توسعه روش میکرو استخراج فاز جامد بر مبنای کامپوزیت نانو ZnO و نانوتیوب کربنی چند جداره برای استخراج و اندازه گیری برخی هیدرو کربن های چند حلقه ای آروماتیک در تنباکو
محورهای موضوعی : فصلنامه کیفیت و ماندگاری تولیدات کشاورزی و مواد غذاییرضوان عسکری بدویی 1 , مریم کاظمی پور 2 , ندا محمدی 3 , محمد مهدی پور 4
1 - گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمان، کرمان، ایران
2 - استاد، گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمان، کرمان، ایران
3 - استادیار، مرکز تحقیقات داروهای گیاهی و سنتی، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران
4 - معاونت غذا و دارو، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران
کلید واژه: نانوذرات اکسید روی, نانولوله کربنی چند جداره, نانوکامپوزیت, روش میکرو استخراج فضای فوقانی, کروماتوگرافی گازی,
چکیده مقاله :
با گسترش استفاده از مواد فسیلی، آلودگی مواد غذایی به هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقه‌ای(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: PAHs)ا به یک تهدید سلامتی در سراسر دنیا تبدیل شده به نحوی که بسیاری از مراجع نظارتی برای آنها حدود مجاز تعیین نموده‌اند. امروزه اندازه‌گیری این آلاینده‌ها در مواد غذایی یکی از زمینه‌های مهم تحقیقاتی به شمار می‌آید. در این پژوهش، پوشش نانوکامپوزیت ZnO /MWCNTs بر روی سیم استیل ساخته شد و به عنوان یک پوشش فیبر میکرو استخراج فاز جامد فضای فوقانی جدید (HS-SPME) برای استخراج مقادیر ناچیز آلاینده‌های زیست‌محیطی بررسی شد. مشخصات نانوکامپوزیت تهیه شده با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای موثر بر HS-SPME هیدروکربن ها (به عنوان مثال ، دما و زمان استخراج ، دما و زمان واجذب و غلظت نمک) با استفاده از روش یک متغیر در هر زمان، بررسی و بهینه سازی شدند. این پوشش برای اندازه‌گیری 4 PAHs شامل نفتالن، فلورن، آنتراسن و فنانترن در نمونه آب قلیان به دست آمده از تنباکوهای مختلف مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به دست آمده در این کار نشان می دهد که نانوکامپوزیت تهیه شده می‌تواند ماده پوششی امیدوار کننده‌ای برای کاربردهای آینده SPME و تکنیک‌های تهیه نمونه مربوطه باشد. این روش در محدوده غلظت 1 تا 20 میکروگرم بر لیتر برای 4 PAHs مورد نظر خطی و انحراف استاندارد نسبی روش زیر 9 درصد بوده و حداقل تعیین مقدار به طور کلی حدود 3/0 میکروگرم بر لیتر به دست آمد.
With the expansion Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), the contamination of food with these pollutants has become a health threat all over the world in such a way that many regulatory authorities have set permissible limits for them. Today, the measurement of these pollutants in food is one of the important research fields. In this research, ZnO/MWCNTs nanocomposite coating was fabricated on stainless steel and investigated as a new upper space solid phase microextraction (HS-SPME) fiber coating for extracting small amounts of environmental pollutants. The characteristics of the prepared nanocomposite were evaluated using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The parameters affecting the HS-SPME of hydrocarbons (for example, extraction temperature, extraction time, desorption temperature, desorption time, and salt concentration) were investigated and optimized using the method of one variable at a time. The coating was used to measure 4 PAHs including naphthalene, fluorene, anthracene and phenanthrene in hookah water samples obtained from different tobaccos. The results show that the prepared nanocomposite can be a promising coating material for future applications of SPME and related sample preparation techniques. This method was linear in the concentration range of 1 to 20 μg/liter for the 4 PAHs, and the RSD% of the method was less than 9%, and the LOQ were generally around 0.3 μg/liter.
دوره سوم/ شماره چهارم/ بهار 1403/ مقاله پژوهشی/صفحات 97-90 https://www.qafj.iauk.ac.ir
رضوان عسکری بدویی1، مریم کاظمی‌پور*2، ندا محمدی3، محمد مهدی‌پور4
1-دانشجوی دکتری، گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمان، کرمان، ایران
2- استاد، گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمان، کرمان، ایران
3- استادیار، مرکز تحقیقات داروهای گیاهی و سنتی، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران
4-دانش آموخته دکتری، معاونت غذا و دارو، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران
* نویسنده مسئول: m.kazemipour@iauk.ac.ir
دریافت مقاله: 11/5/1403، پذیرش مقاله: 20/5/1403
چكيده
با گسترش استفاده از مواد فسیلی، آلودگی مواد غذایی به هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقه‌ای(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: PAHs)ا به یک تهدید سلامتی در سراسر دنیا تبدیل شده به نحوی که بسیاری از مراجع نظارتی برای آنها حدود مجاز تعیین نموده‌اند. امروزه اندازه‌گیری این آلاینده‌ها در مواد غذایی یکی از زمینه‌های مهم تحقیقاتی به شمار می‌آید. در این پژوهش، پوشش نانوکامپوزیت ZnO /MWCNTs بر روی سیم استیل ساخته شد و به عنوان یک پوشش فیبر میکرو استخراج فاز جامد فضای فوقانی جدید (HS-SPME) برای استخراج مقادیر ناچیز آلاینده‌های زیست‌محیطی بررسی شد. مشخصات نانوکامپوزیت تهیه شده با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای موثر بر HS-SPME هیدروکربن ها (به عنوان مثال ، دما و زمان استخراج ، دما و زمان واجذب و غلظت نمک) با استفاده از روش یک متغیر در هر زمان، بررسی و بهینه سازی شدند. این پوشش برای اندازه‌گیری 4 PAHs شامل نفتالن، فلورن، آنتراسن و فنانترن در نمونه آب قلیان به دست آمده از تنباکوهای مختلف مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به دست آمده در این کار نشان می دهد که نانوکامپوزیت تهیه شده می‌تواند ماده پوششی امیدوار کننده‌ای برای کاربردهای آینده SPME و تکنیک‌های تهیه نمونه مربوطه باشد. این روش در محدوده غلظت 1 تا 20 میکروگرم بر لیتر برای 4 PAHs مورد نظر خطی و انحراف استاندارد نسبی روش زیر 9 درصد بوده و حداقل تعیین مقدار به طور کلی حدود 3/0 میکروگرم بر لیتر به دست آمد.
واژههای کلیدی: نانوذرات اکسید روی، نانولوله کربنی چند جداره، نانوکامپوزیت، روش میکرو استخراج فضای فوقانی، کروماتوگرافی گازی
مقدمه
PAHها گروهی از ترکیبات آلی حاوی حلقه‌های بنزن هستند که به طور طبیعی یا توسط فعالیت‌های انسانی مرتبط با صنعتی‌شدن و شهرنشینی تولید می‌شوند [1].PAH ها بعنوان مواد سمی آلاینده‌های محیطی در نظر گرفته شده‌اند که می‌توانند در گیاهان و جانوران تجمع یافته و بخشی از زنجیره غذایی انسان شوند[2, 3]. از اثرات مضر سلامتی انسان در معرض PAH ها میتوان به مشکلات تنفسی، اثرات پوستی، مشکلات تولید مثل، رفتاری، سمیت عصبی و حتی انواع سرطان اشاره نمود. پس از قرار گرفتن انسان در معرض PAH ها، به دلیل حلالیت بالای این مواد در چربی‌ها، به سرعت در طیف گسترده‌ای از بافت‌ها و چربی‌های بدن توزیع می‌شوند[4-7]. به دلیل اثرات این مواد بر سلامتی انسان، این ترکیبات به عنوان آلاینده‌های اولویت‌دار توسط سازمان بهداشت جهانی (WHO) در نظر گرفته شده‌اند[8].PAH ها اغلب در سطوح کم در نمونه‌های محیطی وجود دارند و اندازه‌گیری آنها باید از طریق روش‌های بسیار حساس انجام شود. تعیینPAH ها در زمینه‌های مختلف مانند ارزیابی کیفیت هوا، نظارت بر اثرات بهداشتی، نظارت بر محیط زیست و ایمنی مواد غذایی مهم است[9]. بنابراین، انتخاب روش اندازه‌گیری، یک مرحله حیاتی برای ردیابی دقیق این مواد است. روش‌های معمول تهیه نمونه مانند استخراج مایع مایع (LLE) و استخراج فاز جامد (SPE) معمولاً در اندازه‌گیری ترکیبات آلی کمیاب استفاده می‌شوند. با این حال، این روشها محدودیت‌هایی مانند زمان بربودن، حساسیت کم، نیاز به مقدار زیادی حلال آلی و احتمال از بین رفتن آنالیت را دارند. کوچک‌سازی و خودکار کردن از نکات کلیدی در توسعه تکنیک‌های آماده‌سازی نمونه است که شامل اصول شیمی سبز است[10-12]. میکرو استخراج فاز جامد (SPME) یک تکنیک آماده سازی نمونه بدون حلال، حساس و کارآمد برای ترکیبات مختلف در طیف وسیعی از ماتریس‌ها است. علاوه بر این، استفاده از این روش منجر به بهبود ارقام شایستگی روش تجزیه‌ای از جمله بازیابی، دقت و حد تشخیص (LOD) شده است[13, 14].
مواد غذایی می‌توانند در طی مراحل مختلف آماده‌سازی، مانند تیمارهای حرارتی، بو دادن، پخت و سرخ‌کردن به PAHها آلوده شوند. بنابراین، PAH ها در انواع نمونه‌های غذایی از جمله چای، قهوه بوداده، میوه‌ها ، سبزیجات، روغن‌ها، شیر، پنیر دودی و گوشت دودی ممکن است یافت شوند[15].
هدف از کار حاضر ساختن یک پوشش جدیدSPME با استفاده از نانوکامپوزیت ZnO/MWCNTs میباشد تا برای استخراج PAHها در نمونه های آب قلیان تنباکو با طعم های مختلف(بعنوان یک نمونه طبیعی) به کار گرفته شود. برای بهبود عملکرد پوشش جدید برای استخراج PAHها از نمونه های آب قلیان تنباکو با استفاده از میکرو استخراج فاز جامد فضای فوقانی، شرایط مختلف بررسی شد.
مواد و روشها
مواد به کار رفته در این مطالعه عبارت بودند از: استات روی دو آبه، سدیم کلرید و سدیم هیدروکسید که از شرکت آلمانی مرک تهیه شدند. نفتالین، فولرن، فنانترن، انتراسن، استونیتریل و نانولوله کربنی چند دیواره که از شرکت سیگما آلدریچ تهیه شد. دستگاه‌های مورد استفاده در این تحقیق عبارت بودند از: آنالیزهای کروماتوگرافی گازی بر روی سیستم کروماتوگرافی گازی Agilent مدل 7890A )پالو آلتو ، کالیفرنیا ، ایالات متحده آمریکا) مجهز به آشکارساز یونیزاسیون شعله (FID) و سیستم انژکتور تقسیم / بدون تقسیم انجام شد. . با استفاده از طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز نوع پیوندهای تشکیلدهنده ماده و مقدار خلوص آن با دقت زیادی تعیین میشود. طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) با استفاده از دستگاه Bruker's VERTEX 70v FT-IR انجام شد. از یک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مدل EM3200 از KYKY Zhongguancun (پکن ، چین) برای ارزیابی مورفولوژی سطحی پوشش‌های الیاف نانوکامپوزیتی استفاده شد.
تهیه نانواکسید روی
به منظور تهیه نانوذرات اکسید روی 77/1 گرم سدیم هیدروکسید با 100 میلی‌لیتر اتانل در یک بالن ژوژه ریخته و برای مدت 30 دقیقه به کمک همزن مغناطیسی به خوبی هم زده شد. سپس در بشر دیگر 02/4 گرم استات روی دوآبه و 150 میلی‌لیتر آب به مدت نیم ساعت روی همزن مغناطیسی قرار گرفت تا استات روی به طور کامل در آب حل شود. سپس محلول استات روی به محلول اولیه سدیم هیدروکساید اضافه شد و به مدت 2 ساعت مخلوط شد. پس از این مراحل رسوب سفید رنگ بدست آمده از کاغذ صافی عبور داده شد. رسوب به دست آمده داخل آون خشک شد
تهیه کامپوزیت نانو اکسید روی- نانو لوله کربنی
برای تهیه نانوکامپوزیت و بهینه کردن آن ابتدا 02/0 گرم اکسید روی با 015/0 گرم سدیم دو دسیل سولفات و 20 میلی‌لیتر آب دیونیزه و90 میکرولیتر آنیلین با هم مخلوط شده و به مدت 15 دقیقه داخل دستگاه التراسونیک قرار گرفت. این کار یکبار با نانولوله کربنی به جای اکسید روی، و بار دیگر با 01/0 گرم اکسید روی و01/0 گرم نانولوله کربنی انجام شد. در نهایت محلول تهیه شده روی همزن قرار داده شد و با استفاده از دستگاه کولن‌متر به مدت 15 دقیقه نانو کامپوزیت نانو اکسید روی نانو لوله کربنی روی فیبر استیل سمباده کشیده شده نشانده شد. سپس فیبر تهیه شده به مدت 2 ساعت داخل آون قرار داده شد..
روش میکرو استخراج فاز جامد
میکرو استخراج فاز جامد فضای فوقانی (HS-SPME) با فیبر نانوکامپوزیتی نصب شده در یک ابزارSPME انجام شد. برای انجام عملیات استخراج ابتدا یک محلول 10ppb ساخته شد (نفتالین، فولرن، فنافترن، انتراسن در حلال استونیتریل). سپس10 میلی لیتر از محلول 10ppb با مقداری نمک در یک ویال 10 میلی لیتری ریخته و روی همزن مغناطیسی قرار داده شد. در مرحله بعد فیبر در فضای بالای محلول در دمای اتاق قرار گرفته تا عمل استخراج انجام شود. برای دستیابی به شرایط بهینه استخراج عوامل مختلف موثر شامل مقدار نمک بین 1-3 گرم، دما بین 80-20 درجه سانتی گراد و زمان بین 10 تا 80 دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. پس از استخراج با شرایط بهینه فیبر به مدت 5 دقیقه در محفظه تزریق دستگاه GC-FID با دمای 280 درجه سانتیگراد جهت واجذبی آنالیتها قرار داده شد.
بحث و نتیجهگیری
مشخصه یابی فیبر تهیه شده
برای بررسی خصوصیات سطح پوشش نانوکامپوزیت ZnO/MWCNTs از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. شکل 1 تصاویر SEM از نانوکامپوزیت نانواکسید روی- نانولوله کربنی، نانوذرات اکسید روی و نانولوله های کربنی چند دیواره را بر روی فیبر استیل نشان می‌دهد.
شکل 1- تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی: الف) نانوکامپوزیت ZnO/MWCNTs ؛ ب) نانوذرات اکسید روی ؛ و ج) MWCNT روی سیم استیل
می توان مشاهده کرد که پوشش نانوکامپوزیت ZnO/MWCNTs از فضاهای متخلخل با اندازه 2-3 نانومتر تشکیل شده اند ( شکل 1 الف) در حالی که نانوذرات ZnO با تخلخل کم (نسبتا صاف) روی سیم استیل تشکیل شدند (شکل 1 ب). همانطور که در شکل 1 ج مشاهده می شود، MWCNT ها به شکل لوله بر روی سیم استیل پراکنده شده اند. لازم به ذکر است که تخلخل بالا در پوشش نانوکامپوزیت باعث افزایش سطح جاذب و در نتیجه افزایش کارایی استخراج میشود.
برای بررسی پیوندهای موجود در نانوکامپوزیت در مقایسه با نانولوکربنی و نانوذرات اکسید روی از طیف‌سنجی تبدیل فوریه استفاده شد که نتایج در شکل 2 خلاصه شده است.
از شکل 2 الف می توان مشاهده کرد که نواری در عدد موج 430 وجود دارد که به ارتعاش Zn-O نسبت داده می شود. در شکل2 (ب)، نوار در عدد موج 3445 با ارتعاشات کرنش OH مرتبط است، که می تواند به حضور مولکول های آب جذب شده بر روی سطح ماده نسبت داده شود. نوار در عدد موج 2925 مربوط به C-H آلیفاتیک در ساختار MWCNT است. شکل 1 (ج) طیف FTIR نانوکامپوزیت ZnO/MWCNTs را نشان می دهد. نوار در عدد موج 3448 حضور گروه OH را نشان می دهد. و نوار در عدد موج 2927-2854 به C-H آلیفاتیک در MWCNT نسبت داده میشود. در مطالعه انجام شده توسط Luu و همکاران[16]، مشاهده شد که پیک معمولی ZnO موجود در عدد موج 423 به دلیل ارتعاشات کششی Zn-O به پیک در عدد موج 478 در کامپوزیت منتقل شده است.
شکل 2. طیف FTIR الف) نانوذرات اکسید روی؛ ب) نانولوله کربنی چند دیواره؛ و ج) نانوکامپوزیت ZnO/MWCNTs
بهینه سازی شرایط HS-SPME – GC-FID
تعیین شرایط بهینه برای تهیه نمونه برای توسعه روش تجزیه‌ای ضروری است. برای بدست آوردن حداکثر بازده استخراج فیبرهای پوشش داده شده با نانوکامپوزیت نانواکسید روی- نانو لوله کربنی برای هیدروکربنهای آروماتیک چندحلقه ای، تأثیر چندین پارامتر از جمله قدرت یونی، دمای استخراج ، و زمان استخراج مورد بررسی و بهینه سازی قرار گرفت.
تاثیر افزودن نمک
افزودن نمک باعث افزایش قدرت یونی محلول نمونه می شود و حلالیت آنالیتها در محلول نمونه را کاهش می‌دهد. اضافه کردن نمک باعث می شود که آنالیت ها به راحتی از محلول نمونه به فاز فضای فوقانی عبور کنند به جز مواردی که شامل آنالیت‌های بسیار قطبی است. بدین منظور ، برخی از محلول های هیدروکربن با غلظتهای 5، 10، 20 و 30 درصد سدیم کلرید از نظر وزنی تهیه و با روش پیشنهادی HS-SPME استخراج شدند. نتایج نشان داد که هنگامی که از سه گرم NaCl در 10 میلی لیتر استفاده شد، بازده استخراج به حداکثر افزایش یافت.
تاثیر دما بر استخراج
به منظور دستیابی به حداکثر بازده استخراج با استفاده از روش HS-SPME ، اثر دما مورد بررسی قرار گرفت. بالا بردن دما باعث تسریع در انتقال آنالیت ها از محلول نمونه به فاز فضای فوقانی می شود. این در حالی است که جذب هیدروکربن‌ها به فیبر SPME یک فرآیند گرمازا است، و با افزایش دما ثابت توزیع آنالیت به فیبر کاهش می یابد. بنابراین، با توجه به این تمایز، تأثیر دما به عنوان یک پارامتر مهم باید بررسی شود. اثر دمای استخراج در محدوده 75-25 درجه سانتی گراد بررسی شد. مقدار آنالیز استخراج شده در دمای 25 درجه سانتی گراد بیشتر از سایر دماهای مورد بررسی بود.
تاثیر زمان بر استخراج
HS-SPME یک روش استخراج مبتنی بر تعادل است و مقدار مواد استخراج شده از آنالیت ها تابعی از زمان تعادل میباشدکه کارایی استخراج در صورت تعیین زمان بهینه افزایش می‌یابد. بنابراین، تأثیر زمان استخراج بر روی بازده استخراج از 10 تا 80 دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. مقدار آنالیت های استخراج شده به طور کلی با زمان استخراج تا 60 دقیقه افزایش یافته و پس از آن هیچ پیشرفت قابل توجهی دیده نمی‌شود. کروماتوگرام مربوط به نمونه استاندارد مخلوط 4 هیدروکربن آروماتیک چند حلقه‌ای مورد بررسی در این مطالعه در شرایط بهینه در شکل 3 نمایش داده شده است
شکل 3. کروماتوگرام مخلوط استانداردهای 4 هیدروکربن آروماتیک چند حلقه‌ای شامل نفتالن، فولرن، فنانترن و انتراسن با روش کرماتوگرافی گازی و دتکتور FID
آزمایش نمونه واقعی
برای ارزیابی روش توسعه داده شده از نمونه های واقعی آب قلیان به دست آمده از تنباکو با طعم های مختلف استفاده شد. مقادیر مشخصی از هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقه ای به نمونه های واقعی اضافه شده تا میزان بازیابی روش به دست آید. برای هر نمونه واقعی، سه اندازه گیری به منظور محاسبه بازیابی روش انجام شد. نتایج در جدول 1 خلاصه شده است. کروماتوگرام نمونه واقعی در شکل 4 نمایش داده شده است. همانگونه که ملاحظه میشود در نمونه مورد مطالعه هیدروکربنهای مورد بررسی ردیابی نشد.
شکل4. کروماتوگرام یک نمونه واقعی از آب قلیان تنباکو در شرایط بهینه استخراج با روش کروماتوگرافی گازی دتکتور یونیزاسیون شعله
جدول 1- تعیین نفتالن، فولرن و آنتراسن در چند نمونه واقعی از آب قلیان تنباکو با طعم های مختلف
| نفتالن | فولرن | آنتراسن | ||||||
نمونه آب قلیان | غلظت اضافه شده (µg/ml) | غلظت به دست آمده (µg/ml) | بازیابی (%) | غلظت اضافه شده (µg/ml) | غلظت به دست آمده (µg/ml) | بازیابی (%) | غلظت اضافه شده (µg/ml) | غلظت به دست آمده (µg/ml) | بازیابی (%) |
نمونه آب قلیان اضافه شده | 30/0 | 191/0 | 5/63 | 30/0 | 208/0 | 3/69 | 30/0 | 308/0 | 7/102 |
نمونه آب قلیان اضافه نشدهr | 0 | غیر قابل ردیابی | - | 0 | غیر قابل ردیابی | - | 0 | غیر قابل ردیابی | - |
نتیجهگیری
در این مطالعه، یک نانوکامپوزیت ZnO/MWCNTs را به عنوان یک پوشش میکرواستخراج فاز جامد امیدوارکننده برای استخراج و تجزیه برخی از ترکیبات PAH برای اولین بار پیشنهاد گردید. بهینه سازی پارامترهای زمان و دمای استخراج و میزان قدرت یونی با استفاده از روش یک متغیر در یک زمان انجام شد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، ماده نانوکامپوزیت چسبندگی قوی به سطوح استیل از خود نشان می‌دهد. همچنین می تواند دمای بالا را تحمل کند و برای مدت طولانی دوام بیاورد. علاوه بر این، این ماده دارای ساختار متخلخلی است که به آن اجازه می دهد تا به طور موثر PAH ها را با ظرفیت بالا استخراج کند. این ماده می تواند چندین بار برای استخراج PAH مورد استفاده مجدد قرار گیرد و نتایج به طور مداوم قابل تکرار هستند.
References
1- Abbas, I., et al., Polycyclic aromatic hydrocarbon derivatives in airborne particulate matter: sources, analysis and toxicity. J Environmental Chemistry Letters, 2018. 16(2): p. 439-475.
2- Sun, Y., S. Wu, and G. Gong, Trends of research on polycyclic aromatic hydrocarbons in food: A 20-year perspective from 1997 to 2017. J Trends in food science technology, 2019. 83: p. 86-98.
3- Wang, L., et al., Halogenated and parent polycyclic aromatic hydrocarbons in vegetables: levels, dietary intakes, and health risk assessments. J Science of the Total Environment, 2018. 616: p. 288-295.
4- Cacho, J., V. Ferreira, and P. Fernandez, Microextraction by demixing for the determination of volatile compounds in aqueous solutions. J Analytica chimica acta, 1992. 264(2): p. 311-317.
5- Farajzadeh, M.A., M.R.A. Mogaddam, and B. Feriduni, Simultaneous synthesis of a deep eutectic solvent and its application in liquid–liquid microextraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from aqueous samples. J RSC advances, 2016. 6(53): p. 47990-47996.
6- Omarova, A., et al., A review on preparation methods and applications of metal–organic framework-based solid-phase microextraction coatings. Microchemical Journal, 2022. 175: p. 107147.
7- Saleh, A., et al., Ultrasound-assisted emulsification microextraction method based on applying low density organic solvents followed by gas chromatography analysis for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in water samples. J Journal of Chromatography A, 2009. 1216(39): p. 6673-6679.
8- Ghiasvand, A., N. Heidari, and S. Abdolhosseini, Iron oxide/silica/polypyrrole nanocomposite sorbent for the comparison study of direct-immersion and headspace solid-phase microextraction of aldehyde biomarkers in human urine. J Journal of pharmaceutical biomedical analysis, 2018. 159: p. 37-44.
9- Rastkari, N., et al., Single-walled carbon nanotubes as solid-phase microextraction adsorbent for the determination of low-level concentrations of butyltin compounds in seawater. J Analytica chimica acta, 2010. 662(1): p. 90-96.
10- Huba, A.K., M.F. Mirabelli, and R. Zenobi, High-throughput screening of PAHs and polar trace contaminants in water matrices by direct solid-phase microextraction coupled to a dielectric barrier discharge ionization source. Analytica chimica acta, 2018. 1030: p. 125-132.
11- Pereira, H.A., et al., Adsorptive behavior of multi-walled carbon nanotubes immobilized magnetic nanoparticles for removing selected pesticides from aqueous matrices. Chemosphere, 2023. 325: p. 138384.
12- Vasiljevic, T., V. Singh, and J. Pawliszyn, Miniaturized SPME tips directly coupled to mass spectrometry for targeted determination and untargeted profiling of small samples. Talanta, 2019. 199: p. 689-697.
13- Abdullah, T.A., et al., Functionalized multi-walled carbon nanotubes for oil spill cleanup from water. Clean Technologies Environmental Policy, 2022. 24(2): p. 519-541.
14- Jiang, L. and L. Gao, Fabrication and characterization of ZnO-coated multi-walled carbon nanotubes with enhanced photocatalytic activity. Materials Chemistry Physics, 2005. 91(2-3): p. 313-316.
15- Khan, J., et al., Zno/NiO coated multi-walled carbon nanotubes for textile dyes degradation. Arabian journal of chemistry, 2018. 11(6): p. 880-896.
16- Luu, T.V.H., et al., Immobilization of C/Ce-codoped ZnO nanoparticles on multi-walled carbon nanotubes for enhancing their photocatalytic activity. Journal of Dispersion Science Technology, 2021. 42(9): p. 1311-1322.
Development of solid phase micro-extraction method based on nano ZnO and multi-walled carbon nanotube composite for extraction and measurement of some polycyclic aromatic hydrocarbons in tobacco
Rezvan Askari Badoee 1, Maryam Kazmipour *2, Neda Mohammadi 3, Mohammad Mehdipour 4
1- PhD student, Department of Chemistry, Kerman branch, Islamic Azad University, Kerman, Iran
2- Professor, Department of Chemistry, Kerman Branch, Islamic Azad University, Kerman, Iran
3- Assistant Professor, Herbal and Traditional Medicine Research Center, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran
4- Deputy of Food and Drug, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran
* Corresponding author: m.kazemipour@iauk.ac.ir
Received: 1/8/2024, Accepted: 10/8/2024
Abstract
With the expansion Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), the contamination of food with these pollutants has become a health threat all over the world in such a way that many regulatory authorities have set permissible limits for them. Today, the measurement of these pollutants in food is one of the important research fields. In this research, ZnO/MWCNTs nanocomposite coating was fabricated on stainless steel and investigated as a new upper space solid phase microextraction (HS-SPME) fiber coating for extracting small amounts of environmental pollutants. The characteristics of the prepared nanocomposite were evaluated using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The parameters affecting the HS-SPME of hydrocarbons (for example, extraction temperature, extraction time, desorption temperature, desorption time, and salt concentration) were investigated and optimized using the method of one variable at a time.
The coating was used to measure 4 PAHs including naphthalene, fluorene, anthracene and phenanthrene in hookah water samples obtained from different tobaccos. The results show that the prepared nanocomposite can be a promising coating material for future applications of SPME and related sample preparation techniques. This method was linear in the concentration range of 1 to 20 μg/liter for the 4 PAHs, and the RSD% of the method was less than 9%, and the LOQ were generally around 0.3 μg/liter.
Keywords: Zinc oxide nanoparticles; Multi-walled carbon nanotube; Nanocomposite; Head space solid phase microextraction; Gas chromatography.