KFUPM ePrints

ANALYTICAL METHODS DEVELOPMENT FOR THE ANALYSES OF ORGANO-METALLIC AND ORGANIC MICRO-CONTAMINANTS IN ENVIRONMENTAL MATRICES

l ANALYTICAL METHODS DEVELOPMENT FOR THE ANALYSES OF ORGANO-METALLIC AND ORGANIC MICRO-CONTAMINANTS IN ENVIRONMENTAL MATRICES. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF - Accepted Version
4Mb

Arabic Abstract

مؤخراً كَانتْ بؤرةَ البحثِ العديد علي البحث عن مواد متطورة جديدة. و في مجال الكيمياء التحليلية تم وضع اهتمام كبير للمواد النانوية المثقّبة من مصادر مختلفة تتضمن كربونات الكالسيوم من قشر البيض الطيور• بسبب تراكيبِها المثقّبةِ الجوهريةِ ،الباحثون الآن يكرسون الكثير من الجهد لإعداد وتطبيق البلورات النانوي. كشف تأيّنِ لهبِ لتحليل المواد الفصل با لغاز و مبتكرة مع μ - SPE قد وصفت طريقة إستخلاص في هذا الاتجاه مواد الترابط البيئية. أُختبرتْ العوامل المُخْتَلِفة التي قَدْ في (PAHs) الهيدروكربونية الأروماتية المتعددة الحلقات ،٨٥-١١٠ ٪ الطريقةُ المتطورةُ مبالغ الإ سترداد عاليةِ هذه عَرضتْ .PAHs تُؤثّرُ على المبالغ الإستخلاص لسبعة ، وتنطوي على استخدام الحد الأدنى من المذيبات(RSD ١٣٪) وإغناء عيّنةِ عاليِ(٣٨٨-١٤٣٣)والتكرار الجيدة وقَارنتْ الطريقةُ إيجابياً إلى التقنياتِ المُخْبَرة عَنْهاِ سابقاً . وكشف تحليل مياه البحر من ميناء الدمام وجود الحليلات .ng ml-1 بتركيزات بين٠٫١٥ و ١٣٫٤٣ السلفون في هذه الدراسة استخدمت الأغشية و.(CHCs)وقد تم تطوير طريقة لتحديد الهيدروكربونات المكلورات باعتبارها الماصة لإستخلاص sCHC من عينات المياه. توجد في هذه الأغشية مجموعتان وظيفيتان من المتعددة وإستر (E-PPSU) باْعبر الوصلة وبغير عبر الوصلة. و تم استخدام ٥٠ ملغ من هذه (PPSU - A) حامض الأغشيةلإستخلاص ١۰ مليلتر من الماء الذي يحتوي على الحليلات • و بعد الإستخلاص استخدمت المذيبات مع التطييف الكلتي. الفصل با لغازوالسائل ثم تحليل العضوية لإذابة الحليلات المُكَثَّفة TCB١ و, ٢, ٣-TCMBو ١, ٢, ٣, ٤-TeCBو,١, ٢, ٤, ٥-TeCBو, PeCB: CHCsوقد عرضت ثمانية المدة على الوفاء البارامترات التجريبية مثل حُسّنتْ و مركّبات نموذجية HCBو ١, ٣, ٥-TCBو HCBDو الإستخلاص والمدة لإذابة الحليلات المُكَثَّف ونوع غشاء البوليمر وكذلك شكل المذيب لِالمج. و باستخدام أفضل الظروف للإستخلاص كَانتْ أقواس تحديدِ خطيّة بمعاملات الارتباط بين٠٫٩٩٥٤ و٠٫٩٩٩٩ على مدى تركيزَ ٠٫٠١ .ng l-1٣٫٩ وحدودالكشف لهذه الطريقة(نسبة الإشارة إلى الضوضاء من ٣) كَانتْ في مدى ٠٫٤ إلى.µg l-1 إلى٥٠ في عينات مياه الشرب. CHCs لتحديد وقيّمَت الطريقة المُقتَرَحة تَستعملُ هذه الطريقة إستخلاص.MCPA وMCPP وُضّحت طريقة حسّاسة ودقيقة لتحديد مبيدي أعشاب حامضيينِ، و الطور لتركيز مع الإستنتاج الحليلات بالتزامن. وقد تم تحقيق العوامل التي تُؤثّرُ على أداءِ نقلَ محفّز بمساعدة نقطةِ غيمةِ في الماء و مدّةِ الإستخلاص ونوع وكمية الكواشفِ الإستنتاج هذه الطريقةِ بضمن ذلك التركيز الهيدروجيني ونوع وكمية محفزنقل الطور. وقدأثبتت الإنتجاج ومحفزنقل الطور غاية أهميتهما للتبين وللتحديد الحليلات مع أفضلية ضمن مجموعة (R2٠٫٩٩١١-٠٫٩٩٥٦) عَرضتْ الطريقةَ خطيةً و بعاملِ فائدةِ ٥٫٥-٢٨٨ المُحَفَّزِ على الإجراءِ غيره (٨٫٠٢ ng l-1 - ٣۰٫۰٤ ng l-1) الحدود المنخفضة للكشفِ الإثنان ستسمح.ng ml-1 ٠٫١-٨٠ واسعة من تركيزات تحديد هذه الحليلات المنخفضةِ التركيز في العيناتِ الحقيقيةِ• وقد تبين عدم وجود تأثير مواد الترابط السلبيِ من طريقة .ng ml-1 بتركيزات بين ٠٫٢۷ و٠٫٨٤ MCPP وجود تطبيق الطريقةِ لعينات حقيقية كَشفتْ حسابات الإ سترداد. وتحددنَا تركيزات الأساس لستة أنواع من القصدير العضوية في عينات الرواسب والمياه في ٢٧ مواقع من الساحل الجنوبي للخليج العربي. تم العثور على القصدير العضوي من ميناء الملك عبدالعزيز والشحن القناة وقرب من كورنيش الدمام وداخل ميناء جوبيل التجاري و بقية الأماكن التي أخذ منها العينات في المملكة العربية السعودية ١٨٧٠٫٥ فى الرواسب. ±٢١٫٦٥ في الماء و g/ng ٢٦٩٫٢٣ ±٥٫٥ µg/L بتركيزات فى البيئة الملوثات الجديدة من هذه نِسَب تريبوتيلتين وتريفينيلتين إلى منتجات تحللها توحي بوجود المدخلات و البحرية. وهذا الجهاز محمي في غشاءِ مثقّبِ.μ - SPE مستندا على اسلوب وقد تم وضع جهازمبتكر لأخذ العينات الميدانية وقد تم وضعه لتحديد ٨ الهيدروكربونات الأروماتية المتعددة الحلقات• تصنفت أسينافذين وأنثراسين وكريسين وفلورانثين وفلورين والنفثالين وفينانثرين وبيرين ملوثات رئيسية من قبل الوكالة الأميركية لحماية البيئة (EPA). هذا الجهازالمنخفض الكلفةِ هو أول الجهاز الذي يستخدم مزيجا من المواد الماصة للاستخلاص الهيدروكربونات في الموقع. صِناعَته سّهلة ويوفر مزايا عديدة أكثر من غيره من التقنيات التقليدية الأروماتية المتعددة الحلقات لأخذ العينات الميدانية• في هذا الإجراء ، تم استخلاص الهيدروكربونات في الموقع ثم رُجعت هذه الأجهزة الصغيرة الحجم والتي يمكن إعادة استخدامها مرارا إلي المختبر لِالمج أولا ثم الفصل با لغاز والسائل مع التطييف الكلتي. ومنحنيات.١٦٫٦ ng l-1 و ٠٫٣٦ ng l-1 تراوحت حدود طريقة الكشف عن الحليلات في عينات من مياه البحر بين أقل من ستة في المئة (٪ RSD) وكانت الانحرافات القياسية النسبية.٠٫٠٥ - ١٠ µg l-1 المعايرة خطية على تركيز حليلات• وكانت هذه g l-1٠٫٠٥ مقدار من الماء الذي يحتوي على بين ٩٥ و ١٠۷ ٪ ومبالغ الإ سترداد (n=٣) وأكدت نتائج التحقيقات من النشر.التقليدية SPE المنهجية القيم أفضل من تلك التي تم الحصول عليها باستخدام الهيدروكربونات الأروماتية المتعددة الحلقات في الموقع. فائدة استخدام هذا الجهاز الجديد للاستخلاص الميدانية

English Abstract

In recent times, the search for new advanced materials has been the focus of numerous research interests. In the field of analytical chemistry, great attention has been paid to nano-porous materials from different sources including calcium carbonate from waste avian eggshells. Due to their intrinsic porous structures, researchers are now dedicating much effort to the preparation and applications of calcium carbonate nanocrystals. In this direction, a novel micro solid-phase extraction method (µ-SPE) in combination with gas chromatography flame ionization detector (GC-FID) is described for the analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in environmental matrix, with calcium carbonate nanocrystals as sorbent material. Various factors that might affect extraction recoveries were tested for seven PAHs. The developed method displayed high extraction recoveries (85-110%), high sample enrichment (388-1433), good repeatability (%RSD 13) and involved the use of minimal solvents. This method compared favorably to previously reported techniques. Analysis of sea water from Dammam Port revealed the presence of the analytes at concentrations between 0.15 and 13.43 ng ml-1. A method for the determination of chlorinated hydrocarbons (CHCs) was developed. In this study, functionalized polysulfone membrane has been utilized as a sorbent for the extraction of CHCs in water samples. Two different functionalized polysulfones, (i) phosphonic acid functionalized polysulfone (PPSU-A) and (ii) phosphonic ester functionalized polysulfone (PPSU-E), both with cross-linked and non cross-linked sub-types, were evaluated for the extraction of CHCs in water. A 10 ml of spiked water sample was extracted with 50 mg of the functionalized membrane. After extraction, the membrane was desorbed by organic solvent and the extract was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry. Eight CHCs, 3, 5-trichlorobenzene (1, 3, 5-TCB), 1, 2, 3-trichlorobenzene (1, 2, 3-TCB), 1, 1, 2, 3, 4, 4-hexachloro-1, 3-butadiene (HCBD), 1, 2, 4-trichloro-3-methylbenzene (TCMB), 1, 2, 3, 4-tetrachlorobenzene (1, 2, 3, 4-TeCB), 1, 2, 4, 5-tetrachlorobenzene (1, 2, 4, 5-TeCB), pentachlorobenzene (PeCB) and hexachlorobenzene (HCB) were used as model compounds. Experimental parameters such as extraction time, desorption time, type of polymer membrane as well as the nature of desorption solvent were optimized. Using optimum extraction conditions, calibration curves were linear with correlation of determination between 0.9954 and 0.9999 over the concentration range of 0.01 to 50 µg l-1. The method detection limits (at a signal-to-noise ratio of 3) were in the range of 0.4 to 3.9 ng l-1. The proposed method was evaluated for the determination of CHCs in drinking water samples. A sensitive and accurate method for the determination of two acidic herbicides, 4-chloro-2-methylphenoxy acetic acid (MCPA) and 4-chloro-2-methylphenoxy propanoic acid (MCPP), in water was explained. This method utilizes phase transfer catalyst-assisted cloud point extraction (CPE) for the preconcentration of the analytes simultaneously with derivatization. Factors affecting the performance of this method including pH of the aqueous matrix, temperature, extraction duration, type and amount of derivatization reagents and type and amount of the phase transfer catalyst (PTC) were investigated. Derivatization and PTC have proved especially vital to resolution of the analytes and their sensitive determination, with an advantage factor of 5.5-288 for catalyzed over non-catalyzed procedure. Within a wide range of concentrations (0.1-80 ng ml-1), the method displayed linearity (R2, 0.9911-0.9956). The low limits of detection for the two analytes (8.02 ng l-1 for MCPP and 30.04 ng l-1 for MCPA) would allow for the determination of these compounds of low concentrations in real samples. Negative matrix effect was eliminated through recovery calculations. Application of the method to real samples has revealed the presence of MCPP at concentrations between 0.27±0.01 and 0.84±0.06 ng ml-1. Baseline concentrations of six species of organotin in sediments and water samples were determined at 27 locations in the southern coast of the Arabian Gulf. Organotins were found at King AbdulAziz Port, Shipping Channel, near Dammam Corniche and inside Jubail Commercial Port, and other sampling locations in Saudi Arabia, at concentrations of 21.65±5.5 μg L-1 in water and 1870.5±269.23 ng g-1 in sediment. The ratios of tributyltin and triphenyltin to their degradation products suggest fresh inputs of these contaminants into the marine environment. A novel field sampling device based on porous membrane protected micro-solid phase extraction (-SPE) has been developed to determine 8 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Acenaphthene, anthracene, chrysene, fluoranthene, fluorene, naphthalene, phenanthrene and pyrene are classified as major pollutants by the US Environmental Protection Agency (EPA). This low cost device is the first field sampling device that utilizes a combination of sorbent material for onsite extraction of PAHs. It is easy to fabricate and offers many advantages over conventional field sampling techniques. In this procedure, PAHs were extracted onsite using this -SPE device. The small sized and reusable devices were then brought back to the laboratory for desorption followed by gas chromatography-mass spectrometric (GC-MS) analysis. The method detection limits for PAHs in sampled seawater ranged from 0.36 ng l-1 to 16.6 ng l-1. Calibration curves were linear over the concentration range of 0.05 to 10 µg l-1. The relative standard deviations (%RSD) were ≤5% (n=3) and the recoveries were between 95 and 107% for 0.05 g l-1 spiked samples. These values were better than the ones obtained using conventional SPE methodology. Results for field deployment investigations confirmed the usefulness of the novel device for on-site analysis of PAHs.



Item Type:Thesis (PhD)
Subjects:Chemistry
Environmental
Divisions:College Of Sciences > Chemistry Dept
Committee Advisor:Al-Arfaj, Prof. Abdulrahman
Committee Co-Advisor:Chanbasha, Dr. Basheer
Committee Members:Bukhari, Alaa and Maung, T.H. and Al-Thukair, Asaad A
ID Code:138558
Deposited By:ABDULMUMIN NUHU
Deposited On:15 Apr 2012 10:59
Last Modified:15 Apr 2012 10:59

Repository Staff Only: item control page