Formation Mechanisms of Iodinated Disinfection By-Products from X-Ray Contrast Media
Final Report Abstract
Der chemische Abbau von fünf Röntgenkontrastmitteln (RKMs) (Iopamidol, Iopromid, Iohexol, Iomeprol, Diatrizoat) mit drei verschiedenen Desinfektionsmitteln (Hypochlorit, Chlordioxid, Monochloramin) wurde untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass nur bei der Umsetzung von Iopamidol mit Hypochlorit ein signifikanter Abbau erzielt wird. Die pH-Abhängigkeit dieser Reaktion wurde aufgeklärt und ein kinetisches Modell entwickelt. Die höhermolekularen Desinfektionsnebenprodukte (DNPs) des Iopamidol-Abbaus wurden identifiziert und ihre Struktur aufgeklärt. Durch die Isolierung wichtiger DNPs konnte ihre Struktur mittels NMR bestätigt und durch Abbauversuche mit den isolierten DNPs ein vollständiger Reaktionspfad erstellt werden. Es wurden unter anderem mehrere DNPs identifiziert, bei denen ein oder zwei Atome Iod gegen Chlor ausgetauscht worden waren, was die Bildung kleiner und oftmals toxischer iodierter DNPs ermöglicht. Die erhöhte Zytotoxizität von gechlorten Iopamidol-Lösungen wurde demonstriert. Mehrere höhermolekulare DNPs wurden in ausreichenden Mengen isoliert, um ihre Genotoxizität und Zytotoxizität zu untersuchen. Hierbei wurde festgestellt, dass die höhermolekularen DNPs nicht genotoxisch und nur in geringem Maße zytotoxisch sind. Es konnte festgestellt werden, dass während des Abbaus von Iopamidol das Hypochlorit-Anion die aktive Chlorspezies des Primärabbaus ist, während die Folgereaktionen mit hypochloriger Säure als aktiver Spezies ablaufen. In Experimenten unter Anwesenheit von Bromid wurde deutlich, dass Bromid den Primärabbau von Iopamidol verlangsamt, Folgereaktionen aber beschleunigen kann. Zudem wurde gezeigt, dass die anderen RKMs auch gegenüber Hypobromit stabil sind. Es konnte demonstriert werden, dass die Seitenkette von Iopamidol, an der die anfänglichen Reaktionen stattfinden, am Stück als Milchsäure abgespalten wird, und dass bereits geringfügige strukturelle Veränderungen an dieser Seitenkette einen großen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit haben. In Experimenten mit bereits zuvor isolierten biologischen Abbauprodukten verschiedener RKMs (Bio-TPs) konnte gezeigt werden, dass vier von fünf untersuchten Bio-TPs ebenfalls mit Hypochlorit abgebaut werden konnten. In einem Fall erfolgte auch hier ein Austausch von Iod gegen Chlor, was die Bildung iodierter DNPs ermöglicht.
Publications
- Transformation of Iopamidol during Chlorination, Environmental Science & Technology 2014, 48, 12689-12697
Friedrich M. Wendel, Christian Lütke Eversloh, Edward J. Machek, Stephen E. Duirk, Michael J. Plewa, Susan D. Richardson, Thomas A. Ternes
(See online at https://dx.doi.org/10.1021/es503609s)
