Analýza léčiv v odpadních vodách - Přírodovědecká fakulta ...

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI
Fakulta přírodovědecká
Katedra analytické chemie
ANALÝZA LÉČIV V ODPADNÍCH VODÁCH
RIGORÓZNÍ PRÁCE
2012 Mgr. Lukáš Rozsypal

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI
Fakulta přírodovědecká
Katedra analytické chemie
ANALÝZA LÉČIV V ODPADNÍCH VODÁCH
RIGORÓZNÍ PRÁCE
Autor práce:
Studijní obor:
Mgr. Lukáš Rozsypal
Analytická chemie
Konzultant rigorózní práce:
Doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.
Olomouc 2012

SOUHRN
Předkládaná rigorózní práce se zabývá problematikou analýzy léčiv a účinnosti jejich
odstranění v procesu čištění komunálních odpadních vod. Rostoucí spotřeba léčiv a s tím
související rozvoj farmaceutického průmyslu způsobují, že běžně používané technologické
postupy pro čištění odpadních vod už nestačí dostatečně účinně odstranit nejenom metabolity,
ale i zbytky samotných účinných látek. Tohoto problému si je vědoma i část vodárenských
společností, a proto v současnosti už není tento druh analýz v západních zemích ničím
neobvyklým.
Na dvou větších čistírnách odpadních vod nacházejících se v krajských městech
Olomouc a Zlín byl sledován obsah deseti vybraných léčiv a kofeinu a účinnost jejich
odstranění. Jednotlivé medikamenty byly pečlivě vybírány na základě veřejně přístupných
údajů ze Státního ústavu pro kontrolu léčiv a také s ohledem na farmaceutické provozy, které
se nachází v okolí těchto dvou měst.
V odpadní vodě byl sledován výskyt ibuprofenu, moxastinu, naproxenu, ketoprofenu,
diklofenaku, karbarbamazepinu, bromhexinu, diazepamu, fenofibrátu, zolpidemu a kofeinu.
Tato léčiva byla nejprve extrahována z odpadní vody dichlormethanem, některá z nich
derivatizována diazomethanem a posléze byla analyzována metodou plynové chromatografie
s hmotnostní detekcí. K analýze byly odebírány vzorky odpadní vody z několika částí
technologie vodní linky. Zjištěné koncentrace se pohybovaly v rozmezí 2,10 až 27143,79 ng/l
a účinnost čištění byla mezi 37,34 až 100 %. Vypracovanou metodou je možné bezpečně
prokázat koncentrace od 1 ng/l (detekční limit).

SUMMARY
This rigorous thesis deals with the analysis of pharmaceuticals and their removal
efficiency in the process of purification of municipal wastewater. Increased consumption of
drugs and development of the pharmaceutical industry cause, that the normal procedures used
for wastewater treatment is not enough to effectively remove metabolites
and remains active substances. This problem is well aware some of the water companies
and therefore isn´t this kind of analysis currently no longer this unusual in the Western
countries.
In two largest sewage treatment plants located near towns Olomouc and Zlín was
studied ten selected pharmaceuticals and caffeine and their removal efficiency. Individual
medications have been carefully selected on the basis of publicly available data from the State
Institute for Drug Control and also with regard to pharmaceutical industry, which are located
around these two cities.
In the wastewater was monitored the presence of ibuprofen, moxastine, naproxen,
ketoprofen, diclofenac, carbamazepin, bromhexine, diazepam, fenofibrate, Zolpidem and
caffeine. These drugs were extracted first with dichloromethane from wastewater, some of
them derivatized with diazomethane and then analyzed by gas chromatography with mass
spectroscopy. For the analysis of wastewater were taken samples from several parts of the
technology of water lines. The concentrations ranged from 2.10 to 27143.79 ng/l and the
removal efficiency was between 37.34 to 100 %. The method can reliably prove 1 ng/l of
individual drug (detection limit).

Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně. Veškeré literární prameny
a informace, které jsem v práci využil, jsou v seznamu použité literatury.
Souhlasím s tím, že práce je prezenčně zpřístupněna v knihovně Katedry analytické
chemie, Přírodovědecké Fakulty, Univerzity Palackého v Olomouci.
V Olomouci dne .........................
……………………………..
Vlastnoruční podpis

Poděkování
Děkuji doc. RNDr. Petru Bartákovi, Ph.D. za vedení mé rigorózní práce, odbornou pomoc,
cenné rady a zkušenosti, které mi pomohly při jejím sepisování.
Dále bych chtěl poděkovat společnosti MORAVSKÁ VODÁRENSKÁ, a.s.
člen skupiny VEOLIA WATER za možnost odebírání vzorků odpadní vody z ČOV
v Olomouci a ve Zlíně, jmenovitě technologům čistíren paní Ing. Martě Urbánkové z ČOV
Olomouc a panu Ing. Štěpánu Satinovi z ČOV Zlín.

OBSAH
Strana
1 ÚVOD . . . . . . . . . . 1
2 TEORETICKÁ ČÁST . . . . . . . . 3
2.1 Léčiva . . . . . . . . . 3
2.1.1 Ibuprofen . . . . . . . . 3
2.1.2 Moxastin . . . . . . . . 6
2.1.3 Naproxen . . . . . . . . 7
2.1.4 Ketoprofen . . . . . . . . 9
2.1.5 Diklofenak . . . . . . . . 11
2.1.6 Karbamazepin . . . . . . . 13
2.1.7 Bromhexin . . . . . . . . 15
2.1.8 Diazepam . . . . . . . . 17
2.1.9 Fenofibrat . . . . . . . . 19
2.1.10 Zolpidem . . . . . . . . 20
2.2 Kofein . . . . . . . . . 23
2.3 Čištění odpadních vod . . . . . . . 26
2.3.1 Usazování . . . . . . . . 28
2.3.2 Biologické čištění odpadních vod . . . . . 29
2.3.3 Odstranění nutrientů . . . . . . . 33
2.4 Plynová chromatografie – hmotnostní spektrometrie . . . 37
2.4.1 Plynová chromatografie . . . . . . 37
2.4.2 Rozhraní GC-MS . . . . . . . 43
2.4.3 Hmotnostní spektrometrie . . . . . . 44
2.5 Environmentální analýza léčiv . . . . . . 55
3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST . . . . . . . 57
3.1 Chemikálie . . . . . . . . . 57
3.2 Přístroje a zařízení . . . . . . . . 58
3.3 Odběr vzorků . . . . . . . . 58
3.4 Pracovní postup . . . . . . . . 60
3.5 Analýza GC-MS . . . . . . . . 61

4 VÝSLEDKY A DISKUZE . . . . . . . 62
5 ZÁVĚR . . . . . . . . . . 73
6 LITERATURA . . . . . . . . . 74
7 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ . . . . 78
8 PŘÍLOHY . . . . . . . . . 80

1 ÚVOD
V poslední době je věnována stále rostoucí pozornost obsahu léčiv v přírodě.
Rezidua léčiv se stávají problematickou skupinou kontaminantů, které mohou negativně
působit nejen na životní prostředí, ale i na člověka. Nakolik jsou však opodstatněné tyto
varovné signály?
Podle dosud publikované odborné literatury se ukázalo, že nejvyšší koncentrace léčiv
se vyskytují v odpadních vodách, podstatně nižší množství se nacházejí v povrchových
vodách a nejnižší nebo prakticky neměřitelné jsou v podzemní a pitné vodě, což také
odpovídá logickému úsudku. Právě proto lze konstatovat, že obsah farmakologických látek
nemůže mít reálný dopad na lidské zdraví z hlediska akutní toxicity. Otázkou ovšem zůstává,
jaký vliv mají tyto koncentrace z hlediska chronické toxicity, která byla jednoznačně
prokázána u některých vodních živočichů [1-4].
Lze předpokládat, že určitý výskyt farmaceutik v přírodě byl již od počátku jejich
průmyslové výroby, tedy cca 50 – 100 let. V pitné vodě však byla léčiva obsažena zřídka.
Důvodem byl poměrně nízký podíl výroby pitné vody z povrchových zdrojů a relativně nízká
spotřeba léků. To se ale za několik posledních desetiletí změnilo. Spotřeba léčiv v rámci EU
stále stoupá. Denně jsou zužitkovány miliony balení desetitisíců druhů léčiv, která obsahují
kolem 300 různých účinných látek. Nejčastěji se jedná o antibiotika, antidepresiva, léčiva
pro diabetiky, hormonální antikoncepci, léčiva tlumící bolest či zánět, cytostatika, betablokátory
atd. Účinné látky těchto léčiv v lidském těle projdou metabolizmem. Část z nich je
však z těla ve stále aktivním stavu vyloučena. Častým jevem je i skutečnost, že řada lidí
likviduje léky, u nichž vypršela exspirace, spláchnutím do toalety nebo vyhozením
do odpadu. Podle britských výzkumů končí mezi odpadky až dvě třetiny prošlých léků
a do odpadní vody se dostane až jedna pětina. Další možnou formou znečištění vody léčivy
jsou průsaky ze špatně zabezpečených skládek. V menší míře v některých lokalitách může
ke znečištění dojít z odpadů či úniků při výrobě léků. Kromě humánních farmaceutik mohou
za dílčí znečištění zodpovídat rovněž léčiva aplikovaná hospodářským či domácím zvířatům
[1].
- 1 -

V rámci procesu čištění odpadních vod jsou látky obsažené v lécích odstraněny
pouze částečně, v některých případech vůbec ne. Tímto způsobem se farmaceutika dostávají
do povrchových a někdy i podzemních vod, z nichž některé mohou být zdrojem pitné vody
[1].
Poměr koncentrací léčiv na vstupu a výstupu z čistíren odpadních vod umožňuje
identifikovat farmaceutika, která jsou během čistícího procesu nedostatečně odstraněna.
Vzhledem k vlastnostem těchto látek nelze předpokládat, že k jejich odstranění dojde během
standardních procesů úpravy na čistírně odpadních vod (sedimentace, nitrifikace, denitrifikace
aj.). Mnohem účinnější je absorpce látek na aktivní uhlí a ozonizace, čehož se ale využívá
spíše na úpravnách vody nežli na ČOV. Ani tyto procesy však veškeré farmaceuticky aktivní
látky odstranit nedokáží [1].
Na přítomnost zbytků léčiv v surové vodě musí výrobce pitné vody reagovat
doplněním vhodného stupně technologie úpravy vody, pokud není k dispozici jiný zdroj
surové vody [1].
Protože se léčiva v přírodě nachází většinou ve složitých matricích a ve velmi
nízkých koncentracích, využívají se pro jejich analýzu zejména separační techniky ve spojení
s citlivou detekcí. Nejběžněji se pro tento typ analýz používá technika vysokoúčinné
kapalinové chromatografie s tandemovým hmotnostním spektrometrem (HPLC-MS/MS),
která umožňuje detekovat účinné látky až do úrovně desetin ng/l. V praxi se využívá, ale i
metoda plynové chromatografie s hmotnostním spektrometrem (GC-MS), která je vhodná
spíše pro analýzu menších molekul účinných látek. Technika GC-MS detekuje menší
molekuly s větší citlivostí než HPLC-MS nebo HPLC-MS/MS. Oproti HPLC-MS je však
často nutné v GC-MS hledaný analyt převést na těkavý derivát vhodným derivatizačním
činidlem, které se volí podle charakteru analyzovaných látek. Předtím než je zkoumaný
vzorek podroben derivatizaci a samotné analýze, je však bezpodmínečně nutné jej
prekoncentrovat tak, abychom jej zbavili matricových komponent. K tomuto účelu se
nejčastěji využívá extrakce kapalinou nebo tuhou fází, eventuelně mikroextrakce [5-7].
Výsledkem této práce je zavedení analytické techniky, pomocí které je možné
detekovat velmi nízké koncentrace vybraných léčiv i ve vzorcích značně znečištěných
odpadních vod.
- 2 -

2 TEORETICKÁ ČÁST
2.1 LÉČIVA
2.1.1 IBUPROFEN
strukturní vzorec
systematický název
2-[4-(2-methylpropyl)fenyl]propanová kyselina
sumární vzorec C 13 H 18 O 2
molekulová hmotnost
206,280 g/mol
teplota tání 76 ºC
pK a 4,91
Tab. 1 – Vlastnosti ibuprofenu [8-9]
Ibuprofen je derivát kyseliny propionové. Jedná se o nesteroidní antirevmatikum
s dobrým analgetickým, protizánětlivým a antipyretickým účinkem. V nižších dávkách působí
analgeticky a ve vyšších protizánětlivě. Protizánětlivý účinek ibuprofenu je způsoben inhibicí
cyklooxygenázy s následnou inhibicí biosyntézy prostaglandinů. Zánět je zmírňován snížením
uvolňování mediátorů zánětu z granulocytů, bazofilů a žírných buněk [8, 10-14].
Po perorálním podání se ibuprofen rychle a dobře vstřebává a vrcholu plazmatické
koncentrace při podání nalačno dosahuje již za 45 minut, kdežto při podání s jídlem nebo
po rektální aplikaci se vstřebává daleko pomaleji. Ibuprofen se váže na plazmatické proteiny,
ale jeho vazba je reverzibilní. Poměrně rychle je metabolizován v játrech
a vylučován močí hlavně ve formě metabolitů a jejich konjugátů (viz. Obr. 1 a 2), menší část
je vylučována žlučí do stolice. Exkrece ibuprofenu je ukončena za 24 hodiny po podání
poslední dávky [8, 10-14].
- 3 -

Obr. 1 – Metabolická inverze ibuprofenu [13]
Obr. 2 – Metabolizace ibuprofenu [14]
Přibližně 58 % podané dávky ibuprofenu je z těla eliminováno jako
2-hydroxyibuprofen a karboxyibuprofen příp. jako jejich konjugáty s kyselinou
glukuronovou. Zanedbatelné množství pak tvoří metabolity 1-hydroxyibuprofen a
3-hydroxyibuprofen. Tzn., že okolo 40 % ibuprofenu je z těla vyloučeno v původním
nezměněném stavu [14].
- 4 -

V případě, že se zabýváme analýzou pouze samotných léčiv a nikoliv jejich
metabolitů, znamená to, že původní množství ibuprofenu, které se dostává do odpadní vody,
je více než 2x tak vyšší než naměřené hodnoty.
Ibuprofen je hlavně používán k symptomatické léčbě zánětlivých a degenerativních
kloubních chorob, mimokloubního revmatizmu a chorob páteře. Jako analgetikumantipyretikum
je mj. využíván při horečnatých stavech a zánětlivých onemocněních horních
cest dýchacích, dále při migréně, bolestech po operaci, bolestech zubů a bolestivé menstruaci
[8, 10-14].
Existují dvě základní cesty pro přípravu ibuprofenu a u obou se jako výchozí látka
využívá izobutylbenzen [8]. První metoda je starší a k syntéze ibuprofenu ji využil i Stewart
Adams v roce 1960. Skládá se ze šesti kroků (Obr. 3).
Obr. 3 – Výroba ibuprofenu (postup I) [8]
V roce 1997 byla pro přípravu ibuprofenu vyvinuta nová metoda, která je rychlejší
a skládá se pouze ze tří kroků (Obr. 4).
Obr. 4 – Výroba ibuprofenu (postup II) [8]
- 5 -

2.1.2 MOXASTIN
strukturní vzorec
systematický název
sumární vzorec
molekulová hmotnost
2-[1,1-di(fenyl)ethoxy]-N,N-dimethylethylamin
C 18 H 23 NO
269,381 g/mol
Tab. 2 – Vlastnosti moxastinu [9, 15]
Moxastin teoklát je molekulární komplex moxastinu [2-(1,1-difenylethoxy)-N,Ndimethylethylamin)]
s 8-chlorteofylinem, který má výrazně antiemetický účinek, který je
způsoben přímým snížením dráždivosti centra pro zvracení v prodloužené míše na podněty
ze spouštěcí zóny a také snížením vnímavosti organizmu vůči podnětům, které u citlivých lidí
vyvolávají akutní poruchy vegetativních funkcí projevující se nauzeou a zvracením. Aby se
omezily sedativní až hypnotické účinky moxastinu, bývá společně s ním v léčivu obsažen
kofein, který jako psychostimulans a inhibitor fosfodiesterázy mírní tyto nepříznivé vedlejší
účinky (viz. kapitola 2.2) [10-11, 15-16].
Moxastin teoklát se podobně jako ostatní antihistaminika relativně rychle absorbuje a
distribuuje do tkání. Účinek moxastin teoklátu nastupuje relativně rychle během 10 až 15
minut. Moxastin se distribuuje do celého organizmu a přechází přes všechny bariéry.
Metabolizuje se v játrech mikrozomálním enzymatickým systémem a vylučuje se močí
[10-11, 15-16].
Léčivo se využívá při profylaxi a léčbě kinetóz (nevolnost při jízdě automobilem,
letadlem, vlakem apod.). Moxastin se aplikuje také při terapii vertiga, nauzey a vomitu
při vestibulárních poruchách. Antivertiginózní účinek se využívá při léčbě Meniérovy
choroby [10-11, 15-16].
- 6 -

2.1.3 NAPROXEN
strukturní vzorec
systematický název
2-(6-methoxynaftalen-2-yl)propanová kyselina
sumární vzorec C 14 H 14 O 3
molekulová hmotnost
230,259 g/mol
teplota tání 153 ºC
pK a 4,15
Tab. 3 – Vlastnosti naproxenu [9, 17]
Sodná sůl naproxenu je analgetikum, které nemá narkotické účinky. Působí
protizánětlivě, analgeticky a antipyreticky. Hlavním mechanizmem působení je inhibice
cyklooxygenázy, enzymu, který se podílí na tvorbě prostaglandinů. Výsledkem je snížená
hladina prostaglandinů v různých tělních tekutinách a tkáních, včetně synoviální tekutiny,
žaludeční mukózy, moči a krve [10-11, 17-19].
Naproxen může, stejně jako ostatní nesteroidní antirevmatika, způsobovat
mikrokrvácení v gastrointestinálním traktu a gastrointestinální léze, které je možno potvrdit
endoskopicky. V klinické praxi se ukázalo, že naproxen je lépe tolerován než kyselina
acetylsalicylová a indometacin, zatímco mezi snášenlivostí naproxenu a ostatních
nesteroidních antirevmatik nebyl pozorován významný rozdíl [10-11, 17-19].
Po perorálním podání se sodná sůl naproxenu velmi rychle rozpouští a je rychle
a úplně vstřebána z gastrointestinálního traktu. Maximální koncentrace v plazmě je dosaženo
po 1 až 2 hodinách, zatímco u samotného naproxenu po 2 až 4 hodinách v závislosti na jídle.
Ačkoliv jídlo zpomaluje absorpci, nezmenšuje její rozsah. Po opakované perorální dávce je
ustáleného stavu dosaženo po 4 až 5 dávkách, tj. za 2 až 3 dny. Koncentrace naproxenu
v plazmě roste lineárně se vzrůstající dávkou až do 500 mg, pak už se mění jen málo. Tento
jev není důsledkem snížení absorpce, ale zvýšené renální clearance vůči saturovaným
vazebným bílkovinám. Naproxen se silně váže na plazmatické bílkoviny (z 99 %).
Zhruba 70 % léčivé látky je vyloučeno v nemetabolizovaném stavu (10 %
v nezměněné formě a 60 % vázáno na kyselinu glukuronovou a její konjugáty). Zbylé léčivo
- 7 -

(30 %) je metabolizováno na neúčinný 6-desmethyl-naproxen (viz. Obr. 5). Asi 95 %
naproxenu je eliminováno močí a 5 % stolicí [10-11, 17-19].
Obr. 5 – Metabolizace naproxenu [19]
Vzhledem k tomu, že přibližně 30 % podaného naproxenu je vylučováno ve formě
neúčinného 6-desmethyl-naproxenu a jeho konjugátů, není z praktického hlediska vhodné
sledovat množství tohoto metabolitu. Mnohem výhodnější je monitorování koncentrací
samotného naproxenu, který se velmi těžce odbourává a je toxický pro další vodní organismy
[4, 19].
Přípravek je indikován především k léčbě bolesti v následujících případech [10-11]:
• bolest hlavy
• bolest zubů, včetně bolesti po extrakci zubů
• bolest zad
• bolest po chirurgických výkonech a po úrazech (např. podvrtnutí kloubů, natažení
svalů)
• bolest svalů a kloubů spojená s chřipkovými onemocněními
• menstruační bolest, bolest po zavedení nitroděložního tělíska a jiné bolestivé stavy
v gynekologii
• prevence a léčba migrény
- 8 -

• jako doplňková léčba k utlumení bolesti, zánětu a horečky u infekčních onemocnění
v ORL
• bolest při chronických zánětlivých a degenerativních revmatických onemocněních
(revmatoidní artritida, juvenilní idiopatická artritida, ankylozující spondylitida, artróza
a dna)
Průmyslová výroba naproxenu se skládá z pěti kroků a jako výchozí látka se používá
2-naftol (Obr. 6) [17].
Obr. 6 – Výroba naproxenu [17]
2.1.4 KETOPROFEN
strukturní vzorec
systematický název
2-(3-benzoylfenyl)propanová kyselina
sumární vzorec C 16 H 14 O 3
molekulová hmotnost
254,281 g/mol
teplota tání 94 ºC
pK a 4,45
Tab. 4 – Vlastnosti ketoprofenu [9, 20]
- 9 -

Ketoprofen je nesteroidní antiflogistikum s analgetickými a antipyretickými účinky.
Antiflogistické, analgetické a antipyretické vlastnosti ketoprofenu byly prokázány
standardními animálními studiemi a hodnocením in vitro. Protizánětlivý účinek ketoprofenu
je dán inhibičními účinky na syntézu prostaglandinů a leukotrienů, a to inhibicí enzymů
cyklooxygenázy a v menší míře lipooxygenázy. Ketoprofen má antibradykininovou aktivitu
a stabilizuje lysozomální membrány [10-11, 20-22].
Ketoprofen se rychle vstřebává z gastrointestinálního traktu. Po perorálním podání
100 mg ketoprofenu je dosaženo vrcholových plazmatických koncentrací za 1,22 hodiny
od podání. Biologická dostupnost ketoprofenu po p. o. podání je 90 % a stoupá lineárně
s velikostí podávané dávky. Ketoprofen je racemická směs; farmakokinetika obou
enantiomerů je podobná. Ketoprofen se váže z více než 90 % na plazmatické proteiny,
zejména na albuminovou frakci. Ketoprofen proniká do synoviální tekutiny [10-11, 20-22].
Ketoprofen se metabolizuje (viz. Obr. 7) extenzivně v játrech, primárně pomocí
mikrozomálních enzymů. Váže se na kyselinu glukuronovou a v této podobě je z těla
vylučován. Vzhledem k intenzivnímu metabolizmu ketoprofenu je biologický poločas
2 hodiny. Močí se vylučuje přibližně 70 – 80% ketoprofenu, především (více než 90%) jako
glukuronidový metabolit. Asi 10 % podané dávky se vyloučí stolicí. U nemocných jedinců se
eliminace látky z těla zpomaluje a biologický poločas se prodlužuje a může dojít až
ke kumulaci ketoprofenu ve tkáních [10-11, 20-22].
Obr. 7 – Metabolizace ketoprofenu [22]
- 10 -

Ketoprofen je určen k symptomatické léčbě zánětlivých, degenerativních
a metabolických revmatických onemocnění a ke zmírnění některých akutních i chronických
bolestivých syndromů. Přípravek se používá v následujících případech [10-11, 20-22]:
• revmatoidní artritida
• seronegativní spondylartritida (ankylozující spondylitida, psoriatická a reaktivní
artritida)
• dna, pseudodna
• artrózy
• extraartikulární revmatizmus (tendinitida, bursitida, kapsulitida ramene apod.)
• pooperační bolesti
• primární dysmenorrhoea
• bolesti skeletu u nádorových metastáz
• poúrazové bolesti
2.1.5 DIKLOFENAK
strukturní vzorec
systematický název
2-[2-(2,6-dichlorofenylamino)fenyl]octová kyselina
sumární vzorec C 14 H 11 Cl 2 N O 2
molekulová hmotnost
296,148 g/mol
teplota tání 284 ºC
Tab. 5 – Vlastnosti diklofenaku [9, 23]
Diklofenak patří mezi nesteroidní antiflogistika. Na zvířecím modelu byl prokázán
protizánětlivý účinek inhibicí syntézy prostaglandinů. U člověka diklofenak snižuje bolest,
- 11 -

zmenšuje otoky a snižuje horečku vzhledem k protizánětlivému působení. Navíc diklofenak
inhibuje ADP a kolagenem indukovanou agregaci krevních destiček [10-11, 23-26].
Po perorálním podání se diklofenak kompletně absorbuje z gastrointestinálního
traktu distálně od žaludku. Přibližně 30 % dávky je vyloučeno v metabolizované formě stolicí.
Přibližně 70 % je eliminováno ledvinami jako farmakologicky inaktivní metabolity (viz. Obr.
8) po té, co prošly jaterním metabolizmem (hydroxylace a konjugace). Eliminační poločas je
přibližně 2 hodiny a z velké části je nezávislý na jaterních a renálních funkcích. Vazba
na plazmatické bílkoviny je 99 % [10-11, 23-26].
Obr. 8 – Metabolizace diklofenaku [24]
Diklofenak se používá k symptomatické léčbě bolesti a zánětu při [10-11, 23-26]:
• akutní artritidě (včetně akutních ataků dny)
- 12 -

• chronické artritidě, zvláště revmatoidní artritidě
• ankylosující spondylitidě (Bechtěrevova choroba) a dalších spondylartritidách
• bolestivých stavech vyvolaných degenerativním onemocněním kloubů a páteře
(osteoartróza a spondylartróza)
• revmatizmu měkkých tkání (mimokloubní revmatismus)
• bolestivých otocích nebo zánětech po úrazech
2.1.6 KARBAMAZEPIN
strukturní vzorec
systematický název 5H-dibenzo[b,f]azepin-5-karboxamid
sumární vzorec
C 15 H 12 N 2 O
molekulová hmotnost
236,269 g/mol
teplota tání 190,2 ºC
Tab. 6 – Vlastnosti karbamazepinu [9, 27]
Karbamazepin je tricyklické antiepileptikum snižující aktivitu modulačních systémů
(thalamo-kortikálního a diencefalo-temporálního) v mozku. Karbamazepin má antiepileptický
a psychotropní účinek, protože ovlivňuje amygdalo-hippokampový systém [10-11, 27-29].
Karbamazepin se po perorálním podání resorbuje prakticky kompletně, ale relativně
pomalu, protože maximální stabilní plazmatické koncentrace může být dosaženo až za dobu
35 hodin. V plazmě se karbamazepin váže na proteiny u dospělých ze 70 – 80 % a u dětí
z 55 – 59 %. Jeho farmakologicky aktivní metabolit karbamazepin-10,11-epoxid se váže
na proteiny ze 48 – 53 %. Dosud je známo 7 metabolitů karbamazepinu, z toho karbamazepin-
10,11-epoxid má také antikonvulzivní účinek (uvolňuje křečové stavy). Močí se vylučuje
70 % metabolitů karbamazepinu a zbytek střevním traktem [10-11, 27-29].
Karbamazepin se váže na adenosinové receptory, přičemž přesný význam toho
zjištění je v současnosti stále předmětem výzkumu. Karbamazepin také inhibuje vychytávání i
- 13 -

uvolňování noradrenalinu v mozkových synaptosomech, ale neovlivňuje vychytávání GABA
v mozkových řízcích. Metabolismus karbamazepinu je podobný metabolismu oxkarmazepinu,
který se rovněž používá pro léčbu epilepsie. Obě tyto látky metabolizují na stejný metabolit
dihydroxykarbazepin (viz. Obr. 9) [10].
Obr. 9 – Metabolizace karbamazepinu a oxkarbazepinu [10]
Karbamazepin se používá k léčbě epileptických záchvatů, ale i neepileptických
záchvatových stavů (tonických záchvatů, záchvatových poruch řeči a chůze apod.). Využívá
se ale i k léčbě bolestivých stavů při poškození periferních nervů následkem diabetu
(diabetická neuropatie) a jiných metabolických neuropatií [10-11, 27-29].
Karbamazepin se dodnes vyrábí způsobem, který byl patentován v roce 1960 v USA
Waltrem Schindlerem (viz. Obr. 10).
- 14 -

Obr. 10 – Výroba karbamazepinu [27]
2.1.7 BROMHEXIN
strukturní vzorec
systematický název
2,4-dibromo-6-{[cyklohexyl(methyl)amino]methyl}anilin
sumární vzorec C 14 H 20 Br 2 N 2
molekulová hmotnost
376,130 g/mol
teplota tání 238 ºC
Tab. 7 – Vlastnosti bromhexinu [9, 30]
Bromhexin je syntetický derivát vasicinu, který se přirozeně vyskytuje v některých
rostlinách. Má sekretolytický a sekretomotorický účinek na bronchiální trakt. U zvířat
po podání dochází ke zvýšené sekreci serosního bronchiálního mukusu. Vzhledem k redukci
viskozity sekretu a aktivaci ciliárních buněk bronchiálního epitelu dochází k urychlenému
odstraňování sekretu z dýchacích cest [10-11, 30-32].
Po perorálním podání se bromhexin prakticky kompletně absorbuje přibližně
za 0,4 hodiny. Při průchodu játry se metabolizuje přibližně 80 % podané dávky na aktivní
metabolity. Vazba na bílkoviny krevní plazmy dosahuje 99 %. Vylučování je převážně renální
- 15 -

ve formě metabolitů vytvářených v játrech (viz. Obr. 11). Za fyziologických podmínek může
bromhexin vytvářet v žaludku nitroso-sloučeniny [10-11, 30-32].
(E)-4-hydroxydemethylbromhexin
(Z)-4-hydroxydemethylbromhexin
(E)-3-hydroxydemethylbromhexin
(Z)-3-hydroxydemethylbromhexin
2-hydroxydemethylbromhexin
Obr. 11 – Metabolity bromhexinu [32]
Bromhexin se používá při sekretolytické terapii při všech bronchopulmonálních
onemocněních, kde dochází k poruchám tvorby a transportu hlenu [10-11, 31].
- 16 -

2.1.8 DIAZEPAM
strukturní vzorec
systematický název 7-chlor-1,3-dihydro-1-methyl-5-fenyl-1,4-benzodiazepin-2-on
sumární vzorec
C 16 H 13 Cl N 2 O
molekulová hmotnost
284,7 g/mol
teplota tání 132 ºC
Tab. 8 – Vlastnosti diazepamu [9, 33]
Diazepam je intenzívně působící anxiolytikum se sedativním, antikonvulzivním
a myorelaxačním účinkem, určené především na krátkodobou léčbu akutních stavů.
Terapeutický účinek se zakládá na ovlivnění limbického systému, thalamu a hypothalamu.
Nemá výrazný vliv na periferní vegetativní systém. Diazepam jako jiné benzodiazepiny
zvyšuje práh pro vznik křečí. Diazepam se váže na specifické benzodiazepinové receptory
v různých oblastech mozku a zesiluje inhibiční účinky kyseliny gama-aminomáselné (GABA)
na chloridový kanál, čímž zvyšuje inhibici synoptické transmise zprostředkovanou
přes GABA [10-11, 33-35].
Diazepam se rychle vstřebává ze zažívacího traktu a maximální koncentraci v plazmě
dosahuje za 0,5 – 2 hodiny, přičemž se vysoké procento váže s proteiny krevní plazmy (98 –
99 %). Jeho biotransformací v játrech vzniká několik aktivních metabolitů s různým
biologickým poločasem (hlavním aktivním metabolitem je desmethyldiazepam –
nordazepam). Průměrný poločas diazepamu v plazmě je 30 hodin. Diazepam se lehce
rozpouští v tukové tkáni, přechází hematoencefalickou bariérou a je poměrně rychle
redistribuován do tukové tkáně. Asi 10 % se vylučuje stolicí, ostatní močí, převážně ve formě
metabolitů – viz. Obr. 12 [10-11, 33-35].
- 17 -

Obr. 12 – Metabolizace diazepamu [36]
Diazepam se užívá při úzkosti, napětí, panickém strachu, fobiích, obscesích,
emočních tenzích a neklidu u neuróz (psychoneuróz, orgánových neuróz), psychosomatických
onemocněních a psychopatiích – vždycky jen tehdy, když je příčina těchto stavů přechodná a
předem je zřejmé, že nebude nutné aplikaci poskytovat déle než 4 – 5 týdnů. Rovněž se užívá
při svalové elasticitě a při léčbě abstinenčního syndromu u alkoholiků. Indikován bývá také
na počátku hospitalizace u osob, které trpí problémy s adaptací a v rámci předoperační
přípravy. Diazepam lze podávat i dlouhodobě například při léčbě epilepsie [10-11, 33-35].
- 18 -

2.1.9 FENOFIBRAT
strukturní vzorec
systematický název
propan-2-yl-2-{4-[(4-chlorfenyl)karbonyl]fenoxy}-2-methylpropanoát
sumární vzorec C 20 H 21 Cl O 4
molekulová hmotnost
360,831 g/mol
teplota tání 80,5 ºC
Tab. 9 – Vlastnosti fenofibrátu [9, 37]
Fenofibrát je derivát kyseliny fíbrové, který slouží k úpravě hladiny lipidů u lidí.
Jeho účinky jsou zprostředkovány aktivací receptoru typu alfa aktivovaného peroxizomovým
proliferátorem (PPARα). Prostřednictvím aktivace PPARα zvyšuje fenofibrát lipolýzu
a eliminaci aterogenních částic bohatých na triglyceridy z plazmy aktivací lipoprotein-lipázy
a snížením tvorby apoproteinu CIII. Aktivace PPARα také vyvolává zvýšení syntézy
apoproteinů AI a AII. Zmíněné účinky fenofibrátu na lipoproteiny vedou ke snížení frakcí
o velmi nízké a nízké hustotě (VLDL a LDL) obsahujících apoprotein B a ke zvýšení frakce
o vysoké hustotě (HDL) obsahující apoprotein AI a AII. Během klinických studií
s fenofibrátem se celkový cholesterol u člověka snížil o 20 – 25 %, triglyceridy o 40 – 55 % a
HDL cholesterol se zvýšil o 10 – 30 % [10-11, 37-39].
Maximální plazmatické koncentrace (C max ) nastupují za 4 – 5 hodin po perorálním
podání. Plazmatické koncentrace jsou stabilní během kontinuální léčby u všech jedinců.
Absorpce fenofibrátu je zvýšena, pokud se podává při jídle. Lék se vylučuje hlavně močí (asi
60 %) ale i stolicí (asi 25 %). Prakticky všechen lék je eliminován z organizmu během 6 dní.
Fenofibrát se vylučuje hlavně ve formě kyseliny fenofibrové a jejího glukuronidového
- 19 -

konjugátu. Kinetické studie po podání jednorázové dávky a po kontinuální léčbě prokázaly, že
se léčivo nekumuluje. Kyselina fenofibrová se neeliminuje hemodialýzou [10-11, 37-39].
Fenofibrát je indikován jako doplněk k dietě a ostatním nefarmakologickým
metodám (např. cvičení, redukce hmotnosti) při léčbě [37-38]:
• těžké hypertriglyceridémie s nízkými hladinami, nebo bez, HDL cholesterolu
• smíšené hyperlipidémie u pacientů, u kterých je použití statinů kontraindikováno nebo
nejsou tolerovány
2.1.10 ZOLPIDEM
strukturní vzorec
systematický název
N,N-dimethyl-2-(6-methyl-2-p-tolylimidazo[1,2-a]pyridin-3-yl)
acetamid
sumární vzorec
C 19 H 21 N 3 O
molekulová hmotnost
307,395 g/mol
teplota tání 196 ºC
pK a 6,20
Tab. 10 – Vlastnosti zolpidemu [9, 40]
Zolpidem je imidazopyridinové hypnotikum, antagonista GABA receptoru selektivní
pro omega-1 podjednotku tohoto receptoru, také známé jako benzodiazepinová-1
podjednotka. Zatímco benzodiazepiny se váží neselektivně na všechny tři podjednotky omega
receptoru, zolpidem se přednostně váže na omega-1 podjednotku. Tento receptor
zprostředkovává změnu kanálu pro chloridové anionty a vyvolává tak specifický sedativní
účinek zolpidemu. Účinek lze zvrátit benzodiazepinovým antagonistou flumazenilem
[10-11, 40-43].
U zvířat: selektivní vazba zolpidemu na omega-1 podjednotku může vysvětlit úplnou
absenci myorelaxačního a antikonvulzivního účinku zolpidemu v hypnotických dávkách,
- 20 -

ke kterému normálně dochází po podání benzodiazepinů neselektivních pro omega-1
podjednotku [40-41].
U lidí: Zolpidem zkracuje spánkovou latenci a počet probuzení, prodlužuje délku
spánku a zlepšuje jeho kvalitu. Tyto účinky jsou doprovázeny typickým EEG nálezem,
odlišným od benzodiazepinů. Ve studiích, které sledovaly relativní trvání jednotlivých fází
spánku, bylo potvrzeno, že zolpidem zachovává spánkovou architekturu. V doporučených
dávkách nemá zolpidem vliv na trvání paradoxního spánku (REM). Zachování hlubokého
spánku může být vysvětleno selektivní vazbou zolpidemu na omega-1 receptory. Všechny
zjištěné účinky zolpidemu jsou reverzibilní při použití antagonisty benzodiazepinu
flumazenilu [40-41].
Zolpidem se váže na plazmatické bílkoviny asi z 92 %. Zolpidem se metabolizuje
několika enzymy CYP 450, hlavně však cestou CYP3A4. Poločas vylučování je 0,8 – 3,2
hodiny. Zolpidem se vylučuje ve formě neaktivních metabolitů (viz. Obr. 13) močí (56 %) a
stolicí (29 – 42 %) [41].
Obr. 13 – Metabolizace zolpidemu [44]
- 21 -

Zolpidem bývá indikován ke krátkodobé léčbě nespavosti hlavně tam, kde nespavost
zneschopňuje nebo vede k těžkému stresu nemocného. Stejně jako u ostatních hypnotik se
nedoporučuje dlouhodobé podávání a doba léčby by měla být co nejkratší [40-41].
Výchozí látkou pro průmyslovou syntézu zolpidemu je methylacetofenon
(viz. Obr. 14) [45].
Obr. 14 – Výroba zolpidemu [45]
- 22 -

2.2 KOFEIN
strukturní vzorec
systematický název
3,7-dihydro-1,3,7-trimethyl-1-purin-2,6-dion
sumární vzorec C 8 H 10 N 4 O 2
molekulová hmotnost
194,19 g/mol
teplota tání 238 ºC
pK a 10,4
Tab. 11 – Vlastnosti kofeinu [9, 46]
Kofein je hořká, bílá krystalická látka – xanthinový alkaloid, který je zároveň
psychoaktivní stimulační drogou. Kofein byl objeven německým chemikem Ferdinandem
Rungem v roce 1819 [46].
Purinový derivát kofein se vyskytuje v listech, semenech a plodech alespoň 63
rostlin, z nichž nejznámější jsou kávová zrna (Coffea arabica), kakaové boby (Theobroma
cocao), cola ořechy (Cola acuminata), čajové lístky (Camellia thea), lístky maté (Ilex
paragueyensis) a guarana (Paullinia cupana). Čaj obsahuje ještě dva další alkaloidy theofylin
a theobromin. Kofein se přidává do nealkoholických nápojů jako Coca-Cola, Kofola aj. [46].
Kofein se vstřebává ze žaludku a tenkého střeva. Z kávy se vstřebává po několika
minutách po požití. U čaje je to až po 40 minutách, protože obsahuje jiné alkaloidy, které
vstřebávání kofeinu oddalují. Proto je čaj zdravější. Kofein je v těle nejprve demethylován
v dimethylxanthin, pak v monomethylxanthin, které se dále štěpí v kyselinu močovou, a tak
se vylučují. Opouští tělo asi 5 až 6 hodin po požití [46].
Při pravidelné aplikaci kofeinu se stane tělo na kofein rezistentní a může na něm
vzniknout závislost. Kofein neurychluje vystřízlivění a nemění osobnost ani charakter
člověka. Citlivost dětí na kofein se neliší od citlivosti dospělých [46].
Nervový systém – Příznivě stimuluje centrální nervový systém. Tím oddaluje únavu (zvláště
duševní), zbystřuje myšlení, zlepšuje koncentraci a způsobuje jistou euforii. Zejména u osob
přecitlivělých může mít kofein vedle stimulace nervové soustavy i účinky opačné a stimulace
nervové soustavy je zřejmě vždy doprovázena i přehlušena rušivým účinkem kofeinu [46].
- 23 -

Srdce a dýchání – Zrychluje tep, uvolňuje hladké svalstvo, rozšiřuje tepny a stimuluje
oběhový a respirační systém (srdce a dýchání), a proto pomáhá lidem postiženým astmatem.
Zvyšuje obsah mastných kyselin v oběhovém systému, kvůli čemuž byl po léta používán
sportovci. Tyto účinky mohou trvat od několika hodin až do dvanácti hodin, ale již po čtyřech
letech pravidelného užívání se tělo stane vůči kofeinu rezistentním. Na druhou stranu kofein
zvyšuje riziko výskytu onemocnění srdce u osob, jejichž průměrná denní spotřeba přesahuje
pět šálků kávy. Kvůli zvýšené srdeční aktivitě může kofein v krajním případě přivodit infarkt
nebo problémy s ledvinami, protože se jedná o diuretikum. Některé studie uvádí, že kofein
přechodně zvyšuje krevní tlak, dokud se na něj v organismu nevytvoří tolerance, potom se
krevní tlak vrací k výchozím hodnotám. Bylo zjištěno, že tento jev ustupuje u zdravých lidí
po třech dnech pravidelné konzumace kávy (3 šálky denně). U lidí s hypertenzí tlak nekolísá
již po dvou dnech. Odborníci tvrdí, že při přiměřeném příjmu kofeinu (do pěti šálků kávy
denně) se nezvyšuje riziko hypertenze. Jiné je to v případě, když je člověk ve stresu a pije
kávu, aby se uklidnil. Kofein násobí negativní účinky stresu na oběhovou soustavu. Není
dostatečně prokázáno, že kofein způsobuje výraznou srdeční arytmii [46].
Odbourávání tuku – Tím, že kofein stresuje tělo působením na jeho adenosinové receptory
nervového systému, dochází k dočasnému zvýšení metabolismu a odbourávání tuků, kvůli
němuž se kofein často propaguje. Tento účinek však není trvalý a je na „dluh“ – po několika
dnech užívání kofeinu díky adaptaci počtu adenosinových receptorů na postsynaptické
membráně vyprchá a po vysazení kofeinu se musí „splácet“ stejnou nebo delší dobou zvýšené
únavy, pocitu hladu a sníženého metabolismu. Kofein dočasně přispívá k mobilizaci tukových
zásob a způsobuje, že pracující sval tuk využije jako zdroj energie. To odsouvá vyčerpání
zásob glykogenu a prodlužuje dobu, kterou je možno věnovat tréninku nebo požadovanému
výkonu. Bohužel tento účinek není trvalý, po několika dnech vyprchá a po vysazení kofeinu
se musí „splácet i s úroky“ [46].
Kofein, který je např. i součástí komerčního přípravku Kinedryl pro léčbu kinetóz, se
rychle absorbuje z gastrointestinálního traktu, rozsáhle se distribuuje v organizmu, rychle
vstupuje do CNS a do slin. Prostupuje přes placentární a hematoencefalickou bariéru. Váže se
z 25 – 35 % na plazmatické bílkoviny. Biotransformuje se v játrech (80 %) a močí se vylučuje
řada metabolitů (asi 4 % ve formě theofylinu) – viz. Obr. 15. 1 % se vylučuje ve formě
nezměněné látky. Biologický poločas eliminace kofeinu je 3 – 7 hodin [16].
- 24 -

Obr. 15 – Metabolizace kofeinu [47]
Asi 84 % podaného kofeinu se z lidského organismu eliminuje jako paraxanthin.
V případě, že bychom kvantifikovali v odpadní vodě nejenom původní kofein ale i jeho
hlavní metabolit praxanthin, bylo by možné přibližně určit, jaké množství kofeinu se
do odpadní vody dostává vlivem jeho metabolizace a jaké vlivem jeho likvidace spláchnutím
do toalety.
- 25 -

2.3 ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD
Odpadní voda
Odpadní vodou je jakákoliv voda, která po použití změnila své vlastnosti – fyzikální
(teplota,…), chemické (pH,…), fyzikálně-chemické (vodivost, …), zejména pokud tyto
vlastnosti mohou ovlivnit jakost povrchových nebo podzemních vod [48-50].
Podle svého původu se odpadní vody rozdělují na vody [48-50]:
a) Splaškové
Odpadní vody vypouštěné do veřejné kanalizace z bytů a obytných domů. Patří k nim
i odpadní vody z městské vybavenosti (školy, restaurace, hotely…) mající podobný
charakter jako odpadní vody od obyvatel.
b) Průmyslové
Jsou to odpadní vody vypouštěné do veřejné kanalizace z průmyslových závodů
a výroben, příp. předčištěné v závodě, tj. zbavené toxických a pro provoz veřejné
kanalizace a čistírny odpadních vod (ČOV) jinak škodlivých látek. Řadí se k nim
i odpadní vody ze zemědělství. Průmyslové odpadní vody jsou vypouštěny do vodních
recipientů buď samostatně nebo spolu se splaškovými vodami prostřednictvím veřejné
kanalizace.
c) Srážkové
Jsou vody odváděné z intravilánu obce jednotnou veřejnou kanalizací. Jejich množství
závisí na velikosti odvodňované plochy, její kvalitě (sklonu, povrchu) a intenzitě
srážek.
d) Balastní
Do veřejné kanalizace se dostává určité množství podzemních vod netěsnostmi
kanalizace, někdy jsou jí odváděny i povrchové vody. Tyto vody ovšem do veřejné
kanalizace nepatří, neboť v pravém slova smyslu nejsou odpadními vodami.
Kvalita městských odpadních vod je určena kvalitou jejích jednotlivých složek a vzájemným
objemovým podílem.
- 26 -

Proces čištění odpadních vod
Proces čištění odpadních vod se skládá ze 2 základních stupňů, a to mechanického
předčištění a biologického čištění. V závislosti na míře znečištění odpadní vody a také
na demografických údajích se do vyčištěné odpadní vody mohou dávkovat chemikálie
pro zlepšení chemických ukazatelů, pak se jedná o tzv. terciární čištění. Pro snížení hladiny
fosforu se zpravidla přidává Fe 2 (SO 4 ) 3 a pro eliminaci dusíku pak methanol.
V prvotní fázi dochází na ČOV k mechanickému odstranění pevných
makroskopických částic obsažených v odpadní vodě prostřednictvím různých typů česlí a sít
(hrubé a jemné česle). Drobnější částice se pak následně zachytávají v lapácích štěrku a písku,
které využívají principu sedimentace. Účelem tohoto mechanického předčištění je odstranění
pevných částic, které by mohly poškozovat zařízení a techniku ČOV. Toto primární čištění
nemá vliv na odstranění látek rozpuštěných v odpadní vodě a tedy ani na obsah zbytků léčiv.
V další fázi procesu čištění se oddělují látky s hustotou menší než je hustota vody.
Děje se tak v tzv. odlučovačích lehkých částic, kde se na principu sedimentace nebo flotace
separují především ropné látky a tuky, v nichž se mohou kumulovat léčiva rozpustná v tucích.
Gravitační separátory tuků a olejů
V podstatě se jedná o kontinuálně protékanou nádrž, v níž při zpomaleném proudu
dochází k vyplouvání částic s hustotou menší, než je hustota vody k hladině, na níž se
akumulují a periodicky jsou odstraňovány. Nornou stěnou je zabráněno úniku těchto látek
s vyčištěnou vodou [48].
Flotace
Flotace je separační proces používaný pro oddělení dispergovaných částic z kapaliny,
při kterém se tyto částice spojují s mikrobublinami plynu a za vzniku flotačních komplexů
lehčích než voda jsou vynášeny k vodní hladině [48].
Vznik mikrobublin, jejichž optimální velikost je 10 až 100 µm, se v disperzním prostředí
dosáhne různými způsoby, podle nichž dělíme flotaci s [48]:
• jemnobublinným provzdušněním – volná flotace
• expanzí vody nasycené vzduchem při zvýšeném tlaku – tlaková flotace
• snížením tlaku v systému – vakuová flotace
• denitrifikačními pochody v biomase za vzniku plynného dusíku – biologická flotace
- 27 -

• přídavkem chemikálií uvolňujících plyn – chemická flotace
• elektrolýzou vody – elektroflotace
2.3.1 Usazování
Po odstranění látek lehčích než voda obvykle následuje proces prvního usazovaní,
kdy se z odpadní vody separuje primární kal, který se kumuluje na dně usazovací nádrže,
odkud je kontinuálně odstraňován.
Usazování patří k nejrozšířenějším separačním procesům, kde separace tuhých částic
je dána gravitací závisející na velikosti, tvaru částice a hustotě kapaliny. Z hlediska usazování
je důležitý i charakter suspenze. V technologii vody se rozlišují suspenze tvořené z částic
zrnitých a vločkovitých. U první z nich nemění částice při usazování svůj tvar (částice proti
vodnému prostředí ostře ohraničené – písek). Rozhraní mezi oběma fázemi (tuhou a
kapalnou) je tvořeno plochou povrchu částice. U vločkovitých suspenzí netvoří pevné částice
s kapalinou ostré rozhraní. Přitom u nich dochází zpravidla k orthokinetické koagulaci a tím
ke změně velikosti a tvaru částice v průběhu sedimentace. K vločkovitým suspenzím patří
biologický aktivovaný kal a hydroxidy těžkých kovů. Z empirických zkušeností se separují
částice o sedimentační rychlosti vyšší než 10 -5 m/h [48].
Zahušťování suspenze, ke kterému dochází při dalším nárůstu koncentrace
suspendovaných částic, je charakterizováno vznikem dvou od sebe oddělených prostředí.
Jedním je kapalina prakticky bez suspendovaných částic, druhým je suspenze, v níž však
ztrácejí částice individuální charakter a tvoří pórovitou vrstvu, která svým pohybem ve směru
gravitace vytlačuje kapalnou fázi a zahušťuje se [48].
Vlivem těchto uměle vyvolaných podmínek se mohou některé hydrofobní látky
kumulovat v prostředí aktivovaného kalu a tímto způsobem se odstraňovat z odpadní vody.
Usazovací nádrže
Usazovací nádrže jsou zařízení, která slouží ke gravitační separaci suspendovaných
látek obsažených v odpadní vodě [48].
Usazovací nádrže se dělí [48]:
a) Dle zařazení v technologické lince:
• Primární – separace suspendovaných částic z odpadní vody (mechanické čištění)
• Sekundární – separace biologického kalu při biologickém čištění (dosazovací
nádrže)
- 28 -

) Dle tvaru a průtoku v nádrži:
• Kruhové s horizontálním průtokem
• Kruhové s vertikálním průtokem
• Pravoúhlé s horizontálním průtokem
• Štěrbinové usazovací nádrže (s kalovým prostorem)
2.3.2 Biologické čištění odpadních vod
Nejdůležitější fází celého procesu čištění odpadních vod je biologické čištění,
při kterém dochází k odstranění velkého množství zejména organických látek.
Základním principem všech biologických čistírenských procesů jsou biochemické
oxidačně-redukční reakce. Rozhodujícím faktorem pro rozdělení těchto reakcí je konečný
akceptor elektronů a s tím související hladiny oxidačně-redukčních potenciálů [48, 50-53].
Rozdělení biologických čistírenských procesů [48]:
1) Oxická oblast (kyslíkatá): konečným akceptorem elektronů je rozpuštěný kyslík,
probíhají v ní oxidace organických látek, nitrifikace.
2) Anoxická oblast (bezkyslíkatá): rozpuštěný kyslík není přítomen, dusitanový
a dusičnanový dusík slouží jako konečný akceptor elektronů, probíhá v ní denitrifikace
(anoxická oxidace, nitrátová respirace).
3) Anaerobní oblast: konečným akceptorem elektronů je vlastní organická látka, část
molekuly se oxiduje a část redukuje, probíhá zde depolymerace polyfosfátů,
desulfurace, anaerobní acidogeneze, methanogeneze.
2.3.2.1 Aerobní biologické pochody
Při biologickém čištění odpadních vod v aerobních podmínkách se uplatňují
biochemické procesy, podmíněné činností aerobních mikroorganismů, které rozkládají
organické látky obsažené ve vodě (substrát) oxidačními procesy za přítomnosti molekulárního
kyslíku. Schematické znázornění procesu mikrobiálního rozkladu organické hmoty
v aerobních podmínkách je uvedeno na Obr. 16 [48, 54].
- 29 -

Obr. 16 – Mikrobiální rozklad organické hmoty v aerobních podmínkách
Aerobní mikroorganismy rozkládají organické látky (mj. i léčiva) působením svých
enzymů oxidačními procesy, přičemž využívají k této oxidaci molekulární kyslík (exogenní
metabolismus). Konečnými produkty tohoto složitého procesu, kterým získávají energii, jsou
CO 2 , H 2 O a ze substrátu obsahujícího dusík zpravidla amoniak. Poněvadž produkty rozkladu
jsou anorganické látky, jedná se v podstatě o mineralizaci organické hmoty. K syntéze své
buněčné hmoty potřebují mikroorganismy biogenní prvky, které získávají z vnějšího prostředí
mj. i rozloženého organického substrátu. Z makrobiogenních prvků (potřebných v relativně
velkém množství) C, H, O, N, P, S aj. bývá při čištění průmyslových odpadních vod někdy
deficitní N a P. Syntetickými pochody (asimilací) se tvoří organická hmota pro nové buňky
a zásobní látky mikroorganismů. Při nedostatku exogenního substrátu získávají
mikroorganismy energii především procesem tzv. endogenního metabolismu. Průběh obou
procesů není však striktně oddělen, endogenní metabolismus probíhá
i v přítomnosti substrátu [48, 54].
Organická hmota jako substrát bývá k dispozici v odpadní vodě, stejně jako biogenní
prvky, jejichž případný deficit (v průmyslové odpadní vodě) musí být dotován.
Mikroorganismy v potřebném množství v biologické jednotce musí být vypěstovány jejím
zapracováním, a to z jejich přítomnosti ve splaškové vodě. Při čištění samotných
průmyslových vod je často nutné naočkování biologické jednotky biologickým kalem
z jednotky již provozované [48, 54].
- 30 -

Technologické varianty biologického čištění
Biologické čištění odpadních vod je založeno na principu konverze organického
znečištění a dalších biogenních prvků, obsažených v odpadních vodách, především
na flokulující usaditelnou biomasu a anorganickou hmotu, usaditelnou v dosazovacích
nádržích. Mimoto jinými produkty čištění jsou různé plyny a jiné organické látky. Někdy se
tento stupeň čištění nazývá „druhý stupeň“ čištění („sekundární“ čistění), protože je spojen
s fyzikálními nebo chemickými procesy používanými v zařízeních předřazených
biologickému čištění odpadních vod („primární“ čištění odpadních vod). Primární
sedimentace je nejčastěji používaným procesem předřazeným biologickému čištění odpadních
vod, neboť je nejefektivnějším způsobem zachycení usaditelných látek, zatímco
při biologickém čištění jsou odstraňovány organické látky ve formě koloidů nebo
v rozpuštěné formě [48, 53].
Nejčastěji používanými technologickými variantami biologického čištění odpadních vod jsou:
• Aktivační systémy
• Biofilmové reaktory
• Stabilizační nádrže
Aktivace
Princip biologického čištění aktivací spočívá ve vytvoření aktivovaného kalu
v provzdušňované aktivační nádrži. Aktivovaný kal je shlukem mikroorganismů, většinou
bakterií, agregovaných tzv. bioflokulací [48].
Příčinou tohoto shlukování bakteriálních jedinců je zbytnění jejich buněčné blány
tvorbou extracelulárních polymerů, složených převážně z polysacharidů, částečně i z bílkovin
a dalších organických látek. K bioflokulaci dochází při provzdušňování odpadní vody
obsahující aerobní bakterie. Extracelulární polymery působí jako organické flokulanty.
Pro tuto jejich vlastnost dochází ke shlukování bakterií do vloček aktivovaného kalu,
při jejichž tvorbě hraje roli i snížení elektrického náboje na jejich povrchu. Aktivovaný kal je
směsnou bakteriální kulturou obsahující příp. i jiné organismy jako např. houby, plísně,
kvasinky, prvoky aj., ale také z vody adsorbované suspendované a koloidní látky [48].
V základním uspořádání se skládá aktivace z aerované nádrže (reaktoru), v níž
dochází k procesu čištění odpadní vody za současné produkce aktivovaného kalu. Z aktivační
nádrže odtéká směs odpadní vody a aktivovaného kalu do dosazovací nádrže, v níž se obě tyto
- 31 -

složky oddělí sedimentací. Vyčištěná odpadní voda odtéká z biologické čistírny, kdežto
sedimentací zahuštěný aktivovaný kal je vracen do aktivační nádrže, v níž je udržována jeho
dostatečná koncentrace, protože je nositelem čistícího procesu a základním předpokladem
pro jeho uspokojivou rychlost. Přebytek aktivovaného kalu, který se stále tvoří, je odváděn
ze systému jako kal přebytečný. Přebytečný kal je dále zahušťován a chemicky nebo tepelně
stabilizován ve vyhnívacích nádržích, kde slouží k produkci bioplynu. Vyhnilý kal je posléze
odvodňován většinou pomocí odstředivek nebo kalolisů a v závěrečné fázi skládkován
(viz. Obr. 17) [48].
Obr. 17 – Obecný postup zpracování kalů
Aktivační proces je zdaleka nejrozšířenějším způsobem biologického čištění
odpadních vod. Alternativou tohoto procesu je použití biologických zkrápěných filtrů nebo
biologických stabilizačních nádrží. Tyto dva způsoby biologického čištění u nás nejsou tak
rozšířené [48, 55-56].
2.3.2.2 Anaerobní biologické pochody
Rozklad organických látek za anaerobních podmínek je výslednicí součinnosti
několika mikrobiálních skupin, jejichž metabolické procesy na sebe navazují (viz. Obr. 18).
Produkty metabolismu jedné skupiny jsou substrátem pro skupinu další. Počátek rozkladu
biopolymerů probíhá procesem hydrolýzy (účast H 2 O). Fermentační stupeň rozkladu se
nazývá acidogenezí. Významné postavení v rozkladném procesu vzniku methanu má kyselina
octová. Procesy, které vedou k její produkci metabolismem fakultativně aerobních bakterií, se
nazývají acetogeneze. Kyselina octová může vznikat již v průběhu acidogeneze. Procesy
- 32 -

vedoucí k produkci látek, které jsou substrátem pro methanogenní bakterie, se nazývají
předmethanizační fází rozkladného procesu [48, 54].
Tyto procesy zdánlivě připomínají lidský metabolismus, s jehož pomocí se některé
složité látky rozkládají, neboli metabolizují na látky jednoduššího charakteru, což má mj. i
vliv na odstranění zbytků léčiv z odpadních vod.
Obr. 18 – Anaerobní rozklad organických látek
2.3.3 Odstranění nutrientů
Jedná se o odstranění minerálních živin, které jsou nezbytné pro růst
mikroorganismů. Mezi nutrienty patří zejména dva důležité makrobiogenní prvky – dusík
a fosfor [48].
2.3.3.1 Odstranění dusíku
Dusík se ve vodách může vyskytovat zejména v následujících formách [48]:
+
• Amoniak – nedisociovaný NH 3 a disociovaný NH 4
-
• Dusitany NO 2
-
• Dusičnany NO 3
• Elementární N 2
• Kyanatany CNO -
• Kyanidy CN -
• Oxid dusný N 2 O
- 33 -

Biologické odstraňování dusíku
Při biologickém odstraňování dusíku se využívá dějů, které ve vodách běžně
probíhají. Organické dusíkaté látky se ve vodách mikrobiální činností rozkládají a uvolňuje se
amoniakální dusík (disimilace). Takto vzniklý dusík je zároveň pro organismy zdrojem
pro syntézu nové biomasy (asimilace). Ve vodě probíhají dva základní biochemické
děje – nitrifikace a denitrifikace (viz. Tab. 12) [48, 53].
Tab. 12 – Nitrifikace a denitrifikace
Nitrifikace
Nitrifikace je biochemická oxidace amoniakálního dusíku na dusitany a dále
na dusičnany. V oxických podmínkách probíhá snadno zejména prostřednictvím
chemolitotrofních organismů – nitrifikačních bakterií, které využívají CO 2 jako zdroj uhlíku
a energii získávají oxidací amoniakálního dusíku. Takto získané množství energie je poměrně
malé, a proto i tvorba nové biomasy je pomalá. Nitrifikace probíhá ve dvou stupních,
probíhají zde dvě základní reakce – nitritace a nitratace. Nejdříve probíhá oxidace
amoniakálního dusíku na dusitany, na které se podílí nitrifikační bakterie rodu Nitrosomonas.
Tyto bakterie mají menší růstovou rychlost než rod Nitrobacter, který se podílí na nitrataci, a
proto se dusitany nemohou ve vodě hromadit a jejich koncentrace bývá obvykle velmi nízká.
Nitratace je druhý stupeň nitrifikace, tedy oxidace dusitanů na dusičnany. Celková reakce je
uvedena v Tab. 13 [48, 53].
- 34 -

Tab. 13 – Chemické reakce při nitrifikaci
Růstová rychlost nitrifikačních bakterií je ovlivněna také teplotou. S rostoucí
teplotou roste i produkce dusičnanů, v létě je tedy největší a v zimním období klesá. Malá
růstová rychlost musí být kompenzována zvýšeným množstvím nitrifikačních bakterií, tedy
delší dobou zdržení kalu v procesu – vyšším stářím kalu [48, 53].
Denitrifikace
Denitrifikace je biochemická redukce dusičnanů na oxidy dusíku a dále
na elementární dusík, který je odvětráván do ovzduší a tedy z vody odstraňován [48, 53].
Schématicky lze naznačit průběh reakcí takto:
NO 3 - → NO 2 - → NO → N 2 O → N 2
Denitrifikace by měla navazovat na nitrifikaci, aby odbourala její konečný produkt –
dusičnany. V případě, že by do systému byla zařazena pouze nitrifikace, došlo by při ní pouze
ke změně formy dusíku z amoniakální na dusičnany, ale celkový dusík na odtoku by byl
téměř stejný jako na přítoku. Navíc by docházelo v dosazovací nádrži k redukci dusičnanů
na plynný dusík (spontánní denitrifikace), což způsobí změnu podmínek z aerobních
na anoxické. Uvolněný plynný dusík by směřoval k hladině a nesl by s sebou vločky kalu,
které by se tak dostaly do odtoku, což je na ČOV nežádoucí. Denitrifikace tedy snadno
probíhá v anoxických podmínkách (je přítomný pouze kyslík vázaný v dusičnanech) za účasti
různých organotrofních anaerobních mikroorganismů [48, 53].
2.3.3.2 Odstranění fosforu
Celkový fosfor vyskytující se ve vodách se dělí na rozpuštěný a nerozpuštěný. Obě
formy se dále dělí na organicky a anorganicky vázaný fosfor a rozpuštěný anorganicky
vázaný ještě dále na orthofosforečnany a polyfosforečnany [48].
- 35 -

Odstraňování fosforu chemickými metodami
Při chemickém odstraňování fosforu se využívá zejména srážení. Při srážení fosforu
se převádí rozpuštěný anorganický fosfor na málo rozpustné fosforečnany kovů a současně
probíhá tvorba hydroxidů kovů. Vznikají vločky, které tyto fosforečnany váží a současně
dochází i k odstranění organických látek s nerozpuštěnými látkami. Tento proces se nazývá
koagulace a přidané chemické látky jsou koagulanty. Koagulantem mohou být soli železa a
hliníku nebo vápno (viz. Tab. 14). Při použití vápna je nutná následná neutralizace, aby se
příliš nezvýšilo pH směsi. Průběh srážení fosforu je poměrně komplikovaný, protože kromě
chemických reakcí probíhá také sorpce a další procesy, takže výsledkem jsou sraženiny
různého složení [48].
Tab. 14 – Soli hliníku a železa používané ke srážení fosforu
Odstraňování fosforu biologickými metodami
Na klasické biologické čistírně odpadních vod dochází ke snížení obsahu fosforu
díky činnosti biomasy a adsorpci na vločky aktivovaného kalu. Fosfor je odváděn
s přebytečným kalem. Navodí-li se v systému vhodné podmínky, je možno dosáhnout
zvýšeného biologického odstraňování fosforu [48].
- 36 -

2.4 PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE – HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE
(GC-MS)
Spojení plynové chromatografie a hmotnostní spektrometrie představuje výhodnou
kombinaci dvou výkonných analytických technik. Plynová chromatografie separuje chemická
individua ze složité směsi v určitém čase a hmotnostní spektrometrie poskytuje informace,
pomocí kterých lze tyto sloučeniny jednoznačně identifikovat. Plynový chromatograf
a hmotnostní spektrometr jsou dvě samostatná zařízení, která jsou spojena přes tzv. interface
[57-58].
2.4.1 Plynová chromatografie
Plynová chromatografie byla objevena Jamesem a Martinem v roce 1952. Jedná se
o analytickou metodu, která je založena na distribuci složek vzorku mezi dvě fáze, z nichž
jedna je stacionární a druhá mobilní. Mobilní fází u plynové chromatografie je vždy plyn.
V praxi se do vyhřívaného prostoru na začátku kolony tzv. nástřiku nadávkuje velmi
malé množství vzorku, které je velmi rychle odpařeno. Vzorek v plynném stavu je převeden
na kolonu, kde dochází k samotné separaci jeho jednotlivých složek. Některé složky se poutají
ke stacionární fázi kolony pevněji a jiné slaběji. Při zahřívání kolony jsou tyto složky
postupně uvolňovány a unášeny mobilní fází (nosným plynem) směrem k detektoru, kde je
zaznamenáván signál v určitém čase tzv. retenčním čase.
Plynová chromatografie je vhodná především pro analýzu tepelně stabilních molekul,
které je možno rychle převést do plynného stavu, aniž by se rozpadaly. Z toho plyne, že
klíčovým parametrem pro tuto metodu je především teplota a možnost jejího variabilního
nastavení pro vyhřívání nástřiku, detektoru a kolony, kde dochází k samotné separaci složek
vzorku.
2.4.1.1 Nosný plyn
Helium je zdaleka nejčastěji využíváno jako nosný plyn, ale v celé řadě aplikací se
uplatnili i vodík nebo dusík. Nosný plyn musí být inertní a nesmí se adsorbovat
na stacionární fázi. Důležitým parametrem v GC je lineární průtoková rychlost nosného
plynu, jejíž optimum pro helium je okolo 30 cm/sek. Lineární průtoková rychlost se určí
nástřikem látky (např. Ar…), která není zadržována stacionární fází kolony, a měřením času
od nástřiku k detekci. Lineární průtoková rychlost je tedy dána jednotkou délky za určitý
- 37 -

časový úsek. Zařízení GC musí být tedy schopné zajistit reprodukovatelný průtok nosného
plynu kolonou a to i se změnou teploty pece [57].
2.4.1.2 Dávkování vzorků
Existuje několik různých typů dávkovacích systémů vhodných pro GC analýzu.
V GC se využívá zařízení pro dávkování plynů (obtokový dávkovací kohout), split a splitless
nástřik, nástřik přímo na kolonu (on column), nástřik s programovatelnou změnou teploty
nebo tzv. PTV nástřik, který se používá pro dávkování velkých objemů, které se před
samotným vstupem na kolonu zakoncentrují. Tyto způsoby se používají v závislosti na dané
aplikaci [57-61].
a) Nástřik split
V běžné praxi se však zdaleka nejčastěji využívají následující typy nástřiku [57, 59]:
Při nástřiku split je nadávkovaný vzorek odpařen v proudu nosného plynu a část vzorku
a rozpouštědla je převedena přímo na hlavu kolony. Zbytek vzorku je pak „odfouknut“ pryč.
Typický splitovací poměr se pohybuje v rozmezí od 10:1 do 100:1 a je určen rovnicí:
, kde
Např.
Průtok kolonou =
Průtok kolonou =
Splitovací poměr =
„Ventovaný průtok“
Průtok kolonou
π · (vnitřní poloměr kolony v cm) 2 · (délka kolony v cm)
(retenční čas argonu nebo butanu v min)
(3,141) · (0,025 cm) 2 · (3000 cm)
(2,50 min)
= 2,36 cm 3 /min
Zpravidla jsou nastříknuty 1 – 2 µl vzorku do split injektoru, ale mohou být použity i větší
objemy 3 – 5 µl.
b) Nástřik splitless
Při nástřiku bez děliče toku (splitless) je splitovací ventil uzavřen, takže všechen vzorek jde
na hlavu kolony. Po určitém čase se splitter otevře a nástřikový prostor je zbaven zbytku
rozpouštědla a komponent vzorku, které nebyly převedeny na kolonu. Nástřik bez děliče toku
lze tedy použít k zakoncentrování vzorku na chladném začátku kolony a právě z toho důvodu
se na kolonu nadávkuje i větší množství vzorku. Nástřik bez děliče toku se rovněž používá
pro stopovou analýzu, naopak není vhodný pro kvantifikaci širokého spektra látek, které se
- 38 -

liší svými vlastnostmi. Pro lepší výsledky by měla být teplota varu rozpouštědla nejméně 20
ºC pod teplotou varu nejtěkavější sloučeniny ve vzorku. Ačkoliv nástřik bez děliče toku je
preferovaná metoda hlavně pro stopovou analýzu, je potřeba optimalizovat řadu parametrů
jako např. teplotu kolony, teplotu nástřiku nebo purge time.
c) Nástřik přímo na kolonu (On-column)
Nástřikem na kolonu se rozumí nadávkování vzorku přímo na kolonu za použití
mikrostříkačky s kapilárou (fused silica needle). Tato metoda nástřiku je jednodušší
při použití relativně velkých průměrů kolon, např. náplňové kolony, ale pro kapilární kolony
je tento typ nástřiku problematický, i když moderní plynové chromatografy mohou přesně
kontrolovat proces přímého nástřiku na kolonu včetně automatické kontroly vyhřívání a
chlazení injektoru. Tato metoda analýzy dává dobré kvantitativní výsledky a je obzvlášť
využívána pro nízkovroucí a termolabilní vzorky. Při využití tohoto způsobu převedení
vzorku na kolonu se pak v praxi velmi často mezi nástřik a vlastní analytickou kolonu vkládá
krátký kousek nepokryté (inertní) křemenné kapiláry, která prodlužuje životnost vlastní
analytické kolony.
d) Programovaná teplota nástřiku
Při programované teplotě nástřiku se průběžně mění teplota injektoru. Teplota injektoru se
nejprve drží blízko teploty varu rozpouštědla a po nadávkování vzorku je teplota programem
rychle zvýšena, dokud se nedosáhne požadované maximální teploty, která je stejně vysoká
jako při isotermním nástřiku (konstantní teplota). Během tohoto procesu dojde nejprve
na hlavě kolony k „oddestilování“ rozpouštědla, kdy se jednotlivé analyty vzorku na začátku
kolony zakoncentrují do tenkého filmu a při rychlém zvýšení teploty se teprve odpaří a jsou
převedeny na kolonu. Tato technika je variací nástřiku on-column, ale redukuje rozšiřování
píku, které je časté právě při nástřiku on-column.
e) Koncentrátor na počátku kolony
Pro chemické analýzy organických sloučenin existuje několik typů komerčně dostupných
zařízení, která jsou schopna zakoncentrovat vzorek na počátku kolony. Tato zařízení bývají
spojena s nástřikem do plynového chromatografu a koncentrují organické sloučeniny
z velkých objemů vzorků např. z vody nebo ze vzduchu. Většina těchto zařízení zachycuje
- 39 -

organické sloučeniny na adsorbenty jako např. na aktivní uhlí nebo porézní polymery. Vzorek
je pak termálně desorbován na hlavu kolony pomocí obráceného průtoku nosného plynu.
Koncentrátory na počátku kolony jsou většinou používány pro analýzu plynů uvolňujících se
z materiálů, jako jsou polymery. Často postačuje jednoduchý krok pro zachycení nestálých
látek, které jsou následně desorbovány pomocí rychlého zvýšení teploty trapovacího zařízení.
2.4.1.3 Kolony v plynové chromatografii
V plynovém chromatografu dochází k separaci uvnitř kolony, jež obsahuje tenkou
vrstvu netěkavé chemické látky, která je zachycena buď přímo na stěnách kolony (kapilární
kolony) anebo je zakotvena na inertním nosiči, který je součástí kolony (náplňové kolony).
Komponenty nastříknutého vzorku jsou unášeny kolonou pomocí nosného plynu a selektivně
zachycovány stacionární fází. Teploty pece, ve které je umístěna kolona jsou zpravidla
zvyšovány o 4 – 20ºC/min, přičemž se zvyšující se teplotou jsou zadržované analyty postupně
uvolňovány. Analyzované komponenty musí být dostatečně tepelně stabilní a nesmí
interagovat s kovovými částmi přístroje za dané teploty. Pro zvýšení těkavosti a stability
některých analytů se využívá tzv. derivatizace. Často jsou derivatizovány organické kyseliny,
aminokyseliny, amidy, léčiva, sacharidy a steroidy [57, 59, 62].
2.4.1.4 Stacionární fáze
Obecně nejpoužívanějšími stacionárními fázemi jsou polydimethylsiloxany (DB-1
nebo ekvivalenty) a 5 % fenyl / 95 % polydimethylsiloxany (DB-5 nebo ekvivalentní). Tyto
spíše nepolární stacionární fáze jsou méně náchylné k vymývání než více polární fáze.
Tloušťka stacionární fáze může být různá a hraje významnou roli. Obecně menší tloušťky
filmu stacionární fáze (0,3 µm) jsou vhodné pro vysokovroucí látky a větší tloušťky SF (1,0
µm) poskytují „lepší“ retenci pro nízkovroucí látky [57].
2.4.1.5 Detektory v plynové chromatografii
Ohromnou výhodou plynové chromatografie je rozmanitost detektorů, které jsou
k dispozici. Používají se jak univerzální typy detektorů (např. TCD, FID...), tak i selektivní
detektory (PID, AES…). Všeobecně používané detektory stále více nahrazuje hmotnostní
spektrometr (viz. kapitola 2.4.3).
Nejběžnějšími detektory v plynové chromatografii pro analýzu léčiv jsou [57-64]:
- 40 -

a) Plamenově ionizační detektor (FID)
Analyty vystupující z kolony vstupují do plamenově ionizačního detektoru (FID) a prochází
plamenem vodík/vzduch. Spalováním analytů vznikají ionty a elektrony. V důsledku tohoto
děje dochází k poklesu odporu a průchodu proudu mezi dvěma elektrodami v detektoru.
Zesílením toho proudu je produkován signál. Plamenově ionizační detektory mají široký
lineární dynamický rozsah a jsou považovány za univerzální detektory, přestože dávají slabou
nebo žádnou odezvu na látky jako jsou O 2 , N 2 , CS 2 , COS, HCOOH aj.
Pomocí FID lze detekovat široké spektrum léčiv jak v jednoduchých tak i ve složitějších
matricích jako je např. moč. V praxi se pak často jedná o analýzu benzodiazepinů (oxazepam,
lorazepam, diazepam…) a různých ať už zakázaných (heroin, amfetamin…) či povolených
(kofein, nikotin…) látek.
b) Tepelně vodivostní detektor (TCD)
Tepelně vodivostní detektor měří změnu teploty elektricky vyhřívaného vlákna, které je
umístěno v proudu nosného plynu. S konstantním průtokem např. helia jako nosného plynu
zůstává teplota žhaveného vlákna konstantní, ale separované sloučeniny v proudu nosného
plynu mají odlišnou tepelnou vodivost. Rozdílné složení nosného plynu vede k tepelným
změnám na povrchu vlákna, což vede ke změně teploty a elektrického odporu. TCD je
univerzálním typem detektoru, který může detekovat H 2 O, H 2 , N 2 , CO, SO 2 aj.
Pro mnoho organických molekul je citlivost TCD detektoru nižší ve srovnání s FID, ale
pro sloučeniny, pro které FID poskytuje nižší nebo žádný signál, je TCD dobrou alternativou.
TCD se v analytice léčiv uplatňuje minimálně a využívá se spíše pro analýzu čistých účinných
látek.
c) Termoionizační detektor (AFID)
Termoionizační detektor neboli plamenově ionizační detektor s přídavkem alkalického kovu
je vlastně FID detektor s tím rozdílem, že obsahuje malou kuličku alkalické soli (např. RbCl),
která je umístěna v trysce hořáku. Sloučeniny obsahující fosfor nebo dusík v přítomnosti
alkalického kovu (tzv. plazmatu iontů alkalických kovů) poskytují daleko vyšší odezvu než
při použití klasického plamenově ionizačního detektoru. Takový detektor pak může být
optimalizován buď pro sloučeniny obsahující dusík anebo pro sloučeniny obsahující fosfor,
přičemž optimalizace spočívá především v teplotě, umístění kuličky a v průtocích vodíku a
- 41 -

vzduchu do detektoru. Detektor může být naladěn za použití azobenzenu pro dusík anebo
parathionu pro fosfor.
Termoionizační detektor se vzhledem ke své možnosti optimalizace buď pro dusík anebo
pro fosfor využívá k detekci léčiv, která tyto prvky obsahují (zolpidem, karbamazepin,
kofein…).
d) Plamenově fotometrický (FPD)
U plamenově fotometrického detektoru, podobně jako u plamenově ionizačního detektoru, je
vzorek přiváděn a spalován v plameni vodík/vzduch. Plamenově fotometrický detektor slouží
pro selektivní detekci sloučenin obsahujících síru a fosfor. Za pomocí optických filtrů je
zvolena optimální vlnová délka pro síru nebo fosfor, při které dochází k absorpci fotonů a je
sledováno napětí na fotonásobiči.
e) Detektor elektronového záchytu (ECD)
V detektoru elektronového záchytu je emitováno radioaktivní záření beta, které se používá
k ionizaci nosného plynu, přičemž z nosného plynu vznikají kationty a pomalé elektrony.
Jako zářiče se využívá tritia 3 H nebo 63 Ni. Produkované beta-záření (proud elektronů) migruje
směrem k anodě a poskytuje stálý proud. V případě, že nosný plyn obsahuje sloučeninu, která
může zachytávat tyto pomalé elektrony, tak proud poklesne, protože dochází ke vzniku
aniontů, které se vzhledem ke své vyšší hmotnosti pohybují mnohem pomaleji než elektrony.
ECD detektor je velmi citlivý na analyty, které ochotně zachytávají elektrony. Tyto látky mají
často elektronový deficit nebo obsahují elektronegativní substituenty. Z tohoto důvodu je
ECD velmi citlivý na vodu, a proto nosný plyn musí být suchý a čistý. ECD se používá
například pro detekci PCB či jiných organických halogenovaných sloučenin, kdy poskytuje
mnohdy i lepší odezvu než samotný hmotnostní spektrometr.
Detektor elektronového záchytu se používá zejména pro léčiva obsahující prvky, které snadno
zachytávají elektrony. Tento detektor dává na léčiva, jako jsou např. flurbiprofen, diklofenak,
bromhexin aj. mnohem lepší odezvu než klasický FID. Obecným problémem detektoru je
však pracná optimalizace jeho podmínek.
- 42 -

2.4.2 Rozhraní GC-MS
Rozhraní GC-MS (angl. interface) je zařízení pro transport vzorků z plynového
chromatografu do hmotnostního detektoru. Toto zařízení musí být uzpůsobeno tak, aby žádný
z analytů zde nezkondenzoval nebo se nerozložil dříve, než vstoupí do iontového zdroje
hmotnostního spektrometru. Kromě toho množství nosného plynu, které vstupuje
do iontového zdroje, musí odpovídat čerpací kapacitě vakuové pumpy hmotnostního
spektrometru [57-58, 64].
Kapilární kolony
V běžné praxi se výstup z kapilární kolony vkládá přímo do ústí iontového zdroje. Toto je
možné, protože za normálních operativních podmínek by měl vakuový systém hmotnostního
spektrometru celý efluent z kolony odčerpat. Nezbytností ovšem je, aby kapilární kolona mezi
výstupem z GC a ústím do iontového zdroje MS byla vyhřívána z důvodu eliminace
chladných míst, kde by mohly analyty kondenzovat. Interface musí být vyhřívaný na vyšší
teplotu, než je teplota varu nejvýše vroucí komponenty vzorku
[57-58, 64].
Mikronáplňové a náplňové kolony
Interface pro mikronáplňové a náplňové kolony je poněkud komplikovanější než pro kapilární
kolony, protože efluent z těchto kolon musí být redukován dříve, než vstoupí do iontového
zdroje. Splitování výtoku z kolony není vhodné, protože se nedosahuje dobré citlivosti. Místo
toho je používáno speciální zařízení. Nejběžnější zařízení tohoto typu používané
pro GC-MS je proudový separátor [57-58, 64-65].
Proudový separátor
Proudový separátor obsahuje dvě kapiláry, které jsou uspořádány v malém prostoru a mezi
nimi je vzdálenost cca 1 mm. Vakuum je vytvořeno mezi trubičkami za použití rotační
pumpy. Výtok z plynového chromatografu prochází skrz jednu kapiláru do prostoru vakua.
Tyto molekuly pokračují stejným směrem a vstupují do další kapiláry, a pak přímo
do iontového zdroje. Takto dojde snadno k odstranění helia (nosného plynu), protože jeho
relativně malé atomy se mnohem snadněji odkloní z lineární dráhy než větší molekuly analytů
[57, 64].
- 43 -

U kapilárních kolon je velmi důležité, aby měli nereaktivní povrch a stálou teplotu v celé
délce interface. Toto bývá zajištěno tím, že celý interface je vyroben pouze ze skla. Je rovněž
nutné čas od času zkontrolovat těsnost celého systému, protože po cyklech chlazení či
ohřívání pece plynového chromatografu dochází ke vzniku netěsností [57].
2.4.3 Hmotnostní spektrometrie
V roce 1913 J. J. Thomson dokázal, že se neon skládá z různých druhů atomů
(izotopů), které mají relativní atomovou hmotnost 20 a 22, a proto je dnes Thomson
považován za „otce“ hmotnostní spektrometrie. Jeho práce vycházela z Goldsteinova (1886)
objevu pozitivně nabitých částic a Weinsovy (1898) demonstrace pozitivně nabitých iontů,
které se vychylovaly v elektrickém a magnetickém poli [57, 64-66].
Hmotnostní spektrometr je zařízení, které měří intenzitu iontů v závislosti na poměru
m/z iontů v plynné fázi, a tím poskytuje odezvu na každý druh iontu. Měření je kalibrováno
na ionty známého poměru m/z. V GC-MS je náboj téměř vždy roven jedné, takže kalibrační
stupnice je v atomových hmotnostních jednotkách. Všechny hmotnostní spektrometry separují
ionty v plynné fázi za nízkého tlaku, kdy dochází k interakcím v magnetickém
a elektrickém poli s nabitými částicemi. Nejčastějšími hmotnostními analyzátory v GC-MS
jsou tzv. kvadrupóly a naopak nejméně časté jsou sektorové analyzátory [57, 64-66].
Magnetický sektor
V iontovém zdroji jsou produkovány ionty, které mohou být z jeho blízkosti
urychleny několika odlišnými metodami. Tyto ionty putují skrze vakuovou komoru
do magnetického pole za dostatečně nízkého tlaku takovým způsobem, že kolize s neutrálními
molekulami v plynném stavu jsou prakticky vyloučeny. Všechny ionty vstupující
do magnetického sektoru mají přibližně stejnou kinetickou energii (eV). Pro částice
nacházející se v magnetickém poli o mag. indukci B platí rovnice
m B 2 · r 2
z =
2 · V
, kde r je poloměr střední dráhy letu iontu putujícího skrze magnetické pole. Tak
při známé intenzitě magnetického pole a akceleračním napětí, budou ionty o nízké hmotnosti
putovat v trajektorii s menším poloměrem než ionty o vyšší hmotnosti. V praxi ionty prochází
skrze fixní štěrbinu předtím, než dopadnou na detektor. Změnou indukce magnetického pole
- 44 -

z vysokých hodnot na nízké dochází k tomu, že ionty jeden po druhém od nižších hmotností
po nejvyšší prochází štěrbinou na detektor. Tento model detekce iontů způsobil, že zobrazení
na kalibrační hmotnostní škále se začalo označovat jako hmotnostní spektrum [57, 64-65].
Elektrostatický analyzátor
Zařazení elektrostatického analyzátoru před nebo za (event. před i za) magnetický
sektor vede k zaostření svazku iontů dopadajících na detektor a ke zvýšení rozlišení. Zaostření
svazku iontů je z tohoto hlediska nezbytné, protože energie iontů vystupujících z iontového
zdroje se při vstupu do magnetického pole do jisté míry liší z důvodu nehomogenity
elektrického pole urychlujícího ionty. Kombinace magnetického sektorového analyzátoru
s elektrostatickým analyzátorem, který sjednotí energii iontů o stejném m/z vstupujících do
magnetického pole, může zvýšit rozlišení spektrometru až o 2 řády. Rozlišení dosaženého za
použití tohoto dvojího zaostření je např. dostatečné k separaci částic majících stejnou
nominální celočíselnou hmotu (např. 28), ale různý chemický vzorec (např. N 2 a CO).
Elektrostatický sektor zlepšuje jak hmotnostní rozlišení tak stabilitu hmotnostního
spektrometru [57-58, 64-65].
Rozlišení a přesnost
S moderním hmotnostním spektrometrem s dvojitou fokusací (viz. Obr. 19) je možné měřit
sloučeniny s rozlišením až na úrovni ppm nebo nižší. Za podmínek skenování v GC-MS se
dosahuje běžného rozlišení 5 – 10 ppm. Toto rozlišení je často v GC-MS analýzách
dostačující a poskytuje odpovídající a reálné informace o elementárním složení. Například
když je hmota jednoho iontu určena na 201,115 a z jiných zdrojů informací je známo, že
vzorek obsahuje pouze uhlík, vodík, kyslík a dusík, pak připadají v úvahu pouze tři sumární
vzorce. V případě, že se jedná o molekulární ion a je znám počet cyklů a dvojných vazeb, lze
po aplikaci dusíkového pravidla usuzovat na elementární složení C 13 H 15 NO. Znalost
elementárního složení, molekulárního iontu a fragmentujících iontů velmi zjednodušuje
interpretaci [57, 64].
- 45 -

Obr. 19 – Schéma hmotnostního spektrometru s dvojitou fokusací
Rozlišení je nezbytné pro přesné měření hmoty a pro eliminaci iontů z hmotnostní
analýzy, které mají stejnou nominální celočíselnou hodnotu (např. 201), ale rozdílné
elementární složení, a proto malý rozdíl v molekulové hmotnosti (např. 201,115 a 201,087).
Rozlišení nezbytné k separaci takovýchto iontů se spočítá ze vzorce
Res = m/∆m = 201,087 / (201,115 – 201,087) = 7500 (viz. Obr. 20).
Obr. 20 – Rozlišení jako funkce šířky píku
V sektorových hmotnostních analyzátorech se obecně dosahuje nejvyššího rozlišení,
což je ovlivněno regulací výšky a šířky svazku iontů a laděním použitých elektrických čoček.
Nejlepšího rozlišení je dosaženo nastavením štěrbin na výstupu z iontového zdroje a těsně
před vstupem do detektoru, čímž je omezena šířka svazku iontů. Se ztenčováním svazku iontů
- 46 -

oste rozlišení. Z tohoto důvodu se přesná hmotnostní analýza používá v GC-MS, kdy se musí
udělat kompromis mezi nezbytným rozlišením nutným k minimalizaci hmotnostních
interferencí a intenzitou signálu, který je potřebný k detekci nízkých úrovní analytu [57, 64].
I když plynová chromatografie eliminuje mnoho sloučenin, které způsobují
hmotnostní interference, v principu i tak může dojít k překryvu píků, a proto se používá
standard pro kalibraci hmotnosti. Nejběžnějším referenčním standardem pro přesné měření
hmoty je perfluorkerosin (PFK), který se používá kvůli velkému počtu atomů fluoru ve své
molekule, které způsobují negativní hmotnostní defekt. Protože se zde vyskytují četné
rovnoměrně rozložené fragmenty a molekulární ionty, je tento materiál vhodný pro získání
vysoké přesnosti měření hmoty [57, 64].
Kvadrupól
Jiným běžnějším hmotnostním analyzátorem používaným v souvislosti s GC-MS je
kvadrupól. Kvadrupól je tvořen čtyřmi rovnoběžnými tyčemi, mezi nimiž prochází ionty
směrem k detektoru. Ionty vystupující z iontového zdroje za určitého potenciálu (typicky
několik voltů) vstupují do prostoru mezi tyčemi kvadrupólu v dráze osy Z. Ionty vstupující
do kvadrupólu jsou separovány pomocí RF a DC napětí, které se vkládá vždy na dvě
protilehlé tyče. Rychlou změnou RF a DC napětí ve fixním poměru (obvykle z nízkých
do vysokých hodnot napětí) jsou ionty se zvyšující se hmotností jeden po druhém vypuzovány
z iontového zdroje stabilní cestou směrem k detektoru. Za jiných podmínek nastavení pole
dosáhnou detektoru jen ionty určitého intervalu m/z a všechny ostatní jsou vychýleny ze své
dráhy směrem k tyčím [57, 64].
U kvadrupólu není možné dosáhnout tak vysokého rozlišení, které je běžné např.
u sektorových hmotnostních analyzátorů s dvojitou fokusací – magnetický a elektrický sektor.
V analýzách GC-MS se musí zvolit vhodný kompromis mezi citlivostí (transmise iontů) a
hmotnostním rozlišení. Rozlišení kvadrupólu obvykle dovoluje separaci iontů lišících se
o jednotku hmoty [57].
Hmotnostní spektrum
Hmotnostní spektrum (viz. Obr. 21) je grafické znázornění iontů pozorovaných
hmotnostním spektrometrem na specifické hodnotě m/z. Výsledkem měření je grafická
závislost intenzity na m/z. V případě, že je pozorován ion určité hodnoty m/z, je zaznamenána
- 47 -

odezva detektoru na danou nabitou částici. Hmotnostní spektrum je tvořeno píky, které
odpovídají jednotlivým fragmentovým iontům, mezi nimiž zpravidla bývá obsažen i
molekulární ion. Čárové spektrum se získá teprve až matematickým zpracováním naměřeného
záznamu, který obsahuje píky. Správnou interpretací hmotnostního spektra lze identifikovat či
potvrdit přítomnost hledané sloučenin. Měřením intenzity spektrálních čar lze pak danou látku
kvantifikovat [57, 64].
Obr. 21 – Hmotnostní spektrum s málo intenzivním molekulárním
iontem 137 m/z a nižšími fragmenty
Pro správnou interpretaci hmotnostního spektra je důležitá jak intenzita tak i hodnota
m/z. Relativní intenzita iontů pozorovaná v hmotnostním spektru je ovlivněná hlavně čistotou
sloučeniny a může se lišit přístroj od přístroje. Sektorové analyzátory produkují podobná
spektra za stejných ionizačních podmínek. Kvadrupólové analyzátory jsou nastaveny
pro produkci hmotnostního spektra, které je podobné spektru ze sektorového analyzátoru. Dvě
hmotnostní spektra získaná za stejných skenovacích a ionizačních podmínek by měla
obsahovat stejné ionty s drobnou odchylkou v relativní intenzitě pozorovaných iontů. Drobné
píky objevující se ve spektru jsou zapříčiněny nečistotami nebo pozadím měření
[57].
Protože vakuum v hmotnostním spektrometru a čistota iontového zdroje, interface,
GC kolony atd. nejsou dokonalé, hmotnostní spektrum bude vždy typicky obsahovat několik
fragmentů, které jsou způsobeny pozadím. V případě, že bude interval skenování obsahovat
příliš nízké hmoty, pak mohou MS spektra obsahovat fragmenty odpovídající vzduchu, vodě
nebo nosnému plynu. Další nežádoucí ionty obsažené v MS spektrech mohou být způsobeny
vymýváním stacionární fáze z kolony anebo kontaminací kolony [57].
- 48 -

Tandemové hmotnostní spektrometry
Hmotnostní analyzátory mohou být uspořádány do tzv. tandemu, ve kterém je
zkoumaná látka podrobena několika kolizním reakcím tak, aby byly minimalizovány přítomné
interference. Tandemové hmotnostní spektrometry jsou označovány jako MS/MS
instrumenty, z nichž nejběžnější jsou trojité kvadrupóly. Dostupná zařízení vykonávající
experimenty typu MS/MS využívající jediného hmotnostního analyzátoru jsou iontové pasti.
Iontová past slouží zároveň jako kolizní cela i jako hmotnostní analyzátor. Aplikace
matematického modelu Furierovy transformace využívá iontová cyklotronová rezonance (FT-
ICR) [57, 64, 66].
Experimenty typu MS/MS vedou ke snížení resp. eliminaci vlivu pozadí, v jehož
důsledku dochází k větší selektivitě celého procesu, což ve výsledku vede k citlivější analýze.
MS/MS instrumentace:
Jak již bylo výše uvedeno, různé typy instrumentů mohou vykonávat MS/MS
experimenty, ale v souvislosti s GC se nejrozšířenějším typem tandemového hmotnostního
spektrometru stal trojitý kvadrupól. Pro komerční účely už ale byla realizována i spojení typu
GC-IT nebo GC-q/TOF [57, 66].
Trojitý kvadrupól se skládá ze dvou hmotnostních analyzátorů oddělených kolizní
celou. Za přídavku inertního plynu např. argonu mohou do prostoru kolizní cely vstupovat
ionty z prvního hmotnostního filtru a mohou zde podstupovat kolizi s neutrálními atomy
argonu. V případě, že jsou tyto srážky s neutrálními ionty dostatečně energeticky účinné,
nastává jejich další fragmentace. Tyto fragmenty iontů pak procházejí skrze kolizní celu a
jejich fragmenty jsou měřeny za použití dalšího hmotnostního filtru. Volbou vhodného RF a
DC napětí na prvním kvadrupólovém hmotnostním filtru lze vybrat určitý soubor iontů nebo
jednu hmotu ke vstupu do kolizní cely, kde podstoupí fragmentaci. Tyto metody jsou velmi
výhodné pro identifikaci neznámých sloučenin a pro citlivou analýzu malých molekul
v komplikovaných matricích [57, 66].
Jiné typy hmotnostních analyzátorů
Existují i další typy hmotnostních analyzátorů používaných v GC-MS, které nejsou
tak běžné jako kvadrupól. FT-ICR, TOF, iontová past nebo sektorový hmotnostní analyzátor
jsou významné v určitých specifických aplikacích. Přístroj FT-ICR poskytuje velmi vysoké
- 49 -

ozlišení a je způsobilý pro analýzy MS/MS. Analyzátor TOF je díky rychlému skenu vhodný
zejména pro vysokorychlostní GC, kde je požadován rychlý sběr dat. Vysoká citlivost a
možnost MS/MS analýzy spolu s vysokým rozlišením je neopomenutelná výhoda těchto
analýz [57, 66].
Detekce iontů
Detekce iontů v GC-MS je prováděna téměř výlučně za použití elektronásobiče.
Existují dva typy elektronásobičů: dynoda spojitého typu a diskrétního typu. Oba typy
elektronásobičů využívají toho, že ionty s dostatečnou kinetickou energií budou emitovat
sekundární elektrony, když dopadnou na povrch kovu. Diskrétní typ elektronásobiče má
sériově zapojené dynody (kovové desky připomínající sklopné žaluzie), které jsou připojeny
k několika rezistorům tak, že první dynoda má negativnější potenciál než další dynoda.
Elektrony emitované z konverzní dynody jsou urychleny pomocí dostatečně velké intenzity
elektrického pole směrem k další dynodě. Opakování tohoto procesu má za následek
zvyšování počtu elektronů, dokud soubor elektronů nedosáhne anody, kdy je zaznamenán
signál. Zesílený signál je odeslán do počítače nebo do jiného výstupního zařízení
pro zpracování signálu. Spojitý dynodový elektronásobič je mnohem častěji používán
v souvislosti s kvadrupóly a pracuje na stejném principu jako oddělený dynodový
elektronásobič s tím rozdílem, že má spojitý zaoblený povrch, na kterém klesá napětí.
Elektrony jsou emitovány, když ionty dopadají na přední stranu dynody, poté se opakovaně
sráží se zakřiveným povrchem způsobujícím násobení signálu a putují směrem k anodě [57].
Metody ionizace
Existuje několik ionizačních technik používaných v hmotnostní spektrometrii, ale
analýzy prováděné pomocí GC-MS využívají buď ionizace elektronem anebo chemické
ionizace [57, 67].
Ionizace elektronem
Ionizace elektronem je zdaleka nejčastěji používaná metoda ionizace. Výstup z GC
přímo vstupuje do iontového zdroje. Elektrony emitované z elektricky žhaveného vlákna jsou
zde urychleny typickým napětím 70 V (a tak mají energii 70 eV), ale předtím než vstoupí do
iontového zdroje, tak prochází malou clonou. Když tyto elektrony prochází blízko
- 50 -

elektroneutrálních molekul, tak jim mohou udělit dostatečnou energii k tomu, aby došlo k
uvolnění valenčního elektronu a k produkci dalších volných elektronů a kladných
(molekulárních) iontů. Energie udělená tímto typem ionizace je vysoká s jednou podstatnou
vlastností, která má za následek, že část nebo všechny molekulární ionty se štěpí na radikály a
iontové fragmenty, které mohou dále fragmentovat. Tato ionizační technika produkuje téměř
výlučně pozitivně nabité ionty [57, 67].
M + e - → M + · + 2e -
M + · → F + + N·
Chemická ionizace
Chemická ionizace stejně jako ionizace elektronem produkuje ionty za použití
svazku elektronů. Hlavní rozdíl spočívá v použité ionizační komoře, která je přizpůsobena
pro kontinuální přívod reakčního plynu, zatímco je udržováno vysoké vakuum podél dráhy
letu iontů. Pro chemickou ionizaci lze používat hned několik plynů např. methan, izobutan aj.
[57].
Například přídavek methanu do iontového zdroje za tlaku okolo 0,5 torru způsobuje,
že téměř všechny elektrony vstupující do iontového zdroje se sráží s molekulami methanu.
V první řadě dochází k produkci molekulárního iontu (č. 1), který pak může podléhat
fragmentaci (č. 2) anebo ion-molekulárním reakcím (č. 3 a 4), které jsou ovlivněny vysokým
tlakem neutrálního methanu [57].
CH 4 + e - + ·
→ CH 4 + 2e - (1)
+ ·
CH 4
+
CH 3
+
CH 5
CH 4
+ ·
→ CH + + ·
3 , CH 2 atd. (2)
+
+ CH 4 → CH 5 + · CH 3 (3)
+ CH 4 →
+
C 2 H 5 + H 2 (4)
+ M → CH 4 + MH + (5)
Výsledkem rychlých reakcí v iontovém zdroji je produkce dvou dobře reagujících
iontů (CH + 5 a C 2 H + 5 ), které jsou stabilní v methanovém plazmatu (nereagují dále s neutrálním
methanem). Tyto tzv. reakční ionty jsou silné Brønstedtovy kyseliny a budou nejsnáze
ionizovat sloučeniny za přenosu protonu (č. 5). Při exotermické reakci je difúzí přenesen
proton z reakčního iontu na elektroneutrální molekulu [57].
- 51 -

Na rozdíl od ionizace elektronem, chemická ionizace obvykle produkuje elektronprotonované
částice se sudým počtem elektronů [M+H] + . U hmotnostních spekter
při chemické ionizaci lze také pozorovat intenzivnější molekulární ionty. Toto rozdílné
chování je způsobeno přenosem menšího množství energie během ionizace, a proto jsou ionty
se sudým počtem elektronů stabilnější než molekulární ionty, které jsou produkované ionizací
elektronem. Produkcí slabších Brønstedtových kyseliny jako reakčních iontů se na
sledovanou neutrální molekulu přenáší menší množství energie než při ionizaci elektronem.
Množství energie přenesené na neutrální molekuly závisí rovněž na druhu použitého reakční
plynu (viz. Tab. 15). Například při záměně methanu za izobutan tak dochází k produkci
slabších Brønstedtových kyselin, t-C 4 H + 9 . Další možností regulace energie je přídavek malého
množství amoniaku k reakčnímu plynu methanu, kdy dochází k produkci reakčního iontu
NH + 4 , který slouží pouze jako přenašeč protonu na sloučeninu, která je více bazická (má vyšší
protonovou afinitu v plynné fázi) než amoniak. V chemické ionizaci reakční ion může tvořit
adukty s molekulami analytu (např. [M + NH + 4 ]) [57, 67].
Reakční plyn Reakční ion Protonová afinita
+
H 2
H 3 101
+
CH 4 CH 5 132
H 2 O H 3 O + 167
+
i-C 4 H 10 i-C 4 H 9 196
+
NH 3 NH 4 204
Tab. 15 – Protonová afinita vybraných reakčních plynů
Tvorby kladně nabitých aduktů výše uvedeného typu se využívá v GC-MS v případě,
když je vyžadována vyšší intenzita pseudomolekulárního iontu a nižší fragmentace. Nicméně
u několika molekul, jako jsou například nasycené alkoholy, nastává protonizace na funkční
skupině, která v případě alkoholů má za následek neutrální ztrátu H 2 O z molekuly. V tomto
případě je ve spektru pozorována velmi malá intenzita molekulárního iontu. Další potenciální
výhodou chemické ionizace je schopnost přizpůsobit reakční plyn danému problému.
Například když je nutné určit pouze aminy, které jsou obsaženy v komplexu uhlovodíkové
směsi, je amoniak dobrou volbou jako reakční plyn, protože NH +
4 reakční iont není
dostatečně kyselý k protonizaci uhlovodíkových molekul, ale bude protonovat pouze aminy
[57, 67].
- 52 -

Negativní chemická ionizace
Negativní ionty jsou produkovány chemickou ionizací za podmínek elektronového
záchytu. Za vysokotlakých podmínek chemické ionizace v iontovém zdroji podstupují
elektrony, jak primární (jsou produkovány vláknem) tak sekundární (produkovány pomocí
ionizace) kolizi až do doby, kdy dosáhnou téměř termálních energií. Za těchto podmínek jsou
schopny molekuly s vysokou elektronovou afinitou (často obsahují elektronegativní
substituenty) velmi efektivně zachycovat elektrony. Pro jisté typy molekul to je velmi účinná
ionizační metoda, protože rychlost elektron-molekulové srážky je mnohem větší než rychlost
ion-molekulových srážek. Tato rychlá kolize je způsobena vysokou rychlostí difúze elektronů
oproti mnohem větším iontům. Negativní ionty sice mohou být produkovány z negativně
reagujících iontů, ale tato metoda je bezpochyby méně účinná než elektronový záchyt a
v souvislosti s GC-MS se používá velmi zřídka [57].
Negativní chemická ionizace je často používaná k analýze vysoce halogenovaných
sloučenin, zvláště fluorovaných molekul, ale je vhodná i pro analýzu jiných sloučenin
obsahujících elektronegativní substituenty. Zcela nasycené sloučeniny jako jsou
perfluorované alkany mají volné jenom antivazebné orbitaly pro elektronový záchyt, a proto
tyto molekuly podstupují disociativní elektronový záchyt, kdy často dochází k bohaté
produkci fragmentujících iontů. Molekuly obsahující jak substituenty odčerpávající elektrony
tak i cykly jako např. hexafluorbenzen ochotně zachytávají a produkují intenzívní molekulární
ionty. Negativní ion-elektronový záchyt je asi tisíckrát citlivější než pozitivní chemická
ionizace kvůli vysokým rychlostem elektron-molekulových srážek a také proto, že
elektronový záchyt velmi účinný pro tento druh molekul [57, 67].
Selektivní monitoring iontů (SIM)
Selektivní monitoring iontů se využívá k měření iontového proudu selektivní hmoty,
která je charakteristická pro sledovanou sloučeninu, kterou očekáváme v určitém časovém
okně. V tomto měřícím módu hmotnostní spektrometr neskenuje celý hmotnostní rozsah, ale
skenuje vybrané hmoty m/z, které jsou pro tuto látku charakteristické a lze je ve spektru
očekávat. SIM metoda dovoluje kvantitativní analýzu až do úrovně ppb. S využitím
moderních přístrojů může být systém naprogramován ke zkoumání různých iontů v několika
retenčních oknech. Výhodou této metody je jak velká citlivost tak i selektivita [57-58, 64].
- 53 -

Typickým příkladem použití metody SIM je kvantitativní analýza určité specifické
sloučeniny ve složité matrici, zvlášť když je sloučenina obsažena ve velmi malých
koncentracích. Ačkoliv metoda SIM je citlivá už na pikogramy látky, tak bývá tato citlivost
vysoce závislá na matrici a na produkovaných interferencích. V praxi je tak často možné kvůli
chemickým interferencím detekovat „pouze“ nanogramy sloučeniny. Při stopové analýze není
neobvyklé získat nesprávný výsledek v důsledku přítomnosti interferujících iontů
ve skenovacím okně a to i při použití vnitřního standardu. V případě, že je dostupná vhodná
instrumentace s vysokým rozlišením je často možné snížit nebo dokonce eliminovat
interferující ionty a přitom i zúžit skenovací okno. Tato metoda vede ve výsledku k drobné
ztrátě intenzity signálu. Nicméně tento jev je často doprovázen zvýšením poměru signálu
k šumu kvůli menším interferencím na pozadí. Alternativou k eliminaci interferencí je ale i
použití metody MS/MS v kombinaci s metodou SIM k monitorování charakteristických
fragmentů [57].
Izotopické píky
Izotopické píky poskytují mnoho informací pro analýzu GC-MS. Všeobecně se
pro interpretaci MS spekter pozorují monoizotopické píky. Monoizotopický pík je pík
reprezentující nejvíce zastoupený izotop příslušného atomu (viz. Obr. 22). Nicméně protože
většina prvků včetně uhlíku má izotopické píky, ionty pozorované v hmotnostním spektru
budou mít izotopy, které jsou charakteristické pro daný prvek. Proto znalost izotopického
poměru může poskytovat informace vztahující se k elementárnímu složení sloučeniny, která
je analyzována. U prvků jako chlor, brom, síra se budou v hmotnostním spektru vyskytovat
izotopické píky vyšších hodnot. Protože např. uhlík má izotop 13 C, který má odezvu 1,1 %
píku 12 C, je možné určit počet uhlíkových atomů v molekule. Například když molekula
obsahuje 10 uhlíkových atomů, bude mít izotopický pík odezvu 11 % (1,1 x 10)
monoizotopického píku [57].
- 54 -

Obr. 22 – Izotopický profil C 6 H 11 Cl – monoizotopický pík 118 m/z
2.5 ENVIRONMENTÁLNÍ ANALÝZA LÉČIV
Environmentální analýza léčiv je v současné době běžným požadavkem nejen
ze strany velkých vodárenských společností, které se zabývají čištěním a úpravou vody, ale
vyžadována je i ze strany ekologů a ochránců přírody. V oblasti znečištění přírody léčivy
panuje asi nejkritičtější stav v Severní Americe, kde stopové koncentrace některých léčiv
způsobují feminizaci určitých druhů vodních živočichů, poškození jejich vnitřních orgánů
anebo i odumírání vzácných druhů rostlin. Situace zde došla už tak daleko, že stopové
koncentrace některých léčiv běžně „tečou“ z vodovodního řadu.
Tento typ stopové analýzy není v běžné praxi ničím jednoduchým a vyžaduje
náročný pracovní postup a finančně nákladné přístrojové vybavení. Obvykle je pro tento druh
stanovení nutný velký objem vzorku, který je potřeba nejprve zfiltrovat, přečistit a následně
z něj vyextrahovat sledované analyty. Po klasické filtraci se většinou provádí extrakce pomocí
SPE kolonek, kdy se kolonka nejprve kondiciuje vhodným rozpouštědlem, posléze se na ni
aplikuje vzorek a poté se odstraní balastní látky, které by mohly rušit konečné stanovení.
Nakonec se provede eluce sledovaných analytů malým množstvím rozpouštědla. Takto
zpracovaný vzorek je už připraven k analýze na HPLC-MS/MS anebo GC-MS/MS.
Kromě kvalitativní a kvantitativní analýzy vybraných léčiv bylo cílem této rigorózní
práce celý pracovní postup zjednodušit, vylepšit ale především zlevnit, a to i za cenu vyšší
časové náročnosti stanovení. Namísto finančně nákladných SPE kolonek bylo využito
- 55 -

klasické extrakce kapaliny kapalinou, která oproti SPE extrakci poskytuje i vyšší hodnoty
návratností. Bylo sice nutné použít větší množství rozpouštědla než při SPE extrakci, ale jeho
cena by ve výsledku nepřevýšila cenu použitých SPE kolonek. Namísto běžně používané
analytické koncovky (HPLC-MS/MS) bylo využito jednoduchého systému GC-MS, jehož
pořizovací cena je ve srovnání s HPLC-MS/MS daleko nižší. Toto „zjednodušení“ a zlevnění
analýzy ovšem vyžadovalo vyšší časovou náročnost celého pracovního postupu a optimalizaci
jednotlivých kroků.
- 56 -

3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST
3.1 Chemikálie
Dichlormethan, p. a. (Penta, Praha, Česká republika)
Methanol, p. a. (Penta, Praha, Česká republika)
Kyselina chlorovodíková 35 %, p. a. (Penta, Praha, Česká republika)
Síran sodný, p. a. (Lach-Ner, Neratovice, Česká republika)
N-methylmočovina (Sigma Aldrich, St. Luis, USA)
Dusitan sodný, p. a. (Lach-Ner, Neratovice, Česká republika)
Kyselina sírová, p. a. (Lach-Ner, Neratovice, Česká republika)
Hydroxid draselný, p. a. (Lach-Ner, Neratovice, Česká republika)
Diethylether, p. a. (Lach-Ner, Neratovice, Česká republika)
Diazomethan v diethyletheru
• princip: alkalická hydrolýza N-nitroso-N-methylmočoviny
• postup přípravy:
Ve 100 ml destilované vody se rozpustilo 11,1 g N-methylmočoviny a 10,8 g
dusitanu sodného. K této reakční směsi bylo postupně za stálého míchání a
chlazení přidáváno 40 ml 1,7 M H 2 SO 4 . Po dvou hodinách stání byla vzniklá
N-nitroso-N-methylmočovina zfiltrována, rozpuštěna v 50 ml diethyletheru,
umístěna na chlazenou vodní lázeň a po kapách rozložena přídavkem 20 ml
70 % KOH. Po 30 minutách byl etherický roztok diazomethanu dekantován a
uskladněn v mrazicím boxu při teplotě -20 °C pro pozdější použití.
Léčiva:
• Ibuprofen /Ibalgin 400/ (Zentiva, Praha, Česká republika)
• Kofein /Kinedryl/ (Noventis, Zlín, Česká republika)
• Moxastin /Kinedryl/ (Noventis, Zlín, Česká republika)
• Naproxen /Nalgesin S/ (Krka, Praha, Česká republika)
• Ketoprofen /Ketonal/ (Pharmaceutical and Chemical Company, Ljubljana,
Slovinsko)
• Diklofenak /Diclofenac AL/ (Aliud Pharma, Laichingen, Německo)
• Karbamazepin /Biston/ (Zentiva, Hlohovec, Slovenská republika)
- 57 -

• Bromhexin /Bromhexin & Berlin-Chemie/ (Berlin-chemie – Menádini group,
Berlín, Německo)
• Diazepam /Diazepam/ (Zentiva, Hlohovec, Slovenská republika)
• Fenofibrat /Fenofix/ (Teva Pharmaceuticals, Praha, Česká republika)
• Zolpidem /Hypnogen/ (Zentiva, Praha, Česká republika)
Účinné látky byly izolovány z komerčních přípravků, jejichž názvy jsou uvedeny
kurzívou, extrakcí methanolem.
3.2 Přístroje a zařízení
Plynový chromatograf Agilent 7890
Hmotnostní spektrometr Agilent 5975C
Automatický dávkovač Agilent
Křemenná kapilární kolona HP-5MS (30 m x 0,25 mm x 0,25 µm)
Tlaková láhev s He (99,998 %, SIAD, Bergamo, Itálie)
Tlaková láhev s N 2 (99,998 %, Messer, Bad Soden, Německo)
Ultrazvuková lázeň Elmasonic S 40H
Centrifuga Eppendorf 5702
Topná deska Evaterm
Analytické váhy Kern
Automatické pipety
Laboratorní sklo
Plastové špičky a mikrozkumavky
3.3 Odběr vzorků
K analýze léčiv byla odebírána odpadní voda na čistírnách odpadních vod
v Olomouci a ve Zlíně. Vzorkování probíhalo na čtyřech různých místech technologické
vodní linky (viz. Obr. 23) – na přítoku za hrubými česlemi (1), za primární usazovací nádrží
(2), na odtoku z aktivace (3) a na odtoku z areálu čistírny odpadních vod (4).
Pro další účely byla odebírána i povrchová voda z vodního recipientu a to jak před
výtokem z ČOV tak za ním.
- 58 -

Obr. 23 – Schéma ČOV a místa odběru vzorků
K vzorkování byl použit inertní nerezový vzorkovač a čisté plastové (PE-HD, PET)
láhve o objemech 500, 1500 a 2000 ml. Vzorky vody byly ihned po odběru transportovány
do laboratoře, kde byly v průběhu následujících 72 hodin zpracovány. Data a podmínky
odběrů jsou uvedeny v Tab. 16.
pořadí odběru
místo odběru
/ČOV/
datum odběru T vzduchu /°C/
1 Olomouc 19. 10. 2010 10,5
2 Olomouc 23. 11. 2010 3,0
3 Zlín 24. 1. 2011 0,3
4 Zlín 25. 2. 2011 7,4
Tab. 16 – Podmínky vzorkování
- 59 -

3.4 Pracovní postup
Odměrným válcem bylo odměřeno 500 ml vzorku, který se nechal asi 5 minut
odplynit v ultrazvuku a poté byl zfiltrován. Zfiltrovaný vzorek byl převeden do dělící nálevky
o objemu 1 litr a okyselen přídavkem 1,5 ml 5 M HCl, čímž se upravilo pH na 2. Pro extrakci
léčiv bylo do děličky přidáno 20 ml dichlormethanu a poté se obsah děličky asi 5 minut
intenzivně protřepával. Po ustálení obou vrstev byla spodní organická vrstva odpuštěna
do plastové centrifugační zkumavky. Extrakce pak byla ještě jednou opakována
s přídavkem 10 ml dichlormethanu.
Extrakty ve zkumavkách byly následně centrifugovány po dobu 5 minut
při maximálních otáčkách (4400 min -1 ), aby se od sebe dokonale oddělily vrstvy
dichlormethanu, vody a přítomných nečistot. Vodná fáze byla odstraněna a vrstva
dichlormethanu byla opatrně pomocí automatické pipety převedena do skleněné baňky.
Pro vysušení byl k extraktu přidán bezvodý Na 2 SO 4 . Vysušený extrakt byl na topné desce
odpařen mírným proudem dusíku na objem 3 – 4 ml. Tento objem byl postupně pipetou
převeden do skleněné vialky a odpařen dosucha.
Pro derivatizaci vzorku bylo do vialky přidáno 500 µl roztoku diazomethanu
v diethyletheru. Vzorek se nechal methylovat přibližně 15 minut, a pak bylo přebytečné
rozpouštědlo pomocí jemného proudu dusíku opět odpařeno. Methylace diazomethanem byla
poté ještě jednou zopakována. Následně byl odparek rozpuštěn v 1000 µl methanolu a vzorek
ve vialce byl asi na 2 minuty vložen do ultrazvuku. Vzorek se v této fázi kvůli odstranění
velmi jemných nečistot nechal ještě jednou centrifugovat a posléze se opatrně převedl do čisté
vialky. Takto připravený vzorek pak byl podroben analýze na GC-MS.
Paralelně byly zpracovávány i vzorky se standardními přídavky léčiv 50, 500
a 5000 ng/l.
- 60 -

3.5 Analýza GC-MS
Analýza byla prováděna na plynovém chromatografu Agilent 7890, který byl
vybaven hmotnostním spektrometrem Agilent 5975C a automatickým dávkovačem Agilent.
Vzorky ve vialkách byly umístěny do automatického dávkovače a následně byla
spuštěna analýza. Mikrostříkačka Hamilton byla nejprve propláchnuta acetonem, posléze
vzorkem a až poté byl nadávkován 1 µl vzorku. K nadávkování vzorku do kolony byla
zvolena metoda pulzního dávkování bez děliče toku – (138 kPa; 0,4 min.). Jako nosný plyn
bylo použito helium s průtokem 0,9 ml/min. Teploty nástřiku a spojky mezi GC a MS byly
nastaveny na 280ºC. K separaci byla použita křemenná kapilární kolona o délce 30 m,
vnitřním průměru 0,25 mm, tloušťce filmu 0,25 µm a teplotní program:
50ºC – 2 min – 10ºC/min – 300ºC – 5 min. Celková doba analýzy byla 42 minut.
Hmotnostní spektrometr využíval ionizace elektronem (EI) a solvent delay byl
nastaven na 5 minut. Sběr dat byl realizován v modech „TIC“ a „SIM“.
- 61 -

4 VÝSLEDKY A DISKUZE
Při extrakci do dichlormethanu byla zjištěna technikou vícenásobné extrakce její
návratnost, která se v závislosti na druhu léčiva pohybovala mezi 84,17 – 99,16 % (Tab. 17;
příloha 1). Vzhledem k tomu, že návratnost extrakce bývá silně závislá na složení vzorku
a na případných matricových efektech, byla pro kvantifikaci léčiv zvolena metoda
standardního přídavku, která tyto vlivy do jisté míry eliminuje a poskytuje správné a přesné
výsledky i v případě nekvantitativní extrakce analytů. Tímto postupem zpracovaný vzorek
s příslušnými standardními přídavky byl poté využit pro analýzu dalších vzorků jako
standard (matricový standard).
Analyty ve standardní směsi mohou být totiž významně ovlivněny přítomností
koextraktů z matrice a jejich odezva na detektoru může být výrazně odlišná oproti standardu
v čistém rozpouštědle. Metoda matricových standardů byla zvolena, protože se v odpadní
vodě předpokládal významný vliv matricových efektů, které prakticky není možné úplně
eliminovat. Spolehlivější kalibrační závislost pro kvantifikaci jednotlivých analytů se získá
v přítomnosti extrahovaného vzorku. Ideální je pro každou matrici připravit vlastní matricový
standard. Míra matricových efektů je úměrná koncentraci matrice a přídavek extraktu matrice
ke standardu by měl být stejný pro všechny koncentrační hladiny standardů a přiměřený
množství vzorku. Stabilita léčiv a jejich odezva na detektoru je v přítomnosti matrice různá, a
proto je nutné standardní směsi často kontrolovat a případně znovu připravovat, což je
relativní nevýhodou tohoto postupu.
Jelikož zkoumaná matrice již obsahovala sledované analyty, nebylo možné
pro určení návratnosti extrakce využít klasické prosté extrakce, a proto byla její návratnost
určena metodou vícenásobné extrakce, která tento vliv eliminuje.
Analýzou standardů (výchozí koncentrace 50 µg/l) byly zjištěny retenční časy
jednotlivých léčiv resp. jejich derivátů (Tab. 17) a jejich příslušná hmotnostní spektra, která
byla porovnána s databází spekter (příloha 2). Z naměřených hmotnostních spekter byly
zjištěny charakteristické ionty (Tab. 17), které byly následně použity pro citlivou kvantifikaci
léčiv v reálných vzorcích pomocí režimu Selective Ion Monitoring (SIM).
- 62 -

léčivo
t R
[min]
charakteristický ion
[m/z]
návratnost
extrakce
[%]
LOD
[ng/l]
ibuprofen 15,12 161 85,25 1
kofein 18,63 194 84,17 1
moxastin 19,39 58 88,43 5
naproxen 20,38 185 94,57 5
ketoprofen 21,49 209 94,15 5
diklofenak 22,19 214 90,04 5
karbamazepin 23,42 193 96,03 5
bromhexin 23,89 293 88,82 5
diazepam 24,48 283 92,50 1
fenofibrat 25,06 121; 273 99,16 1
zolpidem 27,26 235 93,57 7
Tab. 17 – Retenční charakteristiky analytů
Pro zjištění limitů detekce jednotlivých léčiv bylo využito samotných matricových
standardů na koncentračních úrovních 1, 5 resp. 7 ng/l. Na obr. 24 lze zřetelně pozorovat, že
vlivem přídavku léčiva na výše zmíněných hodnotách koncentrací dochází ke zřetelně
průkaznému zvýšení signálu. Hodnoty 1, 5 resp. 7 ng/l byly proto přijaty jako spolehlivě
prokazatelná koncentrace ve vzorcích odpadních vod.
Abundance
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
IBUPROFEN
TIC: Z04.D\ data.ms
TIC: Z06.D\ data.ms
STD – 1 ng/l
BLANK
20.0520.1020.1520.2020.2520.3020.3520.4020.4520.5020.5520.6020.6520.70
- 63 -

Abundance
KETOPROFEN
TIC: Z04.D\ data.ms
TIC: Z06.D\ data.ms
240
235
230
225
STD – 5 ng/l
220
215
210
205
200
BLANK
195
190
185
180
175
170
165
160
155
150
145
140
21.25 21.30 21.35 21.40 21.45 21.50 21.55 21.60 21.65 21.70 21.75
Abundance
ZOLPIDEM
140
130
TIC: Z04.D\ data.ms
TIC: Z06.D\ data.ms
STD – 7 ng/l
120
110
100
90
80
BLANK
70
60
50
40
22.00 22.10 22.20 22.30 22.40 22.50 22.60 22.70 22.80 22.90 23.00 23.10
Obr. 24 – Určení limitů detekce vybraných analytů
Analýza odpadní vody – ČOV Olomouc-Nové sady
Analýzou odebraných vzorků odpadní vody na ČOV Olomouc-Nové sady se
podařilo prokázat přítomnost všech sledovaných analytů s výjimkou moxastinu (Obr. 25 – 26;
příloha 3). Zjištěné koncentrace se pohybovaly v rozmezí jednotek ng až µg na litr odpadní
vody. Předmětem analýzy bylo i sledování účinnosti odstranění jednotlivých léčiv, které se
na zdejší čistírně pohybovalo od 37,34 do 100 %.
Z tabulky naměřených hodnot (Tab. 19) lze zjistit, že nejvíce zastoupen byl kofein,
který je volně dostupnou látkou. Tato množství pravděpodobně pochází většinou z potravin
(káva, čaj, kofeinové nápoje aj.). Například kávu někteří lidé pravidelně konzumují
i několikrát denně. Kromě toho řada z nich likviduje kávovou sedlinu spláchnutím do toalety
nebo do odpadu. Na přítoku do areálu ČOV byly oproti dalším sledovaným analytům
zaznamenány vyšší koncentrace ibuprofenu, naproxenu, ketoprofenu, diklofenaku,
karbamazepinu, fenofibratu a zolpidemu. Přítomnost těchto léčiv v uvedeném množství je
- 64 -

elativně běžná pouze pro ibuprofen, naproxen, ketoprofen a diklofenak, protože jsou
k dispozici ve formě tablet s vysokým obsahem účinné látky a navíc bez lékařského předpisu.
Zvýšená koncentrace karbamazepinu, který je sice vázán na lékařský předpis, může být také
samozřejmě ovlivněna vysokým obsahem účinné látky v medikamentu (Biston 200 mg) a
nutností jeho pravidelného a dlouhodobého užívaní epileptiky, ale na druhé straně i vysokou
stabilitou této tricyklické sloučeniny. Množství fenofibratu, k jehož užívání je rovněž nutný
lékařský předpis, nejsou tak vysoké jako u již zmíněných léčiv a odpovídají tak běžným
předpokladům vzhledem ke spotřebě a množství účinné látky v medikamentu. Zarážející jsou
ovšem naměřené koncentrace zolpidemu, které jsou v rozporu s dosud uvedenými závěry,
protože spotřeba tohoto léčiva, množství účinné látky a její stabilita jsou daleko nižší
ve srovnání s karbamazepinem nebo fenofibrátem. Vysvětlení takto vysokých koncentrací
zolpidemu může být různé. Může se jednat např. o náhlou jednorázovou likvidaci léčiva
spláchnutím do odpadu anebo jeho soustavným vypouštěním, které může být zapříčiněno
např. jeho průmyslovou výrobou. První varianta nepřipadá zdaleka v úvahu, protože by
koncentrace zolpidemu byly zaznamenány pouze v jednom místě a čase, a tedy nikoliv
i s měsíčními časovými odstupy. Zolpidem pravděpodobně může pocházet z průmyslové
výroby, protože jeho koncentrace byly dlouhodobě zaznamenávány nejen na technologické
lince ČOV ale i ve vodním recipientu řeky Moravy (viz. Obr. 27 – 28).
Účinnost odstranění jednotlivých léčiv se mj. liší v závislosti na druhu léčiva.
Zdaleka nejlepší účinnosti odstranění (až 99,88 %) v procesu čištění odpadních vod je
dosahováno u kofeinu, ibuprofenu, ketoprofenu, bromhexinu, fenofibratu a zolpidemu.
O něco horší účinnost odstranění léčiv (okolo 70 %) byla zaznamenána u naproxenu,
karbamazepinu a diazepamu. A zdaleka nejproblematičtěji se odbourával diklofenak
(pouze okolo 40 %). V případě, že se srovná složitost dané účinné látky s účinností odstranění
léčiva, lze zjistit, že s rostoucím počtem cyklů v molekule sloučeniny se stává její odbourání
složitějším. Diklofenak sice neobsahuje bicyklické či tricyklické struktury tak jako např.
naproxen, diazepam anebo karbamazepin, ale na jedno z jeho aromatických jader jsou
navázány dva atomy chloru, které způsobují, že molekula diklofenaku je obtížněji
odbouratelná než ostatní sledované analyty. Svým charakterem totiž diklofenak připomíná
stabilitu PCB.
- 65 -

Analýza odpadní vody – ČOV Zlín-Malenovice
Analýzou vzorků odpadní vody na ČOV Zlín-Malenovice byla zjištěna přítomnost
všech sledovaných analytů (Obr. 29 – 30; příloha 3). Zjištěné koncentrace z hlediska množství
jednotlivých analytů přibližně odpovídaly koncentracím změřeným na ČOV Olomouc-Nové
Sady, i když koncentrace některých léčiv byly vyšší než v Olomouci. Účinnost odstranění
jednotlivých léčiv se pohybovala mezi 56,95 až 100 %. Nejnižší účinnosti odbourání zde bylo
dosaženo u bromhexinu, kdežto v Olomouci u diklofenaku. Obě léčiva ve své struktuře
obsahují halogeny, což z nich činí obtížně odbouratelné látky.
Z tabulek naměřených hodnot (Tab. 19 – 20) lze zjistit, že k rapidnímu poklesu
koncentrací na ČOV dochází až při biologickém čištění, kdežto mechanické předčištění nemá
tak velký vliv na snížení koncentrací analytů. K menšímu poklesu koncentrací dochází ale
i po primární sedimentaci anebo posléze po sekundární sedimentaci, kdy se od přečištěné
odpadní vody odděluje aktivovaný kal. Tento trend byl zaznamenán i v Olomouci na tamní
ČOV a lze jej generalizovat.
Koncentrace léčiv na přítoku do ČOV se v porovnání s koncentracemi olomoucké
ČOV lišily, ale poměry mezi množstvím jednotlivých analytů zůstaly víceméně zachovány.
Oproti tomu se koncentrace léčiv na odtocích z čistíren až na drobné výjimky nelišily, což
může být zapříčiněno používáním stejného typu technologie vodní linky a svědčí to
o relativně dobrém procesu čištění odpadních vod.
Podobně jako v Olomouci byl zaznamenán výskyt zolpidemu, tak i ve Zlíně byla
zaznamenána přítomnost účinné látky pocházející z průmyslové výroby. Jednalo se
o moxastin, který je spolu s kofeinem součástí komerčního přípravku proti nevolnostem.
Zjištěná množství moxastinu se velmi dobře odbourávala v procesu čištění odpadních vod
a bylo tak dosahováno vysoké účinnosti odstranění. Ve vodním recipientu řeky Dřevnice
nebyl moxastin vůbec detekován.
Na množství jednotlivých léčiv jak v odpadní tak i povrchové vodě mají kromě již
zmíněných faktorů (např. množství účinné látky v medikamentu, dostupnost preparátu,
stabilita a struktura molekuly účinné látky apod.) samozřejmě vliv i další činitelé. Mezi další
podstatné činitele patří zejména spotřeba jednotlivých léčiv (viz. Tab. 18), počet obyvatel,
počasí, výskyt nemocí (chřipková epidemie) anebo denní doba. Všechny tyto faktory svým
způsobem ovlivňují množství léčiv jak na ČOV tak i v přírodě a mají vliv i na proces jejich
záměrného anebo přirozeného odstranění.
- 66 -

Farmakologické údaje
Statistické údaje
účinná látka
DDD
[mg]
průměrný počet spotřebovaných
DDD na 1000 obyvatel za den
[-]
roční spotřeba
[t]
ibuprofen 1200 29,32 135,47
moxastin * * *
naproxen 500 1,25 2,41
ketoprofen 150 0,61 0,35
diklofenak 100 9,68 3,73
karbamazepin 1000 1,35 5,20
bromhexin 24 2,70 0,25
diazepam 10 2,66 0,10
fenofibrat 200 12,86 9,90
zolpidem 10 14,69 0,57
Tab. 18 – Spotřeba analyzovaných léčiv v ČR za rok 2011 /zdroj: SÚKL/
(data jsou vztažena na počet obyvatel k 30.9.2011 – 10 548 527 obyv. /zdroj: ČSÚ/)
* údaje pro moxastin se nepodařilo dohledat
- 67 -

Abundance
60000
55000
50000
45000
ibuprofen
TIC: Z14.D\ data.ms
fenofibrat
diazepam
naproxen
zolpidem
40000
35000
30000
25000
20000
15000
kofein
bromhexin
diklofenak
ketoprofen
karbamazepin
10000
5000
15.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.0027.00
Time-->
Obr. 25 – Chromatogram odebraného vzorku odpadní vody na přítoku do areálu ČOV
Olomouc-Nové Sady z 23. 11. 2010, měřeno v módu SIM
Abundance
2400
2200
2000
1800
1600
1400
ibuprofen
TIC: Z03.D\ data.ms
diazepam
diklofenak
karbamazepin
naproxen
bromhexin
zolpidem
ketoprofen
fenofibrat
1200
1000
kofein
800
600
400
200
15.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.0027.00
Time-->
Obr. 26 – Chromatogram odebraného vzorku odpadní vody na odtoku z areálu ČOV
Olomouc-Nové Sady z 23. 11. 2010, měřeno v módu SIM
- 68 -

Abundance
TIC: Z02.D\ data.ms
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
26.2026.4026.6026.8027.0027.2027.4027.6027.8028.0028.2028.4028.60
Time-->
Obr. 27 – Chromatogram odebraného vzorku povrchové vody z řeky Moravy
před vyústí z areálu ČOV Olomouc-Nové Sady z 23. 11. 2010, měřeno v módu SIM
Abundance
TIC: Z05.D\ data.ms
900
800
700
600
zolpidem
500
400
300
200
100
26.0026.2026.4026.6026.8027.0027.2027.4027.6027.8028.0028.2028.4028.6028.80
Time-->
Obr. 28 – Chromatogram odebraného vzorku povrchové vody z řeky Moravy
za vyústí z areálu ČOV Olomouc-Nové Sady z 23. 11. 2010, měřeno v módu SIM
- 69 -

Abundance
TIC: Z29.D\ data.ms
60000
55000
50000
45000
ibuprofen
moxastin
naproxen
40000
35000
30000
25000
20000
kofein
bromhexin
diklofenak
ketoprofen
karbamazepin
diazepam
fenofibrat
zolpidem
15000
10000
5000
15.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.0027.00
Time-->
Obr. 29 – Chromatogram odebraného vzorku odpadní vody na přítoku do areálu ČOV
Zlín-Malenovice z 25. 2. 2011, měřeno v módu SIM
Abundance
TIC: Z18.D\ data.ms
2200
2000
1800
1600
1400
ibuprofen
moxastin
naproxen
ketoprofen
diklofenak
bromhexin
karbamazepin
diazepam
1200
1000
kofein
fenofibrat
800
600
400
200
15.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.0027.0028.00
Time-->
Obr. 30 – Chromatogram odebraného vzorku odpadní vody na odtoku z areálu ČOV
Zlín-Malenovice z 25. 2. 2011, měřeno v módu SIM
- 70 -

ANALÝZA LÉČIV V ODPADNÍCH VODÁCH – ČOV OLOMOUC-NOVÉ SADY 19. 10. 2010
koncentrace v ng/l účinnost odstranění v %
pořadí eluce
účinná látka
Přítok do ČOV
(stoka)
Hrubý usazovák
(odtok)
Odtok
z aktivace
Odtok
z ČOV
Přítok do
ČOV (stoka)
Hrubý usazovák
(odtok)
Odtok
z aktivace
Odtok
z ČOV
1 ibuprofen 1564,61 1052,70 27,37 30,75 - 32,68 98,25 98,04
2 kofein 27143,79 3756,11 409,86 123,89 - 86,25 98,47 99,54
3 moxastin

ANALÝZA LÉČIV V ODPADNÍCH VODÁCH – ČOV ZLÍN-MALENOVICE 24. 1. 2011
pořadí eluce
účinná látka
Přítok do ČOV
(jemné česle)
koncentrace v ng/l účinnost odstranění v %
Hrubý usazovák
(odtok)
Odtok
z aktivace
Odtok
z ČOV
Přítok do
ČOV (jemné
česle)
Hrubý usazovák
(odtok)
Odtok
z aktivace
1 ibuprofen 1992,11 1465,00 71,83 43,83 - 26,35 96,42 97,80
2 kofein 10457,62 5118,67 325,41 130,88 - 51,03 96,88 98,75
3 moxastin 1608,40 1179,34 207,14 79,61 - 26,95 87,12 95,03
4 naproxen 1298,80 942,70 558,08 422,61 - 26,19 56,27 66,71
5 ketoprofen 1367,35 964,33 329,46 263,16 - 29,48 75,91 80,75
6 diklofenak 1585,97 1514,59 1110,19 394,04 - 5,00 27,79 74,51
7 karbamazepin 851,77 766,37 542,18 346,20 - 8,76 35,45 58,78
8 bromhexin 56,47 33,44 32,22 26,67 - 44,92 47,99 56,95
9 diazepam 58,78 31,51 25,78 16,94 - 49,79 59,58 73,11
10 fenofibrat 311,12 64,39 16,99 21,92 - 78,58 93,77 93,30
11 zolpidem 77,59

5 ZÁVĚR
Cílem mé rigorózní práce bylo provést kvalitativní a kvantitativní analýzu deseti
vybraných léčiv a kofeinu v odpadní vodě a navázat tak na diplomovou práci, ve které byla
analyzována léčiva v povrchové vodě. K tomuto účelu byly vybrány ČOV, které se nacházely
ve dvou velkých městech Olomouc a Zlín. Na příslušných ČOV byly metodou GC-MS
sledovány vstupní a výstupní koncentrace analyzovaných léčiv a tím stanovena i účinnost
procesu čištění odpadních vod, která se pro sledovaná léčiva pohybovala od 37,34 do 100 %
v závislosti na druhu medikamentu. Nalezené koncentrace medikamentů byly v řádech
několika ng až µg v jednom litru.
Bylo rovněž zjištěno, že koncentraci léčiv v odpadní ale i povrchové vodě ovlivňuje
celá řada faktorů, které není možné jednoduše postihnout, protože na sebe vzájemně působí
a ovlivňují se. Mezi základní faktory, které ovlivňují množství léčiv v odpadních vodách
a účinnost jejich odstranění patří zejména spotřeba léčiv, charakter molekuly účinné látky
a používaná technologie čištění odpadních vod. V neposlední řadě je třeba zmínit
i průmyslovou výrobu některých léčiv, která měla na výskyt některých sledovaných léčiv
pravděpodobně svůj vliv. I přes tuto skutečnost lze jednoznačně konstatovat, že drtivá většina
zjištěných množství léčiv pochází z domácností. Určitý podíl na znečištění nesou také
nemocniční zařízení, která sice provozují nějakou formu předčištění odpadní vody, ale jejich
vyústění, stejně jako u průmyslových podniků, směřuje na městskou ČOV. Koncentrace léčiv
ve vyčištěné odpadní vodě jsou i přesto relativně nízké (ng/l), a proto zde nevzniká riziko,
které by mohlo negativně ovlivňovat lidské zdraví [68]. Kromě toho dochází ještě ke zředění
vyčištěné odpadní vody vypouštěním do vodního recipientu. Otázkou ovšem zůstává, do jaké
míry působí látky na vodní ekosystém a také jestli nemohou kontaminovat podzemní vodu
v blízkém okolí.
Z výsledků provedeného monitoringu vyplývá, že na množství léčiv v odpadních
a potažmo povrchových vodách mají vliv nejenom domácnosti, ale i průmyslové podniky, jež
se zabývají výrobou či syntézou léčiv. Právě tyto subjekty by měly věnovat zvýšenou
pozornost odpadním vodám, které vypouštějí, protože v současné době jsou pro ně ze zákona
směrodatné pouze některé parametry (CHSK, BSK 5 , obsah N a P apod.) a nikoliv obsah
účinných látek, jehož sledování dnes neupravuje žádná legislativní norma anebo nařízení.
- 73 -

6 LITERATURA
[1] http://www.vodarenstvi.cz/clanky/mohou-nas-ohrozit-leciva-v-pitne-vode
(staženo 22. 1. 2012)
[2] Lange H.J., Noordoven W., Murk A.J., Lürling M., Peeters E.T.H.M.: Aquat. Toxicol.
78, 209–216 (2006).
[3] Pomati F., Netting A.G., Calamari D., Neilan B.A.: Aquat. Toxicol. 67, 387–396
(2004).
[4] Santos L.H.M.L.M., Araújo A.N., Fachini A., Pena A., Delerue-Matos C.,
Montenegro M.C.B.S.M.: J. Hazard. Mater. 175, 45–95 (2010).
[5] Ven K., Dongen W., Maes B.U.W., Esmans E.L., Blust R., Coen W.M.: Chemosphere
57, 967–973 (2004).
[6] Bisceglia K.J., Yu J.T., Coelhan M., Bouwer E.J., Roberts A.L.: J. Chromatogr. A
1217, 558–564 (2010).
[7] Moldovan Z.: Chemosphere 64, 1808–1817 (2006).
[8] http://en.wikipedia.org/wiki/Ibuprofen
(staženo 22. 1. 2012)
[9] http://www.piskac.cz/ETD/
(staženo 9. 2. 2010)
[10] Katzung B.G.: Základní a klinická farmakologie. H&H, Jinočany 1995.
[11] Švihovec J.: Pharmindex – kompendium. MediMedia Informations, Praha 1995.
[12] http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0032082&tab=texts
(staženo 22. 1. 2012)
[13] Carvalho P.O., Cass Q.B., Calafatti S.A., Contesini F.J., Bizaco R.: Braz. J. Chem.
Eng. 23, 291–300 (2006).
[14] Oliveira A.R.M., Santana F.J.M., Bonato P.S.: Anal. Chim. Acta 538, 25–34 (2005).
[15] http://en.wikipedia.org/wiki/Moxastine
(staženo 22. 1. 2012)
[16] http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0017996&tab=texts
(staženo 22. 1. 2012)
[17] http://en.wikipedia.org/wiki/Naproxen
(staženo 22. 1. 2012)
- 74 -

[18] http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0055634&tab=texts
(staženo 22. 1. 2012)
[19] Sidelmann U.G., Bjørnsdottir I., Shockcor J.P., Hansen S.H., Lindon J.C., Nicholson
J.K.: J. Pharm. Biomed. Anal. 24, 569–579 (2001).
[20] http://en.wikipedia.org/wiki/Ketoprofen
(staženo 22. 1. 2012)
[21] http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0076655&tab=texts
(staženo 22. 1. 2012)
[22] Heitmeier S., Blaschke G.: J. Chromatogr. B 721, 109–125 (1999).
[23] http://en.wikipedia.org/wiki/Diclofenac
(staženo 22. 1. 2012)
[24] http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0075603&tab=texts
(staženo 22. 1. 2012)
[25] Bort R., Macé K., Boobis A., Lechón M.J.G., Pfeifer A., Castell J.: Biochem.
Pharmacol. 58, 787–796 (1999).
[26] Galmier M-J., Bouchon B., Madelmont J-C., Mercier F., Pilotaz F., Lartigue C.: J.
Pharm. Biomed. Anal. 38, 790–796 (2005).
[27] http://en.wikipedia.org/wiki/Carbamazepine
(staženo 22. 1. 2012)
[28] http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0003417&tab=texts
(staženo 22. 1. 2012)
[29] Breton H., Cociglio M., Bressolle F., Peyriere H., Blayac J.P., Hillaire-Buys D.: J.
Chromatogr. B. 828, 80–90 (2005).
[30] http://en.wikipedia.org/wiki/Bromhexine
(staženo 22. 1. 2012)
[31] http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0051621&tab=texts
(staženo 22. 1. 2012)
[32] Liu J., Chen X., Hu Y., Cheng G., Zhong D.: J. Pharmaceut. Biomed. 51, 1134–1141
(2010).
[33] http://en.wikipedia.org/wiki/Diazepam
(staženo 22. 1. 2012)
- 75 -

[34] http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0002478&tab=texts
(staženo 22. 1. 2012)
[35] Rouini M.-R., Ardakani Y. H., Moghaddam K. A., Solatani F.: Talanta 75, 671–676
(2008).
[36] Azzam R. M., Notarianni L. J., Ali H. M.: J. Chromatogr. B 708, 304 – 309 (1998).
[37] http://en.wikipedia.org/wiki/Fenofibrate
(staženo 22. 1. 2012)
[38] http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0023528&tab=texts
(staženo 22. 1. 2012)
[39] Do T. T., Speybroeck M. V., Mols R., Annaert P., Martens J., Humbeeck J. V.,
Vermant J., Augustijns P., Mooter G. V.: Int. J. Pharm. 414 118– 124 (2011).
[40] http://en.wikipedia.org/wiki/Zolpidem
(staženo 22. 1. 2012)
[41] http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0163147&tab=texts
(staženo 22. 1. 2012)
[42] Gunnar T., Ariniemi K., Lillsunde P.: J. Chromatogr. B 818, 175–189 (2005).
[43] Depoortere H., Zivkovic B., Lloyd K. G., Sanger D. J., Perrault G., Langer S. Z.,
Bartholini G.: J. Pharmacol. Exp. Ther. 237, 649–58 (1986).
[44] Hempel G., Blaschke G.: J. Chromatogr. B 675, 131 – 137 (1996).
[45] http://www.thechemblog.com/?tag=zolpidem
(staženo 19. 5. 2012)
[46] http://cs.wikipedia.org/wiki/Kofein
(staženo 22. 1. 2012)
[47] http://www.basinc.com/library/presentations/biochem/rsun_03/index.html
(staženo 19. 1. 2012)
[48] Hlavínek P., Mičín J., Prax P., Hluštík P., Mifek R.: Stokování a čištění odpadních
vod. Fast, Brno 2006.
[49] Čížek P., Herel F., Koníček Z.: Stokování a čištění odpadních vod. Praha 1970.
[50] Dohányos M., Koller J., Strnadová N.: Čištění odpadních vod. VŠCHT, Praha 1998.
[51] Pytl V. a kol.: Příručka provozovatele čistírny odpadních vod. 1. vydání, Praha 2004.
[52] Mazel L., Pokorný M.: Vodárny a čistírny. 2. přepracované vydání, VUT, Brno 1992.
- 76 -

[53] Chudoba J., Dohányos M., Wanner J.: Biologické čištění odpadních vod. SNTL, Praha
1991.
[54] Dohányos M., Zábranská J., Jeníček P., Fialka P., Kajan M.: Anaerobní čistírenské
technologie. NOEL 2000, Praha 1998.
[55] Malý J., Hlavínek P.: Čištění průmyslových odpadních vod. VŠCHT, Praha 1998.
[56] Rosenwinkel a kol.: Membranverfahren in der industriellen Abwasserbehandlung 72,
433–440 (2000).
[57] Kitson F.G., Larsen B.S., McEven C.N.: Gas chromatography and mass spectrometry
a practical guide. Academic press, San Diego USA, 1996
[58] http://en.wikipedia.org/wiki/GC-MS
(staženo 27. 2. 2010)
[59] http://en.wikipedia.org/wiki/Gas-liquid_chromatography
(staženo 22. 1. 2012)
[60] James A.T., Martin A.J.P.: Gas liquid partition chromatography. Biochem. J. Proc.,
50, 1952
[61] Grob K.: Classical split and Splitless Injections in Capillary GC. London 1988
[62] Thomson J.J.: Rays of positive electricity and their applications to chemical analysis.
Logmaus, 1913.
[63] Shearer R.L.: American Laboratory, 12, 24, 1994
[64] http://en.wikipedia.org/wiki/Mass_spectrometry
(staženo 27. 2. 2010)
[65] Dass C.C., Desiderio D.M.: Mass spectrometry: Clinical and Biomedical Applications,
New York, Plenum Press, 1994.
[66] Bush K.L., Glish G.L., Mc Luckey: S. A.: Mass Spektrometry: Techniques and
applications of tandem mass spectrometry. New York, 1988.
[67] Harrison A.G.: Chemical ionization mass spectrometry. Boca Raton, CRC Press, 1983.
Cooks R.G., Beynon J.H., Caprioli R.M., Lester G.R.: Metastable Ions. New York
1973.
[68] Schwab B.W., Hayes E.P., Fiori J.M., Mastrocco F.J., Roden N.M., Cragin D.,
Meyerhoff R.D., D'Aco V.J., Anderson P.D.: Regul. Toxicol. Pharm. 42, 296–312
(2005).
- 77 -

7 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
A píku
ADP
AFID
AI
AII
BSK 5
C max
CI
CIII
CNS
CYP3A4
CYP450
ČOV
ČR
DB-1
plocha píku
adenosindifosfát
termoionizační detektor
apoprotein
apoprotein
biologická spotřeba kyslíku
maximální koncentrace léčiva v plazmě
chemická ionizace
apoprotein
centrální nervová soustava
druh cytochromu
druh cytochromu
čistírna odpadních vod
Česká republika
typ stacionární fáze v GC – jedná se o 100 % polydimethylsiloxan
DB-5 typ stacionární fáze v GC – jedná se
o poly(5%-difenyl-95%-dimethylsiloxan)
DC
stejnosměrné napětí vložené na tyče kvadrupólu
DDD
doporučená denní dávka
ECD
detektor elektronového záchytu
EEG
elektroencefalograf
EI
ionizace elektronem
FID
plamenově ionizační detektor
FPD
plamenově fotometrický detektor
FT – ICR
iontová cyklotronová rezonance s Furierovou transformací
GABA
gama-aminomáselná kyselina
GC
plynová chromatografie
HDL
vysokohustotní lipoproteiny
HP
Hewlett-Packard
- 78 -

HP-5 typ stacionární fáze v GC – jedná se
o poly(5%-difenyl-95%-dimethylsiloxan)
HPLC
vysoce účinná kapalinová chromatografie
IT
iontová past
LDL
nízkohustotní lipoproteiny
LOD
limit detekce
MS
hmotnostní spektrometrie
ORL
otorinolaryngologie
PCB
polychlorované bifenyly
PE
polyethylen
PE-HD
vysokohustotní polyethylen
PET
polyethylentereftalát
PFK
perfluorkerosin
PPARα
α aktivovaný peroxizomový proliferátor
PTV
nástřik s programovanou teplotou (z angl. „Programmable temperature
vaporization“)
Q
kvadupól
QqQ tandemový hmotnostní spektrometr tvořený třemi kvadrupóly
(=trojitý kvadrupól)
qTOF
tandemový hmotnostní spektrometr, kde koncovým analyzátorem je
analyzátor doby letu
REM
fáze spánku
RF
střídavé napětí vložené na tyče kvadrupólu
SIM
selektivní monitorování iontu (z angl. „Selective Ion Monitoring“)
SPE
extrakce tuhou fází
SÚKL
Státní ústav pro kontrolu léčiv
TCD
tepelně vodivostní detektor
TIC
celkový iontový proud (z angl. „Total Ion Current“)
TOF
průletový analyzátor
t R
retenční čas v min.
T vzd. teplota vzduchu v °C
VLDL
velmi nízkohustotní lipoproteiny
- 79 -

8 PŘÍLOHY
c [µg/l]
Příloha č. 1 – Kalibrační závislosti
A píku [-]
ibuprofen kofein moxastin naproxen ketoprofen diklofenak karbamazepin bromhexin diazepam fenofibrat zolpidem
20 6866 3738 5670 5723 3681 3501 482 763 1757 2228 424
50 18379 11609 7866 18614 10367 9662 2045 1891 6041 7244 874
100 30641 23783 16034 37074 20969 19880 4857 3640 9100 15569 1576
200 40727 50811 35858 82472 47394 41882 14713 8051 24514 38251 7408
500 170072 134816 72569 215003 125382 116193 43879 21781 64018 110649 24584
1000 333199 287782 118319 499132 288025 269953 101662 50640 135724 265365 64642
2000 531218 551042 168288 938092 563621 525717 226456 103175 238051 539421 166474
5000 1244246 1309950 230574 2283514 1371490 1296258 626444 228625 554905 1365737 552085
10000 3429459 2882896 395808 4859553 2989987 2815296 1578425 566260 1283711 3138218 1754509
20000 6658941 5396085 766330 9185196 5657381 5341953 3643286 1148375 2547354 6084790 4357093
50000 13820150 13094200 3571519 20921017 13343034 12428559 10846317 2734349 6543876 14710839 12211024
log c [-]
log A píku [-]
ibuprofen kofein moxastin naproxen ketoprofen diklofenak karbamazepin bromhexin diazepam fenofibrat zolpidem
1,3010 3,8367 3,5726 3,7536 3,7576 3,5660 3,5442 2,6830 2,8825 3,2448 3,3479 2,6274
1,6990 4,2643 4,0648 3,8958 4,2698 4,0157 3,9851 3,3107 3,2767 3,7811 3,8600 2,9415
2,0000 4,4863 4,3763 4,2050 4,5691 4,3216 4,2984 3,6864 3,5611 3,9590 4,1923 3,1976
2,3010 4,6099 4,7060 4,5546 4,9163 4,6757 4,6220 4,1677 3,9058 4,3894 4,5826 3,8697
2,6990 5,2306 5,1297 4,8608 5,3324 5,0982 5,0652 4,6423 4,3381 4,8063 5,0439 4,3907
3,0000 5,5227 5,4591 5,0731 5,6982 5,4594 5,4313 5,0072 4,7045 5,1327 5,4238 4,8105
3,3010 5,7253 5,7412 5,2261 5,9722 5,7510 5,7208 5,3550 5,0136 5,3767 5,7319 5,2213
3,6990 6,0949 6,1173 5,3628 6,3586 6,1372 6,1127 5,7969 5,3591 5,7442 6,1354 5,7420
4,0000 6,5352 6,4598 5,5975 6,6866 6,4757 6,4495 6,1982 5,7530 6,1085 6,4967 6,2442
4,3010 6,8234 6,7321 5,8844 6,9631 6,7526 6,7277 6,5615 6,0601 6,4061 6,7842 6,6392
4,6990 7,1405 7,1171 6,5529 7,3206 7,1253 7,0944 7,0353 6,4369 6,8158 7,1676 7,0868

Kalibrační závislost
y = 282,77x + 104949
R 2 = 0,9926
y = 262,78x + 35772
R 2 = 0,9995
Apíku [-]
20000000
15000000
10000000
5000000
0
y = 67,455x - 55081
R 2 = 0,9598
y = 422,44x + 136626
R 2 = 0,998
y = 268,67x + 49528
R 2 = 0,9991
y = 250,63x + 54135
R 2 = 0,9987
y = 214,77x - 181648
R 2 = 0,9939
y = 55,112x - 2746,8
R 2 = 0,9993
y = 130,7x - 18780
R 2 = 0,9997
y = 296,05x - 2850,6
R 2 = 0,9996
y = 243,81x - 229719
R 2 = 0,9946
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
c [ng/l]
ibuprofen kofein moxastin naproxen ketoprofen diklofenak karbamazepin bromhexin diazepam fenofibrat zolpidem

8
7
6
Logaritmická kalibrační závislost
y = 0,9888x + 2,5128
R 2 = 0,9951
y = 1,0349x + 2,3023
R 2 = 0,9989
y = 0,764x + 2,7048
R 2 = 0,9768
y = 1,0454x + 2,4861
R 2 = 0,9983
y = 1,0539x + 2,2365
R 2 = 0,9991
y = 1,0547x + 2,2042
R 2 = 0,9991
log Apíku [-]
5
4
3
y = 1,2575x + 1,1768
R 2 = 0,998
y = 1,0612x + 1,4791
R 2 = 0,9993
y = 1,0352x + 1,9639
R 2 = 0,9982
y = 1,1278x + 1,959
R 2 = 0,9982
y = 1,3796x + 0,6585
R 2 = 0,996
2
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
log c [-]
ibuprofen kofein moxastin naproxen ketoprofen diklofenak karbamazepin bromhexin diazepam fenofibrat zolpidem

Příloha č. 2 – Porovnání naměřených hmotnostních spekter s databází knihovny spekter
naměřené spektrum (vlevo), originální spektrum (vpravo)
IBUPROFEN
161
100
50
177
117
220
91
105
29
0
41 57 77 86 128 145 184 205
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
(Text File) Scan 1965 (15.142 min): Y11.D\ data.ms
161
100
O
50
O
177
220
117
91
105
59 77
128 145 191 205
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
(replib) Benzeneacetic acid, α-methyl-4-(2-methylpropyl)-, methyl ester
KOFEIN
100
50
55 67 82
29 42 94 120 136 149 165 179
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
(Text File) Scan 2590 (18.658 min): Y11.D\ data.ms
109
194
100
50
42
55 67 82
94
120 136 150 165 179
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
(replib) Caffeine
109
O
N
O
N
N
N
194
MOXASTIN
29
0
77 103 123 139
165 181 228 269
100
58
50
30 60 90 120 150 180 210 240 270
(Text File) Scan 2729 (19.440 min): Y11.D\ data.ms
100
50
58
73
165
45
91 115
0
30 60 90 120 150 180 210 240 270
(replib) Orphenadrine
O
N
NAPROXEN
100
185
100
185
O
50
141
115
170
29 39 50 62 74 85 98
201 229
0
30 60 90 120 150 180 210 240
(Text File) Scan 2893 (20.363 min): Y11.D\ data.ms
244
50
O
115 141 170
59 76 89
201
0
30 60 90 120 150 180 210 240
(mainlib) 2-Naphthaleneacetic acid, 6-methoxy-α-methyl-, methyl ester, (+)-
O
244

KETOPROFEN
100
209
100
77
105
209
50
77
105
51
29
113 131 165
0
30 60 90 120 150 180 210 240 270
(Text File) Scan 3091 (21.477 min): Y11.D\ data.ms
191
236 253
268
50
51
131
59
91 115
236
0
30 60 90 120 150 180 210 240 270
(replib) Ketoprofen methyl ester
O
O
165 181 191
O
268
DIKLOFENAK
100
214
100
214
O
50
179
29 51 76 89 151
107 277
125
0
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
(Text File) Scan 3228 (22.247 min): Y11.D\ data.ms
242
309
50
Cl
O
NH
Cl
309
179
151
77
51 107 277
126
0
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
(mainlib) Diclofenac, methyl ester
242
KARBAMAZEPIN
100
193
100
193
50
29
0
44 63 75 95 115 139
207
30 60 90 120 150 180 210 240
(Text File) Scan 3439 (23.434 min): Y11.D\ data.ms
165
236
50
O
N
NH2
44 63 75 96 115 139 177 218
0
30 60 90 120 150 180 210 240
(replib) Carbamazepine
165
236
BROMHEXIN
100
50
70
112
126
376
42
183
84
333
211 234
0
40 80 120 160 200 240 280 320 360
(Text File) Scan 3520 (23.890 min): Y11.D\ data.ms
264
293
305
264
100
112
293
NH2
Br
N
Br
305
50
185
126
376
158 197 221 333
0
40 80 120 160 200 240 280 320 360
(replib) Benzenemethanamine, 2-amino-3,5-dibromo-N-cyclohexyl-N-methyl-

DIAZEPAM
100
256
283
100
256
283
N
O
50
77 110 165
51
193 241
268 299
0
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
(Text File) Scan 3622 (24.464 min): Y11.D\ data.ms
221
50
Cl
N
77 110 165
51
205
241
268
0
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
(mainlib) Diazepam
221
FENOFIBRAT
100
50
121
139
87
43 59 111
197
360
76
152 180
301
0
40 80 120 160 200 240 280 320 360
(Text File) Scan 3714 (24.982 min): Y11.D\ data.ms
232
273
100
50
87
111
121
139
197
43 59
360
76
152 175
50
245 301
0
40 80 120 160 200 240 280 320 360
(mainlib) Fenofibrate
232
273
O
O
O
O
Cl
ZOLPIDEM
29 43 65 307
92 115 139 164 190 247 281
0
331
100
235
50
40 80 120 160 200 240 280 320
(Text File) Scan 4117 (27.249 min): Y11.D\ data.ms
100
50
N
O
N
N
65 92
219
307
39
115 140 165 190 262
0
40 80 120 160 200 240 280 320
(mainlib) Zolpidem
235

Příloha č. 3 – Léčiva a jejich komerční přípravky
LÉČIVO CHEMICKÝ VZOREC KOMEČNÍ PŘÍPRAVEK
IBUPROFEN
KOFEIN
MOXASTIN
NAPROXEN

KETOPROFEN
DIKLOFENAK
KARBAMAZEPIN
BROMHEXIN

DIAZEPAM
FENOFIBRAT
ZOLPIDEM