In deze scriptie werd het effect van ozonisatie en het peroxonproces op de reductie van levofloxacine, een antibioticum behorend tot de klasse der chinolonen, in water bestudeerd. De globale doelstelling van het onderzoek was drieledig. Ten eerste werden de invloeden van de procesparameters pH (3, 7 en 10), H2O2-concentratie (0, 10, 25, 50 en 100 mmol/m3) en luchtdebiet (120, 240, 360, 480 en 600 mL/min) onderzocht. Ten tweede werden degradatieproducten gedetecteerd en gekwantificeerd om inzichten te verwerven in de afbraakroute van levofloxacine. Ten derde werd de reductie in antibacteri¨ele activiteit van levofloxacine vergeleken bij verschillende pH aan de hand van agardiffusietesten met Bacillus coagulans, Pseudomonas fluorescens, Mycobacterium smegmatis, Escherichia coli en Candida bombicola.
Voor een referentie-experiment werd 1,75 L gebufferde oplossing (16 mg/L levofloxacine) doorborreld met droge lucht aan 120 mL/min met een ozonconcentratie van 3,75 g/m3 O3. De afbraak van levofloxacine werd benaderd door een 2e graads polynoom. Door de 1e afgeleide te nemen op de tijdstippen van 10 en 50% afbraak werden de reactieco¨effici¨enten k10 (1,96 ± 0,10 mmol/(m3min)) en k50 (1,44 ± 0,18 mmol/(m3min)) verkregen.
Een significante verandering in afbraaksnelheid werd bekomen door pH-wijziging. Bij pH 10 was de reductie van levofloxacine sneller (k10: 3,80 ± 0,05 mmol/(m3min); k50: 2,72 ± 0,09 mmol/(m3min)) dan bij pH 7 en 3 (k10: 1,77 ± 0,05 mmol/(m3min); k50: 1,28 ± 0,08
mmol/(m3min)). Dit kan verklaard worden door de pH-afhankelijke aanwezigheid van OHradicalen enerzijds en de protonatiegraad van de levofloxacine N-atomen anderzijds.
Het toevoegen van H2O2 resulteert in hogere reactieco¨effici¨enten k10 (34%) en k50 (30%) van levofloxacine ten opzichte van het basisexperiment zonder H2O2. Er is echter geen trend waar te nemen tussen de aangebrachte H2O2-concentratie (10 - 100 mmol/m3) en de afbraaksnelheid van levofloxacine.
Bij elk aangelegd debiet is de k10/k50 verhouding constant (1,4). De grootste stijging in afbraaksnelheid en bijgevolg in reactieco¨effici¨enten wordt waargenomen bij een debietstijging van 120 naar 240 (factor 1,9 (97%)) en van 480 naar 600 mL/min (factor 1,4 (41%)). Een debietverhoging be¨ýnvloedt de massatransfer door enerzijds een verhoogde menging en diffusie in de reactor en anderzijds een kortere verblijftijd.
Bij de ozonisatie van levofloxacine (pH 7) werden 21 degradatieproducten gedetecteerd met behulp van lage en hoge resolutie massaspectrometrie. Voor 11 producten werd een structuur voorgesteld. Degradatie vond plaats aan de methylpiperazinylsubstituent, de chinolonkern of aan beide groepen. Bij pH 10, waar de snelste reductie van levofloxacine optreedt, is de degradatie het sterkst aan de methylpiperazinylsubstituent.
Uit de agardiffusietesten blijkt dat ozonisatie bij pH 10 resulteert in de sterkste antibacteri¨ele activiteitsreductie. De degradatie van de doelcomponent levofloxacine zelf is bijgevolg de bepalende factor in de reductie van antibacteri¨ele activiteit.

Auteur: Sarah Govaert
Herkomst: Universiteit Gent, Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen