Titlu proiect: Metodă microanalitică elementală simultană pentru controlul mediului și alimentelor folosind prelevarea pasivă si instrumentație miniaturizată bazată pe spectrometrie de emisie optică in microplasmă

Acronim: MULTIPASS

Contract nr: 733PED / 27.06.2022

Autoritatea contractanta: Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării (UEFISCDI), Romania

Program: P2 – Creșterea competitivității economiei românești prin CDI

Abstract

Proiectul are ca scop dezvoltarea și validarea de noi metode microanalitice de înaltă sensibilitate lipsite de efecte de matrice pentru determinarea Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cu și Zn de interes pentru controlul calității mediului și alimentelor folosind preconcentrarea pasivă prin difuzia de gradient în strat subțire (DGT) și detecția prin spectrometria de emisie optică în microtorța de plasmă cuplată capacitive (DGT-SSETV-μCCP-OES). Nivelul de start al proiectului este TRL3 prin existența modelului experimental miniaturizat și se ajunge la nivelul TRL4 prin validarea metodelor aplicate la probe de mediu și alimente. Durata proiectului este de 24 luni, în două etape, și este realizat în parteneriat de către Institutul de Cercetări pentru Instrumentație Analitică Cluj-Napoca (CO-ICIA), Universitatea Babeș-Bolyai Cluj-Napoca (P1-UBB) și Universitatea Tehnică Cluj-Napoca (P2-UTCN). Prima etapă este destinată creșterii maturității tehnologice a sistemului SSETV-μCCP-OES la nivelul TRL4 prin integrarea preconcentrării in-situ și ex-situ folosind DGT. Va fi optimizat procesul de preconcentrare și detecție spectrală în așa fel încât să se dezvolte metode simultane multielementale. Performanțele analitice vor fi comparate cu metodele tradiționale bazate pe spectrometria de emisia optică în plasma cuplată inductiv, absorbția atomică în cuptor de grafit și absorbția atomică cu desorbție termică. A doua etapă este dedicată dezvoltării și validării de metode microanalitice DGT-SSETV-μCCP-OES comparativ cu metodele tradiționale și cerințele Comisiei Europene privind laboratoarele oficiale de control. Capacitatea analitică va fi prezentată potențialilor utilizatori printr-o demonstrație practică. Procedurile standard de operare vor fi implementate în cadrul laboratoarelor CO-ICIA și P1-UBB. Rezultatele vor fi diseminate prin 4 articole în reviste WoS și participări la conferințe (4 naționale și 6 internaționale). Se va depune o cerere de brevet de invenție național.

Obiectivul proiectului

Obiectivul principal al proiectului MULTIPASS este dezvoltarea de noi metode microanalitice la nivelul TRL4 pentru determinarea simultană a elementelor prioritar periculoase (Pb, Cd, Hg) și a altor elemente (As, Sb, Se, Cu, Zn) în microprobe de mediu și alimente folosind un model experimental de laborator complet miniaturizat bazat pe microeșantionarea directă a lichidului SSETV-μCCP-OES în tandem cu dispozitivul DGT pentru preconcentrarea in situ și ex-situ și separarea analiților de matrice.

Rezultatele estimate

  • Raport de testare si optimizare a condițiilor de lucru pentru preconcentrare in-situ si ex-situ a Hg, Pb, Cd, As, Sb, Se, Cu si Zn utilizand dispozitive DGT;
  • Raport optimizare ale condițiilor de lucru ale sistemului SSETV ca dispozitiv pentru microeșantionare dupa preconcentrare cu DGT;
  • Software pentru controlul programului termic a filamentului de Rh;
  • Raport optimizare a condițiilor de lucru pentru microtorța cu plasmă interfatata cu un microspectrometru de joasa rezolutie pentru determinarea simultană multielementală prin DGT-SSETV-μCCP-OES;
  • Raport privind performante analitice imbunătățite (limita de detectie, de cuantificare, si compensarea efectelor de matrice non-spectrale) ale metodelor DGT-SSETV-μCCP-OES;
  • Studiu comparativ a performanțelor analitice pentru DGT-SSETV-μCCP-OES cu metodele tradiționale GFAAS, TDAAS, ICP-OES și cerințele legislației europene pentru laboratoarele de control oficial;
  • Raport de validare a metodelor bazate pe DGT-SSETV-μCCP-OES pentru determinarea multielementală simultană în probe de mediu;
  • Raport de validare a metodelor bazate pe DGT-SSETV-μCCP-OES pentru determinarea simultană multielementală în probe de alimente;
  • Metode microanalitice dezvoltate pentru probe de mediu (DGT-SSETV-μCCP-OES) TRL4;
  • Metode microanalitice dezvoltate pentru probe de alimente (DGT-SSETV-μCCP-OES) TRL4;
  • Raport de demonstare a utilității și funcționalității noilor metode microanalitice DGT-SSETV-μCCP-OES;
  • 2 Proceduri Standard de Operare bazate pe DGT-SSETV-μCCP-OES;
  • Cerere de brevet national;
  • Diseminarea rezultatelor prin participari la conferinte nationale si internationale;
  • Diseminarea rezultatelor prin publicarea de articole stiintifice in reviste indexate WoS.

Data începerii contractului: 27/06/2022
Data încheierii contractului: 26/06/2024
Durata proiectului: 24 luni

Parteneri:

  • P1 – UNIVERSITATEA BABES BOLYAI
    Responsabil de proiect: Prof. Dr. Tiberiu Frențiu
  • P2 – UNIVERSITATEA TEHNICA DIN CLUJ – NAPOCA
    Responsabil de proiect: Prof. Dr. Dorin Petreuș

Buget:

Valoarea totală de la buget: 598.795,00 RON
Valoarea totală cofinanțare (surse proprii): 0,00 RON
Valoarea totală a contractului: 598.795,00 RON

Date de contact:

Director de proiect
CSI Dr. Marin Senila
Str. Donath nr. 67, Cluj-Napoca, Romania
E-mail: marin.senila@icia.ro; icia@icia.ro
Tel/Fax: +40 264 420590 / +40 264 66

Rezultate obtinute Etapa 1

  1. Raport testare și optimizare condiții de lucru pentru prelevarea/ preconcentrarea in-situ și ex-situ a Hg, Pb, Cd, As, Sb, Se, Cu și Zn cu ajutorul dispozitivului DGT
  2. Raport optimizare condiţii de operare a echipamentului DGT-SSETV-µCCP-OES la determinare de Zn, Cd, Cu, Hg și Pb
  3. Soft specializat, control temperatură microfilament de Rh (evaporararea electrotermica a Hg, Cd, Cu, Pb și Zn)
  4. 1 model DGT-SSETV-μCCP-OES nivel tehnologic TRL4
  5. Participare la manifestări ştiinţifice naţionale

Eniko Covaci, Zsofia Sandor, Bogdan Simion Angyus, Marin Senila, Tiberiu Frentiu. Optical emission spectrometry by electrothermal vaporization in a capacitively coupled plasma microtorch as a specific detector in simultaneous multielemental passive sampling by diffusive  gradients in thin films (DGT-SSETV-μCCP-OES): Preliminary studies on the optimization of working parameters. Conferința Națională de Chimie, ediția XXXVI, secțiunea Chimie anorganică, chimie-fizică și analitică, Călimănești-Căciulata, 04–07 octombrie 2022 – Comunicare orală

Zsofia Sandor, Eniko Covaci, Bogdan Simion Angyus, Marin Senila, Tiberiu Frentiu. Microanalytical method for monitoring of toxic elements in surface waters using passive sampling in diffusive gradients in thin films and detection by capacitively coupled plasma microtorch optical emission spectrometry with electrothermal vaporization  (DGT-SSETV-μCCP-OES). Conferința Națională de Chimie, ediția XXXVI, secțiunea Chimie anorganică, chimie-fizică și analitică, Călimănești-Căciulata, 04–07 octombrie 2022 – poster

Rezultate etapă 1 (PDF)

Rezultate obtinute Etapa 2

  1. Raport optimizare a conditiilor de lucru pentru microtorta cu plasma pentru determinarea simultana multielementala prin DGT-SSETV-μCCP-OES pentru determinarea As, Sb, Se
  2. Raport experimentare privind imbunatatirea performantelor analitice ale metodelor SSETV-μCCP-OES cu si fara DGT
  3. Studiu comparativ a performantelor analitice pentru DGT-SSETV-μCCP-OES cu metodele traditionale GFAAS, TDAAS, ICP-OES si cerintele legislatiei europene
  4. Raport de validare a metodelor bazate pe DGT-SSETV-μCCP-OES pentru determinarea multielementala simultana in probe de mediu
  5. Raport de validare a metodelor bazate pe DGT-SSETV-μCCP-OES pentru determinarea simultana multielementala in probe de alimente
  6. Soft specializat, control temperatura microfilament de Rh (evaporararea electrotermica a As, Sb, SE)
  7. Participare la manifestari stiintifice nationale – 8 participari la conferinte nationale si internationale, din care 6 postere si 2 prezentari orale
  8. 3 articole publicate/trimise la reviste indexate WoS

Participarea la manifestari stiintifice

3 participari la a 49th International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering (SSCHE), Tatranske Matliare, Slovacia, 15–18 Mai 2023

1. Eniko Covaci, Simion Bogdan Angyus, Marin Senila, Maria Frentiu, Tiberiu Frentiu. Elimination of spectral interference between Cd and As in their monitoring in water by using in-situ diffusive gradients in thin film passive sampling and detection by ex-situ microplasma optical emission spectrometry set-up equiped with a low-resolution microspectrometer. (Poster)

2. Eniko Covaci, Simion Bogdan Angyus, Marin Senila, Maria Frentiu, Tiberiu Frentiu. Evaluation of green and white degree of a method based on in-situ diffusive gradients in thin film passive sampling coupled with ex-situ microplasma optical emission spectrometry set-up for determination of toxic elements in river water. (Poster)

3. Simion Bogdan Angyus, Marin Senila, Eniko Covaci, Tiberiu Frentiu, Maria Frentiu. Monitoring of toxic trace metals in river water using in-situ diffusive gradients in thin film passive sampling and small-sized electrothermal vaporization capacitively coupled plasma microtorch optical emission spectrometry. (Poster)

2 participari la a 4th Young Researchers’ International Conference on Chemistry and Chemical Engineering (YRICCCE IV), Debrecen, Ungaria, 1–3 Iunie 2023

4. Simion Bogdan Angyus, Marin Senila, Eniko Covaci, Tiberiu Frentiu. Diffusive gradients in thin film and electrothermal vaporization capacitively coupled plasma optical emission spectroscopy method for the evaluation of bioavailable Cu, Zn, Cd and Pb fraction in agricultural soils. (Prezentare orala)

5. Eniko Covaci, Simion Bogdan Angyus, Marin Senila, Maria Frentiu, Tiberiu Frentiu. Greenness and whiteness of small-sized electrothermal vaporization capacitively coupled plasma optical emission spectrometry with in-situ diffusive gradients in thin films passive sampling (DGT-SSETV-μCCP-OES). (Prezentare orala)

O participare la 14th International Conference Processes in Isotopes and Molecules, Cluj-Napoca, Romania, 19-22 Septembrie 2023

6. Sergiu Cadar, Dorin Petreus, Toma Patarau, Eniko Szilagyi, Bogdan Angyus, Frentiu Tiberiu, Optimization of the electrothermal evaporation process based on intelligent control of the power source. (Poster)

O participare la IEEE 29th International Symposium for Design and Technology in Electronic Packaging (SIITME), Craiova, Romania. 17-21 octombrie 2023

7. Sergiu Cadar, Dorin Petreus, Toma Patarau, Eniko Szilagyi. Comparative analysis of two types of filaments with COMSOL for electrothermal process. (Poster)

O participare la Conferinta Agriculture and Food – current and future challenges, AGRIFA, Cluj-Napoca, Romania. 20 octombrie 2023

8. Marin Senila, Marius Roman, Bogdan Angyus. Mercury fractionation in soil using Diffusive Gradients in Thin-films coupled with thermal decomposition – atomic absorption spectrometry. (Poster)

Articole ISI publicate / trimise spre publicare

  1. Simion Bogdan Angyus, Marin Senila, Tiberiu Frentiu, Michaela Ponta, Maria Frentiu, Eniko Covaci. In-situ Diffusive Gradients in thin-films passive sampling coupled with ex-situ small-sized electrothermal vaporization capacitively coupled plasma microtorch optical emission spectrometry as green and white method for the simultaneous determination of labile species of toxic elements in surface water. Talanta, 2023, 259, numar articol 124551, DOI: 10.1016/j.talanta.2023.124551 (IF 6.1)
  2. Simion Bogdan Angyus, Marin Senila, Eniko Covaci, Michaela Ponta, Maria Frentiu, Tiberiu Frentiu. Simultaneous determination of Cd, Pb, Cu and Zn as total and labile fraction in soil using small-sized electrothermal vaporization capacitively coupled plasma microtorch optical emission spectrometry after diffusive gradients in thin-films passive accumulation. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, acceptat 2023, DOI: 10.1039/D3JA00258F (IF 3.4)
  3. Marin Senila, Metals and metalloids monitoring in water by passive sampling: A review, Reviews in Analytical Chemistry, acceptat 2023, DOI: 10.1515/revac-2023-0065, (IF 4.3)

Rezultate etapa 2 (PDF)

Rezultate obținute Etapa 3

  1. Metode microanalitice dezvoltate pentru probe de mediu (DGT-SSETV-μCCP-OES) TRL4
  2. Metode microanalitice dezvoltate pentru probe de alimente (DGT-SSETV-μCCP-OES) TRL4
  3. Metode analitice dezvoltate bazate pe DGT si metode clasice pentru comparare cu (DGT-SSETV-μCCP-OES)
  4. Raport de demonstare a utilitatii și functionalitatii noilor metode microanalitice DGT-SSETV-μCCP-OES
  5. 2 Proceduri standard de operare bazate pe DGT-SSETV-μCCP-OES
  6. PV drepturi de proprietate intelectuală pentru cercetare industrială
  7. Cerere de brevet național
  8. Participare la manifestari stiintifice nationale – 3 participari la conferinte internationale
  9. 5 articole publicate in reviste indexate WoS

Participarea la manifestari stiintifice

  • Participare la a 50th International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering (SSCHE), Tatranske Matliare, Slovacia, 20–24 Mai 2024
    1. S. Angyus, T. Frentiu, M. Frentiu, E. Covaci, M. Senila Evaluation of mercury concentration and mobility in soils around a former chlor-alkali plant using diffusive gradients in thin films (DGT) technique (Poster)
    2. E. Covaci, S. Angyus, M. Senila, M. Frentiu, T. Frentiu Speciation of toxic metals in soil as total and labile fraction using diffusive gradients in thin films (DGT) passive sampling and determination by capacitively coupled plasma optical emission spectrometry (Poster)
  • Participare la International Spring Seminar on Electronics Technology, 15-19 May 2024, Prague, Cehia
    3. S. Cadar, D. Petreuș, T. Pătărău, E. Szilagyi Design of a flat coil electrothermal vaporization device for inductively coupled plasma optical emission spectrometry (poster).

Articole ISI publicate

  1. M. Senila, M.A. Resz, L. Senila, I. Torok, Application of Diffusive Gradients in Thin-films (DGT) for assessing the heavy metals mobility in soil and prediction of their transfer to Russula virescens, Science of The Total Environment (Elsevier), 2024, 909, 168591 (FI = 9.8, SRI = 2.23)
  2. M. Senila, E. Kovacs, Use of diffusive gradients in thin-film technique to predict the mobility and transfer of nutrients and toxic elements from agricultural soil to crops—an overview of recent studies, Environmental Science and Pollution Research (SpringerNature), 2024 (IF = 5.8, SRI = 0.94).
  3. M. Senila, E.A. Levei, T. Frentiu, C. Mihali, S.B. Angyus, Assessment of mercury bioavailability in garden soils around a former nonferrous metal mining area using DGT, accumulation in vegetables, and implications for health risk. Environmental Monitoring and Assessment (SpringerNature), 2023, 195, 1554 (FI = 3.0, SRI = 0.77)
  4. M. Senila, M.A. Resz, I. Torok, L. Senila, Nutritional composition and health risk of toxic metals of some edible wild mushrooms growing in a mining area of Apuseni Mountains, Western Carpathians, Journal of Food Composition and Analysis (Elsevier), 2024, 128, 106061 (FI = 4.3, SRI = 1.82)
  5. M. Senila, O. Cadar, T. Frentiu, L. Senila, S.B. Angyus, Diffusive Gradients in Thin-films as passive sampling tool for the measurement of labile species in fractionation analysis of metals (Fe, Mn, Cu, Zn and Pb) in beer, Microchemical Journal (Elsevier), 2024, 198, 2024, 110195 (IF = 4.8, SRI = 1.28)

Rezultate etapa 3 (PDF)

Raport final (PDF)