Browse
Recent Submissions
- ItemVývoj inovativní prekoncentrační metody agar-pXRF pro mobilní analýzu rizikových prvků v životním prostředí(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická, ) Sýkora, Jiří; Komendová, Renata; Gregor, Tomáš; Jelínková, RomanaTato dizertační práce je zaměřena na studium prekoncentračních metod a jejich využití při hodnocení zátěže životního prostředí rizikovými prvky, jakými jsou arsen, kadmium, měď, nikl, olovo, zinek a chrom. Tyto kovy se běžně vyskytují v půdách (jsou součástí rud a minerálů) avšak vlivem antropogenní činnosti člověka jejich koncentrace v životním prostředí neustále narůstají. I když jejich koncentrace v životním prostředí mají rostoucí tendenci, stále se jedná o stopové koncentrace, která je často obtížné detekovat. Z toho důvodu, pokud není k dispozici dostatečně citlivá instrumentální technika, je zapotřebí před vlastní analýzou provést prekoncentraci, díky které dojde k zakoncentrování těchto analytů na měřitelnou koncentrační hladinu. Nejčastější používané prekoncentrační techniky pro stanovení těchto potenciálně toxických elementů (PTE) jsou koprecipitace, extrakce na pevnou fázi (SPE), extrakce kapalina-kapalina (LLE) nebo cloud point extrakce (CPE). V praktické části mé dizertační práce se zabývám vývojem a optimalizací prekoncentrační techniky, která využívá přírodní polysacharid agar jako prekoncentrační medium. Po zachycení vybraných rizikových prvků v agaru je provedeno stanovení pomocí přenosného rentgenofluorescenčního analyzátoru (pXRF). Byla studována výtěžnost prekoncentrace v závislosti na množství použitého agarového prášku a vliv pH na prekoncentrační faktor jednotlivých prvků. Byly experimentálně stanoveny hodnoty prekoncentračních faktorů pro každý prvek. Dále byly studovány vzájemné rušivé vlivy mezi prvky a možnost použitelnosti této techniky pro pevné vzorky, které byly podrobeny rozkladu pomocí anorganických kyselin. Nově vyvinutá a optimalizovaná technika, která je dále označovaná jako agar-pXRF byla následně verifikována na několika úrovních. Nejprve na certifikovaný referenční materiál, následně byla verifikována pro použití v mobilní chemické laboratoři Hasičského záchranného sboru České republiky, a nakonec byla metoda použita k analýze reálných vzorků z požárů bateriových uložišť energie z domácích fotovoltaických elektráren. Hlavní výhodou této nově vyvinuté metodiky je její praktické využití při terénních analýzách při řešení havarijních událostí, kdy právě rychlost získaných výsledků hraje klíčovou roli při identifikaci zdrojů znečištění a řízení krizových situací. Na základě získaných informací lze poměrně rychle navrhnout účinná opatření a minimalizovat tak negativní vlivy na složky životního prostředí.
- ItemHodnocení výskytu vybraných léčivých látek v půdním ekosystému(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická, ) Fučík, Jan; Zlámalová Gargošová, Helena; Čáslavský, Josef; Gibb, StuartPharmaceuticals, including antibiotics, are essential for treating infectious diseases in humans, livestock, and aquaculture. However, up to 90% of the administered dose may be excreted unmetabolised as the parent compound in faeces or urine. Consequently, these pharmaceuticals, along with their degradation products and metabolites, can enter the terrestrial environment through various pathways, such as irrigation with contaminated wastewater, incorporation of biosolids, or application of animal manure. Pharmaceutical residues in soil pose ecotoxicological risks and can be taken up by plants and soil organisms, potentially disrupting soil ecosystems and amplifying their environmental impact. Additionally, there are growing concerns about the risks to human health associated with the long-term intake of these micropollutants through food, including their potential contribution to the development of antimicrobial resistance. Recognizing these threats, the EU and international organizations such as WHO, UNEP, and OECD have highlighted pharmaceutical residues in the environment as a major concern, though current scientific knowledge remains inadequate to constructing relevant policy and management recommendations. This doctoral thesis presents multiresidue methods for quantifying up to 42 pharmaceutical residues in soil using SPE, and in lettuce and earthworms using QuEChERS, followed by LC-MS analysis. A novel analytical workflow for pharmaceutical metabolite identification, utilising in silico spectral libraries coupled with UHPLC-HRMS, was introduced for lettuce and earthworms, leading to the identification of 26 compounds. Furthermore, uptake experiments with Eisenia fetida in soil and Lactuca sativa under both soil and hydroponic conditions, exposed to varying pharmaceutical concentrations, were conducted to assess the fate of pharmaceuticals (including bioconcentration and translocation factors, as well as pharmaceutical degradation kinetics) and ecotoxicological endpoints (e.g., mortality rates and biomass weight). The data from these experiments were statistically analysed to enable meaningful and objective evaluation of the conclusions, trends, and effects of pharmaceutical residues on these organisms. In addition, risk assessments were performed to evaluate the potential for antimicrobial resistance emergence in the environment and to estimate potential health risks associated with lettuce consumption due to pharmaceutical residues. Finally, various advanced oxidation processes for wastewater treatment, fermentation of animal manure and the effect of biochar in soil were assessed as potential solutions for mitigating pharmaceutical residues in the environment. In particular, the impact of biochar on the bioavailability of these compounds to organisms, including lettuce and earthworms, was evaluated. Overall, this doctoral thesis aimed to contribute to filling the following research gaps: 1) Development and optimisation of multiresidue analytical methods for pharmaceutical extraction from various matrices, 2) Identification of pharmaceutical metabolites in L. sativa and E. fetida using LC-HRMS, 3) Fate of pharmaceutical residues in the environmental: uptake by L. sativa in aquatic and soil systems and E. fetida in soil environment, 4) Assessment of the ecotoxicological effect of pharmaceutical residues in the environment, and 5) Proposing solutions for addressing pharmaceutical residues in various environmental compartments.
- ItemStanovení vybraných léčiv v povrchové vodě a kalech z čistíren odpadních vod(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická, ) Landová, Pavlína; Mravcová, Ludmila; Čáslavský, Josef; Česlová, LenkaTato dizertační práce se zabývá stanovením léčiv v povrchových vodách pomocí pasivního vzorkování a analýzou léčiv v kalech z čistíren odpadních vod. Pasivní vzorkování bylo provedeno s použitím vzorkovačů typu POCIS (integrativní vzorkovač polárních organických polutantů), které byly sestaveny in-house a kalibrovány v režimu laboratorní kalibrace. Terénní vzorkování probíhalo na vybraných skotských řekách, přičemž pasivní vzorkování bylo doplněno o odběry bodových vzorků vod, které byly následně zpracovány s použitím extrakce na tuhou fázi (SPE). Analýza léčiv byla provedena kapalinovou chromatografií ve spojení s tandemovou hmotnostní spektrometrií (LC–MS/MS). Mezi sledovanými analyty bylo 8 látek ze skupiny antibiotik, antidepresiv, antikonvulziv, nesteroidních protizánětlivých léčiv, analgetik a syntetických steroidních hormonů. Z provedené laboratorní kalibrace bylo možné stanovit vzorkovací rychlost celkem pro šest látek z osmi (rozsah 0,007–0,399 L/den). Na řece Thurso bylo pomocí POCIS detekováno všech šest analyzovaných léčiv v koncentracích od desetin do desítek ng/L. Pasivní vzorkování vykázalo vyšší četnost pozitivních nálezů než aktivní vzorkování. Pro stanovení 16 vybraných léčiv a jejich metabolitů ze skupiny antibiotik, antidepresiv, antikonvulziv a -blokátorů v kalu byla zavedena jednoduchá a spolehlivá metoda spočívající v QuEChERS extrakci a LC–MS/MS analýze. Metoda byla validována, přičemž byly stanoveny validační parametry jako linearita, přesnost, správnost (výtěžnost), matriční efekty, limity detekce a limity kvantifikace. Výtěžnosti extrakce se pohybovaly v rozmezí 51–101 %, stanovené limity kvantifikace byly pak v rozsahu 0,5–9,0 µg/kg. Následně bylo analyzováno čtyřicet vzorků kalů z různých čistíren odpadních vod v České republice. Čtrnáct léčiv bylo detekováno a kvantifikováno ve většině analyzovaných vzorků. Nejvyšší obsahy a detekční frekvence byly zjištěny pro antidepresiva. Nejvyšší průměrné obsahy byly stanoveny pro sertralin (521,0 µg/kg), jeho metabolit, norsertralin, byl také kvantifikován ve 100 % vzorků, a to s průměrným obsahem 204,9 µg/kg. Ze skupiny antibiotik byl na nejvyšší průměrné hladině stanoven azithromycin (185,1 µg/kg).
- ItemHydrogely s gradientovými vlastnostmi(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická, ) Zinkovska, Natalia; Pekař, Miloslav; Sedlařík, Vladimír; Strachota, AdamPředložená dizertační práce se zabývá studiem hydrogelů s gradientovými vlastnostmi, přičemž klade důraz na rozmanité metody jejich přípravy s ohledem na specificitu použitých materiálů a také podmínky a faktory ovlivňující formování gradientů. Hlavní motivací byla skutečnost, že gradientové hydrogely dokážou mnohem lépe než konvenční hydrogely napodobit nebo simulovat specifické biologické struktury, jako je chrupavka či nativní extracelulární matrix (ECM). Díky tomu se jeví jako vhodní zástupci pro široké spektrum biomedicínských aplikací. Součástí této práce byla rozsáhlá analýza existujících postupů přípravy gradientových hydrogelů a popis fyzikálně-chemických technik běžně používaných pro jejich charakterizaci. Experimentální část je rozdělena do dvou hlavních sekcí: ověření vybraných metod přípravy gradientových hydrogelů za použití různých materiálů (agaróza, alginát, chitosan, PVAl), a komplexní charakterizace vybraných agarózových hydrogelů pomocí široké škály fyzikálně-chemických technik (UV-Vis spektrometrie, fluorescenční korelační spektroskopie, reologie, mikroskopie atomární síly, rastrovací elektronová mikroskopie, stanovení procentuálního množství sušiny, jednočásticová mikroreologie, difúzní experimenty). U každé metody přípravy i charakterizační techniky byly detailně rozebrány jejich výhody a omezení, a to jak z hlediska efektivity a výkonu, tak s ohledem na typy materiálů, které lze těmito postupy připravit nebo analyzovat.
- ItemPoužití karbidu křemičitého pro výměnu tepla v trubkových výměnících(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická, ) Horvát, Petr; Svěrák, Tomáš; Raudenský, Miroslav; Peciar, PeterPráce se zabývá výpočtovými možnostmi trubkových výměníků tepla v procesech chlazení plynné fáze a vlivem materiálu trubek na účinnost procesu. Teoretická část práce řeší problematiku tepelných vlastností látek a mechanismů přenosu tepla, a především problematiku i výpočty trubkových výměníků. Experimentální část práce zkoumá prostup tepla na poloprovozních trubkových výměnících s přepážkami s trubkami ze skla a o dva řády lépe tepelně vodivého karbidu křemíku při chlazení vzduchu 50% propylenglykolem proudícím v trubkách. Měřením vstupních i výstupních parametrů proudů při různých vstupních teplotách tekutin byla stanovena závislost součinitele prostupu tepla na průtoku vzduchu pro 150 až 275 kg/h. Záměna skleněných trubek za karbidové se místo 4–6% nárůstu součinitele prostupu tepla díky lepší tepelné vodivosti karbidu projevila nárůstem o 18–23 %. Rozdíl je nejspíše způsoben lokální turbulizací toku na nerovnostech povrchu slinovaného karbidu o velikosti 4–10 µm. Zvýšení součinitele prostupu tepla o 14–16 % díky drsnosti povrchu však přineslo o 17–24 % vyšší ztrátu tlaku vzduchu, vyšší ztrátu tlaku kapaliny a větší riziko snižování součinitele vlivem zanášení. CHEMCAD 8 s modulem CC-THERM se ukázal jako efektivní nástroj k modelování prostupu tepla ve výměnících. Model Kern podobně jako ruční výpočet využívající j faktor a korekční faktory na přepážky součinitele prostupu tepla u skleněného výměníku podhodnotil o 11–20 %. S rostoucím průtokem vzduchu rostl součinitel více než předpokládají výpočty a simulace. Experimenty s kondenzací vlhkosti potvrdily, že se kondenzace negativně projeví na přenosu tepla z nekondenzujícího vzduchu do chladicí kapaliny. Kapky kondenzátu na trubkách podpořily výměnu tepla lokální turbulizací proudu vzduchu, a to tím víc, čím větší byl průtok vzduchu, nezávisle na intenzitě kondenzace, přičemž vzrostla ztráta tlaku o 9–14 %.