ملوثات الأدوية في المياه: 7 تقنيات متطورة لكشف ما لا تراه العين

في كل مرة نتناول فيها دواء، جزء منه يمر عبر أجسامنا ويخرج مع الفضلات لينتهي به المطاف في شبكات الصرف الصحي. هذه المركبات الصيدلانية، المصممة لتكون فعالة بيولوجيًا ومستقرة كيميائيًا، لا تختفي بسهولة. إنها تشق طريقها إلى الأنهار والبحيرات والمياه الجوفية، وفي بعض الأحيان، تعود مرة أخرى إلى مياه الشرب. هذه الظاهرة، المعروفة باسم “الملوثات الصيدلانية الناشئة”، تمثل أحد أكثر التحديات البيئية والصحية تعقيدًا في عصرنا. المشكلة الكبرى هي أن هذه الملوثات توجد بتراكيز ضئيلة جدًا، أشبه بالبحث عن قطرة حبر في محيط. هذا يضع على عاتق الكيمياء التحليلية مهمة شبه مستحيلة. هذا المقال ليس مجرد سرد للمشكلة، بل هو غوص في قلب الحل، لاستكشاف السباق العلمي المحموم وراء **مراقبة ملوثات الأدوية في المياه** والأسلحة التكنولوجية المتطورة التي يستخدمها العلماء لكشف هذه التهديدات الخفية.

1. التحدي التحليلي: لماذا البحث عن ملوثات الأدوية صعب جدًا؟

تكمن الصعوبة في ثلاثة عوامل رئيسية تجعل **مراقبة ملوثات الأدوية في المياه** مهمة معقدة:

• التراكيز المنخفضة للغاية: نحن لا نتحدث عن أجزاء في المليون (ppm)، بل عن أجزاء في المليار (ppb) أو حتى أجزاء في التريليون (ppt). هذا يعادل العثور على حبة رمل واحدة في حمام سباحة أولمبي. الأجهزة التحليلية التقليدية ليست حساسة بما يكفي لرصد هذه المستويات.
• الخليط المعقد (Matrix): عينة المياه ليست مجرد ماء نقي. إنها تحتوي على آلاف المركبات الطبيعية الأخرى (مثل الأملاح والمعادن والمواد العضوية المتحللة) التي يمكن أن تتداخل مع التحليل وتخفي الإشارة الضعيفة للملوثات التي نبحث عنها.
• التنوع الهائل للمركبات: هناك آلاف الأدوية المختلفة المستخدمة، من المضادات الحيوية ومسكنات الألم إلى أدوية الهرمونات ومضادات الاكتئاب. كل مركب له خصائص كيميائية فريدة، مما يجعل من المستحيل استخدام طريقة واحدة للكشف عنها جميعًا.

2. الخطوة الأولى الحاسمة: فن تحضير وتركيز العينة

قبل أن نتمكن حتى من التفكير في تحليل العينة، يجب علينا أولاً “تنظيفها” و “تركيزها”. هذه الخطوة، المعروفة باسم “تحضير العينة”، هي الأكثر استهلاكًا للوقت ولكنها الأهم لنجاح عملية **مراقبة ملوثات الأدوية في المياه**. التقنية الأكثر شيوعًا لهذا الغرض هي الاستخلاص بالطور الصلب (Solid-Phase Extraction – SPE).
تخيل أن لديك مرشحًا سحريًا. في تقنية SPE، يتم تمرير حجم كبير من عينة الماء (لتر واحد مثلاً) عبر خرطوشة صغيرة تحتوي على مادة صلبة (الطور الثابت) مصممة خصيصًا لـ “الإمساك” بجزيئات الأدوية بينما تسمح للماء والشوائب الأخرى بالمرور. بعد ذلك، يتم غسل الخرطوشة بكمية صغيرة جدًا من مذيب قوي (بضعة مليلترات) لـ “تحرير” جزيئات الأدوية الممسوكة. بهذه الطريقة، نكون قد أخذنا الملوثات من لتر كامل من الماء وركزناها في حجم صغير جدًا، مما يزيد من تركيزها آلاف المرات ويجعلها قابلة للكشف.

3. التقنية المحورية: الفصل الكروماتوغرافي (HPLC)

بعد تركيز العينة، لا يزال لدينا خليط من عشرات أو مئات المركبات الصيدلانية المختلفة. هنا يأتي دور كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء (HPLC). هذه التقنية هي بمثابة “سباق جزيئي” عالي الدقة. يتم حقن عينتنا المركزة في عمود طويل ورفيع معبأ بمادة كيميائية (الطور الثابت). يتم بعد ذلك ضخ سائل (الطور المتحرك) عبر العمود.
كل مركب في الخليط يتفاعل بشكل مختلف مع الطور الثابت والطور المتحرك. المركبات التي تنجذب بقوة إلى الطور الثابت تتحرك ببطء، بينما المركبات التي تفضل الطور المتحرك تتحرك بسرعة. نتيجة لهذا السباق، تخرج المركبات من نهاية العمود واحدًا تلو الآخر في أوقات مختلفة، مفصولة تمامًا عن بعضها البعض. هذه القدرة على الفصل هي أساس **مراقبة ملوثات الأدوية في المياه**.

4. الكاشف الأقوى: مطياف الكتلة (MS) وتحديد الهوية القاطع

بعد أن نجحنا في فصل المركبات، كيف نعرف هوية كل مركب يخرج من عمود الـ HPLC؟ هنا يأتي دور مطياف الكتلة (Mass Spectrometer – MS)، وهو الأداة الأقوى في الكيمياء التحليلية لتحديد الهوية.
عندما يخرج مركب من عمود الفصل، يدخل إلى مطياف الكتلة حيث يتعرض لعملية تأيين (يتم شحنه كهربائيًا). بعد ذلك، يتم تسريع هذه الجزيئات المشحونة في مجال مغناطيسي أو كهربائي. الجزيئات الأخف تنحرف أكثر من الجزيئات الأثقل. من خلال قياس مقدار الانحراف، يمكن للجهاز تحديد “الوزن الجزيئي” للمركب بدقة متناهية. هذا الوزن الجزيئي هو بمثابة بصمة فريدة للمركب تسمح بتحديد هويته بشكل قاطع. كما يمكن للجهاز تكسير الجزيء وقياس أوزان شظاياه، مما يوفر تأكيدًا إضافيًا للهوية.

5. المعيار الذهبي: قوة تقنية LC-MS/MS في مراقبة ملوثات الأدوية

عندما نجمع بين قوة الفصل لـ HPLC وقوة تحديد الهوية لـ MS، نحصل على تقنية هجينة تسمى كروماتوغرافيا السائل-مطياف الكتلة (LC-MS). هذه التقنية، وخاصة في شكلها المتقدم (LC-MS/MS)، هي “المعيار الذهبي” المعترف به عالميًا في مجال **مراقبة ملوثات الأدوية في المياه**. إنها تسمح للعلماء بفصل وتحديد وقياس كمية مئات الملوثات المختلفة في عينة واحدة، حتى عند تراكيز تصل إلى أجزاء في التريليون. تشير هيئات مثل وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) إلى هذه التقنيات كأساس لأبحاثها في هذا المجال.

6. تقنيات ناشئة ومستقبلية في الرصد

السباق لا يتوقف. يعمل العلماء باستمرار على تطوير طرق أسرع وأرخص وأكثر حساسية:

• المستشعرات الحيوية (Biosensors): أجهزة صغيرة تستخدم مكونات بيولوجية (مثل الأجسام المضادة أو الإنزيمات) للارتباط بملوث معين وإنتاج إشارة كهربائية أو ضوئية. يمكن أن توفر هذه المستشعرات نتائج فورية في الميدان دون الحاجة إلى مختبر.
• التحليل الطيفي عالي الدقة: تقنيات مثل مطياف الكتلة عالي الدقة (HRMS) تسمح بتحديد الصيغة الكيميائية الدقيقة للملوثات غير المعروفة، مما يساعد في اكتشاف أدوية جديدة أو نواتج تحللها في البيئة.

7. دراسة حالة مبسطة: كيف يتم رصد مضاد حيوي في عينة ماء؟

1. جمع العينة: يتم جمع لتر واحد من مياه النهر في زجاجة نظيفة.
2. التركيز (SPE): يتم تمرير اللتر بالكامل عبر خرطوشة SPE.
3. الاستخلاص: يتم غسل الخرطوشة بـ 2 مليلتر من مذيب، ليتم تركيز المضاد الحيوي 500 مرة.
4. الحقن والفصل (LC): يتم حقن جزء صغير من العينة المركزة في جهاز LC-MS. يقوم عمود الفصل بفصل المضاد الحيوي عن المركبات الأخرى.
5. الكشف وتحديد الهوية (MS): عندما يخرج المضاد الحيوي من العمود، يقوم مطياف الكتلة بقياس وزنه الجزيئي بدقة، مؤكدًا هويته.
6. القياس الكمي: من خلال مقارنة شدة إشارة المضاد الحيوي مع إشارة محاليل قياسية معروفة التركيز، يمكن حساب تركيزه الدقيق في عينة النهر الأصلية.

9. أسئلة شائعة حول ملوثات الأدوية في المياه

هل محطات معالجة مياه الصرف الصحي الحالية تزيل هذه الملوثات؟

بشكل جزئي فقط. تم تصميم المحطات التقليدية لإزالة المواد الصلبة والبكتيريا والمواد العضوية العامة، ولكنها ليست مصممة لإزالة المركبات الصيدلانية المعقدة والمستقرة. بعضها يمر عبر المحطة دون تغيير.

ما هي الآثار الصحية والبيئية لهذه الملوثات؟

هذا هو مجال البحث المكثف حاليًا. على الرغم من أن التراكيز منخفضة جدًا، إلا أن القلق يكمن في التعرض المزمن طويل الأمد. بعض الآثار المرصودة في البيئة تشمل تأنيث الأسماك الذكور بسبب التعرض للهرمونات، وتطور بكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية.

هل مياه الشرب آمنة؟

نعم، بشكل عام. تخضع مياه الشرب لرقابة صارمة، والتقنيات المتقدمة مثل المعالجة بالأوزون والكربون المنشط يمكنها إزالة العديد من هذه المركبات. ومع ذلك، تظل **مراقبة ملوثات الأدوية في المياه** أولوية لضمان السلامة على المدى الطويل.