Detection, photolytic fate and removal of selected antidepressants in aqueous environment

Abstract

The data presented in this PhD thesis is part of a multidisciplinary project that received funding from the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation program under the Marie Skłodowska-Curie-Grant Agreement No 765860 (AQUAlity). My individual project involves the research fields of Analytical Chemistry, Chemometrics tools, Materials Chemistry and Environmental Chemistry. The goals of this individual PhD project, were divided in different tasks accordingly to the following specific aims:- The development of environmentally friendly practices for CECs determination- The elucidation of the significance of photochemical reactions on their contribution to the abiotic transformation of CECs- Via direct or indirect pathways- Toxicity assessment- And the application of this knowledge to real environmental waters such as hospital and WWTP effluent water from Ioannina, and Pamvotis Lake water, which it is a lake located in Ioannina as well.The first main objective of this thesis was to develop a green analytical microextraction method for the determination and quantification of three different target pharmaceuticals (sertraline, citalopram and clozapine), belonging to the family of psychiatric drugs and are consider as contaminant of emerging concern. After that, their photolytic fate in the environment was investigate, and drugs were irradiated under different conditions (Xe-lamp and artificial and natural solar irradiation) and in different matrices (Milli-Q water, hospital effluent, WWTP, and Pamvotis Lake water) via direct or indirect pathways. As well, drugs were irradiated in the presence of organic matter (WEOM) extracted under mild conditions from sediment of Lake Pamvotis. Moreover, Advance Oxidation Processes (AOPs) such as TiO2 were applied for the abatement of pollution.Drugs photoproducts were identified by means of HPLC-HRMS and photodegradation pathways were proposed. Finally, toxicity assessment was followed based on Vibrio fischeri and US EPA ECOSAR computer mode.

Τα δεδομένα που παρουσιάζονται σε αυτή τη διδακτορική διατριβή είναι μέρος ενός πολυεπιστημονικού έργου που έλαβε χρηματοδότηση από το πρόγραμμα Έρευνας και Καινοτομίας της Ευρωπαϊκής Ένωσης Horizon 2020 στο πλαίσιο της συμφωνίας επιχορήγησης Marie Skłodowska-Curie No 765860 (AQUAlity). Το ατομικό μου έργο περιλαμβάνει τα ερευνητικά πεδία της Αναλυτικής Χημείας, των Χημειομετρικών εργαλείων, της Χημείας Υλικών και της Χημείας Περιβάλλοντος. Οι στόχοι αυτού του ατομικού διδακτορικού προγράμματος, χωρίστηκαν σε διαφορετικά καθήκοντα ανάλογα με τους ακόλουθους συγκεκριμένους στόχους:- Η ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον μεθόδων για τον προσδιορισμό των CECs- Η αποσαφήνιση της σημασίας των φωτοχημικών αντιδράσεων στη συμβολή τους στον αβιοτικό μετασχηματισμό των CECs- Μέσω άμεσων ή έμμεσων οδών- Εκτίμηση τοξικότητας- Και η εφαρμογή αυτής της γνώσης σε πραγματικά περιβαλλοντικά ύδατα, όπως τα λύματα νοσοκομείου και αποχέτευσης από τα Ιωάννινα, και τα νερά της λίμνης Παμβώτιδας, που είναι λίμνη των Ιωαννίνων.Ο πρώτος κύριος στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη μιας πράσινης αναλυτικής μεθόδου μικροεκχύλισης για τον ποιοτικό και τον ποσοτικό προσδιορισμό τριών διαφορετικών φαρμακευτικών προϊόντων - στόχων (σερτραλίνη, σιταλοπράμη και κλοζαπίνη), που ανήκουν στην οικογένεια των ψυχιατρικών φαρμάκων και θεωρούνται ως αναδυόμενοι ρύποι. Μετά από αυτό, διερευνήθηκε η φωτολυτική τους συμπεριφορά στο περιβάλλον και τα φάρμακα ακτινοβολήθηκαν υπό διαφορετικές συνθήκες (λάμπα Xe και τεχνητή και φυσική ηλιακή ακτινοβολία) και σε διαφορετικές μήτρες (νερό Milli-Q, λύματα νοσοκομείων, WWTP και νερό της λίμνης Παμβώτιδας) μέσω άμεσων ή έμμεσων οδών. Επίσης, τα φάρμακα ακτινοβολούνταν παρουσία οργανικής ύλης (WEOM) που εξήχθη υπό ήπιες συνθήκες από τα ιζήματα της λίμνης Παμβώτιδας. Επιπλέον, εφαρμόστηκαν Προηγμένες Διαδικασίες Οξείδωσης (APOs) όπως το TiO2 για τη μείωση της ρύπανσης. Τα φωτοπροϊόντα φαρμάκων προσδιορίστηκαν μέσω HPLC-HRMS και προτάθηκαν διαδρομές φωτοαποικοδόμησης. Τέλος, ακολουθήθηκε εκτίμηση τοξικότητας με βάση το Vibrio fischeri και το πρόγραμμα US EPA ECOSAR.