Automated Extraction and Determination of Human Hormones in Drinking Water Using Solid-Phase Extraction and HPLC with UV Detection

Význam tématu

Stopy lidských hormonů v pitné vodě představují potenciální riziko pro zdraví populace vzhledem k jejich schopnosti působit jako endokrinní disruptory. Regulace těchto sloučenin je zatím nedostatečná a monitorování jejich výskytu pomáhá stanovit bezpečnostní limity a chránit kvalitu pitné vody.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo demonstrovat plnou a opakovatelnou extrakci sedmi pohlavních hormonů z pitné vody pomocí automatizovaného solid-phase extraction (SPE) a jejich následnou analýzu pomocí HPLC s UV detekcí. Metoda byla navržena v souladu s EPA Method 539.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky pitné vody byly obohaceny sedmi hormony (estriol, estron, β-estradiol, 17α-ethynylestradiol, equilin, androstenedion, testosteron) na koncentraci 1 mg/L. Pro koncentraci a čištění byla použita kartridžová SPE absorpční fáze Thermo Scientific Dionex SolEx SPE HRPHS na přístroji Dionex AutoTrace 280. Na jedné pozici se nahromadilo 20 mL vody a analyty byly eluovány 5 mL acetonitrilu (koncentrační faktor 4×).
Instrumentace:

• Dionex AutoTrace 280 SPE instrument
• Thermo Scientific UltiMate 3000 RSLC system:
  • DGP-3600M Dual-Gradient Micro Pump
  • WPS-3000TRS Rapid Separation Wellplate Sampler
  • TCC-3000RS Thermostatted Column Compartment
  • DAD-3000RS Diode Array Detector
• Chromeleon 7.1 Chromatography Data System
• Chromatografie: Acclaim 120 C18 guard column (2.1×10 mm), Acclaim RSLC 120 C18 analytická kolona (2.1×150 mm), mobilní fáze voda/acetonitril, gradient 10–55–100–10 % B, průtok 0,2 mL/min, teplota 20 °C, UV detekce při 214 nm.

Hlavní výsledky a diskuse

Lineární kalibrační křivky v rozsahu 0,05–10 mg/L vykázaly koeficient determinace r2 > 0,999. LOD se pohybovalo mezi 0,025 a 0,40 mg/L, LOQ mezi 0,083 a 1,3 mg/L. Chromatografické rozlišení všech párů špiček bylo nad požadovanou hodnotou Rs = 1,5. Percentuální návratnost získaná z pěti paralelních extrakcí se pohybovala mezi 90 % a 124 % s RSD 1,2–4,4 %, což je v souladu s požadavky EPA Method 539 (70–130 %). Variabilita nad 100 % u některých vzorků byla přisuzována mírným odchylkám v objemu elučního činidla.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizované SPE výrazně zvyšuje opakovatelnost a produktivitu analýzy vod, usnadňuje zpracování objemných vzorků (lze nahrávat až 20 L) a minimalizuje riziko kontaminace. Metoda poskytuje dostatečně nízké detekční limity pro monitoring hormonů v pitné vodě a umožňuje rychlé nasazení v regulatorních a výzkumných laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším krokem je integrace online SPE se spektrometrií hmotnosti (LC-MS/MS) pro ještě vyšší citlivost a selektivitu. Rozšíření metodiky o širší spektrum endokrinních disruptorů, optimalizace spotřeby organických rozpouštědel a zvýšení automatizace (online monitoring, robotická práce) podpoří udržitelnost a efektivitu rutinního monitoringu.

Závěr

Automatizovaný postup s použitím Dionex AutoTrace 280 a SolEx SPE HRPHS kartridží kombinuje vysokou návratnost, reprodukovatelnost a jednoduchou obsluhu. V kombinaci s UHPLC-UV analýzou na systému UltiMate 3000 RSLC poskytuje spolehlivý nástroj pro stanovení lidských hormonů v pitné vodě v souladu s EPA Method 539.

Reference

• The Associated Press. Pharmaceuticals Found in Drinking Water. http://hosted.ap.org/specials/interactives/pharmawater_site/day1_01.html (accessed Dec. 4, 2013).
• World Health Organization; United Nations Environment Programme; Inter-Organization Programme for the Sound Management of Chemicals. State of the Science of Endocrine Disrupting Chemicals 2012: Summary for Decision-Makers. WHO/HSE/PHE/IHE/2013.1.
• European Parliament. Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council Amending Directives 2000/60/EC and 2008/105/EC as Regards Priority Substances in the Field of Water Policy. Procedure 2011/0429(COD).
• U.S. Environmental Protection Agency. Basic Information about the Unregulated Contaminant Monitoring Rule 3 (UCMR3). http://water.epa.gov/lawsregs/rulesregs/sdwa/ucmr/ucmr3/basicinformation.cfm#four.
• National Institutes of Health, National Institute on Aging. Hormones and Menopause: Tips from the National Institute on Aging. NIH Publication No. 09-7482, 2012.
• Mayo Clinic. Testosterone Therapy: Key to Male Vitality? www.mayoclinic.com/health/testosterone-therapy/MC00030.
• Shelby MK; Crouch DJ; Black DL; Robert TA; Heltsley R. Screening Indicators of Dehydroepiandosterone, Androstenedione, and Dihydrotestosterone Use: A Literature Review. J. Anal. Toxicol. 2011, 35(9):638–655.
• Wise A; O’Brien K; Woodruff T. Are Oral Contraceptives a Significant Contributor to the Estrogenicity of Drinking Water? Environ. Sci. Technol. 2011, 45(1):51–60.
• Silva CP; Otero M; Esteves V. Process for the Elimination of Estrogenic Steroids from Water: A Review. Environ. Pollut. 2012, 165:38–58.
• National Institute of Environmental Health Sciences. Endocrine Disruptors. www.niehs.nih.gov/health/topics/agents/endocrine/ (accessed Oct. 21, 2013).
• Smith GA; Zaffiro AD; Zimmerman ML; Munch DJ. Method 539: Determination of Hormones in Drinking Water by Solid Phase Extraction (SPE) and Liquid Chromatography Electrospray Ionization Tandem Mass Spectrometry (LC-ESI-MS/MS). US EPA Doc. No. 815-B-10-001, 2010.
• Thermo Fisher Scientific. Dionex SolEx Cartridges Product Manual. P/N 088175-02, 2013.
• Thermo Fisher Scientific. Dionex AutoTrace 280 SPE Instrument Operator’s Manual. Doc No. 065330, 2012.
• Snyder LR; Kirkland JJ; Dolan JW. Introduction to Modern Liquid Chromatography, 3rd ed.; Wiley and Sons: Hoboken, NJ, 2010.