کاربرد پلیمرهای نشاندار مولکولی برای آنالیز باقیمانده‌ی آفت کش ها در غذا (2)

روش های پلیمریزاسیون

در بین چندین روش پلیمریزاسیون گزارش داده شده برای آماده سازی MIP ها (یعنی روش های بالك، سوسپانسیونی، رسوب دهی، تورمی و پلیمریزاسیون در جا)، روش پلیمریزاسیون در جا متداول ترین روش مورد استفاده است. این روش ساده و همه كاره است. پلیمریزاسیون بالك بر اساس سنتز پلیمرهای مونولیتیكی بلوك انجام می شود. بعد از تهیه ی پلیمر مورد نظر، فرایند خردایش، آسیاب كاری و آسیاب كردن برای تولید اندازه ی ذرات مناسب، مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از فرایند رسوب دهی، اندازه های این ذرات در گستره ی 25 تا 50 میكرون تنظیم می شود. ذرات باقیمانده با اندازه ی مناسب، خشك می شوند و در میان دو فریت، بسته بندی می شوند. پلیمریزاسیون بالك یك فرایند زمان بر و هزینه بر می باشد. شكل غیر منظم ذرات دارای اثر مهمی بر روی قرارگیری و پك شوندگی ذرات در داخل ستون آزمایش دارد. این مسئله مخصوصا در زمانی نمود دارد كه از این ذرات در LC با فاز ثابت یا الكتروكروماتوگرافی كاپیلاری (CEC) استفاده می شود. در پلیمریزاسیون سوسپانسیونی، مخلوط پلیمریزاسیون در حلال آلی به صورت سوسپانسیون در می آید. در این سوسپانسیون قطراتی از جنس غیر متجانس با حلال آلی وجود دارد. فرایند با استفاده از یك مكانیزم رادیكال آزاد، در این قطرات انجام می شود و هر قطره به عنوان یك رآكتور عمل می كند. این روش، روش قابل اطمینان برای تولید پلیمرهاست و دارای بازده بالایی است. همچنین استفاده از این فرایند، خواص كروماتوگرافی را بهبود می دهد. روش پلیمریزاسیون دیگر، روش رسوب دهی است. این روش نسبت به روش های دیگر متفاوت است. علت این تفاوت استفاده از مقادیر قابل توجه از پروژن نسبت به روش بالك می باشد. در طی این فرایند، زنجیره های پلیمری رشد داده می شوند و به خاطر عدم حلالیت آنها در فاز مایع، رسوب می كنند. كنترل دقیق پارمترهای مختلف كه بر روی فرایند پلیمریزاسیون، اثر می گذارند، موجب پدید آمدن كره های میكرویی و نانویی می شود. علاوه بر سادگی و بازده بالای واكنش، برخی محدودیت ها برای این روش بیان شده است. از جمله از این محدودیت ها می توان استفاده ی از مقادیر قابل توجه از حلال های پروژنی و عوامل واكنش را بیان كرد. به نظر می رسد كه اشكال غیر منظم و طبیعت كلوئیدی ذرات بدست آمد، نیز از جمله سایر محدودیت های این روش به شمار می آید. برای برطرف كردن برخی از محدودیت های مربوط به اندازه، توزیع و شكل ذرات MIP، یك روش پلیمریزاسیون بر پایه ی تورم ذرات با اندازه ی یكسان، توسعه یافته است. این روش،‌روشی بهبود یافته است كه منجر به توسعه ی پیش ماده های پیچیده تر می شود. اگرچه بازده این روش بالاتر است، اما این روش بهبود یافته بیشتر محدود به كارهای آزمایشگاهی است و برای پیش ماده های پیچیده، مورد استفاده قرار می گیرد.
MIP ها همچنین می توانند با روش پلیمریزاسیون درجا تولید شوند. با استفاده از این روش، مونولیتیك هایی از جنس MIP به صورت كوالانسی بر روی دیواره ی داخلی یك لوله ی كاپیلاری از جنس سیلیس فیوزد شده، ایجاد می شوند. در این روش از فریت استفاده نشده است. برای حصول پلیمریزاسیون، لوله های كاپیلاری تحت تابش UV قرار می گیرند. این كار در داخل یك حمام حرارت دهی انجام می شود. در مرحله ی نهایی، بخش سیلیسی شسته می شود. این كار با استفاده از حلال های مناسب انجام می شود. این روش نسبت به روش قبلی ساده تر و سریع تر است.

MIP ها در استخراج حالت جامد

استخراج از فاز جامد (MISPE) می تواند به عنوان پیشرفته ترین كاربرد MIP ها در نظر گرفته شود. روش استخراج می تواند به صورت مزدوج شده با روش كروماتوگرافی مایع (LC) یا بدون آن، مورد استفاده قرار گیرد. در این روش استخراج حالت جامد، ذرات MIP به عنوان مواد جاذب انتخابی، مورد استفاده قرار گیرد. این پلیمرها می تواند در داخل ستون های PLC یا در بین بخش های فریتی، قرار داده شوند. روش MISPE میزان دستكاری نمونه را به حداقل می رساند و میزان اتلاف مواد مورد آزمایش را كاهش می دهد. روش بدون LC، روشی ساده تر و متدول تر است. مشابه SPE كلاسیك، اصول MISPE از چهار مرحله تشكیل شده است: آماده سازی جاذب، نفوذ نمونه به داخل MIP، شستشو و زدایش تركیبات سطح مشترك مولكولی و شستشوی مواد مورد آنالیز (شكل 1). انتخاب حلال برای مرحله ی انتقال، باید به طور خردمندانه انتخاب گردد به نحوی كه حلالی انتخاب گردد كه میزان قطبی بودن آن مشابه حلال مورد استفاده در فرایند پلیمریزاسیون باشد. در مراحل دیگر، حلال باید قادر باشد از ایجاد برهمكنش های میان مونومرهای باقیمانده بر روی سطح MIP، جلوگیری كند؛ بدون آنكه برروی مكان های اتصال،‌اثر بگذارد. بعد از واجذبی مواد مورد آزمایش قرار گرفته، با استفاده از یك حلال مناسب، قادریم تا برهمكنش های میان مواد مورد آنالیز و MIP ها را قطع كنیم.
كاربرد MIP ها به عنوان عامل جاذب برای استخراج فاز جامد(SPE) آفت كش ها در نمونه های غذایی
باقیمانده ی آفت كش ها در مواد غذایی می تواند موجب پدید آمدن ریسك های بسیاری برای سلامتی انسان ها شود ؛ بنابراین، بررسی این مواد در داخل مواد غذایی، یكی از مسائل مهم در صنعت محسوب می شود. تكنیك های تحلیلی به منظور تشخیص و ردیابی باقیمانده ی آفت كش ها در داخل غذا، بسیار حساس هستند زیرا مقدار این آفت كش ها در داخل مواد غذایی، بسیار اندك می باشد. همچنین تنوع و پیچیدگی نمونه ها و آفت كش های مورد استفاده موجب می شود تا نیاز به روش های جدید، بیشتر به چشم بخورد. هر بررسی دقیق كه در آن از چندین روش استفاده شده است، معمولا برای تشخیص و ارزیابی میزان باقیمانده ی آفت كش ها در داخل مواد غذایی، مورد استفاده قرار می گیرد. اكثر این روش ها، نیازمند یك مرحله ی آماده سازی نمونه هستند. در این روش های آماده سازی، مواد شیمیایی مورد نظر از زمینه ی پیچیده به داخل یك محیط جدید، انتقال می یابد كه این محیط جدید با روش آزمایش و آنالیز همخوانی دارد. اغلبا در این مرحله، یك پیش ماده ی تمیز از مواد مورد آنالیز، ایجاد می كند كه زمان آماده سازی در این حالت، زیاد است و اگر نكات كاری در این مرحله رعایت نشود، امكان ایجاد خطا در محاسبات وجود دارد. برای جداسازی و اندازه گیری كمی، روش های تحلیلی GC و HPLC معمولا انتخاب می شوند. استخراج از فاز جامد، اغلب انتخاب می شود اما فقدان خاصیت گزینش پذیری در این روش، موجب می شود تا استفاده از این روش، مشكل آفرین باشد. یك ابزار قدرتمند در آماده سازی نمونه، تكنولوژی نشاندار كردن مولكولی است. یك محدودیت شناخته شده برای MIP ها، مخصوصا آنهایی كه از برهمكنش های غیر كوالانسی استفاده می كنند، این حقیقت است كه پیوند ایجاد شده با مواد مورد آنالیز، عمدتا از جنس پیوند هیدروژنی است. این پیوند نسبتا ضعیف است و امكان مختل شدن آن وجود دارد. این بدین معناست كه در استخراج، وقتی از آب استفاده شود، مولكول های آب با مولكول های مواد شیمیایی رقابت می كنند و این مسئله منجر به كاهش انتخاب پذیری و ظرفیت پیوند دهی می شود. آسان ترین راه برای فایق آمدن بر این مشكل، استفاده از حلال های آلی است. امروزه، از جاذب های MIP برای شستشوی انتخابی به جای یون های استخراج كننده، استفاده می شود. MIP ها به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند و از آنها به عنوان جاذب برای SPE استفاده می شود. این مواد اجازه ی پیش تغلیظ مواد مورد آنالیز و تمیز كردن نمونه ها را می دهد. با استفاده از آنها امكان شستشوی اجزای زمینه ای وجود دارد. با توجه به مروری كه بر روی SPE انجام شده است، این فهمیده شده است كه دو نوع آفت كش كه در MISPE مورد استفاده قرار می گیرد، به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته اند. این دو نوع آفت كش عبارتند از آعلف كش های بر پایه ی تریزین و آفت كش های بر پایه ی اوره. استفاده از روش MISPE برای بررسی میزان علف كش تریزین،‌ از جمله از قدیمی ترین بررسی ها در این زمینه است. استفاده از روش SPEs برای بررسی میزان علف كش تریزین با استفاده از MIP ها، یكی از روش های موفق در این زمینه بوده است. Matsui و همكارانش به این نكته اشاره كرده اند كه استفاده از خود مواد مورد بررسی به عنوان تمپلیت، می تواند مسئله ای گیج كننده است زیرا این استفاده ممكن است از حضور تریزین های باقیمانده در پلیمر نهایی، جلوگیری نكند و موجب ایجاد یك سطح مشترك از جنس مواد مورد آزمایش، شود. برای فایق آمدن بر این مشكل، استفاده از آلكیل ملامین یا استفاده از دی بوتیل ملامین به جای آترازین ( به جای تمپلیت برای سنتز پلیمر)، پیشنهاد شده است. در سال 2003، Cacho و همكارانش یك رویه ی دو مرحله ای برای فایق آمدن بر مشكلات مربوط به استفاده از MISPE برای نمونه های پیچیده، ارائه كردند. MISPE دو مرحله ای شامل یك تركیب از دو كارتریج پلیمری است كه یكی نشاندار است و دیگری، غیر نشاندار. كارتریج اول، مواد مورد آنالیز و تركیب زمینه را حفظ می كردند اما مواد مورد آنالیز به آسانی شستشو می شدند. سپس، عصاره های نمونه ها ی تمیز با استفاده از روش MISPE، بدست می آمدند. استفاده از این روش در نخود فرنگی، سیب زمینی و غلات، اجازه ی تشخیص و اندازه گیری 5 تریازین مختلف را می داد. این در حالی است كه غلظت این مواد كمتر از حد ماكزیمم بود. این مسئله اثبات می كند كه این روش برای بررسی این آفت كش ها در داخل این 5 ماده ی غذایی، مناسب است. Chapuis و همكارانش دو پلیمر بر پایه ی متیل اكریلات را پیشنهاد كردند كه در دی كلرو متان سنتز شده بودند. از این پلیمرها به عنوان تمپلیت در استخراج ترایزین از مواد پیچیده، استفاده شده است. آنها به این نتیجه رسیدند كه استفاده از این MIP ها، موجب شده تا تمام ترایزین ها و تغییرات متابولیكی آنها حفظ گردد. یكی دیگر از تكنیك های گزینش استخراجی، بر پایه ی تركیبی از استخراج حلالی با كمك غشاء ها و استخراج نشاندار مولكولی فاز جامد برای بررسی میزان عاف كش های ترایزین در نمونه های غذایی توسعه یافته است و برای ذرت و ... مورد استفاده قرار گرفته است. این تركیب حساسیت قابل توجهی دارد و از این رو، قابلیت مناسبی برای استخراج نمونه های پیچیده دارد. بیشتر اجزای مورد آنالیز، از اتصال به ذرات MIP جلوگیری می كنند زیرا آنها در پشت سد غشائی قرار گرفته اند. این مسئله می تواند به عنوان یك راه چاره برای استخراج تركیبات بسیار پیچیده، مورد استفاده قرار گیرد. Tang و همكارانش یك نوع MIP را با استفاده از پلیمریزاسیون رسوبی، تولید كردند. این سنتز با استفاده از TRIM (تری متیل اول پروپانول تریمتیل اكریلات) به عنوان عامل اتصال دهنده، دی كلرومتان به عنوان عامل پروژن و MAA به عنوان پلیمر عامل دار، انجام شد. آنها پلیمر را به عنوان عامل جاذب SPE برای نمونه های سویا مورد استفاده قرار داده اند و فهمیده اند كه پلیمرهای نشاندار BSM نه تنها میل تركیبی خوبی برای استفاده به عنوان تمپلیت دارند، بلكه همچنین این پلیمر توانایی به دام انداختن تری بنرون متیل، متیل سولفورن متیل و نیكوسولاورن را دارد. نتایج نشان داده است كه این روش می تواند برای ارزیابی یك سری ازر سولفونیلور ها، در نمونه های غذایی خاص، مورد استفاده قرار گیرد. قبلا، یكی دیگر از MIP ها برای فنورون (علف كش فنیل اوره) و با استفاده از پلیمریزاسیون رسوبی، توسعه داده اند. در این MPI، MAA به عنوان پلیمر عامل دار و تولوئن به عنوان عامل پروژن می باشد. این ماده ی ساخته شده با استفاده از روش MISPE در نمونه های سیب زمینی، گندم و جو مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج بدست آمده قابل توجه بوده است. نویسندگان به این نكته اشاره كرده اند كه فرایند پلیمریزاسیون باید به گونه ای بهینه گردد كه ذرات كروی در حین پلیمریزاسیون، ایجاد گردد. با شروع استفاده از نسل دوم آفت كش های سنتزی یعنی آفت كش های ارگانوفسفری، این مواد به عنوان یك جایگزین برای تركیبات ارانوكلری مورد استفاده در كنترل آفت، مورد استفاده قرار گرفت. علت استفاده این بود كه اگر چه این مواد سمی تر هستند، تمایل به انباشت آنها در زنجیره ی غذایی، كمتر است. دی متوآت، یك آفت كش ارگانو فسفری است كه به طور گسترده برای كاهش آفت های سبزیجات، مورد استفاده قرار می گیرد. یك MIP غیر كوالانسی برای استخراج دی متوآت از برگ های چای، توسعه یافته است. در این MIP از دی متوآت به عنوان مولكول تمپلیت، متیل متااكریلات به عنوان مونومر و تتراهیدروفوران به عنوان پروژن استفاده می شود. فنیتروتیون(FEN) یكی دیگر از آفت كش های ارگانو فسفری است كه به طورگسترده در صنعت كشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد. این آفت كش برای مبارزه با آفت های جونده ی موجود برروی میوه، سبزی، برنج، گیاهان علوفه ای و غلات ذخیره سازی شده، مورد استفاده قرار می گیرد. این آفت كش و محصولات حاصل از تخریب آن، با استفاده از روش GC یا LC مورد آنالیز قرار گرفته اند( این فرایندها بعد از مرحله ی SPME یا LLE مورد استفاده قرار گرفته اند). اخیرا، یك MISPE توسعه یافته است و برای بررسی و اندازه گیری باقیمانده ی FEN در گوجه فرنگی، مورد استفاده قرار گرفته است. MIP مورد استفاده برای FEN با استفاده از فرایند پلیمریزاسیون بالك،‌تولید شده است. در این سنتز، از روش نشاندار كردن مولكولی غیر كوالانسی استفاده شده است. سنتز با استفاده از متیل اكریلیك اسید (MAA) به عنوان مونومر عامل دار، اتیلن گلیكول دی میتل اكریلات (EGDMA) به عنوان عامل اتصال دهنده ی عرضی و تولوئن به عنوان حلال پروژنی، انجام شده است. نویسندگان این مقاله اثبات كرده اند كه MISPE یك ابزار مناسب برای ارزیابی باقیمانده های FEN در گوجه فرنگی می باشد. مزیت استفاده از این روش در بررسی باقیمانده ی FEN در گوجه فرنگی، عبارتست از هزینه ی اندك، قابل تولید مجدد و گزینش پذیری مناسب می باشد. سایر آفت كش های ارگانوفسفری به طور گسترده برای محافظت از محصول و فرآوری درختان، مورد استفاده قرار می گیرد. یكی از پایدارترین این آفت كش ها، دی كلرووس ها هستند. این تركیبات بسیار سمی هستند زیرا می توانند موجب تغییر پروتئینی شوند. این سموم موجب تغییرات در ترشح غدد می شود. بنابراین یك روش حساس و قابل اطمینان برای جداسازی آنها واندازه گیری این آفت كش در غذا، ضروری است. MISPE به همراه HPLC می تواند برای اندازه گیری مقادیر اندك از دی كلرووس ها در نمونه های بوته ای و كاهومانند، پیشنهاده شده است. با استفاده از تكنیك نشاندار كردن مولكولی در دمای اتاق، می توان از تمپلیت های مایع استفاده كرد و در نهایت پایدار،‌ گزینش پذیری و ظرفیت جذب دی كلرووس ها را افزایش داد. د ر نظر آفت كش های مصنوعی پیروتئیدی، استفاده از روش MISPE می تواند هزینه تمیزكاری كه هم اكنون برای آنالیز نمونه های تركیبی مورد استفاده قرار می گیرد را، كاهش دهد. این در حالی است كه استفاده از این روش، مصرف حلال را كاهش می دهد و گزینش پذیری را افزایش می دهد. استخراج آفت كش های پیروتوئیدی معمولا با استخراج ناگهانی مواد چربی دار،‌همراه است. از این رو این به نظر می رسد كه روش MISPE روشی مناسب برای اندازه گیری این نوع آفت كش ها باشد. سه روش به طور موازی برای توسعه ی MIP ها برای پیروتئیدها،‌مورد استفاده قرار گرفته است. یكی روش MIP بر پایه ی اوره، یكی روش MIP برپایه ی اكریلات و MIP بر پایه ی دی وینیل بنزن می باشد. روش استفاده برای نشاندار كردن،‌روشی آب گریز بوده است. بهترین نتایج برای MIP بر پایه ی دی وینیل بنزن حاصل شده است. این روش از بین سه روش دیگر برای بررسی و اندازه گیری قارچ كش ها، مورد استفاده قرار می گیرد. حد ماكزیمم باقیمانده برای بنزیمیدازول ها بسیار اندك است و روش آنالیز دقیقی نیاز است تا بوسیله ی آنها بتوان میزان اندك از این مواد را تشخیص داد. تركیبی از روش های نشاندار كردن مولكولی و الكتروكروماتوگرافی برای اولین بار و برای آنالیز این سموم استفاده شده است. استفاده از MIP ها نه به عنوان جاذب بلكه به عنوان فاز ثابت گزینش پذیر در الكتروكروماتوگرافی، پیشنهاد شده است. یك مونولیتیك نشاندار مولكولی به عنوان فاز ثابت برای الكتروكروماتوگرافی كاپیلاری، مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش، از TBZ به عنوان مولكول تمپلیت، MAA به عنوان مونومر، EDMA به عنوان عامل اتصال دهنده و AlBN به عنوان ممانعت كننده استفاده شده است. استفاده از MIP ها هم به عنوان جاذب برای استخراج فاز جامد و هم به عنوان فاز ثابت برای كروماتوگرافی، ممكن است موجب بهبود آنالیز باقیمانده ی آفات شود. این روش هنوز در مراحل اولیه است اما هم اكنون دارای كاربرد بالایی است.

نتیجه گیری

نشاندار كردن مولكولی می تواند به طور مناسبی برای آنالیز آفت كش ها مورد استفاده قرار گیرد. این روش می تواند برای آماده سازی مواد پلیمری با مكان های تشخیصی خاص مورد استفاده قرار گیرد. خواص خارق العاده ی MIP ها یعنی پایداری آنها، آماده سازی آنها را ساده و ارزان می كند و از این رو، این روش، روش مناسب برای استفاده در گستره ی وسیعی از كاربردهاست. در میان این روشها، كروماتوگرافی بااستفاده از عوامل نشاندار مولكولی MIP به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. اخیرا استفاده از MIP به عنوان جاذب های گزینش پذیر برای استخراج فاز جامد(SPE) یك روش قابل اطمینان و ابداعی است. علت این موضوع این است كه این مواد پلیمری اجازه ی استخراج مواد مورد آنالیز را از پیش ماده های پیچیده، به ما می دهد. این مواد دارای گزینش پذیری و حساسیت مناسب است. برخلاف سایر روش های مورد استفاده تاكنون، این روش د ارای آزادی های بالایی است و به انسان اجازه شناسایی و بررسی مواد متنوعی را می دهد.
تلاش های انجام شده بوسیله ی گروه های تحقیقاتی مختلف،‌نشان داده است كه استفاده از MIP ها دارای پتانسیل مناسبی برای استفاده شدن به عنوان یك ابزار مناسب برای توسعه ی روش های آنالیزی مختلف مانند كروماتوگرافی مایع، و استخراج فاز جامد برای جداسازی نمونه های خاص مورد آنالیز از مواد پیچیده ،می باشد. در سال های اخیر، یك تعداد زیاد از مقالات در زمینه ی نشاندار كردن مولكولی منتشر شده است. این انتظار می رود كه این موضوع توجه قابل توجهی را در سال های بعد به خود اختصاص دهد و بتوان از آن برای اندازه گیری میزان آفت كش ها و مواد سمی در محصولات كشاورزی استفاده كرد.
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.