Die Aufgabenstellung der vorliegenden Arbeit ergab sich aus der Notwendigkeit organische Schwefelverbindungen in stark belasteten wäßrigen Proben zu identifizieren, um das toxische Potential dieser Wässer abschätzen zu können. Bei der chromatographischen Trennung und Identifizierung der einzelnen Komponenten traten insbesondere dann Probleme auf, wenn die einzelnen Komponenten in Konzentrationsbereichen auftraten die um Größenordnungen differierten. Da auch durch selektive Detektion unbekannte Komponenten nicht direkt identifiziert werden können, wurde angestrebt durch geeignete Probenvorbereitungsschritte einerseits die gesuchten Zielsubstanzen anzureichern und andererseits störende Matrixbestandteile abzutrennen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es effektive und möglichst selektive Verfahren zu entwickeln, um organische Schwefelverbindungen aus wäßrigen Proben anzureichern. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Möglichkeiten erarbeitet. Für die Anreicherung von leicht- bis mittelflüchtigen Substanzen erwies sich die Adsorption an Ag2S aus der Gasphase als geeignet. Zur Extraktion mittel- bis schwerflüchtiger Verbindungen wurde eine Festphasenextraktionstechnik an einem mit Blei(II)ionen modifizierten Kationenaustauschermaterial entwickelt. Ein Vergleich beider Techniken erfolgte mit dem Verfahren der Festphasenmikroextraktion (SPME). Die adsorptive Anreicherung an Ag2S wurde mit einem Membranextraktionsschritt (ME) , Thermodesorption (TD) und GC/MS gekoppelt. Wie die SPME kann sie für den Nachweis leicht- bis mittelflüchtiger Verbindungen aus flüssigen, festen und gasförmigen Proben eingesetzt werden. Gegenüber der Festphasenmikroextraktion ermöglicht sie den Einsatz größerer Probemengen, was in niedrigeren Nachweisgrenzen (oberer bis mittlerer ng/l-Bereich) resultiert. Nachteile der entwickelten Technik bilden der höhere experimentelle Aufwand und die längeren Analysenzeiten. Das Festphasenextraktionsverfahren an dem mit Pb(II)ionen beladenen Kationenaustauschermaterial erlaubt gegenüber der SPME ebenfalls die Anwendung größerer Probenmengen und höherer Konzentrationen. Beide Verfahren zeigen vergleichbare Nachweisgrenzen (unterer µg/l - bis oberer ng/l-Bereich) für die verwendeten Modellsubstanzen. Sowohl durch die adsorptive Anreicherung an Silbersulfid als auch durch die Festphasenextraktion an Pb(II)-modifizierten Ionenaustauschmaterialien wird die Identifizierung unbekannter organischer Schwefelverbindungen in stark belasteten Proben erheblich erleichtert. Beide Methoden bilden als einfache und leistungsfähige Techniken wirkungsvolle Ergänzungen zu bereits etablierten Anreicherungsverfahren. Neben der Identifizierung und Analyse können die Techniken ebenfalls zur Entfernung von schwefelhaltigen Substanzen aus verschiedenen Matrizes dienen. Anwendungsmöglichkeiten der entwickelten Methoden bestehen neben der Umweltanalytik auch in der Lebensmittelchemie.

Orientadores: Susanne Rath, Jarbas José Rodrigues Rohwedder / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T11:12:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Orlando_RicardoMathias_D.pdf: 5151319 bytes, checksum: 53a60cd9c94d86b8a9e269a87ef0c9ac (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O preparo de amostra representa uma etapa determinante e crítica no processo de análise e a extração em fase sólida (SPE) é uma técnica amplamente empregada no preparo de matrizes complexas. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de dispositivos e procedimentos que permitem aplicar campos elétricos em SPE empregando cartuchos (E-SPE®), visando adicionar os mecanismos da eletroforese ao processo cromatográfico. Para tanto, foram desenvolvidos eletrodos e cartuchos que possibilitam a aplicação de campos elétricos, além de um sistema para monitorar e controlar parâmetros eletrocromatográficos tais como: vazão, corrente elétrica, potencial elétrico e temperatura. Com esses dispositivos foram realizadas extrações com aplicação de campo elétrico empregando compostos modelo aniônicos, catiônicos e anfotéricos. Para permitir uma melhor compreensão dos fenômenos envolvidos foram avaliados diversos parâmetros de extração, entre esses: concentração de íons em solução, pH, modificador orgânico, volume de solução de lavagem e tipo de sorvente. O sistema foi avaliado também na determinação de antimicrobianos em leite. Dependendo da polaridade empregada sobre os eletrodos, a aplicação do campo elétrico foi capaz de modular (acelerar ou retardar) a saída dos compostos modelo do cartucho. Os resultados de extração obtidos demonstraram a eficácia dos dispositivos desenvolvidos, além da grande potencialidade do uso de campos elétricos em SPE para obter maiores recuperações dos analitos de interesse e/ou remoção de interferentes / Abstract: Sample preparation is a crucial and determinant step for the analysis process and solid phase extraction (SPE) is a widely used technique in the preparation of complex matrices. The aim of this work was the development of devices and procedures for applying electric fields to SPE cartridges (SPE-E ®), in order to add the mechanisms of electrophoresis to the chromatographic process. For this purpose, electrodes and cartridges that allow the application of electric fields were developed, besides a system to monitor and control electrochromatographic parameters such as: flow, electric current, electric potential and temperature. By means of these devices, extractions with application of electric fields were performed using anionic, cationic and amphoteric model compounds. In order to allow a better understanding of the phenomena involved several extraction parameters were evaluated, among these: the concentration of ions in solution, pH, organic modifier, volume of washing solution and type of sorbent. The system was also evaluated for the determination of antibiotics in milk. Depending on the polarity of the electrodes used, the application of an electric field was able to modulate (accelerate or retard) the output of the model compounds from the cartridge. The extraction results obtained showed the effectiveness of the devices developed, and the immense potential of the use of electric fields in SPE to obtain better recoveries of the analytes and/or for removing interferents / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

The growing need for fast sampling of explosives in high throughput areas has increased the demand for improved technology for the trace detection of illicit compounds. Detection of the volatiles associated with the presence of the illicit compounds offer a different approach for sensitive trace detection of these compounds without increasing the false positive alarm rate. This study evaluated the performance of non-contact sampling and detection systems using statistical analysis through the construction of Receiver Operating Characteristic (ROC) curves in real-world scenarios for the detection of volatiles in the headspace of smokeless powder, used as the model system for generalizing explosives detection. A novel sorbent coated disk coined planar solid phase microextraction (PSPME) was previously used for rapid, non-contact sampling of the headspace containers. The limits of detection for the PSPME coupled to IMS detection was determined to be 0.5-24 ng for vapor sampling of volatile chemical compounds associated with illicit compounds and demonstrated an extraction efficiency of three times greater than other commercially available substrates, retaining >50% of the analyte after 30 minutes sampling of an analyte spike in comparison to a non-detect for the unmodified filters. Both static and dynamic PSPME sampling was used coupled with two ion mobility spectrometer (IMS) detection systems in which 10-500 mg quantities of smokeless powders were detected within 5-10 minutes of static sampling and 1 minute of dynamic sampling time in 1-45 L closed systems, resulting in faster sampling and analysis times in comparison to conventional solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS) analysis. Similar real-world scenarios were sampled in low and high clutter environments with zero false positive rates. Excellent PSPME-IMS detection of the volatile analytes were visualized from the ROC curves, resulting with areas under the curves (AUC) of 0.85-1.0 and 0.81-1.0 for portable and bench-top IMS systems, respectively. Construction of ROC curves were also developed for SPME-GC-MS resulting with AUC of 0.95-1.0, comparable with PSPME-IMS detection. The PSPME-IMS technique provides less false positive results for non-contact vapor sampling, cutting the cost and providing an effective sampling and detection needed in high-throughput scenarios, resulting in similar performance in comparison to well-established techniques with the added advantage of fast detection in the field.

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Die Aufgabenstellung der vorliegenden Arbeit ergab sich aus der Notwendigkeit organische Schwefelverbindungen in stark belasteten wäßrigen Proben zu identifizieren, um das toxische Potential dieser Wässer abschätzen zu können. Bei der chromatographischen Trennung und Identifizierung der einzelnen Komponenten traten insbesondere dann Probleme auf, wenn die einzelnen Komponenten in Konzentrationsbereichen auftraten die um Größenordnungen differierten. Da auch durch selektive Detektion unbekannte Komponenten nicht direkt identifiziert werden können, wurde angestrebt durch geeignete Probenvorbereitungsschritte einerseits die gesuchten Zielsubstanzen anzureichern und andererseits störende Matrixbestandteile abzutrennen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es effektive und möglichst selektive Verfahren zu entwickeln, um organische Schwefelverbindungen aus wäßrigen Proben anzureichern. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Möglichkeiten erarbeitet. Für die Anreicherung von leicht- bis mittelflüchtigen Substanzen erwies sich die Adsorption an Ag2S aus der Gasphase als geeignet. Zur Extraktion mittel- bis schwerflüchtiger Verbindungen wurde eine Festphasenextraktionstechnik an einem mit Blei(II)ionen modifizierten Kationenaustauschermaterial entwickelt. Ein Vergleich beider Techniken erfolgte mit dem Verfahren der Festphasenmikroextraktion (SPME). Die adsorptive Anreicherung an Ag2S wurde mit einem Membranextraktionsschritt (ME) , Thermodesorption (TD) und GC/MS gekoppelt. Wie die SPME kann sie für den Nachweis leicht- bis mittelflüchtiger Verbindungen aus flüssigen, festen und gasförmigen Proben eingesetzt werden. Gegenüber der Festphasenmikroextraktion ermöglicht sie den Einsatz größerer Probemengen, was in niedrigeren Nachweisgrenzen (oberer bis mittlerer ng/l-Bereich) resultiert. Nachteile der entwickelten Technik bilden der höhere experimentelle Aufwand und die längeren Analysenzeiten. Das Festphasenextraktionsverfahren an dem mit Pb(II)ionen beladenen Kationenaustauschermaterial erlaubt gegenüber der SPME ebenfalls die Anwendung größerer Probenmengen und höherer Konzentrationen. Beide Verfahren zeigen vergleichbare Nachweisgrenzen (unterer µg/l - bis oberer ng/l-Bereich) für die verwendeten Modellsubstanzen. Sowohl durch die adsorptive Anreicherung an Silbersulfid als auch durch die Festphasenextraktion an Pb(II)-modifizierten Ionenaustauschmaterialien wird die Identifizierung unbekannter organischer Schwefelverbindungen in stark belasteten Proben erheblich erleichtert. Beide Methoden bilden als einfache und leistungsfähige Techniken wirkungsvolle Ergänzungen zu bereits etablierten Anreicherungsverfahren. Neben der Identifizierung und Analyse können die Techniken ebenfalls zur Entfernung von schwefelhaltigen Substanzen aus verschiedenen Matrizes dienen. Anwendungsmöglichkeiten der entwickelten Methoden bestehen neben der Umweltanalytik auch in der Lebensmittelchemie.

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The use of microfluidic tools to develop two novel approaches to surface-based oligonucleotide hybridization assays has been explored. In one of these approaches, immobilized oligonucleotide probes on a glass surface of a microfluidic channel were able to quantitatively hybridize with oligonucleotide targets that were electrokinetically injected into the channel. Quantitative oligonucleotide analysis was achieved in seconds, with nM detection limits and a dynamic range of 3 orders of magnitude. Hybridization was detected by the use of fluorescently labeled target. The fluorescence intensity profile evolved as a gradient that could be related to concentration, and was a function of many factors including hybridization reaction rate, convective delivery speed, target concentration and target diffusion coefficient. It was possible to acquire kinetic information from the static fluorescence intensity profile to distinguish target concentration, and the length and base-pair mismatches of target sequences. Numerical simulations were conducted for the system, and fit well with the experimental data. In a second approach, a solid-phase nucleic acid assay was developed using immobilized Quantum Dot (QD) bioprobes. Hybridization was used to immobilize QDs that had been coated with oligonucleotides having two different sequences. The hybridization of one oligonucleotide sequence conjugated to a QD (a linker sequence) with a complementary sequence that was covalently attached to a glass substrate of a microfluidic channel was shown to be an immobilization strategy that offered flexibility in assay design, with intrinsic potential for quantitative replacement of the sensing chemistry by control of stringency. A second oligonucleotide sequence conjugated to the immobilized QDs provided for the selective detection of target nucleic acids. The microfluidic environment offered the ability to manipulate flow conditions for control of stringency and increasing the speed of analytical signal by introduction of convective delivery of target sequences to the immobilized QDs. This work introduces a stable and adaptable immobilization strategy that facilitates solid-phase QD-bioprobe assays in microfluidic platforms.

A new solid phase microextraction system composed of nanotubes coating fixed on a stainless steel support is suggested. Thermal stability and selectivity of the system was examined. It was determined that the system can be used for direct and headspace extraction of volatile aromatic hydrocarbons. Possibilities of four liquid phase microextraction techniques – hollow fibre liquid phase microextraction, liquid phase microextraction based on the solidification of a floating drop, dispersive liquid-liquid microextraction and dispersion-solidification liquid-liquid microextraction – for the extraction of volatile aromatic hydrocarbons were investigated. Extraction conditions of the investigated methods were optimized and the main analytical characteristics were determined. For all the methods detection limits and repeatability of the results are close. An exception is dispersive liquid-liquid microextraction with slightly higher detection limits. An extraction is especially fast using dispersive liquid-liquid microextraction and dispersion-solidification liquid-liquid microextraction. The most time-consuming method is liquid phase microextraction based on the solidification of a floating drop. All the methods are suitable for clean sample extraction. For the extraction from complex matrices the most suitable methods are headspace solid phase microextraction and hollow fibre liquid phase microextraction. The prepared microextraction techniques were applied for water and snow... [to full text] / Pasiūlyta nauja kietafazės mikroekstrakcijos sistema, kurioje nerūdijančio plieno strypelis dengtas anglies nanovamzdeliais, ištirtas jos terminis stabilumas ir atrankumas, nustatyta, kad sistema tinka lakių aromatinių angliavandenilių ekstrakcijai iš tirpalo ir iš viršerdvės. Ištirtos keturių skysčių-skysčių mikroekstrakcijos metodų - skysčių-skysčių mikroekstrakcijos kapiliare, mikroekstrakcijos užšaldomu tirpiklio lašu, dispersinės skysčių-skysčių mikroekstrakcijos ir dispersinės skysčių-skysčių mikroekstrakcijos užšaldant ekstraktą - galimybės ekstrahuoti lakius aromatinius angliavandenilius. Optimizuotos tirtų metodų ekstrakcijos sąlygos, nustatytos pagrindinės analizinės charakteristikos. Visų metodų rezultatų pasikartojamumas ir aptikimo ribos artimi. Išimtis – dispersinė skysčių-skysčių mikroekstrakcija, kuria gautos kiek didesnės aptikimo ribos. Greičiausi ekstrakcijos metodai - dispersinė skysčių-skysčių mikroekstrakcija ir dispersinė skysčių-skysčių mikroekstrakcija užšaldant ekstraktą, ilgiausiai trunka mikroekstrakcija užšaldomu tirpiklio lašu. Švarių mėginių ekstrakcijai tinka visi tirti metodai, užterštiems mėginiams geriau tinka kietafazė mikroekstrakcija iš viršerdvės arba skysčių-skysčių mikroekstrakcija kapiliare. Paruoštos lakių aromatinių angliavandenilių mikroekstrakcijos metodikos pritaikytos vandens ir sniego mėginių analizei.

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New GC-MS method combined with SPE preconcentration step has been developed and optimized for the determination of selected fluorotelomer alcohols in aqueous samples by advanced statistical method in this thesis. 1H,1H,2H,2H-perfluoro-1-octanol (6:2 FTOH) and 1H,1H,2H,2H-perfluoro-1-decanol (8:2 FTOH) have been selected as the analytes. The influence of several factors, such as the sample volume, the carrier gas pressure, the sampling time and the injector temperature on the system response have been studied during the optimization. Utilizing the statistical software Minitab 16 and series of experiments, the optimal values of relevant factors and a suitable type of ionization were found for both analytes. Limits of detection of GC-MS method are 0.24 ng/mL for 6:2 FTOH and 0.42 ng/mL for 8:2 FTOH. Several factors, such as the type and the volume of conditioning agent, the speed of conditioning, the speed of sample flow, the method of column drying, the type and the volume of eluent have been tested for SPE. The optima of these factors were determined using Minitab 16 software. The extraction efficiency dependence on the concentration and volume of the stock solution was used to set the limitation of SPE for the determination of fluorotelomer alcohols. The maximum volume of sample equals to 400 mL...