Bioanalityka. Tom. I - ebook

Przedmowa

Chemia wśród nauk ścisłych i przyrodniczych zajmuje centralne miejsce i ma swój niepodważalny udział w postępie cywilizacyjnym. Wynika to z jej wyjątkowego wkładu w interpretację przemian i procesów, jak też zjawisk zachodzących w otaczającym nas świecie, zwłaszcza rozpatrując układy biologiczne i naturalne. Jej interdyscyplinarność umożliwia wyjaśnienie przemian i zjawisk zachodzących na poziomie molekularnym i komórkowym. Odnosi się to również do oznaczeń szerokiej gamy analitów o zróżnicowanej budowie i właściwościach – substancji biologicznie aktywnych. Zakres ten jest przedmiotem bioanalityki, związanej zarówno z analizą medyczną, farmaceutyczną, produktów spożywczych, jak i środowiskową, nie różnicując matrycy.

Rosnące potrzeby wczesnej diagnostyki schorzeń oraz skuteczniejszych, spersonalizowanych metod terapii wymagają coraz czulszych i bardziej selektywnych metodologii w obrębie analityki. Zdefiniowanie problemu jest kluczowym zagadnieniem w wyborze i opracowaniu metody analitycznej do identyfikacji biomarkerów schorzeń, w diagnostyce multiparametralnej, w badaniach w obrębie proteomiki, metabolomiki i innych „-omic”, w monitorowaniu leków w płynach ustrojowych oraz w identyfikacji metabolitów, wpisanych w zmiany biochemiczne w trakcie choroby.

Zastosowanie procedur analitycznych w odniesieniu do próbek środowiska przyrodniczego to badania aktywności biologicznych substancji roślinnych, jak również wyzwania analityczne w biomonitoringu. Wymagane są w tym zakresie działania interdyscyplinarne: analityków-chemików, lekarzy-klinicystów, farmaceutów, specjalistów z obszaru ekologii, a także tych, którzy zajmują się analityką dla potrzeb przemysłu.

Umiejętność doboru odpowiednich metod i narzędzi, w zależności od rodzaju podejmowanego problemu, jest niezwykle ważne i często decyduje o powodzeniu zarówno kolejnych etapów, jak i całości badań. Należy podkreślić, że bioanalityka, w różnych obszarach swoich działań, jest ukierunkowana na oznaczanie śladowych ilości związków biologicznie aktywnych w próbkach o wyjątkowo skomplikowanej matrycy.

Duże zainteresowanie bioanalityką, w tym kształcenie na poziomie przedmiotów podstawowych i specjalnościowych, jak również funkcjonowanie specjalności „bioanalityka” na wielu uczelniach, potrzeby laboratoriów klinicznych czy medycyny sądowej, a także konieczność kontroli jakości produktów spożywczych i żywności skłoniły redaktorów naukowych do przygotowania niniejszej książki. Spodziewamy się również, że zagadnienia przedstawione w tym opracowaniu będą przydatne studentom i pracownikom naukowym, pracownikom laboratoriów badawczych z pokrewnych dziedzin.

Publikacja ta jest opracowaniem zbiorowym, w którym znakomici specjaliści z różnych ośrodków naukowych i badawczych w Polsce przedstawili potencjał, aplikacje kliniczne i środowiskowe oraz perspektywy dalszego rozwoju bioanalityki. Redaktorzy pragną gorąco im podziękować za wielki wkład pracy, który składa się na jakość tej książki.

Wyrażamy głęboką wdzięczność Panu Profesorowi Waldemarowi Wardenckiemu, recenzentowi tej pracy, którego cenne uwagi i sugestie pomogły w ostatecznym zredagowaniu książki. Dziękujemy także Pani Sylwii Bajkacz, prof. Politechniki Śląskiej, za pomoc techniczną przy komponowaniu całości tekstu.

Irena BARANOWSKA i Bogusław BUSZEWSKIAutorzy

Hossam Hussein AL-SUOD, dr, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki; Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii

Małgorzata ARTYMOWICZ, mgr, Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra Biofarmacji i Farmakodynamiki

Sylwia BAJKACZ, dr hab. inż., prof. Politechniki Śląskiej, Wydział Chemiczny, Katedra Chemii Nieorganicznej, Analitycznej i Elektrochemii

Edward BALD, prof. dr hab., Uniwersytet Łódzki, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska

Danuta BARAŁKIEWICZ, prof. dr hab., Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, Wydział Chemii, Zakład Analizy Śladowej

Irena BARANOWSKA, prof. dr hab., Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny, Katedra Chemii Nieorganicznej, Analitycznej i Elektrochemii

Marta BICKA, mgr, Uniwersytet Warszawski, Wydział Chemii, Centrum Nauk Biologiczno­-Chemicznych

Katarzyna BIELAWSKA, dr n. farm., Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej, Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej

Michał BIERNACKI, dr n. farm., Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej, Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej

Ewa BULSKA, prof. dr hab., Uniwersytet Warszawski, Wydział Chemii, Centrum Nauk Biologiczno­-Chemicznych

Magdalena BUSZEWSKA-FORAJTA, dr n. farm., Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra Biofarmacji i Farmakodynamiki, Zakład Biofarmacji i Farmakokinetyki

Bogusław BUSZEWSKI, prof. dr hab., czł. koresp. PAN, dr h.c. mult., Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki; Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii

Grażyna CHWATKO, dr hab., prof. Uniwersytetu Łódzkiego, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska

Renata GADZAŁA-KOPCIUCH, dr hab., prof. Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki; Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii

Andrzej GAWOR, mgr, Uniwersytet Warszawski, Wydział Chemii, Centrum Nauk Biologiczno­-Chemicznych

Paulina GĄTAREK, mgr inż., Politechnika Łódzka, Wydział Chemiczny, Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej

Rafał GŁOWACKI, prof. dr hab., Uniwersytet Łódzki, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska

Marek GOŁĘBIOWSKI, dr hab., prof. Uniwersytetu Gdańskiego, Wydział Chemii, Katedra Analizy Środowiska, Zespół Analizy Związków Naturalnych

Łukasz P. HALIŃSKI, dr hab., Uniwersytet Gdański, Wydział Chemii, Katedra Analizy Środowiska

Anetta HANĆ, dr hab., prof. Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza, Wydział Chemii, Zakład Analizy Śladowej

Anna HAWRYŁ, dr hab. n. farm., Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej, Zakład Chemii Nieorganicznej

Mirosław HAWRYŁ, dr hab. n. farm., Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej, Zakład Chemii Nieorganicznej

Weronika HEWELT-BELKA, dr inż., Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Chemii Analitycznej

Beata JANOSZKA, dr hab., Śląski Uniwersytet Medyczny, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Katedra i Zakład Chemii

Iwona JAROCKA-KARPOWICZ, dr n. farm., Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej, Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej

Maciej JAROSZ, prof. dr hab. inż., Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny

Grzegorz JÓŹWIAK, dr n. farm., Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej, Zakład Chemii Nieorganicznej

Roman KALISZAN, prof. dr hab. n. farm., czł. rzecz. PAN, czł. czynny PAU, dr h.c., Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra Biofarmacji i Farmakodynamiki, Zakład Biofarmacji i Farmakokinetyki

Joanna KAŁUŻNA-CZAPLIŃSKA, prof. dr hab. inż., Politechnika Łódzka, Wydział Chemiczny, Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej

Adam KARPIŃSKI, mgr, Uniwersytet Warszawski, Wydział Chemii, Centrum Nauk Biologiczno­-Chemicznych

Anna KIEŁBASA, dr, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki

Anna KILANOWSKA, mgr, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki

Anna KONOPKA, dr, Uniwersytet Warszawski, Wydział Chemii, Centrum Nauk Biologiczno­-Chemicznych

Agata KOT-WASIK, prof. dr hab. inż., Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Chemii Analitycznej

Aneta KRAKOWSKA-SIEPRAWSKA, mgr, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki

Judyta KRUK, dr inż., Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny, Katedra Chemii Nieorganicznej, Analitycznej i Elektrochemii

Joanna KRUSZEWSKA, dr inż., Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny

Eliza KUREK, dr, Uniwersytet Warszawski, Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych

Dorota KWIATKOWSKA, dr hab., Polskie Laboratorium Antydopingowe

Magdalena LIGOR, dr hab., prof. Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki

Tomasz LIGOR, dr hab., prof. Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki; Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii

Wojciech ŁUCZAJ, dr hab. n. med., Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej, Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej

Szymon MACIOSZEK, mgr, Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra Biofarmacji i Farmakodynamiki

Michał J. MARKUSZEWSKI, prof. dr hab. n. farm., Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra Biofarmacji i Farmakodynamiki, Zakład Biofarmacji i Farmakokinetyki

Magdalena MATCZUK, dr inż., Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny

Alicja MENŻYK, mgr, Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych, Instytut Chemii, Zespół Chemii Sądowej

Magdalena MICHALSKA-KACYMIROW, dr, Uniwersytet Warszawski, Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych

Adriana MIKA, dr hab., Uniwersytet Gdański, Wydział Chemii, Katedra Analizy Środowiska; Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra i Zakład Biochemii Farmaceutycznej

Maciej MILANOWSKI, dr inż., Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki; Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii

Ewa MINIATORSKA, mgr inż., Politechnika Łódzka, Wydział Chemiczny, Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej

Fernanda MONEDEIRO, dr, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki; Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii

Edyta NALEWAJKO-SIELIWONIUK, dr hab., Uniwersytet w Białymstoku, Wydział Chemii, Katedra Chemii Analitycznej i Nieorganicznej, Zakład Chemii Analitycznej

Łukasz NUCKOWSKI, mgr, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki

Martyna PAJEWSKA-SZMYT, mgr, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki; Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii

Alicja PAKIET, mgr inż., Uniwersytet Gdański, Wydział Chemii, Katedra Analizy Środowiska

Katarzyna PAUTER, mgr, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki

Aleksandra PAWLACZYK, dr inż., Politechnika Łódzka, Wydział Chemiczny, Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej

Anna PETRUCZYNIK, dr hab. n. farm., Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej, Zakład Chemii Nieorganicznej

Justyna PIECHOCKA, dr, Uniwersytet Łódzki, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska

Joanna RACZAK-GUTKNECHT, dr n. farm., Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra Biofarmacji i Farmakodynamiki, Zakład Farmakodynamiki

Anna RAJSKA (STEFANIAK), mgr, Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra Biofarmacji i Farmakodynamiki, Zakład Biofarmacji i Farmakokinetyki

Ileana-Andreea RATIU, dr, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki; Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii; Babeş-Bolyai University, Faculty of Chemistry and Chemical Engineering

Angelina ROSIAK, dr inż., Politechnika Łódzka, Wydział Chemiczny, Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej

Joanna RUDNICKA, dr, Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki; Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii

Anna RUSZCZYŃSKA, dr, Uniwersytet Warszawski, Wydział Chemii, Centrum Nauk Biologiczno­-Chemicznych

Lena RUZIK, dr hab. inż., Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny

Adam SAJNÓG, dr, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, Wydział Chemii, Zakład Analizy Śladowej

Danuta SILUK, dr hab. n. farm., Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra Biofarmacji i Farmakodynamiki

Elżbieta SKRZYDLEWSKA, prof. dr hab. n. farm., Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej, Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej

Piotr STEPNOWSKI, prof. dr hab., Uniwersytet Gdański, Wydział Chemii, Katedra Analizy Środowiska, Zespół Chemicznych Zagrożeń Środowiska

Wiktoria STRUCK-LEWICKA, dr n. farm., Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra Biofarmacji i Farmakodynamiki

Sylwia STUDZIŃSKA, dr hab., prof. Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki

Małgorzata SZULTKA-MŁYŃSKA, dr hab., prof. Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki

Magdalena SZUMSKA, dr n. med., Śląski Uniwersytet Medyczny, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Katedra i Zakład Chemii

Małgorzata Iwona SZYNKOWSKA, prof. dr hab. inż., Politechnika Łódzka, Wydział Chemiczny, Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej

Anna TOPOLEWSKA, mgr, Uniwersytet Gdański, Wydział Chemii, Katedra Analizy Środowiska

Krystyna TYRPIEŃ-GOLDER, dr hab. n. med., prof. Śląskiego Uniwersytetu Medycznego, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Katedra i Zakład Chemii

Monika WAKSMUNDZKA-HAJNOS, prof. dr hab. n. farm., Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej, Zakład Chemii Nieorganicznej

Justyna WALCZAK-SKIERSKA, dr, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Katedra Chemii Środowiska i Bioanalityki; Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii

Sławomir WALIGÓRA, mgr inż., Śląski Uniwersytet Medyczny, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Katedra i Zakład Chemii

Małgorzata WASZCZUK-JANKOWSKA, dr n. farm., Gdański Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny, Katedra Biofarmacji i Farmakodynamiki

Aleksandra WESEŁUCHA-BIRCZYŃSKA, dr hab., prof. Uniwersytetu Jagiellońskiego, Wydział Chemii

Justyna WOJCIESZEK, mgr inż., Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny

Grzegorz ZADORA, prof. dr hab., Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych, Instytut Chemii, Zespół Chemii Sądowej; Instytut Ekspertyz Sądowych im. Prof. dra Jana Sehna

Janina ZIĘBA-PALUS, prof. dr hab., Instytut Ekspertyz Sądowych im. Prof. dra Jana SehnaWykaz podstawowych skrótów

AAS (ang. atomic absorption spectrometry) – atomowa spektrometria absorpcyjna

AFS (ang. atomic fluorescence spectrometry) – atomowa spektrometria fluorescencyjna

APCI (ang. atmospheric pressure chemical ionization) – jonizacja chemiczna pod ciśnieniem atmosferycznym

API (ang. atmospheric pressure ionization) – jonizacja pod ciśnieniem atmosferycznym

ASE (ang. accelerated solvent extraction) – przyspieszona ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika

CE (ang. capillary electrophoresis) – elektro­foreza kapilarna

CI (ang. chemical ionization) – jonizacja chemiczna

CL (ang. chemiluminescence detector) – detektor chemiluminescencyjny

CRM (ang. certified reference materials) – certyfikowane materiały odniesienia

CZE (ang. capillary zone electrophoresis) – elektro­foreza stref kapilarnych

DAD (ang. diode array detector) – detektor z matrycą diodową

DLLME (ang. dispersive liquid-liquid microextraction) – dyspersyjna mikroekstrakcja ciecz–ciecz

dSPE (ang. dispersive solid-phase extraction) – dyspersyjna ekstrakcja do fazy stałej

ECD (ang. electrochemical detector/electron capture detector) – detektor elektrochemiczny/detektor wychwytu elektronów

EDCs (ang. endocrine disrupting compounds) – związki endokrynnie czynne

EI (ang. electron ionization) – jonizacja elektro­nami

ESI (ang. electrospray ionization) – jonizacja typu elektrorozpylanie

FID (ang. flame ionization detector) – detektor płomieniowo-jonizacyjny

FLD (ang. fluorescence detector) – detektor fluorescencyjny

FT ICR (ang. Fourier transform ion cyclotron resonance) – analizator rezonansu cyklotronowego z transformacją Fouriera

FTIR (ang. Fourier transform infrared spectroscopy) – spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera

GC (ang. gas chromatography) – chromatografia gazowa

HILIC (ang. hydrophilic interaction liquid chromatography) – chromatografia cieczowa oddziaływań hydrofilowych

HPLC (ang. high performance liquid chromatography) – wysokosprawna chromatografia cieczowa

IC (ang. ion chromatography) – chromatografia jonowa

ICP (ang. inductively coupled plasma) – plazma wzbudzona indukcyjnie

IEC (ang. ion exchange chromatography) – chromatografia jonowymienna

IPC (ang. ion pair chromatography) – chromato­grafia par jonowych

IT (ang. ion trap) – pułapka jonowa

LA (ang. laser ablation) – ablacja laserowa

LC (ang. liquid chromatography) – chromatografia cieczowa

LIF (ang. laser-induced fluorescence) – fluorescencja wzbudzona laserowo

LLE (ang. liquid-liquid extraction) – ekstrakcja w układzie ciecz–ciecz

LOD (ang. limit of detection) – granica wykrywalności

LOQ (ang. limit of quantification) – granica oznaczalności

m/z stosunek masy do ładunku

MAE (ang. microwave-assisted extraction) – ekstrakcja wspomagana mikrofalami

MALDI (ang. matrix-assisted laser desorption/ionization) – jonizacja/desorpcja laserowa wspomagana matrycą

MIPs (ang. molecularly imprinted polymers) – polimery z odciskiem molekularnym

MS (ang. mass spectrometry) – spektrometria mas

NMR (ang. nuclear magnetic resonance) – jądrowy rezonans magnetyczny

NP/RP (ang. normal/reversed phase) – normalny/odwrócony układ faz

NPD (ang. nitrogen phosphorus detector) – detektor azotowo-fosforowy

PCA (ang. principal component analysis) – analiza głównych składowych

PCR (ang. polymerase chain reaction) – łańcuchowa reakcja polimerazy

PDA (ang. photodiode array detector) – detektor z matrycą fotodiodową

PP (ang. protein precipitation) – wytrącanie białek

QuEChERs (ang. quick, easy, cheap, effective, rugged, safe) – (metoda) szybka, prosta, tania, efektywna, elastyczna i bezpieczna

SFC (ang. supercritical fluid chromatography) – chromatografia z fazą ruchomą w stanie nadkrytycznym

SFE (ang. supercritical fluid extraction) – ekstrakcja płynem w stanie nadkrytycznym

SLE (ang. solid-liquid extraction) – ekstrakcja w układzie ciecz–ciecz

SPE (ang. solid-phase extraction) – ekstrakcja do fazy stałej

SPME (ang. solid-phase microextraction) – mikroekstrakcja do fazy stałej

TLC (ang. thin-layer chromatography) – chromato­grafia cienkowarstwowa

TOF (ang. time of flight) – analizator czasu przelotu

UAE (ang. ultrasound-assisted extraction) – ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami

UHPLC (ang. ultra-high performance liquid chromatography) – ultrawysokosprawna chromatografia cieczowa

UV-Vis (ang. ultraviolet-visible) – zakres nadfioletu i światła widzialnego