Integrated liquid chromatography method in enantioselective studies: Biodegradation of ofloxacin by an activated sludge consortium

Integrated liquid chromatography method in enantioselective studies: Biodegradation of ofloxacin by an activated sludge consortium

Accepted Manuscript Title: Integrated liquid chromatography method in enantioselective studies: biodegradation of ofloxacin by an activated sludge con...

666KB Sizes 1 Downloads 80 Views

Accepted Manuscript Title: Integrated liquid chromatography method in enantioselective studies: biodegradation of ofloxacin by an activated sludge consortium Author: Alexandra S. Maia Paula M.L. Castro Maria Elizabeth Tiritan PII: DOI: Reference:

S1570-0232(16)30413-5 http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.jchromb.2016.06.026 CHROMB 20112

To appear in:

Journal of Chromatography B

Received date: Revised date: Accepted date:

9-4-2016 12-6-2016 15-6-2016

Please cite this article as: Alexandra S.Maia, Paula M.L.Castro, Maria Elizabeth Tiritan, Integrated liquid chromatography method in enantioselective studies: biodegradation of ofloxacin by an activated sludge consortium, Journal of Chromatography B http://dx.doi.org/10.1016/j.jchromb.2016.06.026 This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication. As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript. The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting proof before it is published in its final form. Please note that during the production process errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers that apply to the journal pertain.

Integrated liquid chromatography method in enantioselective studies: biodegradation of  ofloxacin by an activated sludge consortium    

Alexandra S. Maia1,2, Paula M. L. Castro2 and Maria Elizabeth Tiritan1,3,4    1

CESPU, Instituto de Investigação e Formação Avançada em Ciências e Tecnologias da Saúde, Rua Central de 

Gandra, 1317, 4585‐116 Gandra PRD, Portugal   2

Universidade Católica Portuguesa, CBQF ‐ Centro de Biotecnologia e Química Fina – Laboratório Associado, 

Escola Superior de Biotecnologia, Rua Arquiteto Lobão Vital, Apartado 2511, 4202‐401 Porto, Portugal  3

Laboratório  de  Química  Orgânica  e  Farmacêutica,  Departamento  de  Ciências  Químicas,  Faculdade  de 

Farmácia, Universidade do Porto, Rua de Jorge Viterbo Ferreira, 228, 4050‐313 Porto, Portugal.   4

Centro Interdisciplinar de Investigação Marinha e Ambiental (CIIMAR/CIMAR), Universidade do Porto, Rua 

dos Bragas 289, 4050‐123 Porto, Portugal.     Corresponding author:  Maria Elizabeth Tiritan ()  CESPU, Instituto de Investigação e Formação Avançada em Ciências e Tecnologias da Saúde, Rua Central de  Gandra, 1317, 4585‐116 Gandra PRD, Portugal  E‐mail: [email protected][email protected]  Telephone: +351 224 157 204  Fax: +351 224 157 100   

 

  Highlights  

 

An integrated liquid chromatography method approach allowed the evaluation of the  enantioselective biodegradation of ofloxacin and levofloxacin by an activated sludge  consortium  Enantiomerization was observed in the biodegradation of the isolated (S)‐enantiomer with  formation of the (R) enantiomer.  Enantioselectivity and enantiomerization during the biodegradation were confirmed by  exact mass spectrometry with LTQ Orbitrap XL. 

  Abstract  Ofloxacin is a chiral fluoroquinolone commercialized as racemate and as its enantiomerically pure  form  levofloxacin.  This  work  presents  an  integrated  liquid  chromatography  (LC)  method  with  fluorescence  detection  (FD)  and  exact  mass  spectrometry  (EMS)  developed  to  assess  the  enantiomeric  biodegradation  of  ofloxacin  and  levofloxacin  in  laboratory‐scale  microcosms.  The  optimized enantioseparation conditions were achieved using a macrocyclic antibiotic ristocetin A‐ bonded  CSP  (150  x  2.1  mm  i.d.;  particle  size  5  µm)  under  reversed‐phase  elution  mode.  The  method  was  validated  using  a  mineral  salts  medium  as  matrix  and  presented  selectivity  and  linearity  over  a  concentration  range  from  5  µg  L‐1  (quantification  limit)  to  350  µg  L‐1  for  each  enantiomer.  The  method  was  successfully  applied  to  evaluate  biodegradation  of  ofloxacin  enantiomers at  250  µg  L‐1  by  an  activated sludge  inoculum.  Ofloxacin  (racemic  mixture)  and  (S)‐ enantiomer  (levofloxacin)  were  degraded  up  to  58  and  52%,  respectively.  An  additional  degradable  carbon  source,  acetate,  enhanced  biodegradation  up  to  23%.  (S)‐enantiomer  presented  the  highest  extent  of  degradation  (66.8%)  when  ofloxacin  was  supplied  along  with  acetate.  Results  indicated  slightly  higher  biodegradation  extents  for  the  (S)‐enantiomer  when  supplementation  was  done  with  ofloxacin.  Degradation  occurred  faster  in  the  first  3  days  and  proceeded slowly until the end of the assays. The chromatographic results from LC‐FD suggested  the formation of the (R)‐enantiomer during levofloxacin biodegradation which was confirmed by  LC‐MS with a LTQ Orbitrap XL.    Keywords  Ofloxacin;  Levofloxacin;  Macrocyclic  antibiotic‐based  stationary  phases;  Enantioselectivity;  Biodegradation; Activated sludge     

  2 

 

  1. Introduction  Quinolone  antibiotics,  discovered  in  the  1960s  when  nalidixic  acid  was  developed,  have  been  gaining  great  pharmaceutical  interest  [1,  2].  Between  1985  and  1990  ofloxacin  (Fig.  1),  which  belongs  to  the  second  generation  of  fluoroquinolones,  became  commercially  available  in  some  European  countries.  Ofloxacin  is nowadays  largely used  in human antimicrobial  therapies  and in  veterinary medicine, the latter with both therapeutic and prophylactic value.   Ofloxacin  is  a  racemic  mixture  and  the  (S)‐enantiomer  corresponds  to  levofloxacin.  The  enantiomerically pure form is up to fourfold more active against numerous bacterial strains than  the racemic mixture and with up to 128 times more antibacterial activity when compared to the  (R)‐enantiomer  [3,  4].  Levofloxacin  prevailed  in  time‐kill  studies  against  methicillin‐susceptible  Staphylococcus  aureus,  when  compared  to  ofloxacin  and  ciprofloxacin  [5].  Because  of  their  fluorinated  nature,  fluoroquinolones  exhibit  higher  recalcitrance  and  persistence  in  the  environment  [6]  and  have  been  labeled  as  emerging  environmental  micropollutants  [7].  These  characteristics  make  them  potential  targets for environmental  risk  assessment  studies  regarding  occurrence  of  pharmaceutical  compounds.  In  recent  years,  the  biodegradability  of  fluoroquinolones in different conditions has been assessed in several works [8‐10]. Although it is  known  that  biotransformation  processes  can  be  enantioselective  [11,  12]  only  a  few  classes  of  pharmaceuticals have been included in enantioselective environmental studies [12‐14].  Monitoring  the  enantiomeric  fraction  (EF)  of  chiral  pollutants  by  liquid  chromatography    in  complex  natural  matrices  is  a  powerful  tool  to  study  the  enantioselective  behavior  of  such  molecules  in  the  environment  [11].  However,  the  difficulty  to  establish  suitable  conditions  for  liquid chromatography with mass spectrometry (LC‐MS) analysis is a drawback in enantioselective  studies.   The classic approach to select the right chiral stationary phase (CSPs) is based on trial and error  studies  and  usually  starts  with  CSPs  with  broad  applicability  such  as  polysaccharide  and  macrocyclic antibiotic‐based CSPs [15]. In recent years works regarding environmental analysis of  chiral  pharmaceuticals  report  the  use  of  protein‐based,  polysaccharide‐based  and  macrocyclic  antibiotic‐based  CSPs  [12]  and  other  derivatization  methods  [16‐18].  Methods  for  enantioseparation  of  chiral  fluoroquinolones  using  other  CSPs  than  crown  ethers‐based  and  protein‐based are still scarce [19, 20] and none are compatible with LC‐MS.  This  work  describes  the  development  and  optimization  of  a  LC  method  for  the  resolution  of  ofloxacin  enantiomers.  The  optimized  analytical  method  was  validated  in  accordance  to  3   

  international criteria and applied to the quantification of the EF of ofloxacin and its (S)‐enantiomer  levofloxacin  during  biodegradation  assays  by  an  activated  sludge  inoculum  from  a  municipal  wastewater  treatment  plant.  LC‐MS  with  a  LTQ  Orbitrap  XL  exact  mass  spectrometer  confirmed  the  identity  of  the  enantiomers.  To  the  best  of  our  knowledge  this  is  the  first  report  on  the  enantioseparation  of  ofloxacin  by  Chirobiotic  based  CSPs  and  validation  of  the  enantioselective  method to follow the biodegradation of its enantiomers.     2. Material and methods  2.1. Chemicals and materials  Standards of the fluoroquinolones ofloxacin and levofloxacin were purchased from Sigma‐Aldrich.  The standards presented a purity degree > 98%. Chromatographic gradient grade solvents ethanol,  methanol,  isopropanol,  and  acetonitrile,  were  obtained  from  Fisher  Scientific  UK  (Leicestershire,  UK);  hexane  was  obtained  from  Merck  (Darmstadt,  Germany).  Triethylamine  and  diethylamine,  both with ≥ 99% purity, were acquired from Sigma‐Aldrich (St. Louis, USA). Acetic acid, formic acid,  and  trifluoroacetic  acid  were  purchased  from  VWR  International  (Fontenay‐sous‐Bois,  France),  Merck  (Darmstadt,  Germany)  and  Acros  Organics  (New  Jersey,  USA),  respectively.  Ammonium  acetate  and  ammonium  formate  were  both  obtained  from  Sigma‐Aldrich  (St.  Louis,  USA).  Ultrapure  water  was  supplied  by  a  Milli‐Q  water  system.  All  chromatographic  solvents  were  filtered prior to use with 0.45 µm glass microfiber filters from Whatman™.  Ofloxacin 1000 mg L‐1 and levofloxacin ((S)‐ofloxacin) 500 mg L‐1 stock solutions were prepared by  dissolving the standards in a mixture of water:acetic acid 10% (50/50, v/v). These solutions were  stored in amber bottles at ‐20 °C. Working standard solutions were obtained by dilution of stock  solutions in ultrapure water or in ethanol (depending on the elution mode in use) to 1 mg L‐1 and  prepared weekly.    2.2. Instrumentation  Chiral  analysis  was  accomplished  in  a  Shimadzu  UFLC  Prominence  equipment,  using  two  pumps  LC‐20AD,  an  autosampler  SIL‐20AC,  a  column  oven  CTO‐20AC,  a  degasser  DGU‐20A5,  a  fluorescence  detector  RF‐10AXL,  and  a  system  controller  CBM‐20A.  The  detection  wavelengths  were  set  at  290  and  460  nm  for  excitation  and  emission,  respectively.  Data  acquisition  was  performed using LC Solution, Version 1.24 SP1 from Shimadzu. CSPs included: (S,S)‐Whelk‐O1 and  L‐Phenylglycine (250 x 4.6 mm i.d., particle size 5 µm, pore size 100 Å) columns, both from Regis  4   

  Technologies, Inc. (Morton Grove, IL, USA); and macrocyclic antibiotic‐based CSPs. The latter were  used to perform a sequential optimization of ofloxacin enantiomers separation, namely Chirobiotic  V (vancomycin‐bonded CSP), Chirobiotic T (teicoplanin‐bonded CSP), Chirobiotic TAG (teicoplanin  aglycone‐bonded  CSP),  and  Chirobiotic  R  (ristocetin  A‐bonded  CSP).  Vancomycin  and  teicoplanin  CSPs with 150 x 4.6 mm i.d. and particle size 5 µm, and teicoplanin aglycone and ristocetin A CSPs  with  150  x  2.1  mm  i.d.  and  particle  size  5  µm.  All  the  macrocyclic  antibiotic‐based  CSPs  were  provided  from  SUPELCO  analytical  (Sigma‐Aldrich,  Steinheim,  Germany).  An  HPLC  Accela  with  Accela  PDA  detector,  Accela  Autosampler  and  Accela  600  Pump  (Thermo  Fischer  Scientific,  Bremen,  Germany)  coupled  to  a  LTQ  Orbitrap  XL  mass  spectrometer  (Thermo  Fischer  Scientific,  Bremen,  Germany)  was  used  to  analyze  biodegradation  samples.  Data  acquisition  software  was  LTQ Tune Plus 2.5.5 and Xcalibur 2.1.0. MS detection settings were as follows: capillary voltage of  the electrospray ionization (ESI) 3100 V; capillary temperature 275 °C, sheath gas and auxiliary gas  flow  rates  (nitrogen)  set  to  40  and  10,  respectively  (arbitrary  unit  as  provided  by  the  software  seetings), capillary voltage 36 V, and tube lens voltage 110 V. The identification was performed in  a positive ionization full scan mode ranging from 100 to 1000 m/z.    2.3. Optimization of chromatographic conditions  Optimization experiments were performed in isocratic mode. Flow rate variations were between  0.2  and  1.0  mL  min‐1.  Sample  injection  volume  was  10  µL.  Mobile  phase  compositions  were:  hexane and an additional modifier, ethanol, or isopropanol in normal elution mode approach; and  methanol,  ethanol,  isopropanol,  and  acetonitrile  solo  or  in  combinations,  with  different  proportions of triethylamine and acetic acid (0.01 to 0.1%) in polar and polar ionic elution mode,  respectively. More extensive experiments were done in reversed‐phase elution mode, combining  different  aqueous  buffers,  namely  ammonium  acetate  and  ammonium  formate,  concentrations  ranging  from  10  to  50  mM,  and  diethylamine  and triethylamine  solutions,  0.1  to  0.45% (v/v),  at  different  pH  values  adjusted  with  acetic,  formic  or  trifluoroacetic  acids  and  organic  solvents  (methanol,  ethanol  and  acetonitrile).  The  optimized  conditions  were  attained  with  ristocetin  A‐ bonded  CSP  under  reversed‐phase  mode  with  isocratic  elution  and  a  flow  rate  of  0.4  mL  min‐1,  using  a  mobile  phase  of  0.45%  triethylamine  aqueous  solution  pH  3.6  adjusted  with  acetic  acid,  and ethanol as the organic solvent (80/20, v/v). The column oven temperature was set to 32 °C.  The elution order was recognized according to levofloxacin ((S)‐ofloxacin) retention time based on  the  injection  of  the  enantiomer  standard.  The  optimal  chromatographic  conditions  for  LC‐MS  5   

  analysis  with  LTQ  Orbitrap  consisted  in  ammonium  formate  in water  (concentration  20  mM)  pH  4.25 / ethanol (80/20, v/v) and elution was performed in isocratic mode with a flow rate of 0.2 mL  min ‐1. The injection volume was 10 µL and the column oven temperature was set to 40 °C.     2.4. Method validation  The  optimized  method  conditions  were  subsequently  validated  according  to  the  International  Conference  on  Harmonization  guidelines  [21]  and  in  accordance  to  our  previously  reports  concerning  quantification  in  biodegradation  [8,  13,  14].  Selectivity,  linearity  and  range  of  application,  accuracy,  intra‐  and  inter‐day  precision,  recovery,  and  detection  and  quantification  limits were evaluated. Selectivity was evaluated by comparison of chromatograms obtained by the  injection of ofloxacin and levofloxacin standard solutions prepared in ultrapure water with those  prepared in mineral salts medium (further details in section 2.5.) in the presence of the activated  sludge  inoculum.  Linearity  was  assessed  considering  seven  ofloxacin  standard  concentrations,  each prepared in triplicate by dilution with mineral salts medium, ranging from 10 to 700 µg L−1.  Calibration curves were calculated by linear regression, establishing the correspondence between  peaks areas and the known prepared concentration. Intra‐ and inter‐day precisions, expressed as  relative  standard  deviation  percentages  (%RSD),  were  estimated  using  three  quality  control  standard solutions prepared at three different concentrations within the application range, all in  triplicate.  Accuracy  was  calculated  as  the  agreement  percentage  between  method  quantitative  results  of  the  three  quality  control  standards  and  the  real  amount  of  compound  added.  Blank  samples composed by mineral salts medium with activated sludge were spiked with ofloxacin at  the three quality control concentrations and centrifuged at 14,000 rpm for 10 min, after two hours  of  shaking  at  110  rpm.  The  supernatant  aliquots  collected  were  used  to  calculate  the  recovery  percentage  of  those  fortified  samples  when  compared  with  the  same  ofloxacin  concentrations  prepared  in  ultrapure  water.  Detection  and  quantification  limits  were  calculated  by  the  signal/noise ratio. The ratios were determined by comparing the measurable signals from samples  with known low concentrations of the enantiomers with those of blank samples and establishing  the minimum concentration at which each enantiomer could be detected and quantified. Signal‐ to‐noise  ratios  of  3:1  and  10:1  were  considered  for  estimating  the  detection  and  quantification  limits of each enantiomer, respectively [21].    2.5. Biodegradation assays  6   

  The  activated  sludge  inoculum  used  in  the  biodegradation  assays  was  collected  from  the  secondary  treatment  aerated  tanks  of  a  municipal  wastewater  treatment  plant  (Parada,  Maia,  Portugal), and preserved in amber glass flasks at 4 °C until usage. The inoculum was washed with  mineral salts medium for three cycles prior to its use. The mineral salts medium used followed the  composition per liter: Na2HPO42H2O, 2.67 g; KH2PO4, 1.40 g; MgSO47H2O, 0.20 g; (NH4)2SO4, 0.5 g  and  10  mL  of  a  trace  elements  solution  with  the  following  composition  per  liter:  NaOH,  2.0  g;  Na2EDTA22H2O, 12.0 g; FeSO47H2O 2.0 g; CaCl2, 1.0 g; Na2SO4, 10.0 g; ZnSO4, 0.4 g; MnSO44H2O,  0.4 g; CuSO45H2O, 0.1 g; Na2MoO42H2O, 0.1 g; H2SO4 98%, 0.5 mL.  The biodegradation assays were performed in batch mode using 100 mL flasks containing 25 mL of  mineral salts medium inoculated with the activated sludge inoculum, previously washed, in order  to obtain an optical density of ca. 0.3 at λ = 600 nm according to work published elsewhere [13].  Ofloxacin  and  levofloxacin  standard  solutions  were  added  to  the  flasks  to  obtain  initial  concentrations  of  500  µg  L‐1  and  250  µg  L‐1  of  the  racemic  mixture  and  the  (S)‐enantiomer,  respectively. Biodegradation was assessed under light and dark conditions, and with and without  the  presence  of  acetate  as  an  extra  carbon  source  at  an  initial  concentration  of  200  mg  L‐1  (as  sodium  acetate).  All  experiments  were  prepared  in  duplicate,  using  glass  flasks  with  a  volume  capacity  of  fourfold  the  medium  volume  used  to  assure  the  aeration  of  the  cultures,  and  conducted  aerobically  at  25  °C  with  constant  shaking  (110  rpm).  Control  assays  without  inoculation, under light and dark conditions, were also included. The assays were monitored for 46  days,  and the enantiomers were quantified using the  validated LC‐FD  method by injecting 10 µL  aliquots of the supernatant obtained after centrifuging 1 mL samples at 14,000 rpm for 10 min.    3. Results and discussion  3.1. Optimization of ofloxacin enantioseparation  Several  CSPs  were  selected  and  assessed  to  achieve  enantioseparation  of  ofloxacin.  Evaluation  started  with two Pirkle‐type  columns, namely  L‐Phenylglycine and (S,S)‐Whelk‐O1. Each  CSP  was  evaluated  under  normal,  polar  organic,  polar  ionic  and  reversed  elution  modes,  using  isocratic  conditions. L‐Phenylglycine was not able to resolve ofloxacin enantiomers in many trials and was  therefore abandoned. (S,S)‐Whelk‐O1 CSP demonstrated enantioselectivity and resolution power  under  normal  elution  mode.  Enantioselectivity  and  resolution  were    =  1.15  and  Rs  =  1.24,  respectively, (Table 1) at mobile phase composed by hexane/ethanol/CH3COOH (25/75/0.01, v/v).  However, even with an augmented polarity of this mobile phase (hexane:ethanol below 50:50, v/v  7   

  ) the retention time was too high and Rs was lower than 1.2. To bypass this situation addition of  triethylamine (0.01%, v/v) to the mobile phase was evaluated. Although this modification led to a  decrease in the retention time, it showed no advantage in the enantioresolution and additionally it  contributed to a decline of the detector signal strength. (S,S)‐Whelk‐O1 was also evaluated under  polar  ionic  mode  with  different  organic  eluents,  namely  methanol,  ethanol,  isopropanol,  and  acetonitrile with triethylamine and acetic acid as additives (0.01%, v/v). However, the additives did  not  improve  the  chromatographic  parameters.  Assessment  of  reversed  elution  mode  using  the  same organic solvents referred above, and water with triethylamine and acetic acid (pH 3 and 5)  also did not result in suitable resolutions.  Regarding  the  versatility  of  Chirobiotic™  columns  [22]  and  the  robustness  demonstrated  before  with  Chirobiotic  V  in  monitoring  biodegradation  [13,  14]  and  wastewater  effluents  [23,  24],  vancomycin,  teicoplanin  aglycone,  teicoplanin,  and  ristocetin  A‐bonded  CSPs  were  exhaustively  evaluated  in  order  to  achieve  suitable  enantioseparation  of  ofloxacin.  Taking  into  account  the  good performance verified in previous works [13, 14, 23], the trials started with the vancomycin‐ bonded  CSP  in  polar  ionic  mode  of  elution  with  a  mobile  phase  composed  of  ethanol/methanol/triethylamine  (50/50/0.075,  v/v/v)  at  pH  6.7  adjusted  with  acetic  acid,  according  to  that  proposed  by  Ribeiro  et  al.  [14]  for  the  enantioseparation  of  three  basic  pharmaceuticals.  Subsequently,  several  pH  conditions  were  assessed  within  this  mobile  phase,  modifying the acetic acid content. Chromatographic results were unsatisfactory with total absence  of  resolution  for  the  ofloxacin  enantiomers  under  these  conditions  (data  not  shown).  Reversed  elution mode was also considered, and a mobile phase of ammonium acetate/methanol mixture,  with  different  aqueous  buffer  concentrations  and  pH  values,  was  used  as  the  starting  point.  Methanol and ethanol proportions between 20 and 90% were evaluated. Reversed elution mode  also did not show acceptable results (data not  shown).  High  retention was observed, with  some  chromatographic runs lasting up to 90 minutes.   Considering teicoplanin aglycone, teicoplanin, and ristocetin A‐bonded CSPs, the first attempt was  carried out under polar ionic mode to evaluate the influence of different organic solvents and the  basic  and  acid  modifiers.  Mobile  phases  constituted  by  ethanol  or  methanol  with  triethylamine/acetic acid (0.1/0.1, v/v) solo or in combination of different volume ratios (between  25:75  to  80:20  of  ethanol:methanol)  were  evaluated  under  isocratic  conditions  with  flow  rates  ranging from 0.8 to 1.0 mL min‐1.Teicoplanin and ristocetin A CSPs presented high retentions in all  the  conditions  tested.  Teicoplanin  aglycone‐bonded  CSP  was  able  to  partially  resolve  ofloxacin  8   

  enantiomers within ca. 25 minutes, when ethanol/methanol (30/70, v/v) with triethylamine/acetic  acid (0.1/0.1, v/v) was used as mobile phase, but low resolution (Rs < 0.5) was observed (Table 1).   Teicoplanin aglycone, teicoplanin and ristocetin A‐bonded CSPs were also subjected to extensive  experiments under reversed elution mode. The influence of the organic modifier was studied for  ethanol  and  methanol  with  several  concentrations  of  aqueous  buffer  and  pH  values,  the  most  important aspects assessed in the optimization. Triethylamine, diethylamine, ammonium acetate  and  ammonium  formate  were  tried  in  aqueous  solvents,  using  different  concentrations.  Triethylamine and ammonium acetate showed the most promising results (Table 2). Different pH  values  were  assessed,  ranging  from  3.5  to  6.0,  respecting  the  proposals  reported  in  the  Chirobiotic™  columns  guidelines.  As  in  polar  ionic  mode,  the  acid  and  basic  modifiers  play  an  important  role  in  reversed  elution  mode  adjusting  ionization  states  and  thus  interfering  in  the  resolution.  Also  in  the  reversed  elution  mode,  the  hydrophobic,  charge‐charge,  and  steric  interactions are the prevailing mechanisms [25]. Acidification of the aqueous buffers with acetic,  formic, and trifluoroacetic acids was evaluated. Acetic acid revealed to be the most advantageous  concerning the compromise between the binomial resolution/selectivity and maintenance of the  column  integrity,  avoiding  the  employment  of  halogenated  acids.  Generally,  better  results  were  achieved when the aqueous buffer was prepared at lower pH values (Table 2).   The  influence  of  triethylamine  concentration  in  the  enantioresolution  was  also  exhaustively  evaluated. Triethylamine content in the aqueous solvent varied between 0.1 and 0.45% (v/v) and  chromatographic results showed increased resolution, better peak shapes and lower tailing effect  as  the  proportion  of  triethylamine  was  augmented.  Table  2  shows  the  chromatographic  results  obtained  in  reversed  elution  mode  and  the  parallelisms  observed  between  the  results  achieved  with teicoplanin aglycone, teicoplanin, and ristocetin A‐bonded CSPs.   The mobile phase composed of ammonium acetate 20 mM buffer with acetic acid (pH adjusted to  4.0) in combination with ethanol (50/50, v/v), using a 1.0 mL min‐1  flow rate, resulted in the best  achieved  resolution  value  (Rs  =  2.04)  for  the  teicoplanin  CSP.  However,  despite  the  baseline  resolution accomplished, the high retention (k1 = 9.63 for the first enantiomer) resulted in a long  chromatographic run (over 77 minutes) that along with a low detector response was incompatible  for monitoring analysis purposes. Regarding the mobile phase composed of aqueous triethylamine  the best resolution  values (up to Rs  = 2.40)  were  achieved  when  using 0.45% triethylamine  with  acetic  acid  (pH  adjusted  to  4.0)  with  ethanol  20/80  (v/v)  at  1.0  mL  min‐1.  However,  despite  the 

9   

  good resolution obtained, the same limitations previously identified were observed relating to the  high retention and low detector signal.  Regarding ristocetin A‐bonded CSP, reversed elution mode provided a resolution value of Rs = 1.2  in less than 10 minutes at a pH value of 3.6 adjusted with acetic acid with a mobile phase of 0.45%  triethylamine in aqueous solution and ethanol as the organic solvent (80/20, v/v), at a flow rate of  0.4  mL  min‐1.  Although  lower  pH  would  improve  the  resolution,  lower  pH  values  were  not  attempted due to restriction of pH range for these CSPs. The acidity of the mobile phase improved  the ionic binding interactions between the ofloxacin enantiomers and the functional groups of the  ristocetin  A‐bonded  CSP.  Oven  temperature  was  adjusted  in  order  to  combine  better  chromatographic performance and lower retention time. Fixing all the other parameters, different  column oven temperatures were attempted and optimal results were achieved at 32 °C.   Further  optimization  was  also  attempted  in  order  to  achieve  suitable  conditions  for  LC‐MS  analysis.  Ammonium  formate  in  water  (concentration  20  mM)  pH  4.25  /  ethanol  (80/20,  v/v)  as  mobile  phase,  and  column  oven  temperature  set  to  40  °C  with  a  flow  rate  of  0.2  mL  min  ‐1  presented enantioselectivity and resolution for LC‐MS analysis (α = 1.44 and Rs = 1.06). The mobile  phase  adjustments  were  crucial  to  achieve  enantioselectivity,  resolution  and  suitable  conditions  for  further  LC‐MS  analysis  in  order  to  confirm  the  identity  of  the  transformation  product  in  the  biodegradation study. Table 1 summarizes the optimized chromatographic conditions achieved for  each of the CSPs tested regarding the enantioseparation of ofloxacin at 1 mg L‐1. Results show the  influence of the mobile phase compositions onto the CSPs evaluated.  Good resolutions were achieved under reversed elution mode using ristocetin A and teicoplanin‐ bonded  CSPs.  The  presence  of  carboxylic  acids  and  amines  in  the  structure  of  these  chiral  selectors,  the  anionic  and  cationic  binding  interfaces,  and  its  functionalities  imply  strong  interactions  when  dealing  with  ionizable  molecules  and  the  zwitterionic  features  of  ofloxacin.  Along  with  polar  organic  and  polar  ionic  modes,  reversed  elution  mode  is  amongst  the  most  effective and successful conditions when employing macrocyclic antibiotic‐based CSPs [25].   Despite the high  resolution achieved on the teicoplanin‐bonded CSP,  the high  retention and the  low signal response of the analytes turned this CSP unsuitable for monitoring the biodegradation  assays. Therefore, and assuming a compromise between time and chromatographic efficiency, the  ristocetin  A‐bonded  CSP  has  proven  to  be  the  most  appropriate  CSP  to  proceed  with  validation  and further monitoring of the biodegradation studies.    10   

  3.2. Method validation  Selectivity  of  the  method  was  verified  by  chromatographic  comparison  between  ofloxacin  standards  and  the  spiked  blank  matrix,  activated  sludge  in  mineral  salts  medium.  Although  the  matrix content included several ionizable salts present in the mineral salts medium, these salts did  not  interfere  with  the  chromatographic  performance  of  the  ristocetin  A‐bonded  CSP  (Table  3).  Linearity was assessed for ofloxacin enantiomers ranging from their quantification limits to 350 µg  L‐1,  and  analyzed  by  linear  regression  using  the  peak  areas  and  the  theoretical  concentrations.  Concentration  range,  calibration  equation,  and  correlation  level  (r2  >  0.99)  obtained  for  each  enantiomer  (Table  3)  presented  values  in  accordance  with  the  requirements  specified  by  the  international guidelines followed [21].  Accuracy,  intra‐  and  inter‐day  precisions,  and  recovery  were  assessed  with the  chromatographic  results  obtained  with  three  quality  control  standard  solutions  (as  described  in  section  2.4.)  with  enantiomeric concentrations of 15, 175, and 300 µg L‐1. Accuracy percentages were between 96.47  and 99.56% for (R)‐ofloxacin and 95.70 and 99.85% for (S)‐ofloxacin (Table 3). Repeatability (intra‐ day precision) and intermediate precision (inter‐day precision) were expressed as RSD percentages  and were lower than 3.69 and 4.56%, respectively (Table 3). Precision values obtained agree with  those  demanded  by  the  international  guidelines  (RSD  values  under  20%)  [21].  Recovery  assessment  was  used  to  estimate  the  potential  losses  of  the  analytes  by  sorption  to  biomass,  which might affect their quantification in the biodegradation assays employed (process detailed in  section  2.4.).  Recovery  percentages  varied  between  93.17  and  98.92%.  Detection  and  quantification  limits  achieved  were  2.5  and  5.0  µg  L‐1  for  each  enantiomer,  respectively.  These  values  (Table  3)  proved  to  be  suitable  for  monitoring  of  the  target  enantiomers  during  the  biodegradation progression.   The  method  presented  is  considered  a  green  approach  for  the  quantification  of  ofloxacin  enantiomers, without any organic solvent being used in sample preparation and with ethanol as  organic solvent for chromatographic resolution.    3.3. Biodegradation assays  Biodegradation of ofloxacin and levofloxacin was followed by quantification of the target analytes  with the  validated chiral method. Ofloxacin and levofloxacin  were  added individually at  500 and  250  µg  L‐1,  respectively,  to  the  mineral  salts  medium  inoculated  with  the  activated  sludge.  The  ability of the activated sludge inoculum to degrade the individual compounds, in the absence and  11   

  in  the  presence  of  acetate  as  an  additional  carbon  source,  was  evaluated  under  light  and  dark  conditions. The biodegradation patterns monitored for 46 days are shown in Fig. 2a‐d.  Biodegradation  occurred  faster  in  the  first  3  days,  corresponding  to  almost  50%  of  the  total  degradation  reached  at  the  end  of  the  assays.  After  that,  degradation  occurred  slowly  until  the  end  of  the  experiments.  In  the  first  3  days  the  activated  sludge  inoculum  was  able  to  consume  almost twice as much of ofloxacin and levofloxacin in the presence of acetate than in its absence.  Degradation achieved under light and dark conditions was similar. The degree of degradation after  46 days was  always greater in the presence of acetate under light  and dark  conditions, and this  applied to both enantiomers, either when present in a racemic mixture or singly supplied.  Regarding supplementation with ofloxacin, the (S)‐enantiomer was degraded to a greater extent  than  the  (R)‐enantiomer  both  under  all  tested  conditions.  Concerning  supplementation  with  levofloxacin,  biodegradation  of  the  (S)‐enantiomer  was  greater  in  the  presence  of  acetate.  This  distinction  was  more  pronounced  in  the  assays  exposed  to  light.  Without  any  acetate  addition,  levofloxacin  was  less  consumed  by  the  activated  sludge  inoculum  when  compared  to  the  (S)‐ enantiomer  consumption  observed  in  the  assays  with  ofloxacin  at  the  end  of  46  days.  The  presence  of  acetate  increased  the  degradation  extent  of  the  single  enantiomer,  either  with  or  without  light  exposure,  when  compared  to  the  (S)‐enantiomer  consumption  in  the  racemic  mixture.  Chromatographic  patterns  obtained  from  samples  supplemented  with  levofloxacin  showed  the  formation  of  a  compound  with  a  retention  time  corresponding  to  that  of  the  (R)‐ enantiomer of ofloxacin, suggesting a possible enantiomerization phenomenon mediated through  biodegradation of the (S)‐enantiomer by activated sludge.  Fig. 3 shows the overall degradation of the target enantiomers at an initial concentration of 250 µg  L‐1, at the end of 46 days. Higher degradation rates were achieved in the assays with levofloxacin  and acetate addition, where the single enantiomer was consumed up to 69 and 72%, under light  and  dark  conditions,  respectively.  More  extensive  degradation  rates  were  always  verified  in  the  settings with the additional carbon source.  In the experiments performed with ofloxacin, the (S)‐enantiomer degradation was higher than the  (R)‐enantiomer under  light  (58  and  43%)  and dark  conditions  (58  and  45%) without  acetate  and  also under light (67 and 61%) and  dark conditions (72  and 67%)  in the presence of acetate.  The  lowest  degradation  extent  was  observed  for  the  (R)‐enantiomer  in  the  assay  with  ofloxacin  without acetate addition and exposed to the light. 

12   

  In  the  non‐inoculated  control  assays,  only  small  extent  of  degradation  of  ofloxacin  enantiomers  was  observed  (under  18%)  after  46  days  (data  not  shown),  suggesting  that  the  perceived  degradation extent in the biotic conditions was mediated by microbial activity.  Although  several  published  studies  have  reported  the  biodegradation  of  ofloxacin  by  isolated  bacteria or by microbial consortia [8, 9], namely Labrys portucalensis F11 with degradation extents  up to 91% after 28 days when using 3.5 µM of ofloxacin (ca. 1.2 mg L‐1) [9], no enantioselective  approach  has  been  presented  before.  In  this  study  the  activated  sludge  inoculum  was  able  to  partially  degrade  ofloxacin  and  levofloxacin,  presenting  an  enantioselective  pattern  in  the  degradation of the racemate and enantiomerization of the single enantiomer. A different study on  biodegradation of chiral pharmaceuticals using higher concentrations (1 mg L‐1) and an activated  sludge  inoculum  reported  both  enantioselective  and  non‐enantioselective  degradations  for  metoprolol, and atenolol and fluoxetine, respectively [14].  The  degradation  rates  were  enhanced  by  the  supplementation  with  acetate  as  observed  elsewhere,  and  it  should  be  pointed  out  that  the  concentrations  used  in  this  study  were  lower  than others reported [14, 26]. When dealing with low concentrations of an organic compound the  addition of an easily degradable carbon source may reduce the threshold level needed to activate  degradation enzymes with advantage for the degrading inoculum [27‐29]. Moreover, mechanisms  of cometabolism induced by  the presence of a growth  substrate  other than the target pollutant  have  been  used  as  common  approaches  in  the  study  of  biotransformation  of  recalcitrant  contaminants [30].    3.4. Liquid‐chromatography mass spectrometry analysis  Selected samples with observable formation of transformation products in the LC‐FD analysis (Fig.  4) were analyzed by LC‐MS with LTQ Orbitrap with exact mass. The chromatographic analysis were  performed with the optimal conditions for LC‐MS, as described in section 2.3. Exact mass profiles  of  samples  corresponding  to  the  four  different  biodegradation  assays,  considering  solely  the  supplementation  with  levofloxacin,  with  and  without  addition  of  acetate,  and  with  and  without  exposure to light, were assessed. In all the samples corresponding to day 31 the presence of the R‐ enantiomer of ofloxacin was confirmed. The R‐enantiomer was not present in the samples at day  0, as expected, since in these assays supplementation was performed only with the S‐enantiomer.  Fig.  5  (a‐b)  shows  the  LTQ  Orbitrap  MS  spectra  on  (S)‐ofloxacin  and  (R)‐ofloxacin  of  cultures  (exposed to light and with acetate addition) supplied with (S)‐ofloxacin at days 0 (top) and at day  13   

  31 (bottom). The presence of (S)‐ofloxacin is confirmed in the samples from both days (Fig. 5 a, top  and bottom MS spectra) whereas the (R)‐ofloxacin presence is only detectable at day 31 (Fig. 5 b,  bottom MS spectrum). The identification of each enantiomer was possible due to the exact mass  spectrometry  instrument  used  (m  <  5  ppm).  Accordingly,  it  was  confirmed  that  during  the  degradation  process  a  partial  conversion  of  (S)‐ofloxacin  to  (R)‐ofloxacin  was  observed.  These  results  highlight  the  importance  of  studying  and  managing  the  enantiomeric  fractions  of  chiral  contaminants in the environment and the need to control this type of phenomenon in biological  transformations.  To  the  best  of  our  knowledge,  this  work  reports  the  enantiomerization  of  levofloxacin for the first time. These outcomes endorse enantioselectivity of biodegradation and  emphasize the importance of chirality in environmental risk assessment of pharmaceuticals.   Additionally,  the  LC  method  developed  can  be  easily  adapted  for  other  applications  beyond  environmental analysis such as biological fluids or food analysis.     4. Conclusions  An  integrated  LC  approach  was  used  to  follow  the  biodegradation  and  to  confirm  the  transformation  pattern  observed  in  assays  supplemented  with  ofloxacin  and  levofloxacin.  The  optimized  and  validated  LC‐FD  enantioselective  method  used  to  follow  the  biodegradation  of  ofloxacin and levofloxacin by an activated sludge inoculum proved to be suitable for this purpose  in its linearity range with several advantages: low mobile phase consumption; adequate sensitivity  and  selectivity  demonstrated  by  the  fluorescence  detector;  and  no  need  to  perform  time  consuming  and  expensive  pre‐concentration  processes.  The  biodegradation  of  ofloxacin  as  a  racemate  followed  an  enantioselective  pattern,  with  the  (S)‐enantiomer  being  slightly  more  degraded.  Biodegradation  of  levofloxacin  exhibited  approximately  the  same  degradation  extent  observed  in  the  racemic  mixture.  Enantiomerization  was  observed  in  the  biodegradation  assays  supplemented  with  the  single  (S)‐enantiomer  with  formation  of  the  (R)  enantiomer.  Enantioselectivity and enantiomerization during the biodegradation were confirmed by EMS with  LTQ Orbitrap XL.   

 

14   

  Acknowledgements  Authors wish to thank Fundação para a Ciência e Tecnologia – FCT for financial support under the  project  Fluoropharma  PTDC/EBB‐EBI/111699/2009,  PhD  grant  attributed  to  Alexandra  S.  Maia  SFRH/BD/86939/2012, QREN‐POPH, European Social Fund, MCTES, PEst (FCOMP‐01‐0124‐FEDER‐ 022718;  PEst‐OE/EQB/LA0016/2011,  PEst‐OE/SAU/UI4040/2014.  This  research  was  partially  supported  by  the  Strategic  Funding  UID/Multi/04423/2013  through  national  funds  provided  by  FCT – Foundation for Science and Technology and European Regional Development Fund (ERDF),  in  the  framework  of  the  programme  PT2020and  by  CESPU  (PHARMADRUGS‐CESPU‐2014).  The  authors  thank  Parada  WWTP  for  supplying  the  activated  sludge,  Virgínia  Gonçalves  for  her  collaboration, and  also  CEMUP –  Materials  Centre of the University of  Porto and the Laboratory  for Structural Elucidation for the mass spectrometry analysis.   

 

15   

  References    [1]  A.L.  Demain,  S.  Sanchez,  Microbial  drug  discovery:  80  years  of  progress,  The  Journal  of  antibiotics, 62 (2009) 5‐16.  [2] M.I. Andersson, A.P. MacGowan, Development of the quinolones, J. Antimicrob. Chemother.,  51 (2003) 1‐11.  [3] K.P. Fu, S.C. Lafredo, B. Foleno, D.M. Isaacson, J.F. Barrett, A.J. Tobia, M.E. Rosenthale, In vitro  and  in  vivo  antibacterial  activities  of  levofloxacin  (l‐ofloxacin),  an  optically  active  ofloxacin,  Antimicrob. Agents Chemother., 36 (1992) 860‐866.  [4] Y. Fu, X. Duan, X. Chen, H. Zhang, J. Zhang, W. Li, Chiral discrimination of ofloxacin enantiomers  using DNA double helix regulated by metal ions, Chirality, 26 (2014) 249‐254.  [5] S.L. Kang, M.J. Rybak, B.J. McGrath, G.W. Kaatz, S.M. Seo, Pharmacodynamics of levofloxacin,  ofloxacin,  and  ciprofloxacin,  alone  and  in  combination  with  rifampin,  against  methicillin‐ susceptible and ‐resistant Staphylococcus aureus in an in vitro infection model, Antimicrob. Agents  Chemother., 38 (1994) 2702‐2709.  [6] P. Sukul, M. Spiteller, Fluoroquinolone antibiotics in the environment., Rev. Environ. Contam.  Toxicol., 191 (2007) 131‐162.  [7] X. Van Doorslaer, J. Dewulf, H. Van Langenhove, K. Demeestere, Fluoroquinolone antibiotics: an  emerging class of environmental micropollutants, Sci. Total Environ., 500‐501 (2014) 250‐269.  [8]  A.S.  Maia,  A.R.  Ribeiro,  C.L.  Amorim,  J.C.  Barreiro,  Q.B.  Cass,  P.M.L.  Castro,  M.E.  Tiritan,  Degradation  of  fluoroquinolone  antibiotics  and  identification  of  metabolites/transformation  products by liquid chromatography‐tandem mass spectrometry, J. Chromatogr. A, 1333 (2014) 87‐ 98.  [9]  C.L.  Amorim,  I.S.  Moreira,  A.S.  Maia,  M.E.  Tiritan,  P.M.L.  Castro,  Biodegradation  of  ofloxacin,  norfloxacin  and  ciprofloxacin  as  single  and  mixed  substrates  by  Labrys  portucalensis  F11,  Appl.  Microbiol. Biotechnol., 98 (2013) 3181‐3190.  [10] C.L. Amorim, A.S. Maia, R.B.R. Mesquita, A.O.S.S. Rangel, M.C.M. van Loosdrecht, M.E. Tiritan,  P.M.L. Castro, Performance of aerobic granular sludge in a sequencing batch bioreactor exposed to  ofloxacin, norfloxacin and ciprofloxacin, Water Res., 50 (2014) 101‐113.  [11] A.R. Ribeiro, P.M.L. Castro, M.E. Tiritan, Chiral pharmaceuticals in the environment, Environ.  Chem. Lett., 10 (2012) 239‐253.  [12] A.R. Ribeiro, A.S. Maia, Q.B. Cass, M.E. Tiritan, Enantioseparation of chiral pharmaceuticals in  biomedical and environmental analyses by liquid chromatography: An overview, J. Chromatogr. B,  968 (2014) 8‐21.  [13]  A.R.  Ribeiro,  C.M.  Afonso,  P.M.L.  Castro,  M.E.  Tiritan,  Enantioselective  biodegradation  of  pharmaceuticals, alprenolol and propranolol, by an activated sludge inoculum, Ecotoxicol. Environ.  Saf., 87 (2013) 108‐114.  [14]  A.R.  Ribeiro,  C.M.  Afonso,  P.M.L.  Castro,  M.E.  Tiritan,  Enantioselective  HPLC  analysis  and  biodegradation of atenolol, metoprolol and fluoxetine, Environ. Chem. Lett., 11 (2013) 83‐90.  [15] T.J. Ward, K.D. Ward, Chiral separations: a review of current topics and trends, Anal. Chem.,  84 (2012) 626‐635.  [16] M. Tian, H.S. Row, K.H. Row, Chiral separation of ofloxacin enantiomers by ligand exchange  chromatography, Monatshefte für Chemie ‐ Chemical Monthly, 141 (2010) 285‐290.  [17]  W.  Bi,  M.  Tian,  K.H.  Row,  Chiral  separation  and  determination  of  ofloxacin  enantiomers  by  ionic liquid‐assisted ligand‐exchange chromatography, Analyst, 136 (2011) 379‐387. 

16   

  [18]  H.  Yan,  F.  Qiao,  Rapid  screening  of  ofloxacin  enantiomers  in  human  urine  by  molecularly  imprinted  solid‐phase  extraction  coupled  with  ligand  exchange  chromatography,  J.  Liq.  Chromatogr. Rel. Technol., 37 (2014) 1237‐1248.  [19]  J.  Grellet,  B.  Ba,  M.C.  Saux,  High‐performance  liquid  chromatographic  separation  of  fluoroquinolone enantiomers: a review, J. Biochem. Bioph. Methods, 54 (2002) 221‐233.  [20]  K.  Valliappan,  M.  Sai  Sandeep,  Multiple  Response  Optimization  of  a  HPLC  Method  for  the  Determination of Enantiomeric Purity of S‐Ofloxacin, Chromatographia, 77 (2014) 1203‐1211.  [21]  ICH,  Q2B  ‐  Validation  of  Analytical  Procedures:  Methodology,  International  Conference  on  Harmonization Expert Working Group, 1996.  [22] D.W. Armstrong, Y. Tang, S. Chen, Y. Zhou, C. Bagwill, J.R. Chen, Macrocyclic antibiotics as a  new class of chiral selectors for liquid chromatography, Anal. Chem., 66 (1994) 1473‐1484.  [23] A.R. Ribeiro, A.S. Maia, I.S. Moreira, C.M. Afonso, P.M.L. Castro, M.E. Tiritan, Enantioselective  quantification of fluoxetine and norfluoxetine by HPLC in wastewater effluents, Chemosphere, 95  (2014) 589‐596.  [24] A.R. Ribeiro, L.H. Santos, A.S. Maia, C. Delerue‐Matos, P.M. Castro, M.E. Tiritan, Enantiomeric  fraction  evaluation  of  pharmaceuticals  in  environmental  matrices  by  liquid  chromatography‐ tandem mass spectrometry, J. Chromatogr. A, 1363 (2014) 226‐235.  [25] A. Berthod, Chiral recognition mechanisms with macrocyclic glycopeptide selectors, Chirality,  21 (2009) 167‐175.  [26] M.F. Carvalho, A.S. Maia, M.E. Tiritan, P.M.L. Castro, Bacterial degradation of moxifloxacin in  the presence of acetate as a bulk substrate, J. Environ. Manage., 168 (2016) 219‐228.  [27] T. Egli, How to live at very low substrate concentration, Water Res., 44 (2010) 4826‐4837.  [28] K. Kovar, V. Chaloupka, E. Th, A Threshold Substrate Concentration Is Required to Initiate the  Degradation of 3‐Phenylpropionic Acid in Escherichia coli, Acta Biotechnol., 22 (2002) 285‐298.  [29]  N.A.  Zhou,  A.C.  Lutovsky,  G.L.  Andaker,  H.L.  Gough,  J.F.  Ferguson,  Cultivation  and  characterization  of  bacterial  isolates  capable  of  degrading  pharmaceutical  and  personal  care  products  for  improved  removal  in  activated  sludge  wastewater  treatment,  Biodegradation,  24  (2013) 813‐827.  [30]  L.  Delgadillo‐Mirquez,  L.  Lardon,  J.‐P.  Steyer,  D.  Patureau,  A  new  dynamic  model  for  bioavailability  and  cometabolism  of  micropollutants  during  anaerobic  digestion,  Water  Res.,  45  (2011) 4511‐4521.       

 

17   

  Figure captions  Fig. 1 – Chemical structures of ofloxacin enantiomers.  Fig. 2 – Biodegradation patterns during 46 days for: a) racemic ofloxacin; b) racemic ofloxacin with  acetate addition; c) (S)‐ofloxacin; and d) (S)‐ofloxacin with acetate addition, under light and dark  conditions, based on LC‐FD quantification.    Fig. 3 – Overall biodegradation percentages after 46 days of ofloxacin enantiomers performed by  the  activated  sludge  inoculum  with  and  without  acetate  addition  and  under  light  and  dark  conditions, based on LC‐FD quantification.  Fig.  4  –  LC‐FD  chromatograms  of  (S)‐ofloxacin  biodegradation  samples  at  days  0  and  31.  Conditions:  mobile  phase  0.45%  TEA  (pH  3.6  CH3COOH)/  ethanol  (80/20,  v/v);  flow  rate  0.4  mL  min‐1; column oven temperature 32 °C; λ exc/em = 290/460 nm.  Fig.  5  –  LTQ  Orbitrap  MS  spectra  of  ofloxacin  enantiomers  on  biodegradation  samples  of  (S)‐ ofloxacin (with acetate addition and exposed to light) at days 0 (top) and 31 (bottom) for: a) (S)‐ ofloxacin (retention time: 17 min); and b) (R)‐ofloxacin (retention time: 13 min).`   

 

18   

 

  Fig 1   

  Fig 2   

19   

 

b  Fig 3   

  Fig 4   

20   

 

  Fig 5a     

21   

 

  Fig 5b   

 

22   

    Table captions  Table  1  –  Ofloxacin  [1  mg  L‐1]  enantioseparation  results  achieved  in  optimization  tests  with  five  different CSPs.  Chiral stationary phase

Chromatographic  parameters 

elution  mobile phase composition mode 

flow  rate  (mL  min‐1) 

column  oven  temp.  (oC) 

k1  



(S,S)‐Whelk‐ O1 

NP 

n‐hexane/ethanol/CH3COOH:  25/75/0.01 

1.0

n.a.

8.25 

1.15  1.24



POM 

methanol: 100

1.0

n.a.

58.53  1.00  0.00

TAG 

PIM 

methanol/ethanol/CH3COOH/TEA:  30/70/0.1/0.1 

0.8

40

20.30  1.16  0.36



RP

0.45% TEA pH 4  CH3COOH/ethanol: 20/80 

1.0

38

15.19  1.21  2.40



RP

0.45% TEA pH 3.6  CH3COOH/ethanol: 80/20 

0.4

32

4.30 

column 

Pirkle 

Instrument parameters

Rs

Chirobiotic 

 

1.46  1.15

NP: normal‐phase; PIM: polar ionic mode; POM: polar organic mode; RP: reversed‐phase; TEA: triethylamine; n.a.:not applicable 

Table  2  –  Chromatographic  results  obtained  for  ofloxacin  enantioseparation  on  Chirobiotic  CSPs  under reversed‐phase elution conditions.  Chiral  stationary  phase  Chirobiotic  column 

 Instrument parameters  

eluents                (aqueous/organic) 

  TAG  T    

Chromatographic  parameters 

 

20 mM CH3COONH4/  ethanol 





mobile  flow rate  phase (v/v)  (mL min‐ 1 ) 

column  oven temp.  (oC) 

k1 

50a/50 

0.60 

40 

19.93  1.19 

0.78 

50a/50 

1.00 

40 

9.63 

1.23 

2.04 

50 /50 

1.00 

45 

8.80 

1.20 

1.58 

50b/50 

0.20 

n.a. 

8.16 

1.55 

0.95 

50/50 

0.2 

40 

2.98 

1.36 

0.89 

60/40 

0.3 

40 

1.62 

1.46 

0.92 

80/20 

0.2 

40 

3.28 

1.44 

1.06 

85c/15 

0.65 

32 

38.52  0.00 

0.00 

a

Rs

  R        TAG 

20 mM HCOONH4 pH  4.3/ ethanol 

0.45% TEA (CH3COOH)/ 

23   

    

ethanol 

T    

0.60 

35 

5.21 

1.33 

0.57 

60a/40 

1.00 

38 

7.50 

1.27 

1.59 

a

1.00 

38 

5.98 

1.27 

1.47 

a

55 /45 

  

50 /50 

1.00 

38 

11.94  1.23 

1.20 

  

40a/60 

1.00 

25 

7.66 

1.33 

1.27 

a

1.00 

38 

5.53 

1.29 

1.61 

a

  

40 /60 

  

20 /80 

1.00 

38 

15.19  1.21 

2.40 



88c/12 

  

     

32 

3.85 

1.34 

0.70 

0.60 

35 

1.54 

1.49 

0.98 

a

0.60 

32 

1.46 

1.58 

1.08 

85 /15 

     

0.70 

a

86 /14 

  

a

50c/50 

a

 

85 /15 

0.65 

32 

2.03 

1.51 

1.06 

80d/20 

0.40 

33 

1.41 

1.61 

1.12 

80d/20 

0.50 

33 

3.53 

1.45 

1.09 

0.40 

32 

4.30 

1.46 

1.15 

d

80 /20 

pH 4; bpH 6; cpH 3.5; dpH 3.6; TEA: triethylamine; n.a.:not applicable 

24   

Table 3 – Ofloxacin chemical characteristics, separation performance obtained with ristocetin A‐bonded CSP under the validated conditions, and  validation results.  Enantiom er 

Chemical     Chromatograph properties  ic parameters  (average values) 

    

   

(S)‐ ofloxacin 

 

  

 

 

Limits 

Validation parameters 

correlati on level  (r2) 

detectio quantificati n limit      on limit            (µg L‐1)  (µg L‐1) 

accurac y (%) 

Rs

rang e       (µg  L‐1) 

1.3 7 

‐‐‐

‐‐‐

5.00  y =  ‐  1788307 350    3x  ‐  14844 

0.9986

2.5 

5.0

96.47   93.17   1.88   99.56  98.38  2.68 

2.06   4.04 

2.3

1. 6 

1.1 9 

5.00  y =  ‐  1804215 350    9x  ‐  21760 

0.9985

2.5 

5.0

95.70   95.01   1.91   99.85  98.92  3.69 

2.11   4.56 

  

  

  

  

  

  

  

  

 

C18H20FN3 O4 /  361.38 

Linearity 

 

structure     k'  /               molecular  formula /      molecular  weight (g  mol‐1) 

(R)‐ ofloxacin 

Method validation

     

 

linear  regressio n 

  

 

 

recover y (%) 

  

intra‐ day  precisio n (%  RSD) 

  

inter‐ day  precisio n (%  RSD)