Ανάπτυξη νέων μεθόδων για την εκχύλιση και ανάκτηση μεταλλικών νανοσωματιδίων από περιβαλλοντικά δείγματα

Abstract

The present doctoral thesis focuses on the effort to further improvemet both the sensitivity and selectivity of nanoparticle analysis methods in environmental samples, as existing methods require specialized and expensive equipment (eg single-element ICP-MS) as well as complex and time consuming extraction processes, although still unsuccessful, in many cases sufficient sensitivity for the analysis of trace amounts of metal nanoparticles in environmental samples. At the same time, the purpose of the doctoral dissertation is to develop a method of sequential (gradual) extraction of nanoparticles from solid samples, allowing a better understanding of the mechanisms and phenomena related to the interaction of nanoparticles in the environment. To achieve this goal the research focuses on the development of new methods based on (a) microextraction of gold and silver nanoparticles into suspended supermolecular agglomerates and determination by atomic absorption spectroscopy by electrothermal atomization; Picketing-type emulsions (emulsions formed during the adsorption of colloidal particles at the interface between the organic and aqueous phases) followed by re-extraction and oxidative solubilization and suitably adapted for the extraction of large volumes and (c) sequential extraction to evaluate the mobility and fractionation of metal nanoparticles in soils. For each method the experimental working conditions were optimized and successfully applied to real environmental samples with very satisfactory results.

H παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην προσπάθεια περαιτέρω βελτίωσης τόσο της ευαισθησίας όσο και της εκλεκτικότητας των μεθόδων ανάλυσης νανοσωματιδίων σε περιβαλλοντικά δείγματα, καθώς οι υπάρχουσες μέθοδοι απαιτούν εξειδικευμένο και ακριβό εξοπλισμό (π.χ. single-element ICP-MS) καθώς και πολύπλοκες και χρονοβόρες διαδικασίες εκχύλισης, χωρίς παρόλα αυτά να επιτυγχάνουν, σε πολλές περιπτώσεις επαρκή ευαισθησία για την ανάλυση ιχνοποσοτήτων μεταλλικών νανοσωματιδίων σε περιβαλλοντικά δείγματα. Παράλληλα σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας μεθόδου διαδοχικής (βαθμωτής) εκχύλισής των νανοσωματιδίων από στερεά δείγματα, επιτρέποντας την καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών και των φαινομένων που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση των νανοσωματιδίων στο περιβάλλον. Για την επίτευξη του στόχου αυτού η έρευνα επικεντρώνεται στην ανάπτυξη νέων μεθόδων βασισμένες α) στην μικροεκχύλιση νανοσωματιδίων χρυσού και αργύρου σε αιωρούμενα υπερμοριακά συσσωματώματα και προσδιορισμός με φασματοσκοπία ατομικής απορρόφησης με ηλεκτροθερμική ατομοποίηση β) στην υγρή μικροεκχύλιση διασπαρμένου σταγονιδίου (Dispersive Suspended Microextraction- DSME) μέσω σχηματισμού μικρογαλακτωμάτων τύπου Picketing (γαλακτώματα που σχηματίζονται κατά την προσρόφηση κολλοειδών σωματιδίων στη διεπιφάνεια μεταξύ οργανικής και υδατικής φάσης) ακολουθούμενη από επανεκχύλιση και οξειδωτική διαλυτοποίηση και κατάλληλα προσαρμοσμένη για την εκχύλιση μεγάλων όγκων δειγμάτων γ) στην εκχύλιση νανοσωματιδίων με διαλυτοποιούμενα φυλλόμορφα διυδροξείδια Mg/Al μέσω συγκαταβύθισης και γ) στη διαδοχική εκχύλιση για την εκτίμηση της κινητικότητας και της κλασματοποίησης μεταλλικών νανοσωματιδίων σε εδάφη. Για κάθε μέθοδο βελτιστοποιήθηκαν οι πειραματικές συνθήκες εργασίας και εφαρμόστηκαν επιτυχώς σε πραγματικά περιβαλλοντικά δείγματα με πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα.