Primidona 75

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La aparición de la primidona, carbamazepina, cafeína, y precursores para N - Nitrosodimethylamine en fuentes de agua potable impactados por las aguas residuales 1 Palabras clave: farmacéuticos y de higiene personal; primidona; carbamazepina; cafeína; subproductos de la desinfección; N - nitrosodimethylamine; potencial de formación; indicadores de aguas residuales; agua potable; impacto de las aguas residuales Abstracto Resumen: máximo (mediana)] de la primidona, carbamazepina, la cafeína y NDMAFP eran 2-95 (7) ng l, 2-207 (18) ng / l, 7-687 (78) ng / l, y / 12- 321 (35) ng / l, respectivamente. Las mayores concentraciones de primidona, carbamazepina, y precursores NDMA eran de uno de los efluentes de las PTAR, mientras que no se detectó la mayor concentración de cafeína en un río fuertemente impactados por descargas de aguas residuales tratadas. Las concentraciones más bajas de los tres PPCP eran de una ETAP aguas arriba del influente de una zona urbana metropolitana con el mínimo impacto de las aguas residuales. También se observaron variaciones temporales en las concentraciones y caudales PPCP y NDMAFP en dos cuencas seleccionadas. Además, se evaluó el análisis de correlación entre la cafeína o la carbamazepina y la primidona. Los resultados muestran que la medición de los dos fármacos y pruebas NDMAFP se puede utilizar para evaluar el impacto de las aguas residuales en diferentes cuencas hidrográficas, mientras que los resultados de cafeína fueron más variables. Introducción planta de tratamiento de aguas residuales (EDAR) descargas son una de las principales fuentes de varios microcontaminantes en el ambiente (Kolpin et al 2002;.... Snyder et al 2003), incluidos los productos farmacéuticos y de higiene personal (PPCPs), y ciertos subproductos de la desinfección ( DBP) y sus precursores (Krasner et al.. 2008). La ocurrencia de PPCP en las aguas superficiales afectadas por los vertidos de aguas residuales tratadas se ha informado por el Servicio Geológico de EE. UU. y otros grupos de investigación (Kolpin et al 2002;.. Glassmeyer et al., 2005).. Además, PPCP se han usado como indicadores potenciales de contaminación fecal humana (Glassmeyer et al.., 2005). Anteriormente, algunos investigadores utilizan boro como un indicador de aguas residuales (Schreiber y Mitch, 2006). Sin embargo, en muchas aguas en el oeste de los Estados Unidos (EE. UU.), los niveles ambientales de boro en dichas aguas impiden el uso de este producto químico como un indicador de las aguas residuales. Como parte de un proyecto sobre la presencia y la formación de subproductos de desinfección nitrogenados (N-DBPs), el impacto de las aguas residuales en las fuentes de agua potable se evaluó utilizando varios enfoques (WA Mitch et al.. 2008), incluyendo el análisis de tres PPCP por tanto, su destino, el transporte , y la atenuación en las cuencas hidrográficas puede ser seguido. descargas de aguas residuales tratadas son también una fuente de precursores NDMA (Mitch y Sedlak, 2004). Una prueba de NDMA potencial de formación (FP) en condiciones de cloración a base de reactividad (Krasner et al.. 2004) se ha mostrado como una herramienta útil para evaluar los niveles de precursores NDMA y para comprender mejor el impacto de las descargas de aguas residuales tratadas en las fuentes de agua potable aguas abajo ( Krasner et al.. 2008). Métodos analíticos materiales Primidona, carbamazepina, la cafeína y la NDMA se obtuvieron de Sigma-Aldrich (St. Louis, Missouri). Carbamazepina-D 10. cafeína 13 C 3. y NDMA-d 6 se obtuvieron de Cambridge Isótopo Laboratories (Andover, Massachusetts). La primidona-d 5 se obtuvo de C / D / N Isótopos Inc. (Quebec, Canadá). OmniSolv metanol de calidad (MeOH) se adquirió de VWR (West Chester, Pennsylvania). Se obtuvo orgánicos del agua pura (OPW) a partir de un sistema Millipore UV Plus (Billerica, Massachusetts). Coleccion de muestra Los autores recogieron 12 muestras en 2006, de cinco y siete ríos potabilizadora (ETAP) La ingesta, anterior o posterior a descargas de aguas residuales. Los autores tomaron muestras del efluente también uno PTAR en 2006. Los sitios de muestreo fueron distribuidos geográficamente, que cubre el oeste, montaña, en el centro sur, y regiones del noreste de los EE. UU. En 2007, los autores recolectaron un total de 16 muestras (15 muestras de 3 ríos y 12 tomas de ETAP y EDAR un efluente adicional). Además, el re-muestreo en ciertas cuencas proporcionó información sobre las variaciones temporales. Los puntos de muestreo representan un rango de distancias lejos de los puntos de descarga PTAR, a partir de una pocas millas al extiende a través de todo un estado. Las condiciones de mezclado de las cuencas muestreadas varió de mal mezclado con bien mezclado. Sin embargo, la obtención de información hidrológica detallada sobre los cuerpos de agua en este estudio estaba fuera del alcance del trabajo del proyecto. Las muestras se recogieron en botellas de vidrio de color ámbar 1-l y se envían al laboratorio durante la noche en hieleras con hielo azul congelado. Todas las muestras eran muestras al azar. Previamente, los autores encontraron que las concentraciones de primidona no variaron significativamente en una EDAR en un plazo de 24 horas sobre la base de un estudio diurna (Krasner et al.. 2006). Un plan de muestreo de Lagrange a seguir la misma parcela de agua a medida que se mueve a través de cada cuenca no fue utilizado para este estudio, por lo tanto, las muestras recogidas a lo largo de un tramo de río no se recogieron en momentos que coinciden con los tiempos actuales de flujo. Sin embargo, en un estudio anterior, las muestras primidona se obtuvieron de un río efluente dominada en dos eventos de muestras, o bien una vez cada día en días consecutivos o dos veces en el mismo día, y los valores no se encontró que eran significativamente diferentes en estos marcos de tiempo (Krasner et al.. 2006). A su llegada al laboratorio, las muestras fueron filtradas con filtros de membrana de nylon (0.45 C hasta la extracción. Para evaluar los protocolos de recogida de muestras y los problemas potenciales de contaminación, los blancos de campo se recogieron en los puntos de muestreo seleccionados, donde OPW se vertió en botellas de muestra vacíos durante el mismo tiempo período en que se recogieron las muestras. los blancos de campo se procesa de la misma manera que las muestras ambientales. Análisis de las muestras extracción en fase sólida (SPE) de los PPCP se realizó en una estación de trabajo SPE AutoTrace automatizado (Caliper Life Sciences, Hopkinton, Massachusetts), utilizando 200 mg de cartuchos-lipófilo de balance hidrófilo de Waters Corporation (Milford, Massachusetts). Los cartuchos se acondicionaron con 5 ml de MeOH seguido por 5 ml de OPW. Las muestras (500 ml) se cargaron en los cartuchos, después de lo cual los cartuchos se lavaron con 5 ml de OPW y se secó con nitrógeno durante 60 min. Los cartuchos se eluyeron con 8 ml de MeOH, que se concentró hasta 0,5 ml en un sistema TurboVap evaporación (Caliper Life Sciences). Inmediatamente antes del análisis, se añadieron 0,5 ml de OPW al extracto de la muestra. Los extractos de muestra se analizaron por cromatografía líquida / espectrometría de masas tándem (LC / MS / MS) en el modo de ionización por electrospray positivo (Vanderford et al.. 2003) en un Applied Biosystems (Foster City, California) API 4000 de triple cuadrupolo MS acoplado con una Agilent (Santa Clara, California) 1100 LC. LC / MS se ha utilizado cada vez más en el análisis de PPCP en agua como resultado de su capacidad para analizar sustancias químicas polares, térmicamente lábiles, y no volátiles, que no son susceptibles a la cromatografía de gas tradicional (GC) análisis / MS sin etapas de derivatización adicionales (Vanderford et al.. 2003). Con el reciente avance de la MS instrumentación, PPCP se pueden detectar en la / l gama ng baja en agua, cuando se utiliza SPE (u otras técnicas de extracción) (Vanderford et al 2003;.. Vanderford y Snyder, 2006). Para aumentar la selectividad, la MS / MS se utiliza en el análisis PPCP mediante el control de la transición de un ión precursor seleccionado (generalmente un ión molecular protonado de ionización por electrospray positivo) a un ión producto, minimizando la interferencia de la matriz. Los analitos para este estudio se eluyó de un tamaño de partícula 50 m, utilizando un gradiente binario de ácido fórmico 0,1% (v / v) en 95% de agua: 5% de MeOH (A) y MeOH (B). El gradiente de elución fue el siguiente: celebrado en 100% de A durante 1 min, aumentó a 90% de B por 4 min, se mantuvo durante 1 min, aumentó a 100% de B por 6 min, se mantuvo durante 1 min. El tiempo inicial de equilibrio fue de 4 min. El instrumento de las condiciones de funcionamiento se enumeran en la Tabla 1. Tabla 1. Condiciones de funcionamiento del instrumento. Notas: LC, cromatografía líquida; MS, espectrometría de masas. Los pares de iones de precursor / producto utilizado para las transiciones MS / MS se muestran en la Tabla 2. junto con tiempos de retención para los analitos (W. A. ​​Mitch et al.. 2008). Los compuestos se identificaron por búsqueda de tanto el tiempo de retención y la transición MS / MS de cada analito en las muestras con los del mismo analito en patrones auténticos. LC Representante / cromatogramas de iones totales MS / MS de los tres analitos junto con los tres patrones internos marcados isotópicamente en un estándar extraído y en una muestra de agua de superficie se muestra en la Figura 1. Tabla 2. Los pares de precursores / Ion de productos utilizados en el análisis. Figura 1. Total de Ion cromatogramas de (1) una Norma extrajo con 100 ng / l de cada analito y 20 ng / l de cada uno marcado estándar y (2) una superficie de la muestra de agua con 33 ng / l de cafeína, 6 ng / l de primidona, 3 ng / l de carbamazepina, y 20 ng / l de cada patrón marcado. Llaves: (A) la cafeína, (B) cafeína 3 C 13. (C) primidona, (D) primidona-d 5. (E) carbamazepina, (F) carbamazepina-d 10. y (X) pico desconocido sólo en la muestra. pruebas de PF para NDMA se llevaron a cabo de acuerdo con los protocolos desarrollados durante un estudio anterior (Krasner et al.. 2004). Las muestras se analizaron por GC / MS en el modo de ionización química (Guo et al 2004;.... Cheng et al 2006). Los límites de detección del método y Calibración Se determinó el límite de detección del método (LDM) para cada analito de acuerdo con EE. UU. Agencia de Protección Ambiental (EPA) directrices (USEPA, 1990). Un conjunto de siete muestras replicadas fortificadas en o cerca de los LDM esperados fueron extraídos y analizados de acuerdo con los procedimientos operativos estándar. La MDL de cada analito se calculó usando la siguiente fórmula: MDL = 3,14 s respectiva MRL a 250 ng / l. Isotópicamente se añadieron los estándares marcados a ambos estándares de calibración y las muestras a 20 ng / l cada uno. En ocasiones, cuando la concentración de un analito en una muestra particular excedido el punto más alto de la calibración, la muestra se diluyó y se volvió a analizar. Control de calidad protocolos de control de calidad incluyen espacios en blanco método, duplicados de las muestras, muestras de laboratorio fortificada (con púas), y los blancos de campo seleccionados. Para cada lote de 12 muestras, como mínimo, se analizaron un espacio en blanco de laboratorio, una muestra duplicada, y una muestra de púas. Los espacios en blanco de laboratorio tenían ninguna cantidad detectable de los tres PPCP, pero en algunas ocasiones contenían cantidades detectables de NDMAFP, donde el NDMAFP los espacios en blanco era menos de la mitad de su LMR. De las 13 muestras recogidas en 2006, se recogieron y analizaron tres muestras de campo. La carbamazepina se encontró en un campo en blanco a 1 ng / l, y la cafeína se encontró en dos de los tres blancos de campo a 1-2 ng / l. Estos niveles eran 10 o más veces inferiores a las cantidades en las muestras de los sitios correspondientes. El porcentaje de las diferencias relativas de muestras duplicadas estaban todos dentro del 20%, lo que indica que la precisión de los métodos de análisis era aceptable para permitir la comparación de los resultados de los diferentes sitios. Al comparar las muestras enriquecidas vs. los homólogos de un-Punta, las recuperaciones por ciento de las cantidades de púas eran de 70% a 130% para la primidona, carbamazepina, cafeína, y NDMAFP, con la excepción de los resultados primidona en 2006, que se discuten más adelante. Uno de los inconvenientes de análisis / MS LC, especialmente en el modo de electropulverización, es que la supresión de la matriz y mejora a menudo se produce, lo que afecta negativamente a la precisión de los resultados. La forma más eficaz para compensar los efectos de la matriz se ha informado de que la dilución de isótopos, donde se utiliza un estándar marcado isotópicamente como patrón interno para el homólogo no marcado (Vanderford y Snyder, 2006). Este enfoque dilución isotópica se utilizó para la carbamazepina y la cafeína durante todo el proyecto, pero primidona marcado con isótopos no estaba disponible en el mercado cuando las muestras se recogieron en 2006, por lo tanto, cafeína 3 C 13 se utilizó como estándar interno para la primidona. Como resultado, la recuperación pico para primidona varió de 20% a 70%, dependiendo de la matriz. Para compensar las recuperaciones variables, todos menos dos muestras recogidas en 2006 se ejecutaron dos veces, una vez que la muestra nativa y la otra matriz enriquecida, y los resultados de la muestra no enriquecida fueron corregidos mediante la recuperación pico. Además, se analizaron muestras seleccionadas para primidona por un método / MS derivatización-GC (Krasner et al.. 2006) para confirmar la cuantificación. En 2007, primidona d-5 se sintetizó a medida y se utilizó en el análisis de la muestra como patrón interno para la primidona. Esta práctica ha mejorado en gran medida las recuperaciones pico de primidona para el mismo rango de 70-130% como los otros analitos, y los resultados primidona no se ajustaron para la recuperación pico en 2007. Estos picos recuperaciones indican que la exactitud de los métodos de análisis era aceptable para la fabricación de comparaciones entre sitios. Análisis estadístico Se utilizó el análisis estadísticos no paramétricos (por ejemplo, determinación del mínimo, percentil 25, la mediana, percentil 75, y máxima) para este estudio, ya que es menos sensible a los valores atípicos y puede manejar nondetects. Los resultados se representan gráficamente en un diagrama de caja y bigotes, que resume las estadísticas no paramétricas clave y permitió la observación visual de similitudes o diferencias en los conjuntos de datos. Por otra parte, las concentraciones de carbamazepina y la cafeína se representaron frente a la de primidona para identificar posibles correlaciones, y fueron más ordenados y analizados en primidona bajo, medio-primidona y terciles de alta primidona. Resultados y discusión Impacto de aguas residuales Los resultados de 2006 se resumen de acuerdo a diferentes cuencas (estados) de la muestra en la Tabla 3. En el año 2007 (datos no mostrados), un muestreo adicional se llevó a cabo en otros estados (es decir, Michigan, Nevada y Texas). Los niveles [percentil 10 en 2007, nueve sitios fueron re-muestreados, además se tomaron muestras de otros siete sitios adicionales no incluidos en el 2006) eran 2-95 (7) ng / l, 2-207 (18) ng / l, 7- 687 (78) ng / l, y 12 a 321 (35) ng / l, respectivamente. Debido a que el alcance del trabajo de todo el proyecto se centró en la presencia y la formación de N-DBP en ETAP, EDAR efluentes no fueron muestreadas en este estudio a excepción de dos, lo que resulta en 66-95 ng / l para la primidona, 188-207 ng / l para la carbamazepina, 48 a 202 ng / l para la cafeína, y 321 ng / l para NDMAFP (sólo se mide a una EDAR). En un estudio anterior, las concentraciones de primidona en los efluentes de las PTAR (algunos de los cuales estaban en las cuencas en el estudio actual) por lo general a distancia de 100 a 200 ng / l (Krasner et al.. 2006), mientras que del 25 al NDMAFPs 75 por ciento en los efluentes de las PTAR fueron 424-1,050 ng / l (Krasner et al.. 2008). Tabla 3. Distribución (ng / l) Tres de los PPCP y NDMAFP en seis cuencas muestreados en 2006. En una cuenca en Pennsylvania (PA1) en 2006, se detectó primidona a 5 ng / l en el río aguas arriba de la ETAP B 1, y aumentó a 10 ng / l en la ETAP 1. El aumento del 100% en la concentración era cinco veces la precisión de el método analítico, lo que sugiere que las descargas de aguas residuales tratadas en un afluente del río que entró B cerca de la toma de la ETAP 1 afectadas esta planta (Figura 2). Aunque la descarga EDAR de este afluente no fue muestreada en 2006, se tomaron muestras tres veces en el período 2004-2005, y la concentración de primidona fue 117 a 230 ng / l (Krasner et al.. 2008). Durante los últimos eventos de ejemplo, primidona en la ETAP 1 fue de 12-23 ng / l, en donde la cantidad detectada en la ETAP era 10-11% de la concentración en el desempeño PTAR aguas arriba. Estos datos históricos dieron una estimación del orden de magnitud del grado en que este río puede ser impactado efluentes. La concentración de la primidona en ETAP 2 fue similar (4 ng / l) a la de River B aguas arriba de ETAP 1, lo que indica que el afluente de aguas residuales-impactado no parece afectar ETAP 2 (ETAP 2 está en el otro lado del río ). Estos datos fueron consistentes con los resultados NDMAFP de los sitios correspondientes, como las concentraciones de los tres PPCP y NDMAFP fueron los más altos en ETAP 1. Las concentraciones de cafeína en esta cuenca, sin embargo, no fueron significativamente diferentes, con una desviación estándar relativa de 4% para los tres sitios muestreados. Figura 2. 3 millas). se detectaron en un punto de inflexión en Colorado en 2006 (Figura 3), niveles sustancialmente más altos de indicadores (37 ng / l de primidona, 116 ng / l de carbamazepina y 687 ng / l de cafeína) y NDMAFP (261 ng / l) en el río aguas arriba de la ETAP D 6. Esta cuenca es considerada como una corriente altamente impactados por los efluentes, con descargas de EDARs que proporcionan el 10% a más del 50% del río fluya mayor parte del año (Krasner et al.. 2006). Aunque la descarga PTAR en este río no fue muestreada en 2006, se tomaron muestras tres veces en el período 2004-2005, y la concentración de primidona fue 96 a 266 ng / l (Krasner et al.. 2008). Durante los últimos eventos de ejemplo, primidona no se detectó en Río D aguas arriba de las descargas de la PTAR, mientras que se encontró en el río aguas abajo de las EDAR y aguas arriba de la ETAP 6 (es decir, 22-68 ng / l), donde la cantidad detectada en el río fue 23-28% (media = 26%) de la concentración en el desempeño PTAR aguas arriba. Durante los últimos eventos de ejemplo, los vertidos procedentes de las EDAR aguas arriba eran 25-27 millones de galones por día (mgd) y el flujo en el río aguas abajo de las EDARs y aguas arriba de la ETAP fue 53 a 184 lps, donde la contribución de descargas de aguas residuales tratadas que el caudal del río era 14-50% (media = 32%). Estos datos históricos dieron una estimación del orden de magnitud del grado en que este río puede ser impactado efluentes. Otro sitio de la muestra en el río E corriente arriba de la ETAP 6 tenían niveles más bajos de los indicadores (8 ng / l primidona, 22 ng / l carbamazepina, y 176 ng / l de cafeína) y NDMAFP (94 ng / l), lo que sugiere un menor impacto de las aguas residuales tratadas . Las concentraciones de los tres PPCP en River D fueron de cuatro a cinco veces mayor que en Río E y el NDMAFP fue tres veces mayor. ETAP 7 tomó agua del río F en la misma cuenca, pero aguas arriba de la zona urbana metropolitana. Esta ETAP tenía los niveles más bajos de los tres PPCP y NDMAFP de todas las muestras recogidas en 2006, lo que sugiere que el impacto de las aguas residuales fue mínima. Figura 3. 17 millas). Excluyendo los dos efluentes de EDAR, las otras muestras representan las corrientes y las tomas de ETAP con diversos grados de impacto aguas residuales tratadas. Las distribuciones de los tres PPCP y NDMAFP en estas aguas superficiales afectadas por efluentes muestreados en 2006 y 2007 (W. A. ​​Mitch et al.. 2008) se muestran en diagramas de caja y bigotes a continuación (Figura 4). Figura 4. y puntos más allá de barbas = valores atípicos. Fuente: Reproducido de W. A. ​​Mitch et al. (2008). Derechos de Autor Fundación de Investigación Awwa. Las variaciones temporales Las variaciones temporales en la ocurrencia de los tres PPCP y NDMAFP en dos cuencas (PA1 y Colorado) se muestran en las Tablas 4 y 5. Además, se proporcionan datos de caudal, cuando estén disponibles. Tabla 4. Las variaciones temporales en la Cuenca del PA1. Para PA1 cuencas hidrográficas, los cambios en las concentraciones de los tres PPCP y NDMAFP en la ETAP ETAP 1 y 2 fueron mínimas entre los dos eventos de muestreo en agosto de 2006 y abril de 2007. La intención de la toma de muestras en esta cuenca fue capturar los datos de presencia que representan una estación seca y una estación húmeda. Sin embargo, el caudal (medido a River B) era en realidad sin cambios y, por lo tanto, la dilución de las descargas de aguas residuales en esta cuenca se mantuvo igual, lo que resulta en concentraciones similares de los analitos en los influentes ETAP entre los dos eventos de muestreo. En el lugar del afluente, el flujo fue) que en las muestras recogidas en la corriente principal del río aguas arriba del afluente afectada por efluentes de aguas residuales. La concentración de cafeína en esta cuenca, sin embargo, se mantuvo en niveles similares durante los dos eventos de muestreo y en todos los sitios muestreados. En cuanto a la cuenca del Colorado, las concentraciones de los tres PPCP y NDMAFP eran cada aproximadamente dos veces más alta (1,5) en 2007. Análisis de correlación Debido primidona se había demostrado previamente (Krasner et al.. 2006) es un indicador conservador de impacto aguas residuales tratadas, las concentraciones de carbamazepina y la cafeína se representaron frente a la de primidona para identificar correlaciones entre los tres PPCP en muestras recogidas de todo el cuencas en 2006 y 2007 (Figura 5). La correlación entre los dos anticonvulsivos, carbamazepina y primidona, era buena (R2 = 0,90), mientras que no hubo correlación entre la cafeína y la primidona. La falta de correlación entre la cafeína y otros productos farmacéuticos también ha sido observado por Glassmeyer et al. (2005). Figura 5. Sin embargo, hubo dos resultados cafeína en los valores más altos como se muestra). Fuente: Reproducido de W. A. ​​Mitch et al. (2008). Derechos de Autor Fundación de Investigación Awwa. Para examinar más a fondo las correlaciones entre los tres PPCP y entre primidona y NDMAFP en aguas residuales impactadas, los conjuntos de datos de 1.000 ng / l (Krasner et al.. 2008). Por el contrario, las concentraciones primidona en la descarga de la PTAR eran por lo general en el directorio / l rango de 100-200 ng (Krasner et al.. 2006), y no varían mucho en diferentes localizaciones geográficas, lo que indica que la primidona es un indicador cuantitativo útil de las aguas residuales impacto. Figura 6. La aparición de carbamazepina en muestras de aguas residuales afectadas por Ordenado por Primidone terciles. Para el tercil más bajo primidona, los bigotes (percentiles 90 y 10º) no se calcularon porque n era menos de 9 (datos suficientes para calcular estas estadísticas). Fuente: Reproducido de W. A. ​​Mitch et al. (2008). Derechos de Autor Fundación de Investigación Awwa. Figura 7. La aparición de cafeína en muestras de aguas residuales impactados-Clasificación por Primidone terciles. Fuente: Reproducido de W. A. ​​Mitch et al. (2008). Derechos de Autor Fundación de Investigación Awwa.