Master's Thesis

Determination of residues of selected drugs in plant matrices

Final Thesis 2.28 MB

Author of thesis: Bc. Anna Marie Šimáková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D.

Reviewer: Ing. Veronika Řezáčová, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the determination of residues of selected pharmaceuticals, specifically
beta-blockers and nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), in plant matrices, with
a focus on common spinach (Spinacia oleracea L.). The theoretical section summarizes
the basic characteristics of the drugs, including relevant properties such as their mechanism
of action and the main sources of their release into the environment. It further examines their
fate, both in terms of biotic and abiotic processes, and assesses their potential toxicological
effects.
The experimental section focuses on studying the uptake and accumulation of selected drugs
in the aboveground parts of plants using hydroponic and soil experiments with common
spinach. As part of this work, the QuEChERS extraction method was optimized for this plant
matrix with the aim of achieving the highest possible extraction efficiency and reproducibility
of results. Liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was
used for the subsequent analysis of the samples
The results showed that the degree of degradation and accumulation of pharmaceuticals
strongly depended on the physicochemical properties of the individual compounds and the type
of environment. Ibuprofen exhibited the highest degradation rate, whereas atenolol, nadolol,
meloxicam, and piroxicam proved to be relatively persistent compounds. The highest
accumulation in spinach was observed particularly for atenolol and propranolol, whereas
ibuprofen and naproxen showed low uptake by plants. At the same time, it was found that lower
concentrations of pharmaceuticals could stimulate spinach growth, whereas higher
concentrations led to growth inhibition and reduced biomass production, especially in the root
system. The results further suggest that some pharmaceuticals may be transferred into edible
plant tissues and could therefore potentially enter the food chain

Keywords:

Beta-blockers, NSAIDs, spinach, QuEChERS, liquid chromatography, mass spectrometry,
hydroponics, soil

Date of defence

28.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Studentka při obhajobě prezentovala náplň, výsledky a závěry své diplomové práce. Následovalo čtení posudků vedoucí a oponentky a byly zodpovězeny položené otázky. Při diskuzi k tématu diplomové práce se zapojili i další členové komise se svými otázkami: prof. Ing. J. Krajčovič, Ph.D. – Sledovala jste i metabolity léčiv? doc. Ing. T. Rozsypal, Ph.D. – Dají se Vaše výsledy extrapolovat na reálné podmínky? doc. Ing. P. Krystyník, Ph.D. – Čím by mohla být způsobena výtěžnost 140 %? Diplomatka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuze k dané problematice vzneseny. Předvedla, že má kvalitní přehled v řešené problematice, a to jak z teoretického, tak praktického hlediska. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala velmi dobrou orientaci v dané problematice i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Chemistry and Technology of Environmental Protection

Study programme

Environmental Chemistry and Technology (NPCP_ECHT)

Composition of Committee

doc. Mgr. Renata Komendová, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Michaela Vašinová Galiová, Ph.D. (předseda)
doc. MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jozef Krajčovič, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Másilko, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Krystyník, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Rozsypal, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D.

Diplomová práce se věnuje aktuální problematice výskytu reziduí farmak v rostlinných matricích a možnosti jejich následného přestupu do potravního řetězce. Součástí práce byla optimalizace extrakční metody QuEChERS pro stanovení vybraných léčiv (nesteroidní protizánětlivá léčiva - NSAID a beta blokátory) z matrice špenátu setého (Spinacia oleracea L.), posouzení ekotoxikologických endpointů a rovněž posouzení rizika plynoucího z konzumace této listové zeleniny na základě vypočtených biokoncentračních faktorů.
Teoretická část poskytuje přehled problematiky beta-blokátorů a nesteroidních protizánětlivých léčiv, jejich osudu v životním prostředí i možných ekotoxikologických účinků. Součástí rešerše je rovněž popis hydroponických systémů, extrakčních metod a principů LC-MS/MS analýzy. Studentka při zpracování teoretické části pracovala s dostatečným množstvím odborné literatury a prokázala dobrou orientaci v řešené problematice. Poměrně pěkně zpracovanou teoretickou část „kazí“ formální a stylistické chyby.
V rámci optimalizace extrakčního postupu metodou QuEChERS z matrice špenátu setého bylo optimalizováno 5 různých extrakčních kroků v různých modifikacích; přídavek extrakčního činidla (6) optimalizace přídavku Na2EDTA (2), složení extrakční soli, (3), optimalizace složení d-SPE (4). Následně byla metoda aplikována na vzorky vypěstovaného špenátu v půdním i akvatickém prostředí. Rovněž bylo sledováno odstranění vybraných léčiv z hydroponického roztoku a půdního prostředí, v závislosti na počáteční koncentraci a době expozice. Oceňuji zejména rozsah experimentální práce, jak z výčtu experimentálních aktivit a dílčích cílů jasně vyplývá a schopnost interpretace získaných výsledků v kontextu odborné literatury a fyzikálně-chemických vlastností kontaminantů a typu prostředí.
Připomínku mám k validitě výsledků, neboť je patrné, že pro přesnou kvantifikaci by vyžadovala další optimalizaci. Pozitivně však hodnotím, že studentka výsledky validace nekriticky nepřehlíží, ale diskutuje problematické analyty a vliv matricového efektu aj, což svědčí o schopnosti interpretace analytických dat. Na druhé straně postrádám dležité části práce zaměřené na validaci př. kalibrační křivky, jejich rovnice, korelační koeficienty. Popř. přiložené chromatogramy
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of the Assignment Requirements A
Study and Processing of the Literature B
Use of Knowledge Gained from the Literature A
Quality of the Results C
Interpretation and Discussion of the Results A
Conclusions and Their Formulation A
Use of Consultations during the Preparation of the Thesis B
Overall Approach to the Assigned Tasks A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Veronika Řezáčová, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá aktuální problematikou přítomnosti léčiv v životním prostředí a jejich přestupem do bioty. Konkrétně byla pozornost věnována nesteroidním protizánětlivým léčivům (NSAID) a beta blokátorům a jejich chování v hydroponickém a půdním systému a jejich příjmu špenátem setým.
Po „Úvodu“ je na 19 stranách zpracován teoretický podklad k práci. Tato teoretické část se zaměřuje na tři základní oblasti – charakterizaci léčiv, způsoby pěstování a kroky spojené s analýzou. Experimentální část práce naplňuje 13 stran, je poměrně rozsáhlá a doplněná, jak přehlednými tabulkami, tak i ilustračnímu obrázky. 
Kapitola „Výsledky a diskuze“ má 40 stran. Nejprve se věnuje optimalizaci jednotlivých kroků metody QuEChERs. Následuje přehled výsledků 35 denního testu, kdy jsou sledovány koncentrace vybraných 10 léčiv v půdě, hydroponii a salátu.  Tyto výsledky jsou déle vyhodnoceny z ekotoxikologického hlediska. Jednotlivá zjištění jsou sumarizována v grafu a/nebo v tabulce a poté komentována. V závěr jsou přehledně a jasně shrnuty zjištění z výsledků.
Tato DP má celkem 102 stran a obsahuje odkazy na 125 odborných publikací.
Práce splňuje formální požadavky kladené na diplomovou práci. Je psána srozumitelně. K dosaženým výsledkům nemám zásadní přiopmínky. V práci se však objevují stylistické a typografické nedostatky, jakož i několik nefunkčních odkazů na obrázky či tabulky. Tyto snižují celkový dobrý dojem z práce, nemají však zásadní vliv na její celkovou kvalitu.
Předkládanou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou B.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of the Assignment Requirements A
Logical Structure of the Thesis A
Quality of the Results B
Interpretation and Discussion of the Results B
Use of Literature and Citations A
Language Quality B
Overall Formal Quality of the Thesis B
Conclusions and Their Formulation A
Topics for thesis defence:
  1. V práci se věnujete 10 léčivům. Jaká je reálná spotřeba těchto léčiv (v ČR/Evropě) a jaké jsou jejich možné koncentrace v prostředí?
  2. Lze nějak vysvětliv významný vliv matrice i při použití vnitřního standardu?
  3. Kde a jak byla konkrétně prováděna lyofilizace?
  4. I když máte v práci seznam a vysvětlení zkratek, nikde nejsou komentovány např. z tabulky 1 „Log P“, z tabulky 11 „EC“. Můžete tyto zkratky vysvětlit?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová