Date of Award

12-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Chemistry

Department

Chemistry

First Advisor

Alaa Eldin Salem

Second Advisor

Abdu Adem

Third Advisor

Iltaf Shah

Abstract

Although water is the second essential substance to life after air, clean water resources in many regions of the world have become limited because of climate change, establishing rivers’ dams and contaminations with hazardous life-threatening chemicals. Pharmaceutical residues in aquatic environments have been recognized as emerging contaminants causing adverse ecological and human health risks. Hundreds of pharmaceutical compounds and their metabolites were found in surface, underground, drinking, and sewage waters in many countries. In the United Arab Emirates, millions of drugs’ dosages are annually used for human, poultry, and veterinary treatments. Drugs execrated as unchanged, metabolites or excesses can find their fates in wastewater’s drainage systems. Due to its high persistence, they are not eliminated by wastewater’s treatment processes and discharged into recipient waters or leached on soil and reach ground and drinking waters. Subsequent uptakes of water containing these biologically active compounds can cause harmful effects on human health and ecology. Challenges in quantifying pharmaceutical residues in aquatic environments include their presence at trace concentrations, the complexity of their matrices, and the need for efficient extraction techniques.

In this work, new methods based on liquid chromatography-mass spectrometry (UPLC-MS/MS) and circular dichroism (CD) were developed and validated for determining 18 antibiotics and anti-inflammatory drugs in wastewater from Al Ain. The results obtained proved the reliability of developed methods in determining target compounds with recoveries of ≥ 85%, linear correlation coefficients of ≥ 0.99, dynamic ranges of 0.5-000.0 ppb, accuracies of 98-102.8%, inter-day precision of 1.85-10.48%, and intra-day precision of 1.41-18.28%. The results proved also that the developed CD method was simple, inexpensive, selective, and sensitive with a limit of detection (LOD) of 0.005-0.274 ppm. Application of developed methods on effluent wastewater from Al Ain over nine months revealed the presence of nine drugs at concentrations 0.9-17.39 ppb. Variations in concentrations of different drugs were correlated with time, stability, and rate of consumption.

Arabic Abstract

تحليل بعض المتبقيات الدوائية في مياه الصرف الصحي المعالجة في مدينة العين الإمارات العربية المتحدة كمصدر متوقع للخطر البيئي باستخدام التحليل الكروماتوغرافي المزود بمطياف الكتلة و جهاز الضوء الثنائي دائري الاستقطاب

على الرغم من أن الماء هو المادة الثانية اللازمة للحياة بعد الهواء فإن مصادر المياه النظيفة أصبحت محدودة في الكثير من مناطق العالم بسبب التغير المناخي، إقامة السدود النهرية و انتشار الملوثات التي تحتوي على مواد كيميائية خطيرة تهدد الحياة تعرف بقايا المستحضرات الدوائية في الأوساط المائية على أنها ملوثات ناشئة وهي المركبات التي تم اكتشافها حديثا بكميات ضئيلة والتي يمكن معالجتها بالطرق المتبعة حاليا في تنقية المياه كما يمكنها التسبب بمخاطر عديدة على البيئة الميكروبية و صحة البشر. تم اكتشاف المئات من المركبات الدوائية ومستقلباتها في المياه السطحية والجوفية ومياه الشرب بالإضافة إلى مياه الصرف الصحي في العديد من الدول في دولة الإمارات العربية المتحدة يتم سنويا صرف الملايين من الوصفات الطبية للاستهلاك البشري الداجنى والحيواني الأدوية التي يتم فرزها من الجسم سواء كانت بتركيبتها الأولية أو كنواتج بيولوجية أو أدوية زائدة ينتهي بمعظمها الحال كمخلفات دوائية في نظام الصرف الصحي. ونظرا لثباتها في مياه الصرف الصحى فأنه يصعب إزالتها بالطرق المتبعة لمعالجة مياه الصرف الصحي وبالتالي يتم تصريفها إلى المياه السطحية أو نثرها على سطح التربة مما يتسبب بتسربها إلى المياه الجوفية أو مياه الشرب. وبالتالي فإن استهلاك المياه المحتوية على هذه المركبات الناشطة بيولوجيا ينطوي على العديد من المخاطر على صحة الإنسان والبيئة ينطوى التحليل الكمي لمتبقيات المركبات الدوائية في الأوساط المائية المختلفة على العديد من التحديات و التي تشمل وجود هذه المركبات بتركيز ضئيل جدا، تعقيد بيئة المحلول و الحاجة لإيجاد آليات فعالة لاستخلاص المركبات المراد دراستها في هذا البحث تم تطوير وتحقيق طرق جديدة لدراسة 18 دواء من المضادات الحيوية ومضادات الالتهاب غير الستيرويدية باستخدام التحليل الكروماتوغرافي المزود بمطياف الكتلة - MS/MS) (UPLC) و جهاز الضوء الثنائي دائري الستقطاب (CD). أثبتت النتائج فعالية الطرق المطورة لتقدير الأدوية تحت الدراسة بنسبة استرجاع (Recovery) تزيد عن 85 ، معاملات ارتباط المنحنيات المعايرة (R2) تساوي أو تزيد عن 0.99، مدى ديناميكي Dynamic range) يتراوح بين 3000-0.5 ppb جزء في البليون، نسبة دقة(Accuracy) تتراوح بين 98 - 102 ونسبة إحكام (inter and intraday precision) بين 1.48-18.28 أثبتت النتائج أيضا أن الطريقة المطورة باستخدام جهاز الضوء الثنائي دائري الاستقطاب بسيطة، غير مكلفة، إنتقائية و حساسة وأن حدها الأدنى للتقدير (LOD تتراوح بين 0.005-20.274 ppm جزء من مليون. تطبيق هذه الطرق التي طورناها على مياه الصرف الصحي بمدينة العين على مدى تسعة أشهر متواصلة بينت تواجد 9 مركبات دوائية بمعدل تراكيز تراوح بين 0.90-17.39 ppb جزء في البليون. تم تقييم الاختلافات في تراكيز مختلف المركبات الدوائية في ضوء علاقتها بالزمن الاستقرار و كمية الاستهلاك.

Download

Included in

Chemistry Commons

COinS