Optimization of the electrophoretic anion determination method with respect to selected green chemistry criteria

Nieswoiste zapalenia jelit (IBD, ang. Inflammatory bowel disease) stanowią grupę postępujących chorób przewlekłych o nie w pełni poznanym podłożu, objawiających się w zróżnicowany sposób. Zaliczają się do nich choroba Crohna (CD, ang. Crohn's disease) oraz wrzodziejące zapalenie jelita grubego (UC, ang. Ulcerative colitis). Podejrzewa się ich ścisły związek z florą bakteryjną jelit. Aktualnie brakuje skutecznego leczenia przyczynowego tych chorób a diagnostyka jest kompleksowa jednak opiera się głównie na badaniach endoskopowych. Ze względu na rosnącą liczbę zachorowań na świecie pojawia się potrzeba opracowywania skutecznych, mało inwazyjnych i tanich metod diagnostycznych. Należą do nich metody oparte na biomarkerach, a jednymi z potencjalnych biomarkerów są krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA, ang. short chain fatty acids). Z kolei opracowane metody diagnostyczne oparte na metodach analitycznych powinny być odpowiednio zoptymalizowane w celu ograniczania ich negatywnego wpływu na środowisko oraz bezpieczeństwo ludzi.Celem badania był transfer, walidacja i dalsza optymalizacja metody elektroforetycznego oznaczania kwasów organicznych, w tym SCFA. Wybrana została metoda komercyjna, z pomocą której analizowano dwanaście kwasów organicznych: kwas mrówkowy, kwas octowy, kwas propionowy, kwas masłowy, kwas walerianowy, kwas izomasłowy, kwas izowalerianowy, kwas mlekowy, kwas bursztynowy, kwas kapronowy, kwas izokapronowy oraz kwas pirogronowy. W czasie pracy zbierano dane na temat zużycia energii oraz odczynników w celu dokonania porównania wartości szacowanych i rzeczywistych oraz optymalizacji metody z punktu widzenia skali ChlorTox oraz śladu węglowego.Przeanalizowano skuteczność szacowania zużycia energii oraz odczynników. Wybranymi sposobami optymalizacji wartości ChlorTox było usunięcie glikolu etylowego z roztworu buforu do separacji oraz pomiary z użyciem detekcji bezpośredniej dla buforu bez glikolu etylowego i z kwasem fosforowym zamiast kwasu 2,3-pirydynodikarboksylowego. Poprzez pierwszy sposób skutecznie zmniejszono wartości ChlorTox, natomiast w przypadku detekcji bezpośredniej jakość wyników separacji znacząco się pogorszyła, co uznano za niepowodzenie optymalizacji. Próba zmniejszenia śladu węglowego polegała na skróceniu analiz przy pomocy iniekcji „short-end”. Zakończyła się ona częściowym sukcesem ze względu na brak rozdziału części pików.

Inflammatory bowel disease (IBD) is a group of progressive chronic diseases with an incompletely understood basis, presenting in a variety of ways. These include Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC). It is suspected that they are closely related to the intestinal bacterial flora. Currently, there is no effective causal treatment for these diseases, and diagnostics are comprehensive, but mainly based on endoscopic examinations. Due to the growing number of cases worldwide, there is a need to develop effective, minimally invasive and cheap diagnostic methods. These include methods based on biomarkers, and one of the potential biomarkers are short-chain fatty acids (SCFA). In turn, the developed diagnostic methods based on analytical methods should be appropriately optimized in order to limit their negative impact on the environment and human safety.The aim of the study was to transfer, validate and further optimize the method of electrophoretic determination of organic acids, including SCFA. A commercial method was selected, which was used to analyze twelve organic acids: formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, isobutyric acid, isovaleric acid, lactic acid, succinic acid, caproic acid, isocaproic acid and pyruvic acid. During the work, data on energy and reagent consumption were collected in order to compare estimated and actual values and optimize the method from the point of view of the ChlorTox scale and carbon footprint.The effectiveness of estimating energy and reagent consumption was analyzed. The selected methods of optimizing the ChlorTox value were the removal of ethylene glycol from the separation buffer solution and measurements using direct detection for the buffer without ethylene glycol and with phosphoric acid instead of 2,3-pyridinedicarboxylic acid. The first method effectively reduced the ChlorTox values, while in the case of direct detection the quality of the separation results deteriorated significantly, which was considered an optimization failure. An attempt to reduce the carbon footprint consisted in shortening the analyses using a "short-end" injection. It ended with partial success due to the lack of separation of some peaks.