DEVELOPMENT OF AUTOMATED ON-SITE ANALYTICAL METHODS FOR WATER ANALYSIS

Abstract

ملخص الرسالة بالعربي إن تحديد الملوثات الكيميائة في الماء تحتاج الى عدة خطوات سابقة لعملية التحليل. إن معظم الملوثات العضوية العضوية في المياه تتواجد بنسب قليلة جداً. إن الخطوات اليدوية الإعتيادية المتبعة عادةً في إستخلاص الملوثات تتسبب في التقليل من كفاءة التحديد. و لهذا السبب، لقد علمنا في هذا البحث على تطوير خطوات آلية كبديل للعمل اليدوي لزيادة الكفاءة و الفاعلية في الإستخلاص. للمرة الأولى تم تطوير طرية تعتمد على حجوم من المذيبات العضوية في غاية الصغر تدعى (DLLME) و أيضا طريقة أخرة لا حاجة لإستخدام المذيبات العضوية فيها و هي (SPME) و ذلك بإستخدام الربوت الآلي (CTC CombiPal) موصولا بجهاز الفصل الغازي (GC-MS). إن الوحدة الثانية و الخامسة من هذه الاطروحة تتناول تطوير طريقة (DLLME) في حين أن الوحدات الثالثة و الربعة و السادسة تتناول تطوير طريقة (SPME). إن تفصيلات عملية و آدائها بشكل مختصر في الفقرات التالية. الوحدة الثانية: مؤخراً كان الإهتمام في البحث عن طرق متطورة للكشف عن تراكيز المركبات الكيميائية في الماء بحيث تكون مصاحبة للبيئة من حيث التقليل من حجم المذيبات العضوية المستخدمة. تعتبر طريقة ( DLLME) واحدة من هذه الطرق الحديثة لاعتمادها على حجوم مذيبات تقاس بوحدة الميكروليتر. وفي هذا الخصوص تم تطوير طريقة DLLME و استخدامها في إيجاد تراكيز مركبات الإيستر فثالات (PAEs) في ستة أنواع تجارية من مياه الشرب في المملكة العربية السعودية و كذلك تم استخدام جهاز الفصل الغازي و كشف التأين الكتلي في التحليل. تم إختبار العوامل المختلفة التي قد تؤثر على الاستخلاص لستة من مركبات (PAEs) . كانت الخطية جيدة جداً لجميع المركبات قيد الدراسة ضمن التراكيز المستخدمة، وكانت أقواس تحديد خطية بمعادلات الارتباط بين 0.9953 و 0.9992 على تراكيز تتراوح بين(0.05-150) ميكروغرام/لتر. وحدود الكشف لهذه الطريقة (نسبة الإشارة إلى الضوضاء من 3) كانت على مدى 0.005 إلى 0.022 ميكروغرام/لتر. وكان معدل التكرارية ( الإنحراف المعياري النسبي) يتراوح بين 1.3 و 5.2 %. لقد تم تحديد تراكيز مركبات الفثالات المتواجدة في مياه الشرب و كذلك تاثير تخزينها تحت أشعة الشمس لفترات متباينة و كانت درجات الحرارة تتراوح بين ( 34-57 درجة مئوية) على إنحلال بعض هذه المركبات من المادة التي تصنع منها القوارير المحتوية على عينات الماء. ولقد تبين من النتائج التي تم التوصل إليها من هذا التطبيق، أن هذه الطريقة مناسبة و سريعة و فعالة في تحديد مركبات الإيستير فثالات في مياه الشرب التجارية المعبأه وكذلك لوحظ وبشكل واضح إنحلال هذه المركبات من مادة العبوات البلاستيكية نتيجة لتخزينها المباشر تحت أشعة الشمس لفترات الدراسة. الوحدة الثالثة: للمرة الأولى تم تطوير الطريقة المستخدمة لتحديد المركبات و هي SPME)) و ذلك بإدخال التأثير الفولتي(EE) ، و تم تطبيقها عملياً في دراسة تراكيز بعض المركبات العضوية المتواجدة في ماء البحر و عينات من دم الإنسان مثل فثالات الإيستر و البيس فينول أ. و تم التحليل بواسطة جهاز الفصل الغازي و كشف التأين الكتلي. و في هذا النوع من التحليل تم استخدام الألياف التجارية الخاصة بهذه الطر يقة بطريقة الغمر في العينة أثناء الإستخلاص، حيث تم توصيل القابض المعدني المحتوي على الليف بفرق جهد كهربائي في حين أن الطرف الآخر من فرق الجهد تم وصله بقضيب معدني خامل تم غمسه في العينة قيد الدراسة. تم إختبار العوامل المختلفة التي قد تؤثر على الاستخلاص بهذه الطريقة. و تبين من المقارنة بين التحليل باستخدام SPME)) العادي و EE-SPME)) أن التأثير الفولتي يلعب دوراً كبيراً في كفاءة هذه الطريقة مقارنة بـ SPME)) العادي. كانت الخطية جيدة جداً لجميع المركبات قيد الدراسة ضمن التراكيز المستخدمة ، و كانت أقواس تحديد خطية بمعادلات الإرتباط بين 0.9636 و 0.9988 على تراكيز تتراوح بين (1-100) ميكروغرام/لتر. وحدود الكشف لهذه الطريقة (نسبة الإشارة الى الضوضاء من 3) كانت على مدى 0.004 إلى 0.15 ميكروغرام/لتر. وكان معدل التكرارية لتسع قراءات لنفس العينة (الإنحراف المعياري النسبي) يتراوح بين 1.0 و 5.0 %. هذه الطريقة المقترحة تم استخدامها في تحديد تراكيز المركبات المذكورة سابقاً في عينة من ماء البحر و كذلك عينة من دم الإنسان مخزنة في وحدة بلاستيكية لفترة من الزمن في بنك الدم التابع لمشفى في منطقة الخبر في السعودية. و أظهرت النتائج بساطة تطبيق و فعالية هذه الطريقة في تحديد التراكيز الدقيقة للمركبات العضوية في العينات المذكورة. الوحدة الرابعة: تم استخدام الطريقة المسماه HS-SPME)) و المقترنة بجهاز الفصل الغازي و كشف التأين الكتلي بشكل اتوماتيكي بواسطة الربوت الآلي (CombiPA) في تحديد تراكيز مركبات النيتروزوأمين (NAs) في المياه الجوفية التي تم الحصول عليها من أربع مصادر مختلفة في المملكة العربية السعودية. حيث أنه للمره الأولى تم استخدام منهجية السطوح في دراسة العوامل المؤثرة على هذا النوع من الطرق. و من النتائج لوحظ أن الخطية جيدة لجميع المركبات، و كانت أقواس تحديد الخطية بمعادلات الإرتباط بين 0.9750 و 0.9920 على تراكيز تتراوح بين(1-100) ميكروغرام/لتر. وحدود الكشف لهذه الطريقة (نسبة الإشارة إلى الضوضاء من 3) كانت على مدى 0.78 إلى 11.9 نانوغرام/لتر. وكان معدل التكرارية لعدة تجارب متتالية لنفس العينة ( الإنحراف المعياري النسبي) يتراوح بين 1.85 و 5.7 %. لقد عرضت هذه الطريقة قيم استرداد عالية تتراوح بين 96.6 و 102.3 % لمركبات NAs. و كذلك لوحظ أن هذه الطريقة الأوتوماتيكية فعالة و مناسبة للكشف عن هذه المركبات في عينات المياه الجوفية. الوحدة الخامسة: تم تطوير الطريقة الاعتيادية و هي (DLLME)إلى اتوماتيكية متكاملة الأداء باستخدام الربوت الآلي (CTC CombiPal) لتحديد ثلاث من مركبات النيتروزوأمين NAs المتواجدة في عينات من الماء، لوحظ تكون الطبقة الضبابية خلال عملية الخلط بين عينة الماء و المذيبات العضوية المستخدمة وتم حقن جزء من الطبقة العضوية في جهاز الفصل الغازي و كشف التأين الكتلي للتحليل. تم ايضاً دراسة العوامل المؤثرة على فعالية هذه الطريقة باستخدام منهجية السطوح .(RSM) و تبين من النتائج أن الخطية جيدة لمركبات النيروزوأمين قيد الدراسة، و كانت أقواس تحديد خطية بمعادلات الإرتباط بين 0.9937 و 0.9993 على تراكيز تتراوح بين (0.1-100) ميكروغرام/لتر. وحدود الكشف لهذه الطريقة (نسبة الإشارة إلى الضوضاء من 3) كانت على مدى 5.7 إلى 124 نانوغرام/لتر. وكان معدل التكرارية لأربع تجارب متتالية لنفس العينة ( الإنحراف المعياري النسبي) يتراوح بين 3.4 و 5.9 %. و كان معدل قيم الإسترداد 103% لجميع مركبات NAs. لوحظ أن هذه الطريقة الأوتوماتيكية فعالة و مناسبة للكشف عن هذه المركبات في عينات المياه الجوفية. إن هذه الطريقة الأوتوماتيكية الحديثة أفضل من غيرها المستخدمة لنفس الغرض من حيث السرعة و الدقة و قلة الأخطاء الناتجة لعدم تدخل العمل اليدوي فيها. الوحدة السادسة: أخيراً تم تطوير طريقة أتوماتيكية كاملة الأداء جديدة باستخدام الربوت الآلي(CTC CombiPAL) معتمدة على تدفق السائل و هي (FA-SPME) لتحديد ثلاث من مركبات الكلوروايثر(CEs) في عينات من الماء و بول الإنسان. حيث تم استخدام جهاز الفصل الغازي و كشف التأين الكتلي للتحليل. و لوحظ من النتائج الفعالية العالية لهذه الطريقة في تحديد تركيز المركبات المذكورة. حيث أن الخطية كانت واضحة على تراكيز تتراوح بين 0.5 و 100 ميكروغرام/لتر. وحدود الكشف لهذه الطريقة (نسبة الإشارة إلى الضوضاء من 3) كانت على مدى 0.017 إلى 0.053 ميكروغرام/لتر، وأيضاً كانت قيمة أقواس تحديد خطية بمعادلات الإرتباط بين 0.9941 و 0.9981 و الإنحراف المعياري النسبي ( التكرارية) تتراوح بين 1.2 و 6.2%. و كانت قيمة الإسترداد عالية نسبياً لجميع مركباتCEs قيد الدراسة في كلا النوعين من العينات. و كانت هذه الطريقة مناسبة بشكل كبير من حيث السرعة و الدقة لتحليل عينات ذات حجم كبير و هذا ما يميزها عن غيرها من الطرق الإعتيادية.