Использование смартфона и хемометрического анализа для определения тетрациклинов в природной воде по сенсибилизированной твердофазной флуоресценции европия на его гидроксиде

Изучена возможность идентификации и определения антибиотиков тетрациклинового ряда (тетрациклина, доксициклина, окситетрациклина, демеклоциклина, метациклина и хлортетрациклина) в природных водах с использованием цифровой цветометрии по сенсибилизированной флуоресценции европия (III) на его гидроксиде. Установлено, что комплексы европия (III) с тетрациклинами в щелочной среде адсорбируются на гидроксиде европия с сохранением их флуоресцентных свойств. При облучении осадка монохроматическим ультрафиолетовым излучением наблюдается розовая флуоресценция. Измерение цветометрических параметров осадка в аддитивной системе RGB после его центрифугирования проводили с помощью смартфона. Использование хемометрического анализа позволяет сократить время определения и визуализировать данные исследования. Обработку массива данных проводили методами главных компонент, иерархического кластерного анализа и метода k-средних c применением программного обеспечения XLSTAT. Дополнительное привлечение хемометрических методов для обработки аналитического сигнала способствует увеличению достоверности идентификации аналитов. Используемые в работе подходы позволяют количественно оценить содержание антибиотиков в водных объектах. Градуировочные зависимости для определения тетрациклина с использованием методов главных компонент и k-средних имеют логарифмический вид и линейны в диапазонах определяемых содержаний — 0,005 – 0,1 мкг/мл (R²≥ 0,99). Предложена методика определения содержания антибиотиков тетрациклинового ряда в природных водах, которая отличается простотой и доступностью аппаратурного состава. Экологичность предполагает обязательность малым набором неорганических солей, пищевых добавок для концентрирования хелатных комплексов тетрациклинов с ионами европия (III) на его гидроксиде. Применение мобильных цифровых технологий (смартфонов) и современных программных продуктов для обработки данных высокой частоты экспресс-методологии. Апробация методики проведена с использованием пробы речной воды, ее правильность определения метода применения. Относительная погрешность результатов анализа не превышает 15 %.

1. Wang Y., Xu X. H., Han J., Yan Y. S. Separation/enrichment of trace tetracycline antibiotics in water by [Bmim]BF4– (NH4)2SO4 aqueous two-phase solvent sublation / Desalination. 2011. Vol. 266. P. 114 – 118. DOI:10.1016/j.desal.2010.08.010

2. Supharoek S., Ponhong K., Weerasuk B., et al. A new spectrophotometric method based on peroxidase enzymatic reaction to determine tetracycline in pharmaceutical and water samples / J. Iran. Chem. Soc. 2020. Vol. 17. P. 2385 – 2395. DOI:10.1007/s13738-020-01934-x

3. Гончарова Л. А., Кобылинская Н. Г., Диас-Гарсия М. Е., Зайцев В. Н. Твердофазно-люминесцентное определение тетрациклина в бутилированной воде с использованием химически модифицированных кремнеземов / Журн. аналит. химии. 2017. Т. 72. ¹ 7. С. 618 – 627. DOI:10.7868/S0044450217070064

4. Si X., Wang H., Wu T., Wang P. Novel methods for the rapid detection of trace tetracyclines based on the fluorescence behaviours of Maillard reaction fluorescent nanoparticles / RSC Adv. 2020. Vol. 10. P. 43256 – 43261. DOI:10.1039/d0ra05298a

5. Valverde R. S., Garcia M. D. G., Galera M. M., Goicoechea H. C. Determination of tetracyclines in surface water by partial least squares using multivariate calibration transfer to correct the effect of solid phase preconcentration in photochemically induced fluorescence signals / Anal. Chim. Acta. 2006. Vol. 562. P. 85 – 93. DOI:10.1016/j.aca.2006.01.035

6. Tu C., Dai Y., Xu K., et al. Determination of tetracycline in water and honey by iron(II, III)/aptamer-based magnetic solid-phase extraction with high-performance liquid chromatography analysis / Anal. Lett. 2019. Vol. 52. N 10. P. 1653 – 1669. DOI:10.1080/00032719.2018.1560458

7. Patyra E., Kowalczyk E., Kwiatek K. Screening method for the determination of selected tetracyclines in water by liquid chromatography with diode array detector / Bull. Vet. Inst. Pulawy. 2014. Vol. 58. P. 65 – 70. DOI:10.2478/bvip-2014-0010

8. Guo D. G., Ni L., Wang L., Shao L. Separation and determination of tetracycline hydrochloride in real water samples using binary small molecule alcohol-salt aqueous two-phase system coupled with high-performance liquid chromatography / Chirality. 2019. Vol. 31. N. 9. P. 658 – 668. DOI:10.1002/chir.23080

9. Tsai W. H., Huang T. C., Chen H. H., et al. Determination of tetracyclines in surface water and milk by the magnesium hydroxide coprecipitation method / J. Chromatogr. A. 2010. Vol. 1217. P. 415 – 418. DOI:10.1016/j.chroma.2009.12.006

10. Liu M., Li Y., Lin S., Dong X. Determination of tetracycline residues in lake water by on-line coupling of molecularly imprinted solidphase extraction with high performance liquid chromatography / Anal. Methods. 2014. Vol. 6. N 23. P. 9446 – 9452. DOI:10.1039/c4ay02009j

11. Patyra E., Kowalczyk E., Grelik A., et al. Screening method for the determination of tetracyclines and fluoroquinolones in animal drinking water by liquid chromatography with diode array detector / Pol. J. Vet. Sci. 2015. Vol. 18. N 2. P. 283 – 289. DOI:10.1515/pjvs-2015-0037

12. Da Silva D. C., Oliveira C. C. Development of micellar HPLC-UV method for determination of pharmaceuticals in water samples / J. Anal. Methods. Chem. 2018. Vol. 2018. ID 9143730. DOI:10.1155/2018/9143730

13. Granados M., Encabo M., Compano R., Prat M. D. Determination of tetracyclines in water samples using liquid chromatography with fluorimetric detection / Chromatographia. 2005. Vol. 61. N 9/10. P. 471 – 477. DOI:10.1365/s10337-005-0546-3

14. Skraskova K., Santos L. H. M. L. M., Satinsky D., et al. Fast and sensitive UHPLC methods with fluorescence and tandem mass spectrometry detection for the determination of tetracycline antibiotics in surface waters / J. Chromatogr. B. 2013. Vol. 927. P. 201 – 208. DOI:10.1016/j.jchromb.2012.12.032

15. Удалова А. Ю., Дмитриенко С. Г., Апяри В. В. Методы выделения, концентрирования и определения антибиотиков тетрациклиновой группы / Журн. аналит. химии. 2015. Т. 70. № 6. С. 577 – 593. DOI:10.7868/S0044450215060195

16. Амелин В. Г., Шаока З. А. Ч., Большаков Д. С. Использование смартфона для определения тетрациклинов в воде и молоке по сенсибилизированной твердофазной флуоресценции европия на его гидроксиде / Журн. аналит. химии. 2021. Т. 76. ¹ 10. С. 952 – 598. DOI:10.31857/S0044450221080028