Green strategies for sample preconcentration and High performance liquid chromatographic determination of triazole fungicides

Abstract

In this study, sample preparation methods for preconcentration of triazole fungicides have been developed. This study proposes novel sample preparation techniques for the preconcentration of triazole fungicides including myclobutanil (MCBT), triadimefon (TDF), tebuconazole (TBZ), hexaconazole (HCZ), and diniconazole (DCZ) from complex matrices, followed by high-performance liquid chromatography (HPLC) analysis. Five distinct approaches were developed and optimized as follows:

(i.) Micro-solid phase extraction (micro-SPE) using Moringa oleifera seeds (MO) was investigated as an efficient biosorbent for the determination of triazole fungicides. Moringa oleifera seeds were utilized as biodegradable biosorbent material, offering simplicity, rapidity, cost-effectiveness, and reduced solvent usage. Extraction parameters such as adsorbent amount, salt addition, sample volume, adsorption/desorption times, and elution solvent type and volume were systematically optimized. The method was successfully applied to environmental water, honey, and fruit juice samples. This is the first application of Moringa oleifera seeds in the preconcentration of triazole fungicides coupled with HPLC analysis.

(ii.) Micro-solid phase extraction (micro-SPE) using surfactant-modified coconut husk fiber (CHF) was developed as a green alternative sorbent. Coconut husk fiber was found to be a biodegradable, cost-effective, and environmentally friendly sorbent. Its high surface area and hydrophilicity were enhanced by surfactant coatings, forming hemimicelles that improved the adsorption of organic compounds. The method effectively extracted trace triazole fungicides from complex samples, demonstrating the potential of CHF in green analytical applications.

(iii.) Micro-solid phase extraction (micro-SPE) using a hydrophobic melamine sponge (MeS) incorporated with carbon dots was developed as a green sorbent. An in-situ synthesized melamine sponge, prepared by heating citric acid in a single step, exhibited hydrophobic properties and eliminated the need for centrifugation during phase separation. Various extraction factors were optimized using a univariate experimental design. The method was applied to extract triazole fungicide residues from edible fungi, and its greenness was evaluated using the Analytical Eco-Scale and AGREE metrics.

(iv.) An in situ formation of ionic liquid as an extraction solvent based on liquid-liquid microextraction (LLME) was investigated. An ionic liquid ([P44412][PF6]) was generated in situ via metathesis of tributyl dodecyl phosphonium bromide ([P44412]Br) with KPF6. This process created a cloudy solution with fine microdroplets, significantly enhancing extraction efficiency without requiring dispersion solvents. The method was applied to water, honey, fruit juice, and egg samples. The in situ approach provided a short extraction time, ease of solvent recovery, and environmental friendliness.

(v.) Effervescence-assisted liquid-liquid microextraction using ternary deep eutectic solvents (TDESs) as an extraction solvent was investigated. A simple, selective, and green method was developed using effervescence-assisted LLME based on ternary DESs. Single- and double-chain fatty acids (e.g., octanoic acid, decanoic acid) were evaluated due to their low cost. Effervescence powder facilitated solvent dispersion without auxiliary devices. The method was optimized and applied to complex matrices, representing the first hyphenation of effervescence with DES-based LLME for triazole fungicide analysis.

Each method demonstrated good linearity with a coefficient for determination (R2) greater than 0.99, and low limits of detection (LODs). The precisions were assessed from the relative standard deviations (RSDs) of retention time and peak area obtained from intra- (n=3) and inter-day (n=5×5) experiments, which were less than 10%. In addition, each proposed method shows high efficiency, environmental sustainability, and potential application for real samples. Comparisons with previously reported techniques highlighted their advantages, establishing these approaches as promising tools for the trace analysis of triazole fungicides.

งานวิจัยนี้ได้มีการพัฒนาและนำเสนอเทคนิคการเตรียมตัวอย่างสำหรับการเพิ่มความเข้มข้นของสารเคมีกำจัดเชื้อรากลุ่มไตรอะโซล ได้แก่ ไมโคลบูทานิล (MCBT), ไตรอะดิมีฟอน (TDF), ทีบูโคนาโซล (TBZ), เฮกซาโคนาโซล (HCZ) และดินิโคนาโซล (DCZ) จากเมทริกซ์ที่ซับซ้อนโดยทำการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคโครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง (HPLC) ได้มีการพัฒนาและปรับปรุง 5 แนวทางหลัก ดังนี้

(i) การสกัดด้วยวัฏภาคของแข็งระดับจุลภาค (micro-SPE) โดยใช้เมล็ดมะรุม (Moringa oleifera) ซึ่งได้รับการศึกษาว่าเป็นวัสดุชีวภาพดูดซับที่มีประสิทธิภาพสำหรับการตรวจวัดสารเคมีกำจัดเชื้อรากลุ่มไตรอะโซล เมล็ดมะรุมถูกนำมาใช้เป็นวัสดุชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ โดยให้ข้อดีด้านความเรียบง่าย ความรวดเร็ว ความคุ้มค่า และลดการใช้ตัวทำละลาย พารามิเตอร์ของการสกัด เช่น ปริมาณวัสดุดูดซับ การเติมเกลือ ปริมาตรตัวอย่าง ระยะเวลาการดูดซับ/คายตัว และชนิด/ปริมาตรของตัวทำละลายชะล้าง ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม วิธีนี้ถูกนำไปใช้กับตัวอย่างน้ำในสิ่งแวดล้อม น้ำผึ้ง และน้ำผลไม้ นับเป็นครั้งแรกที่มีการใช้เมล็ดมะรุมในการเพิ่มความเข้มข้นของสารเคมีกำจัดเชื้อรากลุ่มไตรอะโซลร่วมกับการวิเคราะห์โดย HPLC

(ii) การสกัดด้วยวัฏภาคของแข็งระดับจุลภาค (micro-SPE) โดยใช้เส้นใยมะพร้าวดัดแปรด้วยสารลดแรงตึงผิว ได้รับการพัฒนาเป็นวัสดุดูดซับที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เส้นใยมะพร้าวเป็นวัสดุชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้ คุ้มค่า และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยมีพื้นที่ผิวสูงและความชอบน้ำที่ได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพผ่านการเคลือบสารลดแรงตึงผิว ซึ่งทำให้เกิดเฮมิไมเซลล์ที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการดูดซับสารอินทรีย์ วิธีนี้สามารถสกัดสารเคมีกำจัดเชื้อรากลุ่มไตรอะโซลในปริมาณน้อยจากตัวอย่างที่ซับซ้อน และแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเส้นใยมะพร้าวในงานด้านเคมีวิเคราะห์สีเขียว

(iii) การสกัดด้วยวัฎภาคของแข็งระดับจุลภาค (micro-SPE) โดยใช้ฟองน้ำเมลามีนที่มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำและเติมคาร์บอนดอท ได้รับการพัฒนาเป็นวัสดุดูดซับที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ฟองน้ำเมลามีนถูกสังเคราะห์ในตัวโดยการให้ความร้อนแก่กรดซิตริกในขั้นตอนเดียว ซึ่งทำให้เกิดคุณสมบัติไม่ชอบน้ำและช่วยลดความจำเป็นในการใช้เครื่องปั่นเหวี่ยงในกระบวนการแยกเฟส ได้มีการปรับปรุงปัจจัยการสกัดโดยใช้การออกแบบการทดลองแบบตัวแปรเดียว วิธีนี้ถูกนำไปใช้ในการสกัดสารเคมีกำจัดเชื้อรากลุ่มไตรอะโซลจากเห็ดที่ใช้บริโภค ประสิทธิภาพความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมได้รับการประเมินโดยใช้ดัชนี Analytical Eco-Scale และ AGREE

(iv) การสกัดด้วยวัฏภาคของเหลวระดับจุลภาค (LLME) โดยการสร้างตัวทำละลายไอออนิกลิควิดในตัวอย่าง (in situ) ได้รับการศึกษาโดยใช้ไอออนิกลิควิด ([P44412][PF6]) ที่เกิดขึ้นในตัวผ่านปฏิกิริยาสับเปลี่ยนแอนไอออนระหว่างไทรบิวทิลโดเดซิลฟอสโฟเนียมโบรไมด์ ([P44412]Br) กับ KPF6 กระบวนการนี้ทำให้เกิดสารละลายขุ่นซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดอย่างมีนัยสำคัญโดยไม่ต้องใช้ตัวทำละลายกระจายตัว วิธีนี้ถูกนำไปใช้กับตัวอย่างน้ำ น้ำผึ้ง น้ำผลไม้ และไข่ โดยเทคนิค in situ นี้ให้เวลาการสกัดที่สั้น ง่าย ร้อยละการได้กลับคืนสูงและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

(v) การสกัดด้วยวัฏภาคของเหลวระดับจุลภาคที่มีตัวช่วยในการเกิดฟอง โดยใช้ตัวทำละลายดีพยูเทคติกแบบสามองค์ประกอบ (TDESs) เป็นตัวทำละลายสกัด ได้รับการศึกษาโดยพัฒนาเป็นวิธีที่เรียบง่าย มีความจำเพาะ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เทคนิคนี้ใช้กรดไขมันสายเดี่ยวและคู่ (เช่น กรดออกทาโนอิก กรดเดคาโนอิก) ซึ่งมีต้นทุนต่ำ สารเคมีที่ช่วยในการสร้างฟองถูกนำมาใช้เพื่อช่วยกระจายตัวของตัวทำละลายโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือช่วยเพิ่มเติม วิธีนี้ได้รับการปรับปรุงและนำไปใช้กับเมทริกซ์ที่ซับซ้อน โดยเป็นครั้งแรกที่มีการใช้การเกิดฟองร่วมกับ LLME ที่ใช้ตัวทำละลายดีพยูเทคติกสำหรับการวิเคราะห์สารกำจัดเชื้อรากลุ่มไตรอะโซล

แต่ละเทคนิคแสดงให้เห็นถึงความเป็นเส้นตรงที่ดี โดยมีค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ (R²) มากกว่า 0.99 และมีความเข้มข้นต่ำสุดของการการตรวจวัดต่ำ ความแม่นยำได้รับการประเมินโดยใช้ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ (RSDs) ของเวลาการคงอยู่ของสารในคอลัมน์และพื้นที่ใต้พีคที่ได้รับจากการทดลองภายในวันเดียวกัน (n=3) และระหว่างวัน (n=5×5) ซึ่งน้อยกว่า 10% นอกจากนี้แต่ละเทคนิคที่นำเสนอมีประสิทธิภาพสูง ความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อม และศักยภาพในการประยุกต์ใช้กับตัวอย่างจริง การเปรียบเทียบกับเทคนิคที่มีการรายงานก่อนหน้านี้เน้นให้เห็นถึงข้อได้เปรียบของแต่ละเทคนิค ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการพัฒนาเหล่านี้เป็นเครื่องมือที่มีแนวโน้มสำหรับการวิเคราะห์สารเคมีกำจัดฆ่าเชื้อรากลุ่มไตรอะโซลที่ความเข้มข้นต่