Please use this identifier to cite or link to this item: http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19039
Title: Optosensor and Sample Preparation Techniques for the Determination of Veterinary Drugs and Pesticides
Other Titles: เซนเซอร์ทางแสงและเทคนิคการเตรียมตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์ยาปฏิชีวนะที่ใช้ในสัตว์และยาฆ่าแมลง
Authors: Opas Bunkoed
Kochaporn Chullasat
Faculty of Science (Chemistry)
คณะวิทยาศาสตร์ ภาควิชาเคมี
Keywords: Fluorescent polymers;Antibiotics Analysis;Insecticides Analysis;Pesticides Environmental aspects Measurement
Issue Date: 2018
Publisher: Prince of Songkla University
Abstract: This thesis aimed to develop new analytical techniques for the determination of trace veterinary drugs and pesticides in environment and food samples. It consist of two-part including the optosensor and sample preparation techniques. The first part focused on the development of novel fluorescence probe using molecularly imprinted polymer composited with quantum dots nanoparticles. The facile method for coating a molecularly imprinted polymer onto quantum dots (MIP-QDs) which are CdTe QDs and graphene quantum dots (GQDs) were successfully formulated and used for the first time as a highly selective and sensitive fluorescence probes for the determination of trace amoxicillin, salbutamol, ceftriaxone and cephalexin. The nanocomposite MIP-QDs fluorescence probes were prepared via a sol-gel process with 3-aminopropyl-ethoxysilane as a functional monomer, tetraethoxysilane as a cross- linker and the target analyte as a template molecule. After removal of the template molecules from the polymer layer, MIP-QDs containing cavities specific to the target analyte were obtained. The obtained cavities of MIP-QDs were specific to target analyte (amoxicillin, salbutamol, ceftriaxone and cephalexin) by size, shape and functional group. The fluorescence intensity of MIP-QDs was more strongly quenched by target analytes by comparing with the non- imprinted polymer (NIP-QDs) with high imprinting factor of 43.6 for amoxicillin, 7.14 for salbutamol, 30.0 for ceftriaxone and 26.5 for cephalexin, respectively. The synthesized nanocomposite MIP-QDs showed a high sensitivity and good selectivity toward to amoxicillin in the concentration range of 0.20 - 50.0 μg L-1 with a low detection limit of 0. 14 μg L-1 and 0.10 - 25.0 μg L-1 with a low detection limit of 0.03 μg L-1 for salbutamol detection. The dual nanocomposite fluorescence probe showed a good linearity from 0.10 to 50.0 μg L-1 with a low detection limit of 0.06 and 1.00 μg L-1 for cephalexin and ceftriaxone, respectively. The developed nanocomposite MIP-QDs was successfully applied toward the determination of amoxicillin in milk, eggs and honey with a good recovery of 85 - 102% and the relative standard deviation of less than 6% being achieved. The hybrid MIP- QDs fluorescence probe was effectively applied for the determination of salbutamol in animal feed and meat samples with a satisfactory recovery of 85 to 98 % (RSD < 8). The developed dual nanocomposite MIP-QDs fluorescence probes were applied for the detection of ceftriaxone and cephalexin in the milk sample with a satisfactory recovery of 83 - 99% and RSD lower than 8%. Furthermore, the accuracy of the developed nanocomposite MIP-QDs fluorescence probes were investigated by comparing with HPLC method with the results obtained using the two methods agreeing well with each other. It demonstrated that the developed method is reliable and can be applied for real sample analysis. The advantages of the developed optosensor are simplicity, rapidity, cost-effectiveness, high sensitivity and good selectivity. The second part focused on the development of sample preparation techniques for the determination of veterinary drugs and pesticides using chromatography analysis. Two sub-project were carried out. The first one is a hybrid monolith sorbent of polypyrrole coated graphene oxide incorporated into a polyvinyl alcohol cryogel. It was successfully synthesized and used as a sorbent in solid-phase extraction technique for extraction and preconcentration of trace sulfonamides. The large surface areas with many adsorption sites of polypyrrole (PPY) and graphene oxide (GO) facilitated the high adsorption ability of sulfonamides via hydrogen bonding, л-л and hydrophobic interaction. The high porosity of the polyvinyl alcohol (PVA) cryogel helped to reduce the backpressure that occurs in a conventional packed SPE cartridge. Under the optimum conditions, the developed method provided a wide linear range from 0.20 to 100 μg L-1 with a low detection limit of 0.20 μg L-1 for sulfadiazine, sulfathiazole and sulfamerazine and from 0.10 to 100 μg L-1 with a low detection of 0.10 μg L ̈1 for sulfamethazine, sulfamonomethoxine and sulfadimethoxine. The developed hybrid monolith polypyrrole-coated graphene oxide embedded in the polyvinyl alcohol cryogel sorbent provided good recoveries in the range of 85.5 -99.0% with RSD less than 5%. The sorbent offered a good reproducibility and can be reused at least 10 times. It was successfully applied for the extraction and preconcentration of trace amount sulfonamides in the environmental water samples. The last project is an application of bubble-in-single drop microextraction (BI-SDME) for the extraction and analysis of eight carbamate pesticides from the environmental water sample. The increasing of the extraction solvent surface area when encapsulated air bubble in the microdroplet caused the greater extraction efficiency with still less volume of extraction solvent. Under the optimal conditions, the developed method showed a wide linearity in the range of 0.05 to 20.0 μg L-1 with the low limit of detection in the range of 0.02 to 0.04 μg L-1. This method was successfully applied for the determination of carbamate pesticides in the environmental water samples with good recoveries of 82-99% and RSD less than 9%. The advantages of this method is solventless, environmentally friendly, low cost and simple to operate. In conclusion, the optosensor and sample preparation techniques were successfully developed and applied for determination of trace veterinary drugs and pesticides in real sample with a satisfactory performance. There are many advantages such as simple to prepare, cost-effective, rapid, high sensitivity and good selectivity. It provided good accuracy and precision. These developed method can be used as an alternative method for the determination of other organic compounds in a various samples.
Abstract(Thai): วิทยานิพนธ์นี้มีจุดประสงค์เพื่อพัฒนาเทคนิคการวิเคราะห์สําหรับตรวจวัดปริมาณยาปฏิชีวนะที่ใช้ในสัตว์และยาฆ่าแมลงที่ตกค้างปริมาณน้อยในตัวอย่างสิ่งแวดล้อมและอาหาร โดยแบ่งออกเป็น ๒ ส่วนคือ การพัฒนาเซนเซอร์ทางแสง และเทคนิคการเตรียมตัวอย่างส่วนแรกเป็นการพัฒนาตัวตรวจวัดทางแสงฟลูออเรสเซนต์ที่มีความจําเพาะเจาะจงต่อสารที่ต้องการวิเคราะห์ โดยการประยุกต์ใช้ควอนตัมดอทคอมโพสิทร่วมกับพอลิเมอร์ลอกแบบ โมเลกุลเพื่อตรวจวิเคราะห์อะมอกซิซิลลิน ชาบูลทามอล เซฟไตรอะโซน และเซฟาเลกซิน ตัวตรวจวัดเตรียมได้โดยอาศัยกระบวนการการเกิดโซล-เจล โดยใช้ ๓-อะมิโนโพรพิลเอทอกซีไซเรนเป็นมอนอเมอร์ เตตระเอทอกซ์ไซเรนเป็นสารเชื่อมขวาง และสารที่ต้องการวิเคราะห์เป็นโมเลกุลต้นแบบ หลังจากที่ล้างโมเลกุลต้นแบบออกจากชั้นพอลิเมอร์จะได้ควอนตัมดอทคอมโพสิทร่วมกับพอลิเมอร์ ลอกแบบโมเลกุลที่มีช่องว่างที่จําเพาะเจาะจงต่อสารที่ต้องการวิเคราะห์ด้วยขนาด รูปร่างและหมู่ฟังก์ชัน โดยควอนตัมดอทคอมโพสิทร่วมกับพอลิเมอร์ลอกแบบโมเลกุลที่สังเคราะห์ได้มีความจําเพาะ เจาะจงเมื่อเทียบกับควอนตัมดอทคอมโพสิทร่วมกับพอลิเมอร์ไม่ลอกแบบโมเลกุลต่ออะมอกซิซิลลิน ๔.๓.๖ เท่า ต่อชาบูลทามอล ๗.๑๔ เท่า ต่อเชฟไตรอะโซน ๓๐.๐ เท่าและต่อเซฟาเลกซิน ๒๖.๕ เท่า แสดงให้เห็นว่าพอลิเมอร์ลอกแบบโมเลกุลที่สังเคราะห์ได้มีความจําเพาะเจาะจงสูง และให้ค่าการตอบสนองเชิงเส้นในช่วงความเข้มข้น ๐.๒๐ - ๕๐.๐ ไมโครกรัมต่อลิตร และขีดจํากัดการตรวจ เท่ากับ ๑.๑๔. ไมโครกรัมต่อลิตร ต่ออะมอกซิซิลลิน และ ๐.๓๐ - ๒๕.๐ ไมโครกรัมต่อลิตร และ ๐.๐๓ ไมโครกรัมต่อลิตร ต่อชาบูลทามอล และตัวตรวจวัดควบคู่ทางแสงฟลูออเรสเซนต์ควอนตัมดอทคอมโพสิทร่วมกับพอลิเมอร์ลอกแบบโมเลกุลให้ค่าสัญญาณตอบสนองในช่วงความเข้มข้น 0.00 - ๕๐.๐ ไมโครกรัมต่อลิตร ต่อเซฟไตรอะโซน และต่อเซฟาเอกชน โดยมีขีดจํากัดการตรวจวัดเท่ากับ ๐.๐๖ และ ๑.๐๐ ไมโครกรัมต่อลิตร ต่อเซฟไตรอะโซน และต่อเชฟาเลกซิน ตามลําดับ ได้ประยุกต์ใช้ ควอนตัมดอทคอมโพสิทร่วมกับพอลิเมอร์ลอกแบบโมเลกุลเพื่อตรวจวิเคราะห์อะมอกซิซิลลินใน ตัวอย่างนม ไข่ และน้ําผึ้ง พบว่าได้ร้อยละการได้กลับคืนอยู่ในช่วง ๘๕ ถึง ๑๐๒ และมีร้อยละค่า เบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ต่ํากว่า 5 และไฮบริดควอนตัมดอทคอมโพสิทร่วมกับพอลิเมอร์ลอกแบบ โมเลกุลเพื่อตรวจวิเคราะห์ชาบูลทามอล ในตัวอย่างเนื้อสัตว์ และอาหารสัตว์ พบว่าได้ร้อยละการได้กลับคืนอยู่ในช่วง ๘๕ ถึง ๙๘ และมีร้อยละค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ต่ํากว่า 4 และตัวตรวจวัด ควบคู่ทางแสงฟลูออเรสเซนต์ควอนตัมดอทคอมโพสิทร่วมกับพอลิเมอร์ลอกแบบโมเลกุลเพื่อตรวจ วิเคราะห์เซฟไตรอะโซน และเซฟาเลกซินในตัวอย่างนม พบว่าได้ร้อยละการได้กลับคืนอยู่ในช่วง ๘๓ ถึง ๙๙ และร้อยละค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ต่ํากว่า 4 นอกจากนี้เมื่อนําตัวตรวจวัดทางแสง ฟลูออเรสเซนต์ควอนตัมดอทคอมโพสิทร่วมกับพอลิเมอร์ลอกแบบโมเลกุลที่พัฒนาขึ้นมาทดสอบ เปรียบเทียบกับวิธีวิเคราะห์มาตรฐานโครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูงพบว่าผลการวิเคราะห์ทั้ง สองวิธีสอดคล้องกัน แสดงว่าวิธีที่พัฒนาขึ้นมีความน่าเชื่อถือและสามารถนําไปประยุกต์ใช้ในการ ตรวจวิเคราะห์ปริมาณอะบอกซิซิลลิน ซามูลทามอล เซฟไตรอะโซน และเซฟาเลกชันในตัวอย่างนม ไข่ น้ําผึ้ง เนื้อสัตว์และอาหารสัตว์ได้ นอกจากนี้ตัวตรวจวัดทางแสงฟลูออเรสเซนต์ควอนตัมดอทคอมโพสิทร่วมกับพอลิเมอร์ลอกแบบโมเลกุลที่พัฒนาขึ้นมีข้อดีคือสามารถทําได้ง่าย ตรวจวัดได้รวดเร็ว ราคาถูก ให้ค่าความไววิเคราะห์สูงและมีความจําเพาะเจาะจงต่อสารที่ต้องการวิเคราะห์ที่ดี ในส่วนที่สองเป็นการพัฒนาเทคนิคการเตรียมตัวอย่างสําหรับสกัดยาปฏิชีวนะและยาฆ่าแมลงก่อนการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคโครมาโทกราฟี โดยประกอบด้วยสองงาน งานวิจัยแรกคือการพัฒนาตัวดูดซับของแข็งชนิดใหม่ในลักษณะครัยโอเจลคอมโพสิทระหว่างพอลิไวนิลแอลกอฮอล์และ แกรฟีนออกไซด์เคลือบด้วยพอลิไพโรลสําหรับประยุกต์ใช้ในเทคนิคการสกัดด้วยตัวดูดซับของแข็งในการสกัดและเพิ่มความเข้มข้นของซัลโฟนาไมด์ในตัวอย่างน้ํา โดยการประยุกต์ใช้พอลิไพโรลและแกรปืนออกไซด์เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสในการดูดซับซัลโฟนาไมต์โดยสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจน อันตรกิริยาแบบ I-II และไฮโดรโฟบิก พอลิไวนิลแอลกอฮอล์ครัยโอเจลซึ่งมีรูพรุนมากสามารถช่วยลด ความดันต้านกลับของตัวดูดซับ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมวิธีที่พัฒนาขึ้นให้ช่วงความเป็นเส้นตรงตั้งแต่ ๐.๒๐ ถึง ๑๐๐ ไมโครกรัมต่อลิตร และขีดจํากัดการตรวจวัดเท่ากับ ๑.๒๐ ไมโครกรัมต่อลิตร สําหรับ การตรวจวิเคราะห์ซัลฟาไดอะซีน ซัลฟาไทอะโซล และซัลฟาเมอราซีน และให้ช่วงการตอบสนองเชิงเส้นความเป็นเส้นตรงตั้งแต่ ๐.๑๐ ถึง ๑๐๐ ไมโครกรัมต่อลิตร และขีดจํากัดการตรวจวัดเท่ากับ ๐.๑๐ ไมโครกรัมต่อลิตร สําหรับการตรวจวิเคราะห์ซัลฟาเมทาซีน ซัลฟามอนอเมทอกซีน และซัลฟาไดเมทอกขึ้น ตัวดูดซับที่พัฒนาขึ้นมีประสิทธิภาพในการสกัดที่ดีโดยให้ค่าร้อยละการได้กลับคืนอยู่ ในช่วง ๘๕.๕ ถึง ๙๙.๐ และมีค่าร้อยละเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์น้อยกว่า ๕ ตัวดูดซับที่พัฒนาขึ้น ให้ค่าการเตรียมที่ดี และสามารถใช้ซ้ําได้อย่างน้อย ๑๐ ครั้ง แสดงให้เห็นว่าตัวดูดซับที่พัฒนาขึ้น สามารถนําไปประยุกต์ใช้ในการสกัดและเพิ่มความเข้มข้นของซัลโฟนาไมด์ในตัวอย่างน้ําได้ งานวิจัย สุดท้ายคือการประยุกต์ใช้เทคนิคการสกัดด้วยตัวทําละลายที่มีฟองในหยดเดียวสําหรับการสกัดและวิเคราะห์หาปริมาณของยาฆ่าแมลงในกลุ่มคาร์บาเมตในตัวอย่างน้ํา การกักฟองอากาศไว้ภายในหยดตัวทําละลายอินทรีย์เป็นการเพิ่มพื้นที่ผิวของตัวทําละลายส่งผลทําให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดได้ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมวิธีที่พัฒนาขึ้นให้ช่วงการตอบสนองเชิงเส้นสําหรับการวิเคราะห์คาร์บาเมตในช่วง ๐.๐๕ ถึง ๒๐.๐ ไมโครกรัมต่อลิตร และขีดจํากัดการตรวจวัดอยู่ในช่วง ๐.๐๒ ถึง ๐.๐๔ ไมโครกรัมต่อลิตร ได้ประยุกต์ใช้วิธีพัฒนาขึ้นในการวิเคราะห์หาปริมาณยาฆ่าแมลงกลุ่มคาร์บาเมตใน ตัวอย่างน้ําโดยให้ค่าร้อยละการได้กลับคืนที่ดีในช่วง ๘๒ ถึง ๙๙ และค่าร้อยละเบี่ยงเบนมาตรฐาน สัมพัทธ์น้อยกว่า ๔ อีกทั้งวิธีที่พัฒนาขึ้นมีข้อดีคือสามารถทําได้ง่าย ใช้ปริมาณตัวทําละลายอินทรีย์น้อย เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และราคาถูก โดยสรุปผลของการศึกษาแสดงให้เห็นว่าเซนเซอร์ทางแสงและเทคนิคการเตรียม ตัวอย่างที่พัฒนาขึ้นสามารถประยุกต์ใช้ในการตรวจวิเคราะห์การตกค้างของยาที่ใช้ในสัตว์และยาฆ่า แมลงในตัวอย่างจริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถทําได้ง่าย ราคาถูก รวดเร็ว มีความไววิเคราะห์สูง ความจําเพาะเจาะจงที่ดี มีความน่าเชื่อถือและถูกต้องแม่นยํา สามารถใช้เป็นวิธีทางเลือกสําหรับ ประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์ยาที่ใช้ในสัตว์ ยาฆ่าแมลง และสารอื่นๆ ในตัวอย่างชนิดต่างๆ ได้
Description: Thesis (Ph.D., Chemistry)--Prince of Songkla University, 2018
URI: http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19039
Appears in Collections:324 Thesis

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
434758.pdf23.85 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons