Xây dựng quy trình phân tích kháng sinh nhóm fluoroquinolone (ciprofloxacin, levofloxacin) trong nước thải bệnh viện bằng LC MS MS nhằm đánh giá khả năng xử lý của vật liệu BiOI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thị Phượng XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH KHÁNG SINH NHĨM FLUOROQUINOLONE (CIPROFLOXACIN, LEVOFLOXACIN) TRONG NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN BẰNG LC-MS/MS NHẰM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CỦA VẬT LIỆU BiOI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH HÓA HỌC Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thị Phượng XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH KHÁNG SINH NHÓM FLUOROQUINOLONE (CIPROFLOXACIN, LEVOFLOXACIN) TRONG NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN BẰNG LC-MS/MS NHẰM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CỦA VẬT LIỆU BiOI Chun ngành: Hóa phân tích Mã số : 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Thị Thanh Hải Hà Nội - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu luận văn cơng trình nghiên cứu tơi dựa tài liệu, số liệu tơi tự tìm hiểu nghiên cứu Chính vậy, kết nghiên cứu đảm bảo trung thực khách quan Đồng thời, kết chưa xuất nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực sai tơi hồn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng năm 2021 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Phượng LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc TS Nguyễn Thị Thanh Hải tạo điều kiện tốt cho để có hội tiếp cận với nghiên cứu khoa học nhiệt tình định hướng cho tơi suốt q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Học viện Khoa học Công nghệ, đặc biệt thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy chun đề tồn khóa học tạo điều kiện, đóng góp ý kiến cho tơi suốt q trình học tập hồn thành luận văn Có cơng trình nghiên cứu này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới tồn thể anh chị phịng Phân tích Chất lượng mơi trường – Viện Công nghệ môi trường anh chị đồng nghiệp phịng Trung tâm phân tích – Cục Kiểm định Hải quan tận tình giúp đỡ, bảo truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian thực luận văn Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè chăm sóc, động viên tơi thể chất lẫn tinh thần, mang cho động lực cố gắng i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kháng sinh nhóm Fluoroquinolon 1.1.1 Đôi nét họ fluoroquinolon 1.1.2 Hiện trạng sử dụng kháng sinh Thế giới Việt Nam 1.1.3 Tổng quan kháng sinh Ciprofloxacin 1.1.4 Tổng quan kháng sinh Levofloxacin 1.2 Hiện trạng ô nhiễm kháng sinh nước thải bệnh viện 1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm kháng sinh nước thải bệnh viện giới 1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm nước thải bệnh viện/phòng khám Việt Nam 10 1.3 Các phương pháp phân tích Ciprofloxacin Levofloxacin 11 1.3.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 12 1.3.2 Phương pháp điện hóa 13 1.3.3 Phương pháp điện di mao quản 13 1.3.4 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao – HPLC 14 1.3.5 Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ LC-MS/MS 15 1.4 Tổng quan vật liệu BiOI 26 1.4.1 Giới thiệu chung vật liệu BiOI 26 1.4.1 Ứng dụng BiOI xử lý môi trường 28 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊNCỨU 30 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 30 2.2 Đối tượng nghiên cứu 30 2.3 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 30 2.3.1 Hóa chất 30 2.3.2.Thiết bị, dụng cụ 31 2.4 Phương pháp nghiên cứu 31 2.4.1 Chuẩn bị mẫu 31 2.4.2 Quy trình tách làm giàu mẫu phân tích 31 2.4.3 Khảo sát điều kiện sắc ký phân tích khối phổ 32 ii 2.4.4 Thẩm định phương pháp 33 2.5 Khảo sát khả xử lý CIP, LEV vật liệu BiOI 36 2.5.1 Khảo sát lượng xúc tác BiOI 36 2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ kháng sinh ban đầu 37 2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 37 2.5.4 Độ ổn định chất xúc tác 37 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Khảo sát điều kiện phân tích sắc ký 38 3.1.1 Tối ưu điều kiện phân tích phần khối phổ MS/MS 38 3.1.2.Tối ưu điều kiện chạy sắc ký lỏng 39 3.2 Thẩm dịnh phương pháp nghiên cứu 41 3.2.1 Tối ưu hoá trình tách chiết 41 3.2.2 Độ đặc hiệu (tính chọn lọc) 42 3.2.3 Độ thích hợp hệ thống 44 3.2.4 Khoảng tuyến tính 45 3.2.5 Giới hạn định lượng (LOQ), giới hạn phát (LOD) 46 3.2.6 Độ độ lặp lại 47 3.3 Khảo sát khả xử lý CIP, LEV vật liệu BiOI 48 3.3.1 Khảo sát lượng chất xúc tác BiOI 48 3.3.2 Khảo sát nồng độ kháng sinh ban đầu 50 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 51 3.3.4 Khảo sát độ ổn định chất xúc tác 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Kết lựa chọn ion mẹ 38 Bảng 3.2 Điều kiện phân mảnh ciprofloxacin, levofloxacin IS 38 Bảng 3.3 Chương trình Gradient dung mơi tối ưu 39 Bảng 3.4 Hiệu suất chiết kháng sinh quinolon thể tích chiết 100ml 200ml 41 Bảng 3.5 Hiệu suất chiết kháng sinh quinolon dùng dung môi rửa giải khác 42 Bảng 3.6 Kết đánh giá tính thích hợp hệ thống thời gian tỷ số diện tích chất phân tích/nội chuẩn 44 Bảng 3.7 Phương trình hồi quy CIP LEV 45 Bảng 3.8 Kết khảo sát độ phương pháp 48 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cân acid base nhóm Acidic quinolone Hình 1.2 Cân acid base nhóm Piperazinyl quinolone Hình 1.3 Cấu trúc Ciprofloxacin Hình 1.4 Cấu trúc Levofloxacin Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống LC-MS/MS 16 Hình 1.6 Mơ hình cấu trúc máy khối phổ MS 18 Hình 1.7 Sơ đồ kỹ thuật APCI hãng Agilent 19 Hình 1.8 Sơ đồ kỹ thuật phun ESI máy Agilent Technologies 6410 Triple Quad LC/MS 20 Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo thiết bị phổ kế tứ cực kiểu chập ba 22 Hình 1.10 Cơ chế quang xúc tác BiOI BiOCl chiếu xạ ánh sáng nhìn thấy 27 Hình 2.1 Quy trình chiết làm giàu mẫu 32 Hình 3.1 Sắc kí đồ hỗn hợp LEV, CIP theo chế độ đẳng dòng 40 Hình 3.2 Sắc kí đồ hỗn hợp CIP, LEV theo chế độ gradient 40 Hình 3.3 Sắc đồ mẫu chuẩn, mẫu thêm chuẩn, mẫu trắng 43 Hình 3.4 Đồ thị biễu diễn phụ thuộc tỉ số diện tích pic (CIP/IS) nồng độ CIP (ng/ml) 45 Hình 3.5 Đồ thị biễu diễn phụ thuộc tỉ số diện tích pic (LEV/IS) nồng độ LEV (ng/ml) 46 Hình 3.6 Sắc ký đồ xác định LOQ LEV có nồng độ 0,1 ng/mL (trên) CIP có nồng độ 0,2 ng/mL (dưới) 47 Hình 3.7 Ảnh hưởng lượng chất xúc tác BiOI đến khả phân hủy kháng sinh ciprofloxacin 49 Hình 3.8 Ảnh hưởng lượng chất xúc tác BiOI đến khả phân hủy kháng sinh levofloxacin 49 Hình 3.9 Ảnh hưởng nồng độ kháng sinh CIP ban đầu đến hiệu suất phân hủy vật liệu BiOI 50 v Hình 3.10 Ảnh hưởng nồng độ kháng sinh LEV ban đầu đến hiệu suất phân hủy vật liệu BiOI 51 Hình 3.11 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả phân hủy ciprofloxacin vật liệu BiOI 52 Hình 3.12 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả phân hủy levofloxacin vật liệu BiOI 52 Hình 3.13 Kết đánh giá độ ổn định chất xúc tác BiOI trình xử lý kháng sinh CIP LEV 53 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt ACN Acetonitril Tên tiếng Anh tên khoa học Acetonitrile Hiệp hội nhà hóa phân tích thống Association of Official Analytical Chemists AOP Công nghệ xử lý nước thải Advance Oxidation Process BIOX Bismuth oxyhalide Bismuth oxyhalide CIP Ciprofloxacin Ciprofloxacin CV Hệ số biến thiên Coefficient of Variation EC Ngoại chuẩn External Standard FQ Fluoroquinolone Fluoroquinolone HCl Axit Clohydric Hydrochloric Acid HPLC Sắc ký lỏng hiệu cao High Performance Liquid Chromatography IUPAC Danh pháp hóa học theo liên minh Quốc tế Hóa học túy Hóa học ứng dụng International Union of Pure and Applied Chemistry Nội chuẩn Internal Standard LOD Giới hạn phát Limit of Detection LOQ Limit of Quantitation Giới hạn định lượng LEV Levofloxacin Levofloxacin LOM Lemofloxacin Lemofloxacin ppb Phần tỷ Part per billion ppm Phần triệu Part per million R% Độ thu hồi Recovery RSD Độ lệch chuẩn tương đối Relative standard deviation SD Độ lệch chuẩn Standard Deviation UV Tia cực tím hay tia tử ngoại Ultraviolet Phổ tử ngoại khả kiến Ultraviolet-Visible AOAC IS UV-Vis Tên tiếng Việt 48 Bảng 3.8 Kết khảo sát độ phương pháp Nồng độ 30ppb Ciprofloxacin y = 0,1109x + 0,4672 Levofloxacin y = 0,1109x + 0,4672 Tỷ số KS/ IS Lượng chuẩn Tỷ lệ tìm lại (ppb) thu hồi (%) 0.913117 20.67 68.9 0.936117 20.96 69.9 0.973694 21.42 71.4 1.009746 21.87 72.9 0.995833 21.69 72.3 1.02263 22.02 73.4 2.806793 28.78 95.9 2.828992 29.01 96.7 2.979554 30.58 101.9 3.017203 30.97 103.2 2.99614 30.75 102.5 3.092564 31.76 105.9 TB 71.9 101.8 RSD (%) 4.72 3.98 ❖ Nhận xét: Theo qui định FDA, AOAC phân tích dư lượng kháng sinh nước thải, % tìm lại khoảng nồng độ 10ppb 100ppb đạt khoảng 60% - 115% (RSD < 15%) Kết thu có độ từ 68,9 – 101,8%, RSD mức nồng độ