Stanovení mědi(II) plamenovou atomovou absorpční spektrometrií po její perkoncentraci vysoce selektivní a ekologicky šetrnou disperzní mikroextrakční technikou kapalina-kapalina

Ionty Cu(II) reagovaly se salofenem, a za experimentálních podmínek mezi nimi vznikl komplex (obr. 1) (Zeeb et al. 2011). Komplex Cu a salofenu v kyselém prostředí byl extrahován do organického rozpouštědla. Pro dosažení vysokého analytického signálu a faktoru obohacení byl optimalizován vliv různých parametrů, jako je pH roztoku, typ a objem extrakčního rozpouštědla, typ a objem disperzního rozpouštědla a koncentrace chelatačního činidla. Pro optimalizaci výše uvedených parametrů byla použita jednorozměrná optimalizační strategie.

Vliv pH

Veličina pH hraje důležitou roli při tvorbě komplexu Cu-salofen a následné extrakci. Z tohoto důvodu byla provedena řada experimentů s úpravou hodnoty pH v rozmezí od 1,5 do 7,0. Z tohoto důvodu byla provedena řada pokusů. Získané výsledky (obr. 2) ukazují, že analytický signál pro měď je v rozmezí pH 1,5-4 téměř konstantní. Na základě získaných výsledků a pro získání vysoké selektivity bylo tedy jako optimální pH zvoleno pH = 2,0.

Výběr extrakčního rozpouštědla

Typ extrakčního rozpouštědla má významný vliv na účinnost extrakce. Extrakční rozpouštědlo musí mít nízkou rozpustnost ve vodě, jeho hustota by měla být vyšší než hustota vody a rozpouštědlo by mělo mít schopnost extrahovat zájmové sloučeniny (Naseri et al. 2008). V tomto ohledu byla zkoumána účinnost různých rozpouštědel, jako je tetrachlormethan, chloroform a dichlormethan. Vzhledem k tomu, že rozpustnost extrakčních rozpouštědel ve vodě je různá, bylo nutné přidat nadbytečné množství extrakčního rozpouštědla, aby se získal konstantní objem sedimentované fáze (60 ± 3 μl). Proto bylo do 10,0 ml roztoků vzorků samostatně vstříknuto 80, 110 a 140 μl tetrachlormethanu, chloroformu a dichlormethanu s 1,30 ml acetonu (jako disperzního rozpouštědla), aby bylo dosaženo celkového objemu 60 μl sedimentované fáze. Získané výsledky (obr. 3) ukázaly, že extrakční účinnost tetrachlormethanu, chloroformu a dichlormethanu byla 58 %, 94 % a 51 %. Jako nejlepší extrakční rozpouštědlo byl proto vybrán chloroform.

Vliv objemu extrakčního rozpouštědla

Vliv objemu extrakčního rozpouštědla byl rovněž zkoumán přípravou směsí 1,30 ml acetonu a různých objemů chloroformu. Získané výsledky jsou uvedeny v tabulce 1. Jak je z této tabulky patrné, analytický signál a účinnost extrakce byly v objemovém rozmezí 70-120 μl chloroformu téměř konstantní a poté postupně klesaly. To je způsobeno tím, že při objemu extrakčního rozpouštědla větším než 120 μl nebyl výsledný zakalený roztok stabilní a velikost kapiček chloroformu byla velká. Proto se povrch mezi extrakčním rozpouštědlem a vodnou fází zmenšil, což způsobilo snížení přenosu hmoty a účinnou extrakci komplexu Cu-salofen z vodné fáze do chloroformu. Aby se tedy zajistil dostatečný objem chloroformu pro extrakci vyšší koncentrace mědi, bylo jako optimální objem zvoleno 120 μl chloroformu a sedimentovaná fáze činila 70 μl.

Je třeba poznamenat, že při studiu vlivu objemu extrakčního rozpouštědla, protože objem sedimentované fáze byl proměnlivý, byly roztoky ředěny až na 200 μl pomocí různých objemů ethanolu, jako ředicího rozpouštědla. Proto bylo nutné zkoumat vliv objemu ředicího rozpouštědla na analytický signál. V tomto ohledu byl v sérii 10,0 ml vzorků vody o pH = 2,0 obsahujících 50,0 μg L-1 iontů Cu(II) komplex Cu-salofen extrahován nástřikem směsi obsahující 1,30 ml acetonu a 120 μl chloroformu. Po odstředění bylo 50,0 μl sedimentované fáze převedeno do lahvičky, do které bylo přidáno 0,0, 20, 40, 60 a 80 μl chloroformu. Poté bylo k výše uvedeným roztokům přidáno 150, 130, 110, 90 a 70 μl ethanolu, dokud nebylo dosaženo celkového objemu 200 μl. Tyto roztoky byly nasáty do FAAS. Získané výsledky byly stejné (tabulka 2). Změny v poměru objemu sedimentované fáze a objemu ethanolu tedy neměly žádný vliv na analytický signál.

Výběr disperzního rozpouštědla

V metodě DLLME by disperzní rozpouštědlo mělo být mísitelné s vodou a extrakčním rozpouštědlem. Proto byl zkoumán vliv mísitelných rozpouštědel, jako jsou aceton, methanol, ethanol a acetonitril, na analytický signál (účinnost extrakce) iontů Cu(II) pomocí směsí 1,30 ml výše uvedených rozpouštědel (jako disperzního rozpouštědla) a 120,0 μl CHCl3 (jako extrakčního rozpouštědla). Analytické signály (extrakční účinnosti) získané pro aceton, methanol, ethanol a acetonitril byly 0,140 (94 %), 0,108 (72 %), 0,118 (78 %) a 0,098 (65 %) (obr. 4). Maximální analytický signál (účinnost extrakce) iontů Cu(II) byl získán při použití acetonu jako disperzního rozpouštědla. Ve všech následujících experimentech byl tedy jako disperzní rozpouštědlo použit aceton.

Vliv objemu disperzního rozpouštědla

Po výběru acetonu jako disperzního rozpouštědla je jeho objem jedním z důležitých faktorů zapojených do DLLME, který musí být optimalizován. Za tímto účelem byly připraveny roztoky s různými objemy acetonu (0,88-1,88 ml) obsahující 120 μl CHCl3 a podrobeny podobným postupům DLLME. Získané výsledky (obr. 5) ukázaly, že analytický signál (účinnost extrakce) se zvyšoval s nárůstem objemu acetonu až do 1,50 ml, poté zůstal konstantní. Při použití malého objemu acetonu se nepodařilo CHCl3 řádně dispergovat a nevznikl stabilní zakalený roztok. V důsledku toho se snížila účinnost extrakce. S postupným zvyšováním objemu disperzního rozpouštědla se však v důsledku tvorby menších kapiček chloroformu zvětšoval povrch mezi extrakčním rozpouštědlem a vodnou fází. Tento jev vedl ke zvýšení účinnosti extrakce. Proto byl na základě získaných výsledků a za účelem vytvoření stabilnějšího zakaleného roztoku zvolen jako optimální objem 1,68 ml acetonu.

Vliv koncentrace salofenu

Vliv koncentrace salofenu, jako komplexotvorného činidla, na analytický signál při extrakci iontů Cu(II) metodou DLLME byl studován v koncentračním rozsahu 5.0 × 10-6-3,0 × 10-5 M. Získané výsledky ukázaly, že signál pro ionty Cu(II) se zvyšoval s nárůstem koncentrace salofenu až do 1,5 × 10-5 M a poté zůstal konstantní (obr. 6). V této práci byla jako optimální koncentrace salofenu zvolena koncentrace 2,0 × 10-5 M, aby nedocházelo k interferencím.

Vliv reakční doby na tvorbu komplexu

Reakční dobu pro tvorbu komplexu lze definovat jako dobu strávenou mezi přidáním roztoku salofenu k roztoku vzorku a vstříknutím extrakčního rozpouštědla (chloroform) rozpuštěného v disperzním rozpouštědle (aceton). Ta byla studována v časovém rozmezí 0-15 min (obr. 7). Získané výsledky ukázaly, že reakce probíhala rychle, takže reakční doba neměla žádný vliv na analytický signál.

Vliv doby extrakce a doby centrifugace

Doba extrakce je jedním z nejdůležitějších faktorů, které se podílejí na všech extrakčních postupech. V DLLME je doba extrakce definována jako časový interval mezi vstříknutím směsi organických rozpouštědel (dispergátoru a extrakčních rozpouštědel) a zahájením odstřeďování. Vliv doby extrakce byl hodnocen v rozmezí 1-20 min za konstantních experimentálních podmínek. Získané výsledky (obr. 8) ukázaly, že doba extrakce neměla významný vliv na analytický signál. Tyto výsledky ukázaly, že po vytvoření zakaleného roztoku je povrch mezi extrakčním rozpouštědlem a vodnou fází nekonečně velký a že vzniklý komplex Cu(II)-salofen rychle přechází do extrakčního rozpouštědla. Proto je navrhovaná metoda DLLME nezávislá na čase, což může být jednou z jejích nejdůležitějších výhod.

Doba odstřeďování byla rovněž vyhodnocena v rozmezí 1 až 10 min při 5000 ot/min. Získané výsledky ukázaly, že analytický signál se zvyšoval s prodlužováním doby odstřeďování až do 3 min a poté zůstal konstantní, což svědčí o úplném oddělení chloroformu na dno odstředivky. Aby byla zajištěna sedimentace (úplná separace) extrakčního rozpouštědla, byla pro všechny další experimenty zvolena doba odstřeďování 5 min. V navržené metodě byla časově nejnáročnějším krokem centrifugace roztoku vzorku v extrakčním postupu.

Vliv iontové síly

Vliv iontové síly na extrakci komplexu Cu-salofen byl studován s použitím dusičnanu draselného jako solícího činidla v koncentračním rozmezí 0-1,0 M. Získané výsledky ukázaly, že koncentrace soli neměla vliv na analytický signál (účinnost extrakce). Ve všech koncentracích KNO3 byla účinnost extrakce 100% (obr. 9). Tyto výsledky naznačily možnost použití metody DLLME pro separaci mědi ze slaných roztoků.

Studium interferencí

Technika FAAS má vysokou selektivitu, ale některé druhy mohou interferovat s extrakčním krokem a změnit účinnost extrakce mědi. Za účelem zkoumání vlivu potenciálních interferujících iontů byly roztoky obsahující 50,0 μg L-1 iontů Cu(II) a různá množství cizích iontů zpracovány podle doporučeného postupu. Uvažovala se přípustná koncentrace cizích iontů, tj. koncentrace, při níž byla naměřena menší než ±5% odchylka analytického signálu ve srovnání s případem, kdy rušivý iont chyběl. Získané výsledky jsou shrnuty v tabulce 3. Tyto výsledky ukázaly, že většina iontů nerušila, i když byly přítomny v množství 1000krát větším nebo větším než měď.

Ionty Hg2+, Sn2+ a Pb2+ reagovaly s fosforečnanovými ionty (tzn., iont pufrovacího roztoku) a vysráží se.

Analytické parametry

Analytické charakteristiky navržené metody byly vypočteny za optimalizovaných podmínek. Pro objem vzorku 10,0 ml vykazovala kalibrační křivka za optimálních podmínek linearitu v rozsahu 3,0-120 μg L-1 . Regresní rovnice pro stanovení mědi byla ΔA = 2,9003C + 1,8 × 10-2, kde ΔA je analytický signál (rozdíl mezi absorbancí vzorku a slepého roztoku (∆A = As – Ab) při 324,8 nm) a C je koncentrace iontů mědi(II) v roztoku (μg ml-1). Korelační koeficient (R2) získané rovnice kalibrační křivky byl 0,9998, což ukazuje na dobrou linearitu v uvedeném koncentračním rozsahu. Mez detekce na základě poměru signál/šum 3 (3σ) byla 0,6 μg l-1. Rovnice získaná přímou aspirací při FAAS bez prekoncentračního postupu byla ΔA = 0,059 C + 1,3 × 10-2 (R2 = 0,9997 a lineární rozsah 0,250-10,0 μg ml-1). Bylo zjištěno, že faktor obohacení (EF), vypočtený jako poměr sklonu kalibrační křivky analytů po extrakci a před extrakcí (Şatıroğlu a Arpa 2008), je 49 pro 10,0 ml roztoku vzorku.

Na základě objemu organické fáze (200 μl) a objemu vzorku (10,0 ml) byl stanoven prekoncentrační faktor 50.

. Rovnost prekoncentračního faktoru a faktoru obohacení znamená dokončení kvantitativní extrakce.

Protože v uváděných metodách byly použity různé objemy roztoku vzorku, faktory obohacení získané v těchto metodách nejsou porovnávány. Proto se upřednostňuje faktor spotřeby na faktor obohacení. Index spotřeby (CI) je definován jako objem vodného vzorku (v ml) spotřebovaný k dosažení jednotky EF: CI = Vs/EF, kde Vs je objem vodného vzorku (Lemos et al. 2007). Pro navrhovanou metodu byl tento parametr stanoven na 0,20 ml. Nízká hodnota tohoto parametru svědčí o příznivé účinnosti metody.

Pro zkoumání reprodukovatelnosti navržené metody poskytlo šest opakovaných měření 5,0, 20,0 a 50,0 μg L-1 iontů Cu(II) relativní směrodatné odchylky 4,1 %, 1,5 % a 1,8 %.

Souhrn analytických charakteristik metody DLLME pro stanovení mědi je uveden v tabulce č. 4.

Analýza reálných vzorků

Analýza vzorků vody

Navržená metoda byla použita pro stanovení iontů Cu(II) ve vzorcích vodovodní vody (Shahrood a Jajarm, Írán) a pramenité vody (pramen Ali v Damghanu, Írán) technikou standardního přídavku. Byla rovněž studována výtěžnost mědi ze vzorků vody obohacených o ionty Cu(II). Získané výsledky jsou uvedeny v tabulce 5. Uspokojivé výtěžnosti byly získány pro ionty mědi(II), což potvrzuje přesnost a použitelnost navrhované metody DLLME-FAAS pro stanovení mědi ve vzorcích vody.

Analýza vzorku rýže

Pro vyhodnocení použitelnosti navrhované metody pro stanovení mědi ve vzorcích potravin byl vybrán a analyzován druh rýže ze severu Íránu. Za tímto účelem bylo 10,00 g rýže rozpuštěno podle postupu uvedeného v Zeeb et al. 2011 a převedeno do 100 ml odměrné baňky. Poté bylo 20,0 ml připraveného roztoku vzorku rýže, 1,25 ml roztoku fosfátového pufru (pH = 2,0) a 50 μl roztoku salofenu (0,010 M) převedeno do 25ml odměrné baňky a zředěno po značku dvakrát destilovanou vodou. Koncentrace mědi v 10,0 ml tohoto roztoku byla stanovena navrženou metodou za použití techniky standardní křivky. Výsledky výtěžnostních experimentů pro různá množství Cu jsou shrnuty v tabulce 6. Tyto výsledky ukazují, že výtěžnost v rozmezí 96-105 % je pro stopovou analýzu poměrně dobrá a vypočtené hodnoty t jsou menší než kritické hodnoty t na 95% hladině spolehlivosti. Získané výsledky potvrzují platnost vyvinuté metody.

.