Χρωματογραφικός προσδιορισμός οργανοφωσφορικών ενώσεων περιβαλλοντικού και βιολογικού ενδιαφέροντος μέσω μικροεκχύλισης με χρήση κεραμικών υλικών και τροποποιημένων πολυμερικών ινών

Abstract

Alumina, titania, zirconia, stannia, silica and their composites alumina-titania,titania-zirconia are Lewis acids and can interact with Lewis bases, such as phosphonate groups in organic compounds. Hence, these oxides can exhibit selectivity to phosphonate groups of organic molecules of environmental and biological interest. Also, they are capable of being used for their microextraction and preconcentration of nucleotides, such as adenosine 5´-monophosphate and guanosine 5´-monophosphate were separated by hydrophilic interaction liquid chromatography,after preconcentration on the abovementioned materials. Moreover, phosphonic group-containing pesticides, such as glufosinate and glyphosate can be extracted on the same materials and determined by gas chromatography, after appropriate derivatization with trifluoroethanol-trifluoroacetic anhydride.In this PhD study, the synthesis of hollow fibers based on alumina, titania,zirconia, stannia, silica, alumina-titania and titania-zirconia is put forward via sol-gel procedures, widely employed for the manufacture of such ceramic materials. A polypropylene hollow fiber membrane was used as template. The preparation procedure proceeds through repeated impregnations of the template in the proper sol precursor and subsequently calcination to burn off the template, thus producing the metal oxide hollow fibers. The synthesized fibers were characterized by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction analysis (XRD) and scanningelectron microscopy (SEM).Nucleotides play an important role in human body and its metabolism, especially in infants. It has been reported that they are implicated in the polyunsaturated fat metabolism, significant decrease in the risk of diarrhea,immunological systems, internal microflora and differentiation of intestinal cells.The addition of nucleotides in infant formulas has been suggested to have beneficial effects on the growth and maturation of the gastrointestinal tract of healthy infants. In our study, the sample preparation involved protein removal and selective preconcentration of nucleotides on oxide fibers. Subsequently, the eluents were injected into a liquid chromatographic system equipped with a diode-array detectionand separated by hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC). The optimum chromatographic conditions for the separation of adenosine 5´-monophosphate, guanosine 5´-monophosphate, uridine 5´-monophosphate, cytidine 5´-monophosphate and inosine 5´-monophosphate were established. An amide silica chromatographic column gave acceptable separation and peak shape. Isocratic elution was used with mobile phase consisting of ACN: H2O (75:25) adjusted to pH 3.0 with HCOOH and flow rate of 1.0 ml/ min, at 20 ºC. The chromatographicpeaks were monitored using a diode array detector at 260-300 nm. The totalanalysis time was 40 min. The recoveries of spiked samples were in the range of82- 90%.Moreover, an increasing number of organophosphorus compounds arewidely used as pesticides in the environment. Among them, glyphosate, glufosinate,bialaphos, (1-aminopropyl)phosphonic acid and (1-aminobutyl)phophonic acid,which contain phosphonic and amino acid groups in their molecules are highly water soluble and widely used in agricultural applications. Because of their toxicity,there is a great interest and need to determine these pesticides and some of their major metabolites in environmental water samples. The determination was achieved by capillary gas chromatography-mass spectrometry after appropriate derivatization with 2,2,2-trifluoroethanol and trifluoroacetic anhydride and preconcentration on ceramic hollow fibers. The detection limits attained are in the low sub-μg/L range and the developed method proved to be applicable to an environmental water matrix.

Τα κεραμικά υλικά, όπως η ζιρκονία, η τιτανία κλπ είναι ισχυρά οξέα κατά Lewis και μπορούν να αλληλεπιδρούν με βάσεις κατά Lewis, όπως οι φωσφονικές ομάδες οργανοφωσφορικών ενώσεων. Συνεπώς, τα οξείδια αυτά μπορεί να αποτελέσουν κατάλληλα υλικά για τον καθαρισμό (clean-up), τη μικροεκχύλιση-προσυγκέντρωση νουκλεοτιδίων από βρεφικά γάλατα (μητρικά και εμπορίου) και επιλεγμένων φυτοφαρμάκων που περιέχουν φωσφονικές ομάδες από υδατικά περιβαλλοντικά δείγματα.Στην παρούσα μελέτη προτείνεται η κατασκευή κοίλων κεραμικών ινών αλουμίνας, τιτανίας, ζιρκονίας, σταννίας, πυριτίας και οι σύνθετες ίνες αλουμίνας-τιτανίας, τιτανίας-ζιρκονίας με τη μέθοδο sol-gel. Για τη σύνθεση των ινών,πρωταρχικό ρόλο παίζει η σύνθεση των υδρολυμάτων (sol), τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για την επικάλυψη της πολυμερικής ίνας και τη σύνθεση των αντίστοιχων κεραμικών υλικών. Οι κοίλες ίνες που παρασκευάζονται, χαρακτηρίζονται με φασματοσκοπία διασποράς ενέργειας ακτίνων-Χ, με περίθλαση ακτίνων-Χ και μικροσκοπία σάρωσης ηλεκτρονίων.Στη συνέχεια, προτείνεται μία μέθοδος προσδιορισμού μονοφωσφορικών νουκλεοτιδίων σε μητρικά γάλατα και εμπορικά βρεφικά γάλατα με υγρή χρωματογραφία υδρόφιλης αλληλεπίδρασης και ανιχνευτή συστοιχίας διόδων. Τα νουκλεοτίδια είναι υδρόφιλα, μη πτητικά και μπορούν να προσδιοριστούν με τη HILIC. Η τεχνική αυτή προϋποθέτει υδρόφιλες αλληλεπιδράσεις παρουσία μίγματος υδατο-οργανικών κινητών φάσεων για την δημιουργία μιας στιβάδας νερού στην επιφάνεια της στατικής φάσης μέσα στην οποία οι αναλύτες κατανέμονται με βάση την πολικότητά τους. Ο μηχανισμός αυτός είναι πολύ αποτελεσματικός για την κατακράτηση ισχυρά πολικών ενώσεων και κατά συνέπεια και των νουκλεοτιδίων. Αποδεικνύεται, λοιπόν, ότι τα νουκλεοτίδια παρουσιάζουν τυπική συμπεριφορά υδρόφιλης αλληλεπίδρασης με μια στήλη αμιδο-πυριτίας, υπό τις βελτιστοποιημένες συνθήκες, παρουσιάζοντας ικανοποιητικό διαχωρισμό. Η επίτευξη ενός ικανοποιητικού διαχωρισμού στην HILIC περιλαμβάνει έναν συμβιβασμό μεταξύ της χρωματογραφικής απόδοσης της στήλης (k', Tf, Rs) και του συνολικού χρόνου ανάλυσης. Επίσης, λόγω των χαμηλών συγκεντρώσεων των νουκλεοτιδίων στα γάλατα, είναι απαραίτητη η προσυγκέντρωσή τους επάνω στις κεραμικές ίνες, οι οποίες, όπως προαναφέρθηκε, παρουσιάζουν χημική συγγένεια με τα νουκλεοτίδια με αποτέλεσμα να μπορούν, σε κατάλληλες συνθήκες, να τα προσυγκεντρώνουν. Χρησιμοποιούνται οι κεραμικές κοίλες ίνες της αλουμίνας και της σταννίας και εξυπηρετούν με διττό τρόπο την ανάλυση αφού χρησιμοποιούνται τόσο για τον καθαρισμό του δείγματος όσο ταυτόχρονα και την προσυγκέντρωση.Τέλος, προτείνεται μία μέθοδος προσδιορισμού επιλεγμένων φυτοφαρμάκωνπου διαθέτουν στο μόριό τους φωσφονικές ομάδες, όπως τα glyphosate και glufosinate σε περιβαλλοντικά νερά με αέρια χρωματογραφία και ανιχνευτή φασματομετρία μάζας. Τα συγκεκριμένα φυτοφάρμακα είναι μη πτητικά και ιδιαίτερα πολικά και υδρόφιλα και για αυτό το λόγο ο προσδιορισμός τους με αέρια χρωματογραφία απαιτεί πρώτα την παραγωγοποίησή τους. Για το σκοπό αυτό μελετάται μιας μέθοδος παραγωγοποίησης με στόχο τον καλύτερο διαχωρισμό των αναλυτών. Για την παραγωγοποίηση γίνεται χρήση δύο αντιδραστηρίων παραγωγοποίησης, του ανυδρίτη του τριφθοροξικού οξέος και της 2,2,2-τριφθοροαιθανόλης. Τα αντιδραστήρια αυτά σχηματίζουν σταθερά προϊόντα και με τη χρήση τους, η παραγωγοποίηση επιτυγχάνεται σε ένα στάδιο, απλά και σχετικά γρήγορα. Λόγω των χαμηλών συγκεντρώσεών τους στα επιφανειακά νερά είναι απαραίτητη η προσυγκέντρωση των φυτοφαρμάκων σε κεραμικές κοίλες ίνες και έτσι, επιτρέπεται η ποσοτικοποίησή τους σε χαμηλές συγκεντρώσεις, της τάξης των ng/L.