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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.59.2019.tde-11092019-111823
Document
Author
Full name
Israel Donizéti de Souza
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2019
Supervisor
Committee
Nassur, Maria Eugenia Queiroz (President)
Chaves, Andréa Rodrigues
Figueiredo, Eduardo Costa de
Hantao, Leandro Wang
Lanças, Fernando Mauro
Moraes, Luiz Alberto Beraldo de
Title in Portuguese
Prospecção de novos capilares revestidos com líquidos iônicos para in-tube SPME-UHPLC-MS/MS e cromatografia gasosa bidimensional abrangente (GC x GC)
Keywords in Portuguese
Cromatografia gasosa multidimensional
Fase estacionária
In-tube SPME
Líquidos iônicos
Microextração em fase sólida
Prata
Abstract in Portuguese
Dentre os avanços das técnicas cromatográficas, o desenvolvimento de novas fases estacionárias favoreceu a seletividade e detectabilidade dos métodos analíticos. Neste contexto, os líquidos iônicos destacam-se como compostos inovadores do século XX, explorados principalmente como fases estacionárias para cromatografia gasosa (GC), cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e para as técnicas de microextração em fase sólida (SPME). A potencialidade dos líquidos iônicos está relacionada aos mecanismos de retenção/separação únicos (interações hidrofóbicas, hidrofílicas, iônicas, ligação de hidrogênio, complexação, entre outros) e à facilidade no ajuste das propriedades físico-químicas dessas moléculas durante o procedimento de síntese. Na primeira parte deste trabalho, líquidos iônicos poliméricos foram sintetizados, caracterizados e imobilizados quimicamente na superfície interna de capilares de sílica fundida. Estes capilares inovadores foram empregados para a microextração no capilar em linha com a cromatografia líquida de ultra eficiência acoplada à espectrometria de massas sequencial (in-tube SPME-UHPLC-MS/MS) para a determinação online dos endocanabinóides, anandamida (AEA) e 2-aracdonoilglicerol (2-AG) em amostras de plasma de pacientes com a Doença de Parkinson (DP). A inserção de longas cadeias alquílicas no cátion imidazólico favoreceu interações hidrofóbicas, por outro lado os anéis imidazólicos combinados com os ânions halogenetos favoreceram interações polares e ligações de hidrogênio com os endocanabinóides. Tais capilares promoveram a exclusão de compostos endógenos da matriz biológica e baixas pressões no sistema analítico. O método inovador desenvolvido apresentou linearidade na faixa de concentração de 0,05 a 100 ng mL-1, precisão e exatidão variando de 1,6 a 14% (coeficiente de variação) e 19,6 a 13,2% (erro padrão relativo), respectivamente. Por isso, o método in-tube SPME-UHPLC-MS/MS é adequado para a determinação de AEA e 2-AG em amostras de plasma de pacientes com DP. Na segunda parte deste trabalho, colunas capilares de alta estabilidade térmica contendo líquidos iônicos complexados com íons Ag+ foram desenvolvidas, caracterizadas e empregadas na segunda dimensão do cromatógrafo gasoso bidimensional abrangente (GC × GC) com detector de ionização de chama (FID) para a separação multianalitos de diferentes classes (alcanos, alcenos, alquinos, dienos, ésteres, cetonas, aldeídos, terpenos e graxos poli-insaturados). Na primeira dimensão foi empregada a coluna capilar apolar Rtx-5MS (5% difenil/95% dimetilpolissiloxano), a qual propiciou mecanismo de separação baseado na volatilidade dos analitos. Quando comparada com a coluna SUPELCOWAX10, as colunas utilizadas na segunda dimensão [(C10MIM)(MIM)Ag+][NTf2-]/[C10MIM+][NTf2-] (1,2 m x 0,25 mm x 0,15 µm) e (0,9 m x 0,25 mm x 0,15 µm) propiciaram picos estreitos e adequada seletividade favorecendo a separação dos analitos, cujas interações foram baseadas na complexação entre as insaturações das moléculas e os íons Ag+ presentes nos cátions do IL-Ag+. As separações cromatográficas empregando as colunas ILs-Ag+ apresentaram boa resolução cromatográfica na segunda dimensão para a separação dos analitos 1-hexino e 3-hexino, n-pentano e 3-metil-1,4-pentadieno e butanal e 2-butanona, os quais coeluiram na coluna comercial. O tempo de retenção dos ácidos graxos poliinsaturados de cadeia longa (PUFAs de C14:0 a C18:3) foi proporcional ao número de insaturações contidas na estrutura desses analitos. Em resumo, este estudo apresentou o desenvolvimento de uma promissora geração de colunas analíticas para GC × GC contendo IL a base de íons Ag SUP+/SUP
Title in English
Development of new capillaries coated with ionic liquids for in-tube SPME-UHPLC-MS / MS and comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC × GC)
Keywords in English
In-tube SPME
Ionic liquids
Multidimensional gas chromatography
Silver
Solid phase microextraction
Stationary phase
Abstract in English
Considering the advances in chromatographic techniques, the development of new stationary phases has improved the selectivity and detectability of analytical methods. In this context, ionic liquids have been in the spotlight as innovative compounds of the 20th century: they are mainly applied as stationary phases for gas chromatography (GC), high-performance liquid chromatography (HPLC), and solid-phase microextraction (SPME). The benefits of ionic liquids are related to their unique retention/separation mechanisms (hydrophobic, hydrophilic, ionic interactions, hydrogen bonding, and complexation, among others) and to the possibility of tuning their physicochemical properties during the synthesis procedure. In the first part of this study, polymeric ionic liquids were synthesized, characterized, and chemically immobilized on the internal surface of fused silica capillaries. These innovative capillaries were used for capillary microextraction in line with ultra-high performance liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (in-tube SPME-UHPLC-MS/MS) for online determination of endocannabinoids, anandamide (AEA), and 2-aracdonoylglycerol (2-AG) in plasma samples from patients with Parkinson's Disease (PD). Introducing long alkyl chains in the imidazole cation favored hydrophobic interactions; on the other hand, combining the imidazole rings with the halide anions elicited polar interactions and hydrogen bonds with the endocannabinoids. These capillaries promoted exclusion of endogenous compounds from the biological matrix and low backpressures in the analytical system. The linearity of this innovative method ranged from 0.05 to 100 ng mL-1, whereas the precision and accuracy ranged from 1.6 to 14% (coefficient of variation) and from 19.6 to 13.2% (standard error deviation), respectively. Therefore, the in-tube SPME-UHPLC-MS/MS method is adequate for AEA and 2-AG determination in plasma samples from patients with PD. In the second part of this study, high thermal stability capillary columns containing silver-based ionic liquid stationary phases were developed, characterized, and applied in the second dimension of a comprehensive two-dimensional gas chromatograph (GC × GC) with flame ionization detector (FID) to separate alkanes, alkenes, alkynes, dienes, esters, ketones, aldehydes, terpenes, and polyunsaturated fatty acids. When the Rtx-5MS × [(CSUB>10MIM)(MIM)Ag+][NTf2-]/[C10MIM+][NTf2-] column set was employed, the separation in the first dimension was based on the volatility of each analyte; the separation mechanism in the second dimension was strongly influenced by -complexation between the silver ions and the double or triple bonds of the analytes. Compared to the SUPELCOWAX10 column, the [(C10MIM)(MIM)Ag+] [NTf2-]/[C10MIM+][NTf2-] (1.2 m x 0.25 mm x 0.15 m) and (0.9 m x 0.25 mm x 0.15 m) columns provided narrow peaks and unique selectivity, which improved separation of the analytes in the second dimension. The chromatographic separations using the silver-based ionic liquid columns presented exceptional chromatographic resolution in the second dimension for the separation of the analytes 1-hexyne and 3-hexyne, n-pentane and 3-methyl-1,4-pentadiene, and butanal and 2-butanone, which coelute when the commercial benchmark column is used. The retention times of the polyunsaturated fatty acids (PUFAs of C14: 0 to C18: 3) were proportional to the number of unsaturation within the structure of these analytes. In summary, this study presented the development of a promising generation of silver-based capillary columns for GC × GC experiments
 
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Publishing Date
2019-12-17
 
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