SUPERVISOR
Mohammad taghi Jafari,Mohammad Saraji
محمد تقی جعفری (استاد مشاور) محمد سراجی (استاد راهنما)
STUDENT
Milad Ghani
میلاد غنی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391
TITLE
Development of novel liquid and solid phase microextraction methods for the analysis of environmental, food and biological samples
In the first study, a magnesium–aluminum layered double hydroxide coated on magnetic nanoparticles was synthesized and used as a sorbent to extract some selected phenolic acids. After extraction, the elution step was performed through dissolving double hydroxide layers containing the analytes by changing the solution pH. The linearity range of the method was between 2 and 500 µg L ?1 . Relative standard deviations for intra- and inter-day precision were in the range of 4.3–9.2% and 4.9–8.6%, respectively. The limits of detection were between 0.4 and 1.3 µg L ?1 . In the second study, a method based on the combination of hollow fiber liquid–liquid–liquid microextraction and solid-phase microextraction (SPME) followed by gas chromatography-electron capture detection was developed for the determination of chlorophenols. The precision of the method for the analytes at 0.02–30 µg L ?1 concentration level ranged from 7.1 to 10.2% (as intra-day relative standard deviation) and 6.4 to 9.8% (as inter-day relative standard deviation). The linear dynamic ranges were in the interval of 5–500 µg L ?1 , 0.05–5 µg L ?1 , 0.02–1 µg L ?1 and 0.001–0.5 µg L ?1 for 2-chlorophenol, 2,4-dichlorophenol, 2,4,6-trichlorophenol and pentachlorophenol, respectively. The enrichment factors were between 432 and 785. The limits of detection were in the range of 0. 4 – 1200.0 ng L ?1 . In the third study, a new headspace liquid-phase microextraction technique based on using a copper foam nanostructure substrate followed by gas chromatography-flame ionization detection was developed for the determination of volatile organic compounds. Under the optimum conditions, the method detection limit was between 0.06 and 0.25 ?g L -1 . The relative standard deviation of the method for the analytes at 4-8 ?g L -1 concentration level ranged from 7.9 to 11 %. The enrichment factor was in the range of 615-744. In the fourth study, a simple, rapid, sensitive and cost-effective sample pretreatment technique was developed for the extraction and determination of methadone in human body fluid and hair samples. Methadone was extracted from the sample to the organic solvent immobilized in the pores of the prepared stir bar. Under the optimized conditions, the limit of detection (LOD) was 0.01 µg L -1 . Relative standard deviation of the method for the analyte at 1 µg L -1 was 7.5 % (as intra-day RSD) and 9.1% (as inter-day RSD). The enrichment factor (EF) was 425. The linear dynamic range (LDR) was in the range of 0.1-200 µg L -1 . In the fifth study, we present a simple, rapid and low cost strategy for the preparation of robust stir bar coatings based on the combination of montmorillonite with epoxy resin. The coated stir bar was implemented in a novel automated multisyringe stir bar sorptive extraction system. Under the optimum conditions, the detection limits were between 0.02 and 0.34 µg L ?1 . The relative standard deviations (RSD) of the method ranged from 3.5% to 4.1% (as intra-day RSD) and from 3.9% to 4.3% (as inter-day RSD). The enrichment factors were between 30 and 49. In the sixth study, thin layered double hydroxide (LDH) disks were in situ fabricated on the Al 2 O 3 /PVDF substrate by means of urea hydrolysis process and used as automated thin film microextraction method using a sequential injection analysis system. Under the optimized conditions, the detection limits were between 0.12-0.25 µg L -1 . Relative standard deviations ranged from 2.9%-4.2% and the linear dynamic ranges (LDRs) were in the range of 0.5-500 µg L -1 . In the final study, the use of metal-organic framework (MOF) mixed-matrix disks (MMD) for the automated flow-through solid-phase extraction (SPE) of environmental pollutants was reported. Detection limits ranged from 0.04 to 0.18 ?g L ?1 . Relative standard deviations ranged from 3.9 to 5.3% intra-day, and 4.7 to 5.7% inter-day. Membrane batch-to-batch reproducibility was from 5.2 to 6.4%.
محورهای اصلی تحقیقات در این رساله عبارتند از: 1) معرفی جاذبهای جدید، ساده، ارزان قیمت و نانوساختار برای بهکارگیری در روش ریزاستخراج فاز جامد، 2) تلفیق روشهای ریزاستخراج با یکدیگر به منظور افزایش کارایی آنها و 3) ترکیب روشهای ریزاستخراج با روشهای خودکارسازی به منظور بهبود سرعت عمل، کارایی و دقت روشها. در تحقیق اول از هیدروکسید لایهای دوگانه انحلالپذیر تثبیت شده بر روی نانوذرات مغناطیسی به عنوان جاذبی برای روش استخراج فاز جامد مغناطیسی استفاده شد. گونهها توسط هیدروکسیدهای لایهای دوگانه از محلول استخراج شده و سپس با انحلال این لایه حاوی گونه به کمک محلول تریفلوئورواستیک اسید، مرحله واجذبی انجام گرفت. فاکتور تغلیظ بین 12 تا 24 و حدتشخیص بین 4/0 تا 3/1 میکروگرم بر لیتر برای ترکیب مورد مطالعه تحت شرایط بهینه بهدست آمد. در تحقیق دوم، روش ریزاستخراج سه فازی مایع با فیبر توخالی با روش ریزاستخراج فاز جامد تلفیق شد. در این تحقیق حلال بارگیری شده بر روی نانوساختارهای سیلیکایی به عنوان فیبر SPME در فضای درونی فیبر توخالی قرار گرفت. تحت شرایط بهینه، حد تشخیص بین 4/0 تا 0/1200 نانوگرم بر لیتر، فاکتور تغلیظ بین 432 تا 785 و انحراف استاندارد نسبی بین 4/6 تا 2/12% برای ترکیبات مورد مطالعه بهدست آمد. همچنین روش ارائه شده در این تحقیق امکان بررسی نمونههای حقیقی پیچیده همانند پسابهای صنعتی و انسانی که با روشهای ریزاستخراج فاز جامد و نیز ریزاستخراج فاز مایع معمولا دچار مشکل هستند را فراهم نمود. در تحقیق سوم روشی بر مبنای حلال بارگیری شده بر روی نانوساختارهای متخلخل فوم مسی، مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحقیق، نانوفوم مسی با ساختار بسیار متخلخل به کمک روش الکتروشیمیایی و بسیار سریع بر روی سیم مسی نشانده شده و پس از آغشته شدن با حلال آلی به منظور ابزاری برای استخراج از فضای فوقانی مورد استفاده قرار گرفت. تحت شرایط بهینه، حدتشخیص بین 06/0 تا 25/0 میکروگرم بر لیتر، انحراف استاندارد نسبی بین 9/7 تا 8/11% و فاکتور تغلیظ بین 615 تا 744 برای ترکیبات مورد مطالعه بهدست آمد. در تحقیق چهارم نانوساختارهای متخلخل سیلیکایی به کمک روش هیدروترمال بر روی یک میله همزن تشکیل شده، سپس یک حلال آلی بر روی نانوساختارها بارگیری شد و برای استخراج جذبی با میله همزن مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی نمونهها به کمک کروماتوگرافی گازی مجهز به اسپکترومتر جرمی انجام گرفت. شرایط مختلف موثر بر استخراج به کمک روش طراحی آزمایش بررسی شد. تحت شرایط بهینه حد تشخیص 01/0 میکروگرم بر لیتر، فاکتور تغلیظ معادل با 425 و انحراف استاندارد نسبی روش نیز 5/7 % بهدست آمد. در تحقیق پنجم از مخلوط مونتموریلونیت و رزین اپوکسی به عنوان پوششی ارزان قیمت و کارآمد برای میله همزن مغناطیسی استفاده شد. در این روش از چسب دوقلو به عنوان منبع اپوکسی استفاده شد. سپس این روش ریزاستخراج با روش تزریق در جریان پیوسته به کمک خودکارسازی چند سرنگی تلفیق شد و برای اولین بار روش ریزاستخراج جذبی با میله همزن به صورت خودکار انجام گرفت. تحت شرایط بهینه، حد تشخیص بین 02/0 تا 34/0 میکروگرم بر لیتر، انحراف استاندارد نسبی بین 5/3 تا 1/5 % و فاکتور تغلیظ بین 30 تا 49 بهدست آمد. در تحقیق ششم از فیلم نازک بر پایه هیدروکسید لایهای دوگانه- پلیوینیلدیانفلوراید به عنوان جاذب جدید در روش ریزاستخراج فیلم نازک استفاده شد. در این روش ابتدا فیلم نازک آلومینیوم اکسید-پلیوینیلدیانفلوراید تهیه شده و سپس به هیدروکسید لایهای دوگانه تبدیل شد. در این تحقیق ریزاستخراج لایه نازک به کمک سیستم تزریق در جریان پیوسته و آنالیز تزریق پی در پی به صورت خودکار انجام شد. تحت شرایط بهینه، حد تشخیص بین 12/0 تا 25/0 میکروگرم بر لیتر، فاکتور تغلیظ بین 34 تا 39 و انحراف استاندارد نسبی بین 9/2 تا 2/4% بهدست آمد. در تحقیق آخر از شبکه آلی-فلزی تثبیت شده بر روی فیلم پلیوینیلدیانفلوراید، به عنوان جاذب جدید برای ریزاستخراج فیلم نازک استفاده شد. این روش توسط تکنیک تزریق در جریان پیوسته و آنالیز تزریق پی در پی به صورت خودکار انجام شد. تحت شرایط بهینه مقادیر حد تشخیص در محدوده 04/0 تا 18/0 میکروگرم بر لیتر بهدست آمد. همچنین انحراف استاندارد نسبی روش نیز در ناحیه 9/3 تا 4/6 % و فاکتور تغلیظ بین 10 تا 20 بهدست آمد. نمونههای مختلف آبی با روش ارائه شده مورد ارزیابی قرار گرفت و مقادیر بازیابی برای این نمونهها بهدست آمد.