Publication
Development of solid phase extraction flow-based tools for environmental monitoring
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências Químicas | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Rangel, António Osmaro | |
| dc.contributor.advisor | Tóth, Ildikó Vargáné | |
| dc.contributor.author | Pedro, Tânia Cristina Ferreira Ribas Vaz | |
| dc.date.accessioned | 2021-03-05T11:49:12Z | |
| dc.date.available | 2021-03-05T11:49:12Z | |
| dc.date.issued | 2020-07-10 | |
| dc.date.submitted | 2020 | |
| dc.description.abstract | The development of new analytical tools can be considered a non-stop challenge due to the constant search for new improved features and also to the emerging environmental contaminants. Flow-based methodologies stand out in contributing for this analytical challenge, providing the automation and miniaturization of the analysis including sample pre-treatment. This thesis was developed based on two major objectives, one of them was to develop new miniaturized and automated analytical tools based on flow analysis for environmental monitoring. When designing new methodologies, another essential objective was to simplify sample preparation by coupling these techniques, based on solid phase extraction (SPE), within the developed flow-based system. The developed methodologies were optimized based on the same principles: minimize the use of reagent, make greener choices of the reagents, minimize the effluent production, lower the limits of detection and quantification, simplify and minimize sample/reagent handling. The use of the in-line SPE strategy showed to bring advantageous features to the analytical method (lowering limits of detection and quantification). The in-line SPE was achieved by using commercial resins (NTA and Chelex 100) and also a lab-made polymer inclusion membrane (Chapter 3). A biparametric sequential injection system for the determination of copper and zinc in water and soil leachates was developed (Chapter 3). The strategy was to use a non-specific coulour reagent (4-(2-Pyridylazo)resorcinol – PAR) and explore the use of two different sorbent materials to selectively separate the two different metal ions in the same manifold. A polymer inclusion membrane (PIM) and the commercial resin Chelex 100 were the chosen materials to selectively retain zinc and copper, respectively. It was the first time that a PIM was used with this purpose in a flow system. A spectrophotometric method for iron quantification using a newly designed chromogenic chelator was developed (Chapter 4). This low toxicity iron chelator was a specially designed 3-hydroxy-4-pyrydinone functionalized with ethers. Furthermore, this reagent demonstrated to display high affinity and specificity for iron ions. With the main objective of quantifying iron in a variety of water samples (fresh and marine water) a strategy including SPE was added to the manifold. By using an in-line SPE process, resorting to a NTA resin column coupled to the flow system, sample matrix clean-up and also the enrichment of the analyte was achieved. A method for the screening of biogenic amines in waters was developed (Chapter 5). The system was divided in two analytical parts. The first one was devoted to the pre-concentration of the analyte using a column packed with Chelex 100; the second was the derivatization of the biogenic amines using fluorescamine for the fluorescent detection of the analyte. This method intended to be a suitable and ease to operate system to obtain real-time information about biogenic amines content in water. A flow injection system for the spectrophotometric determination of the total zinc content in plant digests was developed (Chapter 6). By using a NTA resin column, zinc pre-concentration and the removal of possible interferences was accomplished. A specially designed multi-reflection flow cell coupled with a light emitting diode was the chosen detection system for the spectrophotometric determination of zinc using Zincon as colour reagent. The physical configuration of the flow cell contributed to improve the limit of detection and minimize refractive index gradients produced by the mixture of the reagents. | pt_PT |
| dc.description.abstract | O desenvolvimento de novas ferramentas analíticas pode ser considerado um desafio constante, devendo-se tal à busca incessante de características analíticas cada vez melhores e também ao surgimento de novos contaminantes ambientais. Os métodos em fluxo destacam-se ao contribuir para este desafio analítico, nomeadamente na automatização e miniaturização da análise, incluindo o tratamento da amostra. A tese foi desenvolvida com base em dois objetivos principais, um dos quais se centrou no desenvolvimento de novos métodos analíticos em fluxo para a monitorização ambiental. No planeamento de novos métodos teve-se em consideração outro grande objetivo, a simplificação do tratamento da amostra, associando para tal técnicas de extração em fase sólida ao sistema de fluxo desenvolvido. A otimização dos sistemas analíticos teve por base os mesmos conceitos: minimizar o consumo de reagentes; fazer uma escolha mais ecológica relativamente aos reagentes; minimizar a produção de efluentes, melhorar limites de deteção e quantificação; simplificar e minimizar o manuseamento de amostras/reagentes. Ao recorrer a processos de extração em fase sólida em linha, conseguiu-se uma melhoria das características analíticas associadas ao método (baixando o limite de deteção e quantificação). De uma forma geral, a extração em fase sólida em linha foi realizada recorrendo à utilização de resinas comerciais (NTA e Chelex 100), mas também foi utilizada uma membrana produzida em laboratório (Capítulo 3; membrana de inclusão de polímeros – PIM). Foi desenvolvido um sistema biparamétrico por injeção sequencial para a determinação de cobre e zinco em águas e lixiviados de solos (Capítulo 3). A estratégia usada para o desenvolvimento deste método envolveu o uso de um reagente de desenvolvimento de cor não específico - (4-(2-piridilazo)resorcinol – PAR) - e o explorar da utilização de diferentes materiais adsorventes para separar seletivamente os dois iões metálicos no mesmo sistema. Para tal recorreu-se a uma membrana de inclusão de polímeros (PIM) e a uma resina comercial (Chelex 100) com o intuito de reter e separar o zinco e o cobre, respetivamente. De salientar que foi a primeira vez que uma PIM foi utilizada com este objetivo num sistema de fluxo. No Capítulo 4 foi desenvolvido um método espectrofotométrico para a determinação de ferro em águas naturais utilizando um quelante cromogéneo desenvolvido recentemente. O quelante de ferro de toxicidade baixa pertence ao grupo das 3-hidroxi-4-piridinonas funcionalizado com éteres. Este reagente demonstrou ainda ter uma elevada afinidade e especificidade para o ferro. Com o objetivo de aplicar o método à determinação de ferro em diferentes tipos de águas naturais (doces e salinas), foi incluído no sistema de fluxo um passo adicional de extração em fase sólida. Para tal, utilizou-se uma coluna empacotada com resina de NTA, a qual permitiu realizar a limpeza da matriz da amostra e também a possibilidade de se concentrar o analito de interesse. viii Foi desenvolvido um método para o despiste de aminas biogénicas em águas (Capítulo 5). O sistema foi dividido em duas fases fundamentais. A primeira fase consistiu na pré-concentração do analito recorrendo a uma coluna empacotada com Chelex 100 acoplada ao sistema de fluxo; de seguida procedeu-se à derivatização das aminas com fluorescamina para a sua deteção fluorimétrica. O método desenvolvido tinha como principal objetivo ser de fácil execução, mas que desse uma resposta em tempo real sobre o conteúdo em aminas biogénicas em águas. Foi desenvolvido um sistema por injeção em fluxo para a determinação de zinco total em plantas (Capítulo 6). Com a implementação de uma coluna de NTA no sistema de fluxo conseguiu-se a pré-concentração de zinco e também a remoção de possíveis interferentes presentes na amostra. Como sistema de deteção foi utilizada uma célula de fluxo multi-reflexão acoplada a um LED, visando a determinação espectrofotométrica do zinco utilizando Zincon como reagente de desenvolvimento de cor. Devido à configuração física da célula de fluxo, esta contribuiu para a minimização da influência da refração produzida pela mistura dos reagentes e para o melhoramento do limite de deteção do método. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 101408854 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.14/32160 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.subject | Flow analysis | pt_PT |
| dc.subject | Solid phase extraction | pt_PT |
| dc.subject | Green chemistry | pt_PT |
| dc.subject | Water | pt_PT |
| dc.subject | Plant | pt_PT |
| dc.subject | Análise em fluxo | pt_PT |
| dc.subject | Extração em fase sólida | pt_PT |
| dc.subject | Química verde | pt_PT |
| dc.subject | Água | pt_PT |
| dc.subject | Planta | pt_PT |
| dc.title | Development of solid phase extraction flow-based tools for environmental monitoring | pt_PT |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | doctoralThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Doutoramento em Biotecnologia | pt_PT |
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