Please use this identifier to cite or link to this item:
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/13151
Title: | Development and application of Sample Preparation Techniques for the Determination of Trace Organic Contaminants in Environment and food |
Other Titles: | การพัฒนาและการประยุกต์ใช้เทคนิคการเตรียมตัวอย่างสำหรับวิเคราะห์สารปนเปื้อนอินทรีย์ปริมาณน้อยในสิ่งแวดล้อมและอาหาร |
Authors: | Opas Bunkoed Piyaluk Nurerk Faculty of Science (Chemistry) คณะวิทยาศาสตร์ ภาควิชาเคมี |
Keywords: | Chromatographic analysis;Food adulteration and inspection;Food contamination Analysis |
Issue Date: | 2019 |
Publisher: | Prince of Songkla University |
Abstract: | This thesis aimed to develop and apply sample preparation techniques for the determination of trace organic contaminants in environment and food. Two parts based on extraction phase were performed, including sorbent-based extraction and liquid phase-microextraction. In the first part focused on the development of solid-phase extraction (SPE) and magnetic solid-phase extraction (MSPE) for sorbent-based extraction techniques. Five sub-projects were carried out. The first sub-project was a metal organic frameworks material of MIL-101. It was successfully synthesized and utilized as a SPE adsorbent for the extraction and preconcentration of UV filters followed by gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). The high porous of MIL-101 adsorbent has large surface area and strong adsorption ability of UV filters through - and hydrophobic interactions. Under the optimum conditions, the developed method provided the linear in the range of 0.5 - 100 μg L1 with the low limits of detection in the range of 1.0 -11.7 ng L1. This method has been successfully applied for the extraction and quantification of UV filters in environmental and recreational water samples. The developed MIL-101 adsorbent provided good recoveries in a range of 82 - 105% with a relative standard deviations (%RSDs) in the range of 0.9 -9.7%. The second sub-project was polyaniline coated cigarette filters which were successfully synthesized and employed as the SPE adsorbent for the extraction and enrichment of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in environmental water samples and quantified by high-performance liquid chromatography with fluorescence detector (HPLC-FLD). The high porosity and large surface area of cigarette filters helped to reduce the back pressure allowing extraction process at the high sample flow rate without loss of extraction ability. The coating of polyaniline facilitated the strong adsorption of PAHs via л-л interaction. Under the optimum conditions, the linearity was in the range of 0.005-10 μg L-1 with a low detection limit of 0.5 ng L1. This method provided a high enrichment factor and good recoveries in the range of 85 - 98% with RSDS in the range of 3.5 8.8%. The developed adsorbent is easy to prepare, cost-effective, environmentally friendly, reproducible and could be reused up to 18 times. The third sub-project was a hybrid adsorbent of calix[4]arene functionalized graphene oxide onto polydopamine-coated cigarette filters. This adsorbent was applied for the SPE and clean-up aflatoxins in corn samples followed by HPLC-FLD. This porous adsorbent included the combination of polydopamine, graphene oxide and calix[4]arene for the fabrication of a hybrid adsorbent which facilitated the highly efficient adsorption of aflatoxins via hydrogen bonding, hydrophobic and л- interactions. Under the optimum conditions, the developed adsorbent provided a linear response in the range of 0.01 - 10 ug kg1 with a detection limit of 0.01 μg kg1 for aflatoxin B1, 0.02-10 ug kg1 with a detection limit of 0.02 ug kg1 for aflatoxin B2 and 0.05 - 10 μg kg1 with a detection limit of 0.05 μg kg for aflatoxin G1 and aflatoxin G2. This method was successfully applied for the determination of aflatoxins from corn samples with satisfactory recoveries from 83 to 107% with the RSDs ranging from 0.20 to 14.7%. The developed adsorbent is simple to prepare, low cost and could be reused up to 17 times. The fourth and fifth sub-project were polyaniline and polypyrrole coated magnetite nanoparticles incorporated in alginate beads. The magnetic adsorbents were successfully synthesized and used as MSPE adsorbent for the extraction and preconcentration of PAHs and endocrine- disrupting compounds (EDCs) including estriol, ẞ-estradiol and bisphenol A in water samples followed by HPLC-FLD. The magnetite nanoparticles provided a simple and fast separation of the adsorbent from the sample solution using an external magnet. An alginate hydrogel helped to entrap the magnetite nanoparticles for increasing of dispersibility and enhancing the surface area for coating. The large surface areas of polyaniline coated alginate/magnetite composite helped to increase the extraction yield of PAHs via л-л interaction and polypyrrole coating facilitated the high adsorption of EDCs through hydrogen bonding, л-л and hydrophobic interactions. The developed method provided a wide linear range from 0.040 to 50 μg L1 with a low detection limit of 0.010 ug L1 for PAHs and from 0.50 to 100 μg L-1 with a low detection limit of 0.50 μg L-1 for EDCs. The developed adsorbent of polyaniline coated magnetite nanoparticles entrapped in alginate beads were applied for the extraction and preconcentration of PAHs in environmental water samples with a good recovery of 86 - 98% and the RSDs in the range of 3.1-8.3%. The developed adsorbent of polypyrrole coated magnetite nanoparticles entrapped in alginate beads were effectively applied for the extraction and determination of EDCs in environmental water samples with a good recovery of 91 - 98% and the RSD in the range of 3.0 - 7.2%. The developed adsorbents are simple to prepare, convenient, cost-effective, good reproducibility and environmentally friendly. In the second part focused on the development of liquid phase- microextraction approach called plunger-in-needle liquid phase-microextraction (PIN- LPME). The last sub-project was environmentally friendly method of etching a stainless steel plunger wire using ferric chloride-hydrochloric acid (FeCl3-HCI) solution as the etchant, replacing the conventional hydrofluoric acid use. The etching procedure was operated in one-step by immersing a stainless steel plunger wire directly into the etchant. The etched plunger wire provided rough surface, allowing stable organic solvent holder for PIN-LPME and then directly expose into water samples for the extraction of PAHs. The extract was subsequently subjected to thermal desorption in injector port of gas chromatograph for analysis. Under the optimal conditions, the developed method provided good linearity in the range of 0.01-50 μg L-', low detection limits in the range of 0.006-0.058 μg L-' and good reproducibility with RSDS in the range of 4.2 - 12.7%. The environmentally friendly etching method is simple, fast and one-step approach and successfully applied for extraction and enrichment of PAHs in water samples with good recovery of 84 - 102% and RSDs in the range of 1.0-9.5%. In conclusion, the sample preparation techniques were successfully developed and applied for the determination of trace organic contaminants in environment and food. These developed methods provided good analytical performance with several advantages, including simple to prepare, convenient, cost- effective and environmentally friendly. The developed methods have the potential to apply for the extraction and determination of others trace organic contaminant in environment and food samples coupled with chromatography for analysis. |
Abstract(Thai): | วิทยานิพนธ์นี้มีจุดประสงค์เพื่อพัฒนาและประยุกต์ใช้เทคนิคการเตรียมตัวอย่างสําหรับ วิเคราะห์สารปนเปื้อนอินทรีย์ปริมาณน้อยในสิ่งแวดล้อมและอาหาร โดยแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือการ สกัดด้วยตัวดูดซับของแข็งและการสกัดด้วยของเหลวปริมาณน้อย ส่วนแรกเป็นการพัฒนาตัวดูดซับของแข็งและตัวดูดซับของแข็งอนุภาคแม่เหล็ก โดย ประกอบด้วย 5 งาน งานวิจัยแรกคือการพัฒนาตัวดูดซับของแข็งในลักษณะวัสดุโครงข่ายโลหะ อินทรีย์สําหรับประยุกต์ใช้ในการสกัดและเพิ่มความเข้มข้นของสารกรองรังสียูวีในตัวอย่างน้ําและ วิเคราะห์ด้วยเทคนิคแก๊สโครมาโทกราฟี แทนเดม แมสสเปกโทรเมตรี การประยุกต์ใช้วัสดุรูพรุน โครงข่ายโลหะอินทรีย์ซึ่งพื้นที่ผิวสัมผัสสูงและมีความสามารถในการดูดซับสารกรองรังสียูวีโดย อันตรกิริยาแบบ T-IT และไฮโดรโฟบิก ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมวิธีที่พัฒนาขึ้นให้ช่วงความเป็น เส้นตรงตั้งแต่ 0.5 ถึง 100 ไมโครกรัมต่อลิตร และขีดจํากัดการตรวจวัดอยู่ในช่วง 1.0 ถึง 11.7 นาโน กรัมต่อลิตร ได้ประยุกต์ใช้วิธีที่พัฒนาขึ้นในการวิเคราะห์หาปริมาณสารกรองรังสียูวีในตัวอย่างน้ําใน สิ่งแวดล้อมและสระว่ายน้ํา โดยให้ค่าร้อยละการได้กลับคืนที่ดีในช่วง 82 ถึง 105 และค่าร้อยละ เบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ในช่วง 0.9 ถึง 9.7 งานวิจัยที่สองคือการพัฒนาตัวดูดซับของแข็งก้นกรอง บุหรี่เคลือบพอลิอะนิลีน สําหรับประยุกต์ใช้ในการสกัดด้วยตัวดูดซับของแข็งในการสกัดและเพิ่มความ เข้มข้นสารโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนในตัวอย่างน้ํา และวิเคราะห์ด้วยเทคนิคโครมาโท- กราฟีของเหลวสมรรถนะสูงร่วมกับตัวตรวจวัดฟลูออเรสเซนต์ โดยก้นกรองบุหรี่มีรูพรุนสูง ลดปัญหา การอุดตันของตัวดูดซับ ทําให้ของเหลวสามารถไหลผ่านตัวดูดซับได้เร็ว การเคลือบก้นกรองบุหรี่ด้วย พอลิอะนิลีน เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสในการดูดซับสารโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโดยสามารถ เกิดอันตรกิริยาแบบ TI-7 ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมวิธีที่พัฒนาขึ้นให้ช่วงความเป็นเส้นตรงตั้งแต่ 0.0005 ถึง 10 ไมโครกรัมต่อลิตร และขีดจํากัดการตรวจวัดเท่ากับ 0.5 นาโนกรัมต่อลิตร ได้ ประยุกต์ใช้วิธีที่พัฒนาขึ้นในการวิเคราะห์หาปริมาณสารโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนใน ตัวอย่างน้ํา โดยให้ค่าร้อยละการได้กลับคืนที่ดีในช่วง 85 ถึง 98 และค่าร้อยละเบี่ยงเบนมาตรฐาน สัมพัทธ์ในช่วง 3.5 ถึง 8.8 ตัวดูดซับที่พัฒนาขึ้นสามารถเตรียมได้ง่าย ราคาถูก เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ให้ค่าการเตรียมซ้ําที่ดี และสามารถใช้ซ้ําได้อย่างน้อย 18 ครั้ง งานวิจัยที่สามคือการพัฒนาตัวดูดซับ ของแข็งคาลิกซารีนคอมโพสิทแกรฟื้นออกไซด์ปรับปรุงผิวก้นกรองบุหรี่เคลือบพอลิโดพามีน สําหรับประยุกต์ใช้ในการสกัดสารอะฟลาทอกซินในข้าวโพดและวิเคราะห์ด้วยเทคนิค โครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูงร่วมกับตัวตรวจวัดฟลูออเรสเซนต์ โดยการประยุกต์ใช้คาลิก- ซารีน แกรฟีนออกไซด์ และพอลิโดพามีน เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสในการดูดซับสารอะฟลาทอกซิน ซึ่ง สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจน อันตรกิริยาแบบ TI-IT และไฮโดรโฟบิก ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมวิธีที่ พัฒนาขึ้นให้ช่วงความเป็นเส้นตรงตั้งแต่ 0.01 ถึง 10 ไมโครกรัมต่อกิโลกรัม และขีดจํากัดการตรวจวัด เท่ากับ 0.01 ไมโครกรัมต่อกิโลกรัม สําหรับการตรวจวิเคราะห์อะฟลาทอกซินบี 1 ให้ช่วงความเป็น เส้นตรงตั้งแต่ 0.02 ถึง 10 ไมโครกรัมต่อกิโลกรัม และขีดจํากัดการตรวจวัดเท่ากับ 0.02 ไมโครกรัม ต่อกิโลกรัม สําหรับการตรวจวิเคราะห์อะฟลาทอกซินบี 2 และให้ช่วงความเป็นเส้นตรงตั้งแต่ 0.05 ถึง 10 ไมโครกรัมต่อกิโลกรัม และขีดจํากัดการตรวจวัดเท่ากับ 0.05 ไมโครกรัมต่อกิโลกรัม สําหรับการ ตรวจวิเคราะห์อะฟลาทอกซินจี 1 และอะฟลาทอกซินจี 2 ได้ประยุกต์ใช้วิธีที่พัฒนาขึ้นในการ วิเคราะห์หาปริมาณสารอะฟลาทอกซินในตัวอย่างข้าวโพด โดยให้ค่าร้อยละการได้กลับคืนที่ดีในช่วง 83 ถึง 107 และค่าร้อยละเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ในช่วง 0.20 ถึง 14.7 ตัวดูดซับที่พัฒนาขึ้น เตรียมได้ง่าย ราคาถูก และสามารถใช้ซ้ําได้ถึง 17 ครั้ง งานวิจัยที่สี่และห้าเป็นการพัฒนาตัวดูดซับ สําหรับการสกัดด้วยตัวดูดซับของแข็งอนุภาคแม่เหล็ก ในลักษณะอนุภาคแม่เหล็กคอมโพสิทอัลจิเนต เคลือบด้วยพอลิอะนิลีนและพอลิไพโรล สําหรับประยุกต์ใช้ในการสกัดและเพิ่มความเข้มข้นสารโพลี ไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนและสารรบกวนการทํางานของต่อมไร้ท่อ ได้แก่ เอสไตรออล เบต้า- เอสตราไดออล และ บิสฟีนอล เอ ในตัวอย่างน้ํา และวิเคราะห์ด้วยเทคนิคโครมาโทกราฟีของเหลว สมรรถนะสูงร่วมกับตัวตรวจวัดฟลูออเรสเซนต์ โดยการประยุกต์ใช้อนุภาคแม่เหล็กช่วยให้แยกตัวดูด ขับออกจากสารตัวอย่างได้ง่ายและรวดเร็วด้วยแท่งแม่เหล็ก การกักอนุภาคแม่เหล็กในเม็ดอัลจิเนต เพื่อช่วยเพิ่มการกระจายตัวของตัวดูดซับในตัวอย่างน้ําและเพิ่มพื้นที่ผิวในการเคลือบพอลิอะนิลีนและ พอลิไพโรล ซึ่งพอลิอะนิลีนช่วยในการดูดซับสารโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ด้วย อันตรกิริยาแบบ T-IT และพอลิไพโรลช่วยในการดูดซับสารรบกวนการทํางานของต่อมไร้ท่อด้วย อันตรกิริยาแบบ TT-IT และพันธะไฮโดรเจน ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมวิธีที่พัฒนาขึ้นให้ช่วงความเป็น เส้นตรงตั้งแต่ 0.040 ถึง 50 ไมโครกรัมต่อลิตร และขีดจํากัดการตรวจวัดเท่ากับ 0.010 ไมโครกรัมต่อ ลิตร สําหรับการตรวจวิเคราะห์สารโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน และให้ช่วงความเป็นเส้นตรง ตั้งแต่ 0.50 ถึง 100 ไมโครกรัมต่อลิตร และขีดจํากัดการตรวจวัดเท่ากับ 0.50 ไมโครกรัมต่อลิตร สําหรับการตรวจวิเคราะห์สารรบกวนการทํางานของต่อมไร้ท่อ ได้ประยุกต์ใช้ตัวดูดซับของแข็ง อนุภาคแม่เหล็กคอมโพสิทอัลจิเนตเคลือบพอลิอะนิลีนเพื่อตรวจวิเคราะห์หาปริมาณสารโพลี- ไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนในตัวอย่างน้ําในสิ่งแวดล้อม โดยให้ค่าร้อยละการได้กลับคืนที่ดี ในช่วง 86 ถึง 98 และค่าร้อยละเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ในช่วง 3.1 ถึง 8.3 และประยุกต์ใช้ตัวดูด ซับของแข็งอนุภาคแม่เหล็กคอมโพสิทอัลจิเนตเคลือบพอลิไพโรลเพื่อตรวจวิเคราะห์หาปริมาณสารรบกวนการทํางานของต่อมไร้ท่อในตัวอย่างน้ําในสิ่งแวดล้อม โดยให้ค่าร้อยละการได้กลับคืนที่ดี ในช่วง 91 ถึง 98 และค่าร้อยละเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ในช่วง 3.0 ถึง 7.2 ตัวดูดซับที่พัฒนาขึ้น สามารถเตรียมได้ง่าย ใช้งานสะดวก ราคาถูก ให้ค่าการเตรียมที่ดี และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในส่วนที่สองเป็นการพัฒนาเทคนิคการสกัดด้วยของเหลวปริมาณน้อยด้วยลวดสแตน เลสของลูกสูบในเข็มฉีดขนาดเล็ก งานวิจัยสุดท้ายคือการพัฒนาการกัดกร่อนลวดสแตนเลสของลูกสูบ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยใช้สารละลายผสมระหว่างเฟอร์ริกคลอไรด์และกรดไฮโดรคลอริกเป็น สารกัดกร่อนแทนการใช้กรดไฮโดรฟลูออริก การกัดกร่อนทําได้โดยจุ่มเส้นลวดสแตนเลสของลูกสูบลง ในสารกัดกร่อนในขั้นตอนเดียว โดยการประยุกต์ใช้ลวดสแตนเลสที่กัดกร่อนซึ่งมีพื้นผิวขรุขระช่วยใน การพยุงตัวทําละลายอินทรีย์ในการสกัดสารโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโดยการจุ่มโดยตรง ลงไปในตัวอย่างน้ํา หลังจากการสกัดนําไปค่ายการดูดซับด้วยความร้อนที่ส่วนหัวฉีดของเครื่องแก๊ส โครมาโทกราฟเพื่อการวิเคราะห์ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมวิธีที่พัฒนาขึ้นให้ช่วงความเป็นเส้นตรง ตั้งแต่ 0.01 ถึง 50 ไมโครกรัมต่อลิตร และขีดจํากัดการตรวจวัดอยู่ในช่วง 0.006 ถึง 0.058 ไมโครกรัมต่อลิตร ให้ค่าการเตรียมที่ดี โดยมีค่าร้อยละเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ในช่วง 4.2 ถึง 12.7 วิธีการกัดกร่อนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่พัฒนาขึ้นสามารถทําได้ง่าย รวดเร็วในขั้นตอนเดียว และได้ประยุกต์ใช้วิธีที่พัฒนาขึ้นในการสกัดและเพิ่มความเข้มข้นสารโพลีไซคลิกอะโรมาติก ไฮโดรคาร์บอนในตัวอย่างน้ํา โดยให้ค่าร้อยละการได้กลับคืนที่ดีในช่วง 84 ถึง 102 และค่าร้อยละ เบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ในช่วง 1.0 ถึง 9.5 โดยสรุปผลของการศึกษาแสดงให้เห็นว่าเทคนิคการเตรียมตัวอย่างที่พัฒนาขึ้นสามารถ ประยุกต์ใช้ในการตรวจวิเคราะห์สารปนเปื้อนอินทรีย์ปริมาณน้อยในสิ่งแวดล้อมและอาหารได้อย่างมี ประสิทธิภาพ สามารถทําได้ง่าย ใช้งานสะดวก ราคาถูก และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ตัว ดูดซับที่พัฒนาขึ้นสามารถนําไปประยุกต์ใช้ในการสกัดสารปนเปื้อนอินทรีย์อื่น ๆ ในสิ่งแวดล้อมและ อาหาร โดยใช้ร่วมกับเทคนิควิเคราะห์ทางโครมาโทกราฟี |
Description: | Thesis (Ph.D., Chemistry)--Prince of Songkla University, 2019 |
URI: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/13151 |
Appears in Collections: | 324 Thesis |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
438023.pdf | 31.16 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License