Yasal ve yasa dışı madde tüketimi araştırmaları için yapay atık su matrisinin geliştirilmesi
Development of artificial wastewater matrix for the investigation of legal and illegal drug consumption
- Tez No: 988241
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELDA MERCAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ MERVE KULOĞLU GENÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Uyuşturucu Alışkanlığı ve Alkolizm, Kimya, Drug Addiction and Alcoholism, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Adli toksikoloji, Analitik kimya, Evsel atık su, Forensic toxicology, Analytical chemistry, Domestic sewage
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Adli Tıp ve Adli Bilimler Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Atık Su Temelli Epidemiyoloji (Wastewater-Based Epidemiology, WBE) çalışmaları, bireyler tarafından tüketilen yasal ve yasa dışı maddelerin vücuttan atıldıktan sonra metabolit halinde atık suya karışması ve bu psikoaktif madde kalıntılarının atık sularda takip edilerek analiz edilmesine dayanmaktadır. Ancak gerçek atık su, içinde organik ve inorganik kirleticiler, farmasötikler, deterjanlar, patojenler ve çok sayıda diğer maddeyi bulunduran karmaşık, değişken ve mikrobiyolojik reaksiyonlar bakımından aktif bir yapıya sahiptir. Bu durum laboratuvar çalışmalarında optimizasyonu zorlaştırmakta, analitik hassasiyetin ve tekrarlanabilirliğin sağlanmasını etkileyerek metot validssyonunda sınırlılık yaratabilmektedir. Bu nedenle, gerçek evsel atık suyu temsil edebilecek yapay atık su modelleri, laboratuvar ortamında kontrollü deneylerin yapılabilmesi için önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasının amacı, psikoaktif maddelerin atık sudaki davranışlarını değerlendirmek ve analiz yöntemleri geliştirmek amacıyla kullanılabilecek, gerçek atık suyun fizikokimyasal özelliklerini taklit edebilecek, kontrollü, tekrarlanabilir deney koşulları sağlayan bir yapay (sentetik) evsel atık su matrisinin geliştirilmesi ve geliştirilen matrisin yasadışı madde analizi çalışmalarındaki etkinliğinin belirlenmesidir. Bu amaçla farklı içerik ve oranlarda bileşenlerden oluşan toplam 22 yapay evsel atık su reçetesi geliştirilmiş ve uygunlukları test edilmiştir. Bu reçeteler fizikokimyasal özellikleri bakımından değerlendirilmiş ve bu kapsamda tüm deneysel çalışmalar boyunca geliştirilen yapay atık su matrislerinin kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), biyolojik oksijen ihtiyacı (BOİ), toplam azot (TN), toplam fosfor (TP), toplam organik karbon (TOK), askıda katı madde (AKM), pH, sıcaklık, koku ve renk gibi temel atık su parametreleri izlenmiştir. Gerçek evsel atık suya en yakın benzerlik gösteren formülün; KOİ değeri 384.0 mg/L, BOİ değeri 151.5 mg/L, TN değeri 44.0 mg/L, TP değeri 35.5 mg/L, TOK değeri 46.2 mg/L, AKM değeri 38.2 mg/L ve pH değeri 7.3 bulunmuş olup, içeriği 1 L çeşme suyu, 25 mg/L kuru maya, 20 mg/L glikoz, 50 mg/L amonyum klorür, 200 mg/L potasyum fosfat, 20 mg/L sodyum asetat, 40 mg/L üre, 45 mg/L nişasta, 50 mg/L süt tozu, 50 mg/L et suyu ekstresi, 0.05 mL sıvı yağ (ayçiçek) ve 1 mL deterjan karışımından oluşmaktadır. Geliştirilen yapay evsel atık su matrisinin atık su epidemiyolojisi analizlerine uygunluğu, analitik çalışmalarda matris etkisini düzeltebilme potansiyeli ve psikoaktif maddelerle ilişkisi bakımından gerçek atık su numunelerine olan benzerliği değerlendirilmiştir. Bunun için morfin, amfetamin, metamfetamin ve 11-nor-9-karboksi-Δ9-tetrahidrokannabinol (THC-COOH) gibi ülkemizde ve dünyada sık kullanılan yasa dışı psikoaktif maddelerin referans standartları çeşme suyu, gerçek atık su ve hazırlanan yapay atık su matrisine katım yapılmış, İstanbul Üniversitesi- Cerrahpaşa, Adli Tıp ve Adli Bilimler Enstitüsü, Adli Toksikoloji Laboratuvarı'nda önceden valide edilen ve atık su çalışmalarında rutin olarak uygulanan katı faz ekstraksiyonu-sıvı kromatografisi-ardışık kütle spektrometresi (SPE-LC-MS/MS) yöntemi ile analiz edilmiştir. Böylece hem WBE çalışmalarında psikoaktif madde analizlerinde daha kontrollü bir matris elde etmek hem de yöntem geliştirme ve validasyon çalışmalarında tekrarlanabilirliği arttırmak amaçlanmıştır. Geliştirilen yapay atık su matrisinde yapılan analizlerden elde edilen sonuçlar, seçicilik, doğruluk (gerçeklik ve kesinlik), matris etkisi ve stabilite gibi verifikasyon parametrelerine göre değerlendirilmiştir. Matris etkisini gözlemleyebilmek için matris- eşleşmeli kalibrasyon eğirisi ile çözücü içerisindeki kalibrasyon eğrisi karşılaştırılmış, matris- eşleşmeli kalibrasyon ile elde edilen doğrusallık, çalışma aralığı, tespit ve tayin limiti parametreleri değerlendirilmiştir. Seçicilik çalışmasında tüm maddeler için alıkonma zamanı ile uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Matris-eşleşmeli kalibrasyona ait çalışma aralığı morfin ve amfetamin için 0.3-20 ng/mL, metamfetamin için 0.1-20 ng/mL ve THC-COOH için 1-20 ng/mL bulunmuş olup, korelasyon katsayıları tüm maddeler için>0.99 bulunmuştur. Gerçeklik ve kesinlik parametrelerinden elde edilen %GK değerleri tüm maddeler için %70-120 arasında ve %RSD değerleri <%20 olup kabul kriterlerine uygun bulunmuştur. Stabilite sonuçlarında tüm maddelerin bozunma oranları kabul kriterleri ile uyumlu bir şekilde ≤%30 bulunmuştur. Sonuç olarak, bu doktora tez çalışması kapsamında Türkiye'de ilk defa psikoaktif madde analizlerinde kullanılmak üzere geliştirilen yapay atık su matrisi, gerçek atık suya benzer matris etkisi gösterebilen ve kontrollü deney ortamı sağlayan bir alternatif numune olarak öne çıkmaktadır. Böylelikle uzun vadede adli toksikoloji ve halk sağlığı alanlarında yürütülen çalışmaların güvenilirliğini, karşılaştırılabilirliği ve sürdürülebilirliğini artıran, yöntem geliştirme aşamalarında doğruluğu ve güvenirliği artıran, standartlaştırılmış bir matris oluşturulması hedeflenmiştir.
Özet (Çeviri)
Wastewater-Based Epidemiology (WBE) studies are based on the principle that psychoactive substances consumed by individuals are excreted as metabolites into wastewater, which are then detected and analyzed. However, real wastewater is complex, variable, and microbiologically active, containing organic and inorganic contaminants, pharmaceuticals, detergents, pathogens, and numerous other substances. This complicates optimization in laboratory studies, impacts analytical sensitivity and reproducibility, and can limit method validation. For this reason, artificial wastewater formulations that can represent real domestic wastewater are essential for conducting controlled laboratory experiments. This thesis aimed to develop artificial (synthetic) domestic wastewater matrix that provides controlled and reproducible experimental conditions to mimic real wastewater in order to evaluate the behavior of psychoactive substances and develop/validate analytical methods in wastewater matrix. To achieve this, a total of 22 artificial domestic wastewater formulations, containing various ingredients and concentrations, were studied. These recipes were evaluated in terms of physicochemical properties, and throughout the experimental studies, key wastewater parameters such as chemical oxygen demand (COD), biological oxygen demand (BOD), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), total organic carbon (TOC), total suspended solids (TSS), pH, temperature, odour and color were monitored. The formulation showing the closest similarity to real domestic wastewater was found to have COD of 384.0 mg/L, BOD of 151.5 mg/L, TN of 44.0 mg/L, TP of 35.5 mg/L, TOC of 46.2 mg/L, TSS of 38.2 mg/L, and pH of 7.3. Its content included: 1 L tap water, 25 mg/L yeast, 20 mg/L glucose, 50 mg/L ammonium chloride, 200 mg/L potassium phosphate, 20 mg/L sodium acetate, 40 mg/L urea, 45 mg/L starch, 50 mg/L milk powder, 50 mg/L meat extract, 0.05 mL sunflower oil, and 1 mL detergent mixture. The developed artificial domestic wastewater matrix was evaluated for its applicability for wastewater epidemiology analyses, its potential to correct for matrix effects in analytical studies, and its similarity to real wastewater samples in terms of its association with psychoactive substances. For this purpose, reference standards for illicit psychoactive substances commonly used in our country and worldwide, such as morphine, amphetamine, methamphetamine, and 11-nor-9-carboxy-Δ9-tetrahydrocannabinol (THC-COOH), were spiked into tap water, real wastewater, and developed artificial wastewater matrix. These samples were analyzed by the solid phase extraction – liquid chromatography-tandem mass spectrometry (SPE-LC-MS/MS), which was previously validated at the Forensic Toxicology Laboratory of the Istanbul University-Cerrahpaşa, Institute of Forensic Sciences and Legal Medicine and routinely applied in WBE studies. Thus, it was aimed to obtain a more controlled matrix for psychoactive substance analyses in WBE studies and to increase reproducibility in method development and validation studies. The results of the analyses were evaluated according to verification parameters such as selectivity, accuracy (trueness and precision), matrix effect and stability. To observe matrix effect, matrix-matched calibration were compared with the solvent calibration, and linearity, working range, limits of detection and quantification were evaluated accordingly. In the selectivity study, the instrument response was consistent with the retention time for all substances. The linearity studies with matrix-matched calibration yielded working ranges of 0.3–20 ng/mL for morphine and amphetamine, 0.1–20 ng/mL for methamphetamine, and 1–20 ng/mL for THC-COOH, with correlation coefficients>0.99 for all compounds. Accuracy and precision results (% recovery 70–120% and %RSD <20%) met acceptance criteria for all substances monitored. Stability results observed that the degradation rates of all substances were ≤30 %, which is consistent with the acceptance criteria. In conclusion, within the scope of this doctoral thesis, the artificial wastewater matrix developed for the first time in Turkey for use in psychoactive substance analyses stands out as an alternative sample that can exhibit matrix effects similar to real wastewater and provide a controlled experimental environment. Thus, in the long term, the aim has been to establish a standardized matrix that enhances the reliability, comparability, and sustainability of studies conducted in the fields of forensic toxicology and public health, while improving accuracy and reliability during method development stages.
Benzer Tezler
- Assessment of urbanization history of Addis Ababa city, Ethiopia
Addıs Ababa cıty, Ethıopıa'nın kentleşme tarihinin değerlendirilmesi
ABDURAHMAN HUSSEN YIMER
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Şehircilik ve Bölge PlanlamaMersin ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ CENAP YOLOĞLU
- Atherosklerotik kalp hastalıklarında risk faktörleri
Risk factors in the coronary artery disease
MURAT SUHER
