Determinazione del rame (II) mediante spettrometria di assorbimento atomico alla fiamma dopo la sua perconcentrazione mediante una tecnica di microestrazione liquido-liquido dispersiva altamente selettiva e rispettosa dell’ambiente

Gli ioni Cu (II) hanno reagito con salophen, e un complesso si è formato tra loro nelle condizioni sperimentali (Fig. 1) (Zeeb et al. 2011). Il complesso Cu-salofene in un mezzo acido è stato estratto nel solvente organico. Per raggiungere un elevato segnale analitico e un fattore di arricchimento, sono stati ottimizzati gli effetti di diversi parametri come il pH della soluzione, il tipo e il volume del solvente di estrazione, il tipo e il volume del solvente disperdente e la concentrazione dell’agente chelante. Per l’ottimizzazione dei suddetti parametri, è stata utilizzata la strategia di ottimizzazione univariata.

Effetto del pH

Il valore del pH gioca un ruolo importante nella formazione del complesso Cu-salofene e nella successiva estrazione. Per questo motivo, una serie di esperimenti sono stati eseguiti regolando il valore del pH da 1,5 a 7,0. I risultati ottenuti (Fig. 2) mostrano che il segnale analitico per il rame è quasi costante nell’intervallo di pH 1,5-4. Quindi, sulla base dei risultati ottenuti e per ottenere un’alta selettività, il pH = 2.0 è stato scelto come pH ottimale.

Selezione del solvente di estrazione

Il tipo di solvente di estrazione ha un effetto significativo sull’efficienza di estrazione. Il solvente di estrazione deve avere una bassa solubilità in acqua, la sua densità deve essere superiore a quella dell’acqua, e il solvente deve avere la capacità di estrarre i composti di interesse (Naseri et al. 2008). A questo proposito, sono state studiate le efficienze di diversi solventi come il tetracloruro di carbonio, il cloroformio e il diclorometano. Poiché la solubilità dei solventi di estrazione in acqua è diversa, è stato necessario aggiungere una quantità eccessiva di solvente di estrazione per recuperare un volume costante della fase sedimentata (60 ± 3 μL). Pertanto, 80, 110 e 140 μL di tetracloruro di carbonio, cloroformio e diclorometano con 1,30 mL di acetone (come solvente disperdente) sono stati iniettati separatamente in 10,0 mL delle soluzioni campione per ottenere un volume totale di 60 μL della fase sedimentata. I risultati ottenuti (Fig. 3) hanno mostrato che le efficienze di estrazione di tetracloruro di carbonio, cloroformio e diclorometano erano 58%, 94% e 51%, rispettivamente. Di conseguenza, il cloroformio è stato selezionato come miglior solvente di estrazione.

Effetto del volume del solvente di estrazione

L’effetto del volume del solvente di estrazione è stato studiato anche preparando miscele di 1,30 mL di acetone e diversi volumi di cloroformio. I risultati ottenuti sono mostrati nella tabella 1. Come si può vedere in questa tabella, il segnale analitico e l’efficienza di estrazione erano quasi costanti nell’intervallo di volume di 70-120 μL di cloroformio, e poi sono gradualmente diminuiti. Ciò è dovuto al fatto che per un volume di solvente di estrazione superiore a 120 μL, la soluzione torbida risultante non era stabile, e la dimensione delle goccioline di cloroformio era grande. Pertanto, l’area superficiale tra il solvente di estrazione e la fase acquosa è diminuita, causando una diminuzione del trasferimento di massa e un’efficiente estrazione del complesso Cu-salophen dalla fase acquosa in cloroformio. Quindi, per garantire un volume di cloroformio sufficiente per l’estrazione di una maggiore concentrazione di rame, 120 μL di cloroformio è stato selezionato come volume ottimale, e la fase sedimentata era 70 μL.

Si noti che nello studio dell’effetto del volume del solvente di estrazione, poiché il volume della fase sedimentata era variabile, le soluzioni sono state diluite fino a 200 μL usando diversi volumi di etanolo, come solvente diluente. Pertanto, è stato necessario studiare l’effetto del volume del solvente diluente sul segnale analitico. A questo proposito, in una serie di 10,0 mL di campioni di acqua a pH = 2,0 contenenti 50,0 μg L-1 di ioni Cu (II), il complesso Cu-salofene è stato estratto iniettando una miscela contenente 1,30 mL di acetone e 120 μL di cloroformio. Dopo la centrifugazione, 50,0 μL della fase sedimentata è stato trasferito in una fiala, a cui sono stati aggiunti 0,0, 20, 40, 60 e 80 μL di cloroformio. Poi 150, 130, 110, 90 e 70 μL di etanolo, rispettivamente, sono stati aggiunti alle soluzioni di cui sopra fino a raggiungere i volumi totali di 200 μL. Queste soluzioni sono state aspirate al FAAS. I risultati ottenuti sono stati gli stessi (tabella 2). Quindi i cambiamenti nel rapporto tra il volume della fase sedimentata e il volume di etanolo non hanno avuto alcun effetto sul segnale analitico.

Selezione del solvente disperdente

Nel metodo DLLME, il solvente disperdente deve essere miscibile con l’acqua e il solvente di estrazione. Pertanto, l’effetto di solventi miscibili come acetone, metanolo, etanolo e acetonitrile sul segnale analitico (efficienza di estrazione) di ioni Cu (II) è stato studiato utilizzando miscele di 1,30 mL dei solventi sopra menzionati (come solvente disperdente) e 120,0 μL di CHCl3 (come solvente di estrazione). I segnali analitici (efficienze di estrazione) ottenuti per acetone, metanolo, etanolo e acetonitrile erano 0,140 (94%), 0,108 (72%), 0,118 (78%) e 0,098 (65%), rispettivamente (Fig. 4). Il massimo segnale analitico (efficienza di estrazione) degli ioni Cu(II) è stato ottenuto usando l’acetone come solvente disperdente. Così l’acetone è stato utilizzato come solvente disperdente in tutti i successivi esperimenti.

Effetto del volume del solvente disperdente

Dopo aver selezionato acetone come solvente disperdente, il suo volume è uno dei fattori importanti coinvolti nella DLLME che deve essere ottimizzato. A questo scopo, soluzioni con diversi volumi di acetone (0,88-1,88 mL) contenenti 120 μL di CHCl3 sono stati preparati e sottoposti alle procedure DLLME simili. I risultati ottenuti (Fig. 5) hanno mostrato che il segnale analitico (efficienza di estrazione) è aumentato con l’aumento del volume di acetone fino a 1,50 mL, dopo di che è rimasto costante. Quando è stato utilizzato un basso volume di acetone, non è stato possibile disperdere correttamente CHCl3, e non si è formata una soluzione torbida stabile. Di conseguenza, l’efficienza dell’estrazione era ridotta. Tuttavia, con un aumento graduale del volume del solvente disperdente, a causa della formazione di gocce più piccole di cloroformio, la superficie tra il solvente di estrazione e la fase acquosa aumentava. Questo fenomeno ha portato a un aumento dell’efficienza di estrazione. Pertanto, sulla base dei risultati ottenuti e al fine di creare una soluzione torbida più stabile, 1,68 mL di acetone è stato scelto come volume ottimale.

Effetto della concentrazione di salophen

L’effetto della concentrazione di salophen, come agente complessante, sul segnale analitico nell’estrazione di ioni Cu (II) da DLLME è stato studiato nella gamma di concentrazione di 5.0 × 10-6-3.0 × 10-5 M. I risultati ottenuti hanno mostrato che il segnale per Cu(II) ioni è aumentato con l’aumento della concentrazione di salophen fino a 1.5 × 10-5 M, e poi è rimasto costante (Fig. 6). In questo lavoro, una concentrazione di salofene di 2,0 × 10-5 M è stata scelta come concentrazione ottimale per evitare qualsiasi interferenza.

Effetto del tempo di reazione per la formazione del complesso

Il tempo di reazione per la formazione del complesso può essere definito come il tempo trascorso tra l’aggiunta della soluzione di salophen alla soluzione campione e l’iniezione del solvente di estrazione (cloroformio) dissolto nel solvente disperdente (acetone). Questo è stato studiato nell’intervallo di tempo di 0-15 min (Fig. 7). I risultati ottenuti hanno mostrato che la reazione è stata veloce, e quindi il tempo di reazione non ha avuto alcun effetto sul segnale analitico.

Effetto del tempo di estrazione e del tempo di centrifugazione

Il tempo di estrazione è uno dei fattori più importanti in tutte le procedure di estrazione. Nella DLLME, il tempo di estrazione è definito come l’intervallo di tempo tra l’iniezione della miscela di solventi organici (disperdente e solventi di estrazione) e l’inizio della centrifugazione. L’effetto del tempo di estrazione è stato valutato nell’intervallo di 1-20 min in condizioni sperimentali costanti. I risultati ottenuti (Fig. 8) hanno indicato che il tempo di estrazione non ha avuto alcuna influenza significativa sul segnale analitico. Questi risultati hanno dimostrato che dopo la formazione della soluzione torbida, la superficie tra il solvente di estrazione e la fase acquosa era infinitamente grande e che il complesso Cu(II)-salofene risultante è stato trasferito nel solvente di estrazione rapidamente. Pertanto, il metodo DLLME proposto è indipendente dal tempo, che può essere uno dei suoi vantaggi più importanti.

Il tempo di centrifugazione è stato valutato anche tra 1 e 10 min a 5000 rpm. I risultati ottenuti hanno mostrato che il segnale analitico è aumentato con l’aumentare del tempo di centrifugazione fino a 3 min, e poi è rimasto costante, indicando una completa separazione del cloroformio sul fondo della provetta della centrifuga. Al fine di garantire la sedimentazione (separazione completa) del solvente di estrazione, una durata di 5 min è stata selezionata come tempo di centrifugazione in tutti gli esperimenti successivi. Nel metodo proposto, la fase più dispendiosa in termini di tempo è stata la centrifugazione della soluzione campione nella procedura di estrazione.

Effetto della forza ionica

L’influenza della forza ionica sull’estrazione del complesso Cu-salofene è stata studiata utilizzando il nitrato di potassio come agente salante all’intervallo di concentrazione di 0-1,0 M. I risultati ottenuti hanno mostrato che la concentrazione del sale non ha avuto alcuna influenza sul segnale analitico (efficienza di estrazione). In tutte le concentrazioni di KNO3, l’efficienza di estrazione era del 100% (Fig. 9). Questi risultati implicano la possibilità di applicare il metodo DLLME per la separazione del rame da soluzioni saline.

Studio delle interferenze

La tecnica FAAS ha un’alta selettività ma alcune specie possono interferire con la fase di estrazione e cambiare l’efficienza di estrazione del rame. Per studiare l’effetto dei potenziali ioni interferenti, soluzioni contenenti 50,0 μg L-1 di ioni Cu(II) e diverse quantità di ioni estranei sono state trattate secondo la procedura raccomandata. È stata considerata la concentrazione tollerabile di ioni estranei, cioè la concentrazione alla quale è stata misurata una deviazione inferiore al ± 5% nel segnale analitico rispetto al caso in cui lo ione interferente era assente. I risultati ottenuti sono riassunti nella tabella 3. Questi risultati hanno mostrato che la maggior parte degli ioni non interferiva anche se erano presenti in quantità 1000 volte superiori al rame.

Gli ioni Hg2+, Sn2+, e Pb2+ hanno reagito con gli ioni fosfato (cioè

Parametri analitici

Le caratteristiche analitiche del metodo proposto sono state calcolate nelle condizioni ottimizzate. Per un volume di campione di 10,0 mL, la curva di calibrazione ha mostrato una linearità nell’intervallo di 3,0-120 μg L-1 nelle condizioni ottimali. L’equazione di regressione per la determinazione del rame era ΔA = 2,9003C + 1,8 × 10-2, dove ΔA è il segnale analitico (la differenza tra l’assorbanza del campione e le soluzioni in bianco (∆A = As – Ab) a 324,8 nm) e C è la concentrazione di ioni rame(II) in soluzione (μg mL-1). Il coefficiente di correlazione (R2) dell’equazione della curva di calibrazione ottenuta era 0,9998, che indicava una buona linearità nell’intervallo di concentrazione menzionato. Il limite di rilevazione basato su un rapporto segnale-rumore di 3 (3σ) è stato di 0,6 μg L-1. L’equazione ottenuta per aspirazione diretta in FAAS senza la procedura di preconcentrazione era ΔA = 0,059 C + 1,3 × 10-2 (R2 = 0,9997 e un intervallo lineare di 0,250-10,0 μg mL-1). Il fattore di arricchimento (EF), calcolato come il rapporto tra la pendenza della curva di calibrazione degli analiti dopo l’estrazione e quella prima dell’estrazione (Şatıroğlu e Arpa 2008), è risultato essere 49 per 10,0 mL della soluzione del campione.

Basato sul volume della fase organica (200 μL) e il volume del campione (10,0 mL), è stato determinato un fattore di preconcentrazione di 50. L’uguaglianza del fattore di preconcentrazione e del fattore di arricchimento indica il completamento dell’estrazione quantitativa.

Siccome nei metodi riportati sono stati utilizzati diversi volumi della soluzione campione, i fattori di arricchimento ottenuti in questi metodi non sono comparabili. Pertanto, il fattore di consumo è preferito sul fattore di arricchimento. L’indice di consumo (CI) è definito come il volume di campione acquoso (in mL) consumato per raggiungere un’unità di EF: CI = Vs/EF, dove Vs è il volume del campione acquoso (Lemos et al. 2007). Per il metodo proposto, questo parametro è stato ottenuto pari a 0,20 mL. Un valore basso per questo parametro indica un’efficienza favorevole del metodo.

Per studiare la riproducibilità del metodo proposto, sei misure replicate di 5,0, 20,0 e 50,0 μg L-1 di ioni Cu (II) hanno dato le deviazioni standard relative di 4,1%, 1,5% e 1,8%, rispettivamente.

Un riassunto delle caratteristiche analitiche del metodo DLLME per la determinazione del rame è presentato nella tabella 4.

Analisi di campioni reali

Analisi di campioni d’acqua

Il metodo proposto è stato applicato per determinare gli ioni Cu(II) in campioni di acqua di rubinetto (Shahrood e Jajarm, Iran) e acqua di sorgente (sorgente Ali a Damghan, Iran) mediante la tecnica di aggiunta standard. Sono stati studiati anche i recuperi di rame dai campioni d’acqua addizionati di ioni Cu(II). I risultati ottenuti sono mostrati nella tabella 5. Sono stati ottenuti recuperi soddisfacenti per gli ioni di rame (II) spiked, confermando l’accuratezza e l’applicabilità del metodo DLLME-FAAS proposto per la determinazione del rame nei campioni di acqua.

Analisi di un campione di riso

Per valutare l’applicabilità del metodo proposto per la determinazione del rame in campioni di cibo, è stato selezionato e analizzato un tipo di riso del nord dell’Iran. A tal fine, 10,00 g di riso sono stati sciolti secondo la procedura riportata da Zeeb et al. 2011 e trasferiti in un matraccio tarato da 100 ml. Poi, 20,0 mL della soluzione campione di riso preparata, 1,25 mL della soluzione tampone fosfato (pH = 2,0), e 50 μL della soluzione di salophen (0,010 M) sono stati trasferiti in un matraccio tarato da 25 mL e diluiti fino al segno con acqua bidistillata. La concentrazione di rame in 10,0 mL di questa soluzione è stata determinata dal metodo proposto utilizzando la tecnica della curva standard. I risultati degli esperimenti di recupero per diverse quantità di Cu sono riassunti nella tabella 6. Questi risultati indicano che i recuperi nell’intervallo di 96-105% sono ragionevolmente bene per l’analisi delle tracce, e i valori t calcolati sono inferiori ai valori t-critici al livello di confidenza del 95%. I risultati ottenuti confermano la validità del metodo sviluppato.