استخلاص وتقدير كميات نزرة لبعض المبيدات في العينات البيئيه بوساطة الاستخلاص بنقطة الغيمة والمطيافية الجزيئية == Extraction and Determination of Trace amounts of Some Pesticides in Environmental Samples by Using Cloud point Extraction and Molecular Spectrophptpmetry.
Author name:
سهير صلاح احمد
Supervisor name:
زهير عبد الامير خماس
General topic:
Chemistry
Specific topic:
Analytical Biochemistry
Degree:
Master
University:
University of Baghdad - College Of Science For Girls
Language:
Arabic
University location:
Baghdad
First pages:
25T1797 - p.pdf
Abstract:
لم تلق عملية فصل واستخلاص الكميات الضئيلة من المبيدات في العينات البيئية اهتماما واسعا وكبيرا باستعمال مايسمى الاستخلاص بنقطة الغيمة ,نعتقد ان العمل البحثي الحالي سوف يسهم في فتح افاق جديدة في تصميم وبناء تدابير تحليلية تتعلق بهذا الموضوع ويوسع تطبيقات هذه المنهجية من الاستخلاص في واحد من المجالات المهمة للعلوم البيئية. تضمن هذا العمل البحثي ثلاثة فصول رئيسة : الفصل الاول : اشتمل على مقدمة عامة عن المبيدات وتصنيفها مع التركيز على مبيدات الكارباميت فضلا عن مقدمة عامة عن المبيدات قيد الدراسة ( البينديوكارب والكاربيندازيم) واستعراضا للطرائق التحليليلة لتقديرهما من خلال مراجعة الادبيات الكيميائية . كما تناول هذا الفصل بالتفصيل للتعرف على اهمية استخدام المواد الفعالة سطحيا وانواعها والمبادئ والافكارالاساسية والتطبيقات الممكنة لطريقة الاستخلاص بنقطة الغيمة في الكيمياء التحليلية ، ومن ثم اردف الفصل باهداف هذه الدراسة. الفصل الثاني : استعراض جامع للاجهزة التحليلية والعامة والمواد الكيميائية المستعملة مع طرائق تحضيرها في هذا العمل البحثي ، فضلا عن تفاصيل كاملة للتدابير التحليلية لطريقة الاستخلاص بنقطة الغيمة المخططة لتقدير المبيدات قيد الدراسة. الفصل الثالث : يلقي الضوء على الجزء المهم لهذه الدراسة والذي يتناول النتائج والمناقشة لموضوعين مهمين في التطبيقات التحليلية وهما الفصل والاغناء عن طريق استغلال بعض التفاعلات العضوية لتكوين نواتج ملونة مع المبيدات قيد الدراسة واستعمال تقنية الاستخلاص بنقطة الغيمة لاستخلاصهما وتقديرهما طيفيا. اشتمل الجزء الاول استحداث طريقة لفصل واغناء وتقدير مبيد البنديوكارب من خلال استخدام كواشف عضوية واستخلاصه على وفق تقنية الاستخلاص بنقطة الغيمة بالاقتران مع تقنية التقدير الطيفي . تعتمد هذه الطريقة على مبدا تفاعل ايمرسون (تفاعل ازدواج - تاكسدي) باستعمال الكاشف 4 - امينوانتيبايرين (4 - aminoantipyrene ) الذي يتفاعل مع المركب الفينولي الناتج من التحلل القلوي للمبيد بوجود العامل المؤكسد سداسي سيانيد الحديديك البوتاسيوم (potassium ferri cyanide ) لتكوين ناتج احمراللون. استغل هذا التفاعل في تصميم تدبير تحليلي لاول مرة بـ ( CPE) لاستخلاص الناتج الملون عند درجة حرارة المختبر وبالدرجة الحرارية نفسها لنقطة الغيمة للترايتون اكس - 114، ومن ثم تقديرالمبيد بينديوكارب بالقياس اللوني (Colorimetrically) عند الطول الموجي الاعظم 470 نانوميتر. كان مدى الخطية من (8.0 - 0.1 ميكروغرام مل - 1 ) مع معامل امتصاص مولارية ( 105x1.99 ) لتر مول - 1سم - 1 في المحاليل القياسية للمبيد عند الظروف الفضلى وعلى وفق تقنية الاستخلاص بنقطة الغيمة. وان عامل الاغناء كان ( 59.87 ) مرة وهذا ما سمح في الحصول على حد كشف (LOD) مقداره ( 0.076 ميكروغرام مل - 1) والحد الكمي ( (LOQ مقداره (0.252 ميكروغرام مل - 1) لمبيد البينديوكارب بالطريقة المقترحة. تم دراسة دقة وضبط الطريقة المقترحة فضلا عن دراسة التداخلات المحتملة . طبقت الطريقة المقترحة لتقدير المبيد في عينات الترب الزراعية والخضروات والبرتقال وعينات الماء. واما الجزء الثاني تضمن تطويرطريقة تحليلية تعتمد على مبدا تفاعلات الازدواج التاكسدي من خلال تفاعل المبيد المتحلل قلويا الى الفينول المقابل مع الكاشف العضوي الاورثوتلويدين(O - Toluidine) بوجود العامل المؤكسد بيرايوديت الصوديوم (Sodium periodate) لتكوين ناتج اصفر اللون . استغل هذا التفاعل في تصميم تدبير تحليلي لاول مرة باستعمال ( CPE) لاستخلاص الناتج الملون عند درجة حرارة (75 مº) لمدة (30 دقيقة) ، ومن ثم تقديرالمبيد بينديوكارب طيفيا عند الطول الموجي الاعظم (430 نانوميتر) . وجد ان الطريقة المقترحة تتبع قانون بير - لامبرت بمدى تركيز (2 - 22) نانوغرام مل - 1 ، . اما عامل الاغناء فقد كان عاليا وبمقدار 121) مرة ، الامر الذي ادى الى تحقيق حد كشف (LOD) ممتاز بمقدار (0.44 نانوغرام مل - 1) وحد كمي(LOQ) بقيمة (1.49 نانوغرام مل - 1) ومعامل امتصاصية مولارية بمقدار (107x1.02) لتر مول - 1 سم - 1 للمبيد بينديوكارب . كما بينت النتائج ايضا ان ضبط الطريقة المقترحة كان جيدا من حيث نسبة الاسترداد بالمئة التي تراوحت بين(%100.31 - 91.16) الامر الذي يؤكد غياب الاخطاء النظامية (systematic errors) ، اي ان وجود مكونات المنشا (matrix constituents) لهذه العينات ليس لها تاثير ملحوظ على تقدير هذا المبيد. كما وجد ان دقة الطريقة من حيث الانحراف النسبي المئوي (RSD % ) تراوح بين (%2.09 - 1.18) مما يدل على ان الدقة كانت جيدة بسبب غياب الاخطاء العشوائية . طبقت الطريقة المقترحة لتقدير المبيد في عينات الترب الزراعية والخضروات والبرتقال وعينات الماء . واما الجزء الثالث تم اقتراح طريقة تحليلية وعلى وفق تقنية الاستخلاص بنقطة الغيمة تعتمد على تفاعل الازوتة - الاقتران بين الفنيول الناتج من تحلل المبيد بينديوكارب(Bendiocarb) مع محلول ملح الدايزونيوم لـكاشف 2 - بروموانلين لتكوين صبغة ايزو ذات لون احمر - برتقالي امكن استخلاصها بمايسيلات (micelles) المادة الفعالة سطحيا (surfactant)عند درجة حرارة الغيمة ( 65 مº ) لمدة (20 دقيقة) ومن ثم تقدير المبيد بينديوكارب طيفيا عند الطول الموجي الاعظم (450 نانوميتر). وجد ان الطريقة المقترحة تطيع قانون بير - لامبرت بمدى تركيز (2 - 16 نانوغرام مل - 1 ) وبمعامل امتصاص مولاري (106x7.71) لتر مول - 1 سم - 1 . تبين النتائج ان عامل الاغناء كان عاليا وبمقدار(146.5) مرة ، الامر الذي ادى الى تحقيق حد كشف (LOD ) ممتاز (0.41 نانوغرام مل - 1) وحد كمي (LOQ) بقيمة (1.36 نانوغرام مل - 1) للمبيد بينديوكارب بهذه الطريقة المطورة. طبقت الطريقة المقترحة لتقدير المبيد في عينات الترب الزراعية والخضروات والبرتقال وعينات الماء . تم مقارنة نتائج الطرائق الثلاث لمبيد البينديوكارب احصائيا من حيث نتائج الاسترداد بالمئة باستعمال التصميم التجريبي (one factor experimental design) لمتغير واحد وتبين عدم وجود فرق معنوي بين الطرائق الثلاث المقترحة. ويبين النمط الخطي للارتداد لهذا التصميم في تحليل التباين على ان القيمة الحقيقية للاستراد بالمئة يساوي (97.631 % ) لعينة الخيار بينما كانت (98.139 %) لعينة الطماطم مع وجود اخطاء عشوائية لكل طريقة من خلال قيم المعاملات (coefficient ) التي ظهرت بجانب كل طريقة. واما الجزء الرابع فتضمن استحداث طريقتين صديقتين للبيئة (Eco - freiendly) لتقدير الكميات فوق النزرة (Ultra trace) للمبيد كاربيندازيم (Carbendazim) في العينات المختارة اذ اعتمدت هاتان الطريقتان على اكسدة المبيد المعني مع ايونات الحديد الثلاثي (Fe3+) في الوسط الحامضي لتكوين الحديد الثنائي(Fe2+) . وتضمنت الطريقة (A) تفاعل الحديد الثنائي (Fe2+) الناتج من الاكسدة مع كاشف سيانيد الحديديك البوتاسيوم (K3Fe(CN)6 ) لتكوين معقد ذي صبغة تسمى (Prussian Blue) الذي امكن استخلاصه بالمادة الفعالة سطحيا (الترايتون x - 114) عند درجة حرارة نقطة الغيمة (55 مº) ، ومن ثم تقدير المبيد طيفيا عند الطول الموجي الاعظم (685 نانوميتر). واما الطريقة (B) فقد اعتمدت على تفاعل الحديد الثنائي الناتج من الاكسدة مع الكاشف العضوي 2،2 ثنائي البيريديل (2 2’ - bipyridyl) لتكوين معقد برتقالي محمرمستقر استخلص بسهولة بالتريتون 114 عند درجة حرارة نقطة الغيمة (60 مº) ومن ثم تقدير المبيد طيفيا عند الطول الموجي الاعظم (521 نانوميتر). تراوح المدى الخطي ضمن تراكيز ( 13.0 - 0.5نانوغرام مل - 1 ) و(20 - 1.0 نانوغرام مل - 1) وبمعامل امتصاص مولاري (104x2.07) و(104x1.83) ) لتر مول - 1 سم - 1 للطريقة (A) و(B) على التوالي . اما فيما يتعلق بحد الكشف فان القيم التي تم الحصول عليها بالطريقتين المقترحتين كانت افضل بكثير من التي نشرت في الادبيات العلمية وباستعمال تقنيات استخلاص حديثة مختلفة. كما تم احتساب حد الكشف للطريقة (MDL) اذ وجد انه يساوي (0.0032 - 0.0031 ملغم كغم - 1 ). طبقت الطريقتان المقترحتان بنجاح لتقدير مبيد الكاربيندازيم في عينات الترب الزراعية والخضروات والبرتقال وعينات الماء . واما الجزء الخامس فيه تم اقتراح طريقة اخرى لتقدير مبيد الكاربيندازيم تعتمد على تفاعل الازوتة - الاقتران بين الامين الناتج من تحلل هذا المبيد كاربيندازيم مع ملح الدايزونيوم لـكاشف 3 - امينوفينول لتكوين صبغة ايزو ذات لون برتقالي امكن استخلاصها بمايسيلات (micelles) المادة الفعالة سطحيا (surfactant)عند درجة حرارة الغيمة ( 65 مº ) لمدة (40 دقيقة) ومن ثم تقدير المبيد طيفيا عند الطول الموجي الاعظم (441 نانوميتر). كانت ارقام الاستحقاق التحليلية التي تم الحصول عليها بالطريقة المقترحة : المدى الخطي بتركيز(16.0 - 0.4 نانوغرام مل - 1 ) ، عامل الاغناء كان بمقدار(66.65) مرة ، حد كشف (0.51 نانوغرام مل - 1) وحد كمي (1.69 نانوغرام مل - 1، الامتصاصية (107x1.57) لتر مول - 1 سم - 1 وكفاية استخلاص (97.5 %). طبقت الطريقة المقترحة بنجاح لتقدير مبيد الكاربيندازيم في عينات الترب الزراعية والخضروات والبرتقال وعينات الماء . تم مقارنة نتائج الطرائق الثلاث لمبيد البينديوكارب احصائيا من حيث نتائج الاسترداد بالمئة باستعمال التصميم التجريبي (one factor experimental design) لمتغير واحد وتبين عدم وجود فرق معنوي بين الطرائق الثلاث المقترحة. وتبين عدم وجود فرق معنوي بين الطرائق الثلاث المقترحة. ويبن الاسلوب او النمط الخطي للارتداد لهذا التصميم في تحليل التباين على ان القيمة الحقيقية للاستراد بالمئة يساوي (97.973 % ) لعينة الخيار بينما كانت (99.043 %) لعينة البرتقال مع وجود اخطاء عشوائية لكل طريقة من خلال قيم المعاملات (coefficient ) التي تظهر بجانب كل طريقة. | In fact, the separation and extraction of trace amounts of pesticides in environmental samples did not receive wide attention by using the so - called cloud point extraction. This thesis includes three main chapters : Chapter One : includes a general introduction and classification of pesticides with a focus on carbamate pesticides as well as a brief introduction to pesticides under study (Bendiocarb and Carbendazim) and the chemical literature review of analytical methods for their determination. This chapter also dealt in detail with to learn the importance of using the surface - active substances, types, basic principles and applications of the cloud point extraction in analytical chemistry, and then went on Chapter objectives of this study. Chapter Two : composed of an outline of instrumental analytical technique, general apparatus and chemicals used in this study. Full details analytical procedures for CPE which have been designed for the estimation of the pesticide under study are made in this thesis. Chapter Three : highlight on the important part of this study, which deals with the results and discussion of two important issues of the analytical applications, namely separation, and enrichment by exploiting some organic reactions to form colored products with pesticides under study and the use of cloud point extraction methodology for their extraction and spectrophotometric determination. The first part included the method development to separate, enrich and determination of Bendiocarb (BC) pesticide using organic reagents and cloud point extraction coupled with molecular spectrophotometry. This method is based on the principle of Emerson reaction (oxidative - coupling reaction) using the reagent 4 - Aminoantipyrene which reacts with the phenolic compound resulting from the of alkaline hydrolysis of pesticide in the presence of oxidizing agent (potassium ferri cyanide) to form red product. This reaction is exploited in the designing of an analytical method for the first time via CPE to extract the colored product at temperature of cloud point of Triton X - 114, and then determined colorimetrically at 470 nm . Beer’s law was obeyed between (0.1 - 8.0) μg ml - 1with high sensitivity in terms of the molar absorptivity of (1.99x105) L mol - 1 cm - 1. The enrichment factor of (59.87) fold allows to achieve the limit of detection(LOD) of 0.076 μg ml - 1 limit of quantitation (LOQ) of 0.252 μg ml - 1 for bendiocarb by the proposed method. The newly established method has been applied for the detection of bendiocarb in soil, vegetables, orange and water samples. The second part includes the development of an analytical method based on the principle of oxidative coupling reactions via the reaction of the alkaline hydrolysis of BC pesticide to phenol with organic reagent O - Toluidine in the presence of oxidizing agent sodium periodate to form a yellow color product. This reaction was used in the designing of an analytical method for the first time using (CPE) to extract colored product at a temperature (75 ºC) for (30 minutes), and then and then determination of BC pesticide colorimetrically at 430 nm. It found that the proposed method follows the Beer - Lambert law in the concentration range (2 - 22) ng mL - 1. The enrichment factor was high (121) times, achieving excellent (LOD) of (0.44 ng ml - 1) , (LOQ) of (1.49 ng ml - 1) and the molar absorpitivity of (1. 02x107) L mol - 1 cm - 1 for BC pesticide. The results showed that the accuracy of the proposed method was a good in terms of recovery percent ranging from (91.16 - 100.31%) which confirms the systematic errors and the precision in terms of RSD% ranged between (1.18 - 2.09%), which confirms of the absence of random errors. The established method has been applied for the detection of bendiocarb in soil, vegetables, orange and water samples. The third part, an analytical method was proposed in accordance with CPE which depends on diazotization - coupling reaction between the phenolic product resulting from the alkaline hydrolysis of pesticide BC with diazonium salt of 2 - Bromoaniline reagent to form of a red - orange color azo dye which can be extracted into micelles of TX - 114 at CPT of (65 º C) for (20 min) and then BC determined spectrophotometrically at λmax of 450 nm. It found that the proposed method obeys Beer - Lambert law the concentration range (2 - 16) ng mL - 1 with molar absorptivity (7.71x106) L mol - 1 cm - 1. Results show that the enrichment factor was high and found to be (146.5) fold, achieving low LOD (0.41 ng ml - 1) and (LOQ) (1.36 ng ml - 1) of the BC pesticide. The established method has been applied for the detection of bendiocarb in soil, vegetables, orange and water samples. The results of the three proposed methods for BC pesticide were compared statistically in terms of percent recovery results via experimental design (one factor experimental design) for one variable and found there is no significant difference between the three proposed methods. The linear pattern of regression for this design in the analysis of variance shows that of the true value of the percent recovery equals to (97.631%) of the cucumber sample while it was (98.139%) of the tomato sample with a random errors of each method through values coefficient values which appeared next to each method. The fourth part includes the establishing of two Eco - friendly methods to estimate the ultra trace quantities of the pesticide Carbendazim (MBC) in the selected samples. The two methods depend on the oxidation of MBC with Fe(III) ions in acidic medium to form Fe(II). The method (A) is based on the reaction of Fe(II) ions with K3Fe(CN)6 to form a dye called Turnbull’s Blue which can be extracted into the micelles of Triton X - 114 at CPT (55 ºC), and then MBC estimated colorimetrically at 685 nm. Whilst the method (B) relied on reaction of Fe(II) ions with organic reagent (2 2' - bipyridyl) to form an orange complex which can be easily extracted into the micelles of Triton X - 114 at CPT (60 ºC) and then MBC estimated spectrophotometrically λmax of 521 nm. the linear ranges were (0.5 - 13 ng mL - 1) and (1.0 - 20 ng mL - 1), molar absorpitivities (2.07x104) and (1.83x104) L mol - 1 cm - 1for method (A) and (B) respectively. Regarding the LOD values obtained both methods were much better than that published in the chemical literature which used of different modern extraction techniques. The detection limit of the method (MDL was found to be equal to (0.0031 - 0.0032 mg kg - 1). The established methods have been applied for the detection of carbendazim in soil, vegetables, orange and water samples. The fifth part, we have suggested another method to estimate MBC pesticide which depends on diazotization - coupling reaction between the resultant amine from the alkaline hydrolysis of MBC pesticide with diazonium salt of 3 - aminophenol to form orange azo dye which can be extracted into the micelles of Triton X - 114 at CPT (65 ºC) for (40 min) and then MBC estimated colorimetrically at 441 nm. The analytical figures of merit obtained by the proposed methods as follow : linear concentration range (0.4 - 16.0 ng ml - 1), enrichment factor (66.65) fold, LOD (0.51 ng ml - 1) LOQ (1.69 ng ml - 1 ),molar absorpitivity (1.57x107) L mol - 1 cm - 1 and the extraction efficiency (97.5%). The established method has been applied for the detection of carbendazim in soil, vegetables, orange and water samples. The results of the three proposed methods for MBC pesticide were compared statistically in terms of percent recovery results via experimental design (one factor experimental design) for one variable and found there is no significant difference between the three proposed methods. The linear pattern of regression for this design in the analysis of variance shows that of the true value of the percent recovery equals to (97.973%) of the cucumber sample while it was (99.043%) of the orange sample with a random errors of each method through values coefficient values which appeared next to each method.
