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【微光谱应用】基于光谱学方法处理医疗废弃物

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使用光谱学技术测试表征基于等离子体的降解技术在缬沙坦分解过程中的效率。

随着人们对医疗废弃物危害意识的越来越强,研究人员正研究一种新的处理医疗废物的方法,该方法通过降解可能对环境产生不利影响的化合物来处理医疗废物。

缬沙坦是一种用于治疗高血压和心力衰竭的药物,通常不会被患者完全代谢。在这个应用案例中,来自印度的研究人员使用光谱学技术测试表征基于等离子体的降解技术在缬沙坦分解过程中的效率。

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实验原理及配置

实验主要探究在不同条件下使用非平衡大气压等离子体射流(NEAPP)降解缬沙坦的效率,包括在单独等离子体射流、等离子体射流与ZnO纳米颗粒组合以及各种环境(空气、O2和‍H2O2),固定等离子在固定等离子体工作电位和处理时。

采用光学发射光谱(OES)表征各种活性物质在降解过程中的分布和发射强度,采用光谱法监测等离子体射流处理缬沙坦在不同条件下的降解效率。

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NEAPP反应器

通过HR4000CG-UV-NIR高分辨率光谱仪检测缬沙坦降解过程等离子体射流中活性物质的信息。使用QP400-2-SR-BX光纤收集光信号并连接到74-UV准直镜以限制收光角,提高收光效率和光谱仪的空间分辨率。通过OceanView软件获取光谱并记录分析。

数据及分析

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图1. 等离子体射流在不同环境下的发射光谱。

在空气、O2和H2O2等不同环境条件下,氩等离子体对缬沙坦水溶液进行降解,观察到降解过程中当氩等离子体与ZnO纳米颗粒结合时,OES光谱显示出各种新光谱线,形成原因可能是由于等离子体与ZnO的相互作用在缬沙坦的降解过程中激发Zn,在降解过程中起重要的催化作用并刺激氧化反应。

此外,与在不同条件下进行的降解过程相比,OH·、O和N2-SPS引起的谱线强度显着增加,因为与其他处理条件相比,形成了更高浓度的活性物质。

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图2.(a)等离子体处理的缬沙坦药物的紫外-可见光谱和 (b)在不同环境条件条件下的降解率。

图2为对应于未处理的缬沙坦水溶液,不同环境降解的缬沙坦水溶液的紫外-可见吸收光谱及降解率。缬沙坦水溶液在260nm处表现出主要的吸收特征峰,单独进行等离子体处理后,发现吸收峰强度显著降低。

在不同环境下进行等离子降解后吸收峰强度按P>P+Air>P+O2>P+H2O2的顺序降低,表明缬沙坦水溶液的降解率增加。上述变化可能与缬沙坦分子的氧化降解有关。

最后,与其他处理条件相比,等离子体处理与 ZnO相结合,获得了较低强度的吸收峰,最大降解百分比为 49%,这主要是由于在该协同过程中形成了较高浓度的各种活性物质。

实验结论

相比于单独的等离子体、空气、O2和H2O2等不同环境条件,光谱分析证实等离子体与ZnO形成了更高浓度的活性物质,含有ZnO纳米颗粒的缬沙坦水溶液表现出更高的降解率。

最后得出结论,相比于其他处理条件,等离子体与催化剂组合的处理条件对缬沙坦降解表现出显著功效。

结语

2018年,仅抗高血压药物(包括缬沙坦)的市场估计为250亿美元。此外,在佛罗里达国际大学最近进行的一项研究中,在三年内发现了93个骨鱼样品中近60种不同药物的证据2。处理来自其他药物的有害化合物进入环境的潜在影响将需要制造商、医疗保健行业、政府机构和公众之间的合作。这项工作使用模块化光谱仪等简单、强大和灵活的工具,帮助研究人员、监管机构和行业工程师快速评估不同处理药物废物的效果。

参考文献

  1. Raji, A., Pandiyaraj, K. Navaneetha, Vasu, D., Ramkumar, M.C., Deshmukh, R.R., and Kandavelu, V. Non-equilibrium atmospheric pressure plasma assisted degradation of the pharmaceutical drug valsartan: influence of catalyst and degradation environment, RSC Advances, Issue 59, 29 Sep 2020.

  2. Azhar, A. Fish on Valium: A Multitude of Prescription Drugs Are Contaminating Florida’s Waterways and Marine Life, Inside Climate News, March 2, 2022.

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