển đến kháng sinh hệ đầy đủ số lượng Điều mang lại kết tốt phòng chống dịch bệnh tạo nên tượng kháng thuốc ngày tăng Mặt khác, việc sử dụng thuốc kháng sinh không cách, liều lượng bệnh viện gây nhiễm nước thải sinh hoạt, từ gây ô nhiễm nguồn nước mặt Hầu hết hợp chất kháng sinh tìm thấy mơi trường dạng dung dịch [10] Do đó, nước coi nhân tố việc vận chuyển hợp chất dược phẩm vào mơi trường qua q trình sử dụng, sản xuất loại bỏ chúng Dư lượng thuốc kháng sinh nước mặt nước uống từ ng L -1 đến µg L-1 [18] CAP có mặt mơi trường chủ yếu số nguyên nhân sau: - Do trình sản xuất thuốc nhà máy, cơng xưởng, xí nghiệp dược phẩm nước thải, bãi rác bệnh viện có chứa hàm lượng lớn CAP Mặc dù nước thải qua hệ thống xử lý hàm lượng CAP đáng kể [12] - Do việc sử dụng lãng phí thuốc, dược phẩm hạn, võ nhãn bao bì qua sử dụng bị vứt bỏ khơng có kiểm sốt quản lý chặt chẽ thải trực tiếp vào môi trường - Do sử dụng thuốc dược phẩm, CAP vào thể người động vật từ việc sử dụng thuốc chữa bệnh Sau uống thuốc, CAP không sử dụng hết, phần đào thải hệ tiết vào mơi trường… - Đặc biệt, có đặc tính kháng khuẩn nên CAP cịn sử dụng cho trình chế biến, bảo quản chữa bệnh cho thủy sản Ngành chăn nuôi thủy sản nước ta phát triển, lĩnh vực nuôi tôm tỉnh ven biển, tỉnh Đồng sông Cửu Long Tuy nhiên, thực tế CAP nhà máy, sở chăn nuôi sử dụng để trộn vào thức ăn chữa bệnh cho thủy sản nhiều Theo [Nguyễn Khắc Cường (2003)], CAP sử dụng với hàm lượng 2-10ppm để tắm cho tôm tơm bị bệnh nấm: ví dụ: vi tảo lagenidium, callinestes, sirolpidiumsp., saprolegnia,… CAP thành phần loại thuốc trị bệnh cho tơm có tên Bactericide CL-30 Thuốc dùng để tắm cho tôm mà dùng trộn vào thức ăn để phòng/trị bệnh Nguyễn Thị Thanh Phương Trường K52 Công Nghệ Môi