Development of simple green chemical analysis for Ethanol, Carbaryl and Protein Assays in food and agricultural product samples

การพัฒนาการวิเคราะห์ทางเคมีแบบสะอาดอย่างง่าย เพื่อการหาปริมาณเอทานอล คาร์บาริลและโปรตีน ในตัวอย่างอาหารและผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร

Name: Pirom Didpinrum

ThaSH: Analytical chemistry

Abstract: Simple and green chemical analysis methodologies were developed for the determination of ethanol, carbaryl and protein in food and agricultural product samples. These methods include: 1) downscaling system with a simple pretreatment for the assay of ethanol contents in alcoholic beverages, 2) green sample preparation and analysis for cost-effective and precise assay of carbaryl in vegetable samples and 3) downscaling Kjeldahl digestion with downscaling analytical device for determination of protein in food samples. A rapid, simple and field-portable cotton sensor analytical device based on membraneless gas diffusion method was developed for the quantitative analysis of ethanol in alcoholic beverage samples. The proposed device consisted of well plate as donor chamber and a K2Cr2O7 immobilized cotton pad as an acceptor sensor. The solution handling leads to operation in micro-liter volume scales. The simple preparation involved membraneless gas diffusion for separate ethanol from sample matrix, which ethanol vapor to diffuse through into K2Cr2O7 immobilized cotton pad. The detection step involved the reaction of ethanol with K2Cr2O7 on cotton. The change of color due to the reaction leads to the monitoring of the ethanol contents by smartphone-based digital imaging. Under the optimum condition of the proposed method, a linear calibration graph was obtained in the concentration range of 1 - 14% (v/v). The limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) were 0.4 and 1.4% (v/v) respectively. The relative standard deviations were in range of 2.4 - 4.5% and 2.8 - 5.1% for repeatability (n = 10) and reproducibility (n = 5), respectively. Good recoveries between 83 to 113% were obtained. The proposed method can be successfully applied to determination of ethanol in alcoholic beverage samples. The results were found to be in good agreement between the proposed method and gas chromatography with flame ionization detector (GC-FID) method. This was verified by the student's t-test which showed no significant difference at 99% confidence level. Carbaryl is a carbamate insecticide and parasiticide. The determination of carbaryl in vegetable samples is necessary to protect consumer health. A simple and reliable spectrophotometric method was developed for determination of carbaryl in vegetable samples. In this part, an ultrasound-assisted QuEChERS and ultrasound-assisted cloud point were presented for a sample preparation and preconcentration of target substance. The spectrophotometric analysis is based on a derivatized reaction of 1-naphthol metabolite of carbaryl with 4-aminoantipyrine using peroxidase enzyme, extracted from jackfruit latex, as a catalyst in the present of hydrogen peroxide. The red colored product was preconcentrated using ultrasound-assisted cloud point extraction prior to measure at 500 nm. The calibration curve of carbaryl standard of proposed method was 0.025- 0.20 mg L-1. The limit of detection and limit of quantification were 0.9 and 24 ug L-1 (or 0.045 mg kg-1 and 1.2 mg kg-1), respectively. The relative standard deviations of 0.13 mg L-1 carbaryl standard were 5.15% and 7.24% for repeatability and reproducibility, respectively. The developed method was applied for the determination of carbaryl in vegetable samples available in the markets. The results from the developed method were compared with high-performance liquid chromatography with a reverse phase system and a UV detector. The results obtained by the two methods were not significantly different at 99% confidence level. A simple and low-cost miniaturized device with downscaling Kjeldahl digestion was developed for the determination of protein in food samples. The miniaturized device was designed and fabricated by sticker-plastic sheet. The solution handling leads with operator in micro-liter volume scales. The proposed method is based on the complexation reaction between ammonium-nitrogen after digestion with Nessler's reagent, resulting in a yellowish-brown colloidal product then was detected by smartphone-based digital imaging for quantitative analysis. Downscaling Kjeldahl digestion deployed homemade iron block. A linear calibration graph was obtained in the concentration range of 5 - 60 mg L-1 ammonium-nitrogen. Limits of detection and quantification were 2.8 and 7.6 mg L-1, respectively. The relative standard deviations of 20 mg L-1 ammonium- nitrogen standard were 6.7% and 8.8% for repeatability and reproducibility, respectively. The developed method was successfully applied to the analysis of protein in food samples. The results from the proposed method was compared with conventional Kjeldahl method, which is one of the most commonly used for protein analysis. The results obtained by two methods were not significantly different at 95% confidence level.

Abstract: ได้พัฒนาวิธีการ วิเคราะห์ทางเดมีแบบสะอาด และอย่างง่าย สำหรับการหาปริมาณเอทานอล คาร์บาริล และโปรตีน ในตัวอย่างอาหาร และผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร วิธีที่ได้พัฒนาขึ้นประกอบ ไป ด้วย 1) ระบบการลดขนาด ร่วมกับการเรียมตัวอย่างแบบง่าย สำหรับการวิเคราะห์ของเอทานอล เพื่อ การควบคุณภาพในเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ 2) วิธีการเต็รียมตัวอย่างและ วิธีการวิเคราะห์แบบสะอาด สำหรับการวิเคราะห์ที่คุ้มค่า และแม่นยำของคาร์บาริลและ 3) การลดขนาดการย่อยด้วยเจลดาห์ล ร่วมกับการลดขนาดอุปกรณ์การวิเคราะห์ สำหรับการหาปริมาณโปรตีนในตัวอย่างอาหาร ได้พัฒนาอุปกรณ์วิเคราะห์เซ็นเซอร์คอตตอน ที่รวดเร็ว ง่าย และพกพาได้ โดยอาศัยวิธีเมมเบรน เลสแก๊สดิฟฟิวชัน สำหรับการวิเคราะห์หาปริมาณเอทานอลในตัวอย่างเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ระบบ ของวิธีนี้ประกอบด้วย เวลเพลททำหน้าที่เป็นส่วนบรรจุสารละลายตัวให้ และแผ่นคอดตอนที่ตรึงด้วย โพแทสเซียมไดโครเมต ทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ตัวรับ การจัดการสารละลายนำไปสู่การทดลองใน ระดับปริมาณไมโครลิตร การเตรียมตัวอย่างแบบง่ายเกี่ยวกับการแยกที่ไม่ต้องอาศัยเยื่อเลือกผ่าน สำหรับการแยกเอทานอลจากตัวอย่างผสม ซึ่งไอของเอทานอล จะแพร่ผ่านเข้าไปสู่แผ่นคอดตอนที่ ตรึงด้วยโพแทสเชียมไดโครเมต ขั้นตอนของกรตรวจวัดเกี่ยวกับปฏิกิริยาของเอทาพอล กับสารรีเอ เจนต์โพแทสเชียมไดโครเมตบนคอตตอน การเปลี่ยนแปลงของสีในปฏิริยาจะสามารถตรวจวัด ปริมาณเอทานอล โดยการถ่ายภาพดิจิทัลบนสมาร์ทไฟน ภายให้สภาวะที่เหมาะสมของวิธีนี้ได้กราฟ ความเป็นเส้นตรงในช่วงความเข้มข้น 1 - 14 ร้อยละต่อปริมาตร ขีดจำกัดในการตรวจวัด และขีดจำกัด ต่ำสุดในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ เท่ากับ 0.4 และ 1.4 ร้อยละต่อปริมาตร ตามลำดับ ช่วงค่าเบี่ยงเบน มาตรฐานสัมพัทธ์ เท่ากับ 2.4 - 4.5 เปอร์เซ็นต์ และ 2.8 - 5.1 เปอร์เซ็นต์ สำหรับความสามารถในการ ทวนซ้ำ (ทำการทดลองซ้ำ 10 ครั้ง) และความสามารถในการทำซ้ำ (ทำการทดลองซ้ำ 5 วัน) ตามลำดับ ได้ค่าร้อยละการกลับคืนที่ดีในช่วง 83 - 113 เปอร์เซ็น วิธีที่นำเสนอนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ สำหรับตรวจวัดเอทานอลในตัวอย่างเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ซึ่งผลการวิเคราะห์เป็น ที่ยอมรับที่ ระดับ ความเชื่อมั่น 99 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับวิซีแก๊สโครมาโทกราฟี และใช้เครื่องตรวจวัดเฟลมไอออไน เซชัน คาร์บาริลเป็นสารกำจัดแมลงและปรสิตใน กลุ่มคาร์บาเมต การหาปริมาณคาร์บาริลในตัวอย่าง ผักเป็นสิ่งจำเป็น เพื่อช่วยปกป้องสุขภาพของผู้บริโภค ได้นำเสบอวิธีสเปกโทรโฟโตเมตริกที่ง่ายและ น่าเชื่อถือ สำหรับการหาปริมารคาร์บาริลในตัวอย่างผัก ในส่วนนี้ได้นำเสนอวิธีแคชเชอร์มีใช้คลื่น อัลตราซาวน์ และ วิธีการสกัดแบบคลาวค์พอยท์ที่ใช้คลื่นอัลตราซาวน์เสริม สำหรับการเตรียมตัวอย่าง และการเพิ่มความเข้มข้นของสารเป้าหมาย การวิเคราะห์สเปกโทรโฟโดเมตรึกจะอาศัยการ เกิดปฏิกิริยาอนุพันธ์ของ 1-แนปทอลซึ่งเป็นเมแทบอไลด์ของคาร์บาริล กับ 4-อะนิโนแอนดีไพรีน ใน ไฮไครเจนเปอร์ออกไซด์โดยใช้เอนไซม์เปอร์ออกซิคสที่ได้จากสกัดจากยางขนุนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ได้ทำการเพิ่มความเข้มข้น ของสารผลิตภัณฑ์สีแดง โดยใช้คลื่นอัลตราชาวนค์เสริมการสกัดแบบ คลาวด์พอยท์ ก่อนทำการตรวจวัดที่ 500 นาโนเมตร ความเป็นเส้นตรงของสารละลายมาตรฐาน คาร์ บาริลของวิธีที่นำเสนอ เท่ากับ 0.025 - 0.20 มิลลิกรัมต่อลิตร ขีดจำกัดในการตรวจวัด และขีดจำกัดใน การวิเคราะห์เชิงปริมาณ เท่ากับ 0.9 และ 24 ไมโครกรัมต่อลิตร (หรือ 0.045และ 1.2 มิลลิกรัมต่อ กิโลกรัม) ตามลำดับ ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน สัมพัทธ์ที่ความเข้มข้นคารบาริล 0.13 มิลลิกรัมต่อลิตร เท่ากับ 5.15 เปอร์เซ็นต์ และ 7.24 เปอร์เซ็นด์ สำหรับความสามารถในการทวนช้ำ และความสามารถ ในการทำซ้ำ ดามสำดับ วีชีที่พัฒนาขึ้นนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการตรวจวัดคาร์บาริลในตัวอย่าง ผักที่มีจำหน่ายในตลาด ได้ทำการเปรียบเทียบผลการทดลองจากวิธี ที่พัฒนา กับวิธีโครมาโทกราฟิ ของเหลวสมรรถนสูงในระบบรีเวิร์สเฟสและใช้เครื่องตรวจวัดยูวี ผลการวิเคราะห์ที่ได้จากกันสองวิธี ให้ค่าไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญที่ระดับความเชื่อมั่น 99 เปอร์เซ็นต์ ได้พัฒนาอุปกรณ์ลดขนาดที่ง่าย และราคาถูก ร่วมกับการลดขนาดการย่อยตัวอย่างด้วยเจล ดาห์ล สำหรับการหาปริมาณ โปรตีน ในตัวอย่างอาหาร ได้ออกแบบและ สร้างอุปกรณ์ลดขนาดด้วย แผ่นพลาสติกร่วมกับสติกเกอร์ การจัดการสารละ ลายนำไปสู่การทดลองใน ระดับปริมาณไมโครลิตร วิธีที่นำเสนนี้อาศัยปฏิกิริยาการเกิดสารเชิงซ้อนระหว่างใน โตรเจน ของแอม โมเนียมที่ได้หลังจ าก การย่อย กับรีเอเจนด์เนสเลอร์ ส่งผลให้เกิดผลิตภัณฑ์คอลลอยด์สีน้ำตาลเหลือง หลังจากนั่นทำการ ตรวจวัดโดยการถ่ายภาพดิจิทัลบนสมาร์ทโฟนเพื่อการวิเคราะห์เชิงปริมาณ และได้ออกแบบและสร้าง การลดขนาดการย่อยจลดาห์ลด้วยบล็อกเหล็กโฮมเมด ช่วงการวิเคราะห์ที่เป็นเส้นตรงของสารละลาย มาตรฐานในโตรเจนของแอมโมเนียมอยู่ใบช่วงความเข้มข้น 5 - 60 มิลลิกรัมต่อลิตร ซึ่งมีขีดจำกัดใน การตรวจวัด และขีจำกัดในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ เท่ากับ 2.8 และ 7.6 มิลลิกรัมต่อลิตร ตามลำดับ ค่าเยี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ ที่ความเข้มข้นใน โตรเจนของแอมโมเนียม 20 มิลลิกรัมต่อลิตร เท่ากับ 6.7 เปอร์เซ็นต์ และ 8.8 เปอร์เซ็นต์ สำหรับความสามารถในการทวนซ้ำ และความสามารถในการ ทำซ้ำ ตามลำดับ วิธีที่พัฒนาขึ้นนี้สามารถนำไปประยุกด์ใช้ในการตรวจวัดโปรตีน ในตัวอย่างอาหาร ได้ทำการเปรียบเทียบผลการทดลองจากวิธี ที่นำเสนอกับวิธีมาตรฐานด้วยเจลดาห์ล ผลการวิเคราะห์ที่ ได้จากกันสองวิธีให้ค่าไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญที่ระดับความเชื่อมั่น 95 เปอร์เซ็นต์

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Watsaka Siriangkhawut

Role: Chairman

Name: Kate Grudpan

Role: Member

Name: Piyarat Nimmanpipug

Role: Member

Name: Chalermpong Saenjum

Role: Member

Name: Kraingkrai Ponhong

Role: Member

Created: 2021

Modified: 2022-11-06

Issued: 2022-11-06

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Chemistry

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	580551055.pdf	7.53 MB	1	2024-10-31 12:44:49

ใช้เวลา

0.018413 วินาที