Title
Razvoj i primena metode analize odabranih sterola i steroidnih hormona u prirodnim i otpadnim vodama tečnom hromatografijom sa tandem masenom spektrometrijom
Creator
Jauković, Zorica, 1985-
CONOR:
78842377
Copyright date
2023
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 29.09.2023.
Other responsibilities
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Tehnološko-metalurški fakultet
Alternative title
Development and application of the method of analysis of selected sterols and steroid hormones in natural and wastewaters by liquid chromatography with tandem mass spectrometry
Publisher
[Z. Jauković]
Format
109 listova
description
Hemijske nauke - Analitička hemija i Hemija životne sredine / Chemical sciences - Analytical Chemistry and Environmental Chemistry
Abstract (sr)
Prisustvo steroidnih jedinjenja u prirodnim i otpadnim vodama i njihov štetan uticaj na vodeni
ekosistem su prepoznati u naučnoj zajednici nekoliko decenija. Istraživanje ekotoksičnosti ovih
emergentnih zagađujućih materija pokazalo je da njihovi tragovi u vodenoj sredini mogu izazvati
različite štetne efekte po vodene organizme. Steroli i steroidni hormoni su opsežno istraženi u
različitim matricama životne sredine, te je dokazano da neki od njih čine prirodne konstituente
ispitivanih matrica, ali u životnu sredinu u velikim količinama dospevaju iz netretiranih otpadnih
voda iz domaćinstava, industrije i poljoprivrede. Metode procene zagađenja životne sredine
komunalnim otpadnim vodama pri rutinskom monitoringu podrazumevaju upotrebu bakterijskih
indikatora, međutim, ovi tradicionalni fekalni markeri mogu biti nepouzdani i mogu potceniti
zdravstveni rizik, čak i kada ispunjavaju regulatorne standarde. Hemijski markeri, poput sterola,
široko se koriste za praćenje fekalne kontaminacije životne sredine, podržavajući i dopunjujući
konvencionalne indikatore zagađenja. Pored koncentracije koprostanola, upotrebom odnosa sterola
moguće je odrediti nivo fekalne kontaminacije i razlikovati zagađenje poreklom od čoveka od
biogenog unosa poreklom od viših biljaka ili životinja.
U ovom radu opisan je razvoj i optimizacija analitičke metode za istovremenu ekstrakciju,
određivanje i pouzdanu potvrdu dvadeset steroida različitih klasa (humani/životinjski i biljni steroli,
prirodni i sintetski steroidni hormoni) u rečnim i otpadnim vodama, kao i u suspendovanom materijalu
vodenih uzoraka. Uzorci vode su pripremljeni ekstrakcijom na čvrstoj fazi, a suspendovani materijal
ultrazvučnoj ekstrakcijom. Dobijeni ekstrakti su analizirani metodom tečne hromatografije sa tandem
masenom spektrometrijom, uz korišćenje linearnog jonskog trapa kao masenog analizatora.
Razvijena je instrumentalna metoda za potpuno hromatografsko razdvajanje svih analita, a posebno
onih sa identičnim reakcijama fragmentacije, zasnovana na upotrebi C8 kolone i acetonitrila kao
organskog rastvarača u mobilnoj fazi. Optimizovana metoda je obezbedila visoke prinose analita sa
relativnim standardnim devijacijama generalno manjim od 20%. Postignute su niske granice detekcije
i kvantifikacije. Metoda je pokazala dobru linearnost u opsegu ispitivanih koncentracija.
Rasprostranjenost steroidnih jedinjenja u životnoj sredini i nivo fekalnog zagađenja
procenjeni su u oblasti ušća reka Dunava i Save u Beogradu, u kome se sirova komunalna otpadna
voda ispušta u vodotokove bez tretmana. Posebna pažnja je posvećena raspodeli steroida između
rastvorne i suspendovane faze uzoraka rečnih i otpadnih voda, s obzirom na afinitet sterola da se
vezuju za suspendovane čestice. Takođe je procenjena efikasnost uklanjanja steroidnih jedinjenja u
dva postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u Srbiji. Humani/životinjski steroli koprostanol i
holesterol, kao i fitosterol β-sitosterol bili su dominantna jedinjenja u svim uzorcima vode.
Zastupljenost sterola i raspodela između faza u rečnoj vodi bili su drugačiji od onih u sirovoj otpadnoj
vodi, što ukazuje na izraženiji biogeni unos poreklom od viših biljaka, kao i veći uticaj otpadnih voda
na sastav suspendovane faze. Utvrđena je izražena kontaminacija istraživanog područja, pri čemu je
Dunav više zagađen ispuštanjem netretiranih otpadnih voda od Save zbog različitih hidrodinamičkih
uslova koji dovode do značajno viših nivoa sterola u suspendovanim česticama. Takođe je pokazano
da se svi detektovani humani/životinjski steroli i fitosteroli dominantno vezuju za čestice
suspendovanog materijala uzoraka rečne i otpadne vode, u poređenju sa rastvornom fazom.
Naglašena je potreba da se u praćenju zagađenja životne sredine steroidnim jedinjenjima uzmu u
obzir i analiziraju i rastvorna i suspendovana faza kako bi se dobila realna slika o kontaminaciji
steroidima i njihovoj sudbini u vodenoj sredini. Konačno, utvrđena je visoka stopa uklanjanja sterola
u postojenjima za tretman otpadnih voda (> 98% za koprostanol i holesterol), kao i da je od
izračunatih odnosa sterola samo koprostanol/(koprostanol + holestanol) dovoljno osetljiv da na njega
utiče poboljšanje kvaliteta prečišćene otpadne vode.
Abstract (en)
The presence of steroid compounds in natural waters and wastewater and their harmful effects
on the aquatic ecosystem have been recognized by the scientific community for several decades.
Ecotoxicity research of these emerging contaminants has shown that trace amounts in the aquatic
environment can cause various adverse effects on aquatic organisms. Sterols and steroid hormones
have been extensively investigated in various environmental matrices, and it has been shown that
some of them are natural constituents of the investigated matrices, but they enter the environment in
large quantities via untreated wastewater from households, industry and agriculture. Methods for
assessing environmental pollution with municipal wastewater in routine monitoring involve the use
of bacterial indicators, however, these traditional fecal markers can be unreliable and may
underestimate the health risk, even when they meet regulatory standards. Chemical markers, such as
sterols, are widely used to monitor fecal contamination of the environment, supporting and
complementing conventional pollution indicators. In addition to the concentration of coprostanol, by
using the sterol ratios it is possible to determine the level of fecal contamination and to distinguish
between anthropogenic pollution and biogenic input from higher plants or animals.
This paper describes the development and optimization of an analytical method for the
simultaneous extraction, determination and reliable confirmation of twenty steroids of different
classes (human/animal and plant sterols, natural and synthetic steroid hormones) in river water and
wastewater, as well as in suspended material of water samples. Water samples were prepared by solid-
phase extraction, and suspended material by ultrasonic extraction. The obtained extracts were
analyzed by liquid chromatography with tandem mass spectrometry, using a linear ion trap as a mass
analyzer. An instrumental method was developed for the complete chromatographic separation of all
analytes, especially those with identical fragmentation reactions, based on the use of a C8 column
and acetonitrile as an organic solvent in the mobile phase. The optimized method provided high
analyte recoveries with relative standard deviations generally lower than 20%. Low limits of detection
and quantification were achieved. The method showed good linearity in the range of tested
concentrations.
The distribution of steroid compounds in the environment and the level of fecal pollution were
assessed in the confluence area of the Danube and the Sava rivers in Belgrade, where raw municipal
wastewater is discharged into waterways without treatment. Special attention was paid to the
distribution of steroids between the dissolved and suspended phases of river and wastewater samples,
considering the affinity of sterols to bind to suspended particles. The efficiency of steroid removal in
two wastewater treatment plants in Serbia was also evaluated. The human/animal sterols coprostanol
and cholesterol as well as the phytosterol β-sitosterol were the dominant compounds in all water
samples. The pattern of sterols and the distribution between phases in river water were different from
those in raw wastewater, which indicates a more pronounced biogenic input originating from higher
plants, as well as a greater influence of wastewater on the composition of the suspended phase.
Extensive contamination of the investigated area was determined, whereby the Danube is more
polluted by the discharge of untreated wastewater than the Sava due to different hydrodynamic
conditions that lead to significantly higher levels of sterols in suspended particles. It was also shown
that all detected human/animal sterols and phytosterols bind dominantly to suspended particles of
river and wastewater samples, compared to the dissolved phase. The need to consider and analyze
both the dissolved and suspended phases in the monitoring of environmental pollution with steroid
compounds was emphasized in order to obtain a realistic picture of steroid contamination and their
fate in the aquatic environment. Finally, a high removal rate of sterols in wastewater treatment was
determined (> 98% for coprostanol and cholesterol), as well as that of the calculated sterol ratios,
only coprostanol/(coprostanol + cholestanol) is sensitive enough to be affected by the improvement
of the quality of treated wastewater.
Authors Key words
steroidna jedinjenja, steroli, steroidni hormoni, rečna voda, otpadna voda, postrojenja
za prečišćavanje otpadnih voda, suspendovana materija, tečna hromatografija-tandem masena
spektrometrija, odnosi sterola, fekalna kontaminacija.
Authors Key words
steroid compounds, sterols, steroid hormones, river water, wastewater, wastewater
treatment plants, suspended material, liquid chromatography-tandem mass spectrometry, sterol ratios,
fecal contamination.
Classification
543.645.2:628.312.2(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
Prisustvo steroidnih jedinjenja u prirodnim i otpadnim vodama i njihov štetan uticaj na vodeni
ekosistem su prepoznati u naučnoj zajednici nekoliko decenija. Istraživanje ekotoksičnosti ovih
emergentnih zagađujućih materija pokazalo je da njihovi tragovi u vodenoj sredini mogu izazvati
različite štetne efekte po vodene organizme. Steroli i steroidni hormoni su opsežno istraženi u
različitim matricama životne sredine, te je dokazano da neki od njih čine prirodne konstituente
ispitivanih matrica, ali u životnu sredinu u velikim količinama dospevaju iz netretiranih otpadnih
voda iz domaćinstava, industrije i poljoprivrede. Metode procene zagađenja životne sredine
komunalnim otpadnim vodama pri rutinskom monitoringu podrazumevaju upotrebu bakterijskih
indikatora, međutim, ovi tradicionalni fekalni markeri mogu biti nepouzdani i mogu potceniti
zdravstveni rizik, čak i kada ispunjavaju regulatorne standarde. Hemijski markeri, poput sterola,
široko se koriste za praćenje fekalne kontaminacije životne sredine, podržavajući i dopunjujući
konvencionalne indikatore zagađenja. Pored koncentracije koprostanola, upotrebom odnosa sterola
moguće je odrediti nivo fekalne kontaminacije i razlikovati zagađenje poreklom od čoveka od
biogenog unosa poreklom od viših biljaka ili životinja.
U ovom radu opisan je razvoj i optimizacija analitičke metode za istovremenu ekstrakciju,
određivanje i pouzdanu potvrdu dvadeset steroida različitih klasa (humani/životinjski i biljni steroli,
prirodni i sintetski steroidni hormoni) u rečnim i otpadnim vodama, kao i u suspendovanom materijalu
vodenih uzoraka. Uzorci vode su pripremljeni ekstrakcijom na čvrstoj fazi, a suspendovani materijal
ultrazvučnoj ekstrakcijom. Dobijeni ekstrakti su analizirani metodom tečne hromatografije sa tandem
masenom spektrometrijom, uz korišćenje linearnog jonskog trapa kao masenog analizatora.
Razvijena je instrumentalna metoda za potpuno hromatografsko razdvajanje svih analita, a posebno
onih sa identičnim reakcijama fragmentacije, zasnovana na upotrebi C8 kolone i acetonitrila kao
organskog rastvarača u mobilnoj fazi. Optimizovana metoda je obezbedila visoke prinose analita sa
relativnim standardnim devijacijama generalno manjim od 20%. Postignute su niske granice detekcije
i kvantifikacije. Metoda je pokazala dobru linearnost u opsegu ispitivanih koncentracija.
Rasprostranjenost steroidnih jedinjenja u životnoj sredini i nivo fekalnog zagađenja
procenjeni su u oblasti ušća reka Dunava i Save u Beogradu, u kome se sirova komunalna otpadna
voda ispušta u vodotokove bez tretmana. Posebna pažnja je posvećena raspodeli steroida između
rastvorne i suspendovane faze uzoraka rečnih i otpadnih voda, s obzirom na afinitet sterola da se
vezuju za suspendovane čestice. Takođe je procenjena efikasnost uklanjanja steroidnih jedinjenja u
dva postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u Srbiji. Humani/životinjski steroli koprostanol i
holesterol, kao i fitosterol β-sitosterol bili su dominantna jedinjenja u svim uzorcima vode.
Zastupljenost sterola i raspodela između faza u rečnoj vodi bili su drugačiji od onih u sirovoj otpadnoj
vodi, što ukazuje na izraženiji biogeni unos poreklom od viših biljaka, kao i veći uticaj otpadnih voda
na sastav suspendovane faze. Utvrđena je izražena kontaminacija istraživanog područja, pri čemu je
Dunav više zagađen ispuštanjem netretiranih otpadnih voda od Save zbog različitih hidrodinamičkih
uslova koji dovode do značajno viših nivoa sterola u suspendovanim česticama. Takođe je pokazano
da se svi detektovani humani/životinjski steroli i fitosteroli dominantno vezuju za čestice
suspendovanog materijala uzoraka rečne i otpadne vode, u poređenju sa rastvornom fazom.
Naglašena je potreba da se u praćenju zagađenja životne sredine steroidnim jedinjenjima uzmu u
obzir i analiziraju i rastvorna i suspendovana faza kako bi se dobila realna slika o kontaminaciji
steroidima i njihovoj sudbini u vodenoj sredini. Konačno, utvrđena je visoka stopa uklanjanja sterola
u postojenjima za tretman otpadnih voda (> 98% za koprostanol i holesterol), kao i da je od
izračunatih odnosa sterola samo koprostanol/(koprostanol + holestanol) dovoljno osetljiv da na njega
utiče poboljšanje kvaliteta prečišćene otpadne vode.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.