Determination of copper(II) by flame atomic absorption spectrometry after its percentration by highly selective and environmental friendly dispersive liquid-liquid microextraction technique

Cu(II) ion has reacted by salophen, という実験条件下で、両者の間に錯体が形成されました（Fig. 1）（Zeebら、2011）。 酸性媒体中のCu-サロフェン錯体は、有機溶媒に抽出された。 高い分析シグナルと濃縮倍率を得るために、溶液のpH、抽出溶媒の種類と量、分散媒の種類と量、キレート剤の濃度などの各種パラメーターの影響を最適化した。 5754>

Effect of pH

pH 値が Cu-salophen complexの形成およびその後の抽出に大きな役割を果たすことがわかった。 このため、pH値を1.5から7.0に調整して一連の実験が行われた。 得られた結果（図2）、銅の分析シグナルはpH1.5〜4の範囲でほぼ一定であることがわかった。 図2

DLLME法による銅（II）イオンの抽出に及ぼす溶液pHの影響。 条件：試料量10.0 mL、Cu(II)イオン濃度50.0 μg L-1、サロフェン濃度2.0 × 10-5 M、抽出溶媒（クロロホルム）量110 μL、分散媒（アセトン）量1.0 μL、分散媒（アセトン）量1.0 μL。30 mL、希釈溶媒（エタノール）容量140 μL、遠心時間5分（5000 rpm）

抽出溶媒の選択

抽出溶媒の種類は抽出効率に大きな影響を与える。 抽出溶媒は水への溶解度が低く、水よりも密度が高く、目的の化合物を抽出する能力を持つものでなければならない（Naseri et al.2008）。 この観点から、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタンなどの異なる溶媒の効率について検討した。 抽出溶媒の水への溶解度が異なるため，一定量の沈殿相（60±3μL）を回収するためには，過剰量の抽出溶媒を添加する必要があった。 そこで，試料溶液10.0 mLに四塩化炭素，クロロホルム，ジクロロメタン80，110，140 μLと分散媒としてアセトン1.30 mLを別々に注入し，合計60 μLの沈殿相を得ることができるようにした。 得られた結果（Fig. 3）、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタンの抽出効率は、それぞれ58%、94%、51%であった。 図3

抽出溶媒容量の影響

また、アセトン1.30 mLと異なる容量のクロロホルムから混合液を作り、抽出溶媒容量の影響について検討しました。 得られた結果を表1に示す。 この表からわかるように、分析信号と抽出効率はクロロホルム70〜120μLの容量範囲でほぼ一定となり、その後、徐々に低下した。 これは、抽出溶媒量が120μL以上では、得られる溶液の濁りが安定せず、クロロホルムの液滴の大きさが大きくなるためである。 そのため、抽出溶媒と水相の間の表面積が減少し、物質移動が減少し、水相からクロロホルムにCu-サロフェン錯体を効率的に抽出することができなくなった。 したがって、より高濃度の銅を抽出するために十分なクロロホルム量を確保するために、120μLのクロロホルムを最適量として選択し、沈殿相は70μLとした。

なお、抽出溶媒量の影響を調べる際には、沈殿層の量が変動するので、異なる量のエタノールで200μLまで希釈し、希釈溶剤として使用した。 そこで，希釈溶媒の容量が分析シグナルに与える影響を調べる必要があった。 そこで，50.0 μg L-1 の Cu(II) イオンを含む pH = 2.0 の 10.0 mL の水試料に，アセトン 1.30 mL とクロロホルム 120 μL を含む混合液を注入して Cu-salophen 複合体を抽出した。 遠心分離後、沈殿相 50.0 μLをバイアルに移し、これにクロロホルム 0.0, 20, 40, 60, 80 μLを加えた。 その後、上記溶液にエタノールをそれぞれ150、130、110、90、70μL、合計200μLになるまで添加した。 これらの溶液をFAASに吸引した。 得られた結果は同じであった（表2）。 このように、エタノールの体積に対する沈殿相の体積の比率の変化は、分析シグナルに影響を及ぼさないことが確認された。

分散媒の選択

DLLME法において分散媒は水および抽出溶剤と混和することが望ましいと言われています。 そこで、分散媒としてアセトン、メタノール、エタノール、アセトニトリルなどの混和性溶媒を用い、抽出溶媒としてCHCl3 120.0 μLに上記溶媒1.30 mLを混合してCu（II）イオンの分析信号（抽出効率）に与える影響を調べたところ、アセトニトリルでは、抽出溶媒としてCHCl3 120.0 μLを用いると、分析信号（抽出効率）は、アセトンでは、1.30 mLを用いると、抽出溶媒は、1.30 mLとなる。 アセトン、メタノール、エタノール、アセトニトリルで得られた分析シグナル（抽出効率）は、それぞれ0.140（94%）、0.108（72%）、0.118（78%）、0.098（65%）でした（図4）。 分散媒にアセトンを用いた場合、Cu(II)イオンの分析シグナル（抽出効率）は最大となりました。 図4

分散媒容量の影響

分散媒としてアセトンを選択後、その容量は最適化しなければならないDLLMEに関わる重要事項の一つであった。 この目的のために、120μLのCHCl3を含む異なる体積のアセトン（0.88〜1.88mL）の溶液を調製し、同様のDLLME手順に従った。 その結果（Fig. 5）、アセトンの体積の増加とともに分析信号（抽出効率）は1.50 mLまで増加し、その後は一定となった。 アセトンの量が少ないと、CHCl3をうまく分散させることができず、安定した白濁溶液を形成することができなかった。 その結果、抽出効率が低下した。 しかし、分散媒の体積を徐々に大きくしていくと、クロロホルムの小滴化により、抽出溶媒と水相の間の表面積が大きくなった。 この現象が、抽出効率の上昇につながった。 したがって、得られた結果に基づいて、より安定した白濁溶液を作成するために、1.68 mLのアセトンを最適容量として選択した。

サロフェン濃度の影響

DLLMEによるCu（II）イオン抽出の分析信号に対する錯化剤としてのサロフェンの濃度の影響を濃度範囲 5.,000rpmで検討しました。0 × 10-6-3.0 × 10-5 Mの範囲で検討した。得られた結果から、Cu(II)イオンのシグナルはサロフェン濃度の増加とともに1.5 × 10-5 Mまで増加し、その後は一定であることがわかった（Fig.6）。 5754>

錯形成反応時間の影響

錯形成反応時間は、サンプル溶液にサロフェン溶液を加えてから分散媒（アセトン）に溶かした抽出溶媒（クロロホルム）を注入するまで時間として定義することができる。 これを0〜15分の時間範囲で検討した（Fig.7）。 得られた結果から、反応は速いため、反応時間は分析信号に影響を与えないことがわかった。

抽出時間と遠心分離時間の影響

抽出時間はすべての抽出操作に関わる最も重要な要因の一つである。 DLLMEでは、混合有機溶媒(分散媒と抽出溶媒)を注入してから遠心分離を開始するまでの時間を抽出時間と定義している。 一定の実験条件下で、1～20分の範囲で抽出時間の影響を評価した。 得られた結果（Fig.8）から、抽出時間は分析シグナルに大きな影響を与えないことがわかった。 これらの結果は，白濁溶液の形成後，抽出溶媒と水相の間の表面積が無限に大きくなり，得られたCu(II)-salophen錯体は速やかに抽出溶媒に移行することを示していた。 したがって、提案したDLLME法は時間に依存せず、その最も重要な利点の1つとなり得る。

遠心時間の評価も5000 rpmで1〜10 minであることが確認された。 得られた結果から、遠心時間の増加とともに分析信号が3分まで増加し、その後は一定となり、クロロホルムが遠心管底に完全に分離されたことがわかった。 抽出溶媒の沈降（完全分離）を確実にするため、以降の実験では遠心分離時間として5分間を選択した。 提案した方法で最も時間を要したのは、抽出操作における試料溶液の遠心分離であった。

Effect of ionic strength

Cu-salophen complexの抽出におけるイオン強度の影響を、硝酸カリウムを塩析剤として0-1.0Mの濃度範囲で検討した結果、塩濃度は分析シグナル（抽出効率）に影響しないことが確認された。 KNO3のすべての濃度において、抽出効率は100%であった(Fig. 9)。 これらの結果は，DLLME法を塩類溶液からの銅分離に適用できる可能性を示唆している。

干渉の検討

FAAS法は高い選択性を持っていますが、一部の化学種は抽出ステップに干渉し銅の抽出効率を変えることがあります。 潜在的な妨害イオンの影響を調べるため、50.0μg L-1のCu(II)イオンと異なる量の外来イオンを含む溶液を推奨手順に従い処理した。 異物イオンの許容濃度は，干渉イオンがない場合と比較して，分析信号の偏差が±5%未満となる濃度とした。 得られた結果をTable 3にまとめた。 この結果、ほとんどのイオンが銅の1000倍以上の量で存在しても干渉しないことがわかった。

Hg2+, Sn2+, Pb2+イオンとリン酸イオン（つまり、H2+, Sn+, Pb2+）と反応しているのは、Hg2+, Sn2+, Pb2+である。5754>

Analytical parameters

提案法の分析特性を最適化された条件下で算出した結果，以下のことが明らかになった． 試料量10.0 mLにおいて、検量線は最適条件下で3.0-120 μg L-1の範囲で直線性を示しました。 銅測定の回帰式は，ΔA = 2.9003C + 1.8 × 10-2で，ΔAは分析信号（324.8 nmにおける試料とブランク溶液の吸光度の差ΔA = As – Ab），Cは溶液中の銅（II）イオン濃度（μg mL-1）であった。 得られた検量線式の相関係数 (R2) は 0.9998 であり，前述の濃度範囲において良好な直線性を示した。 また、S/N比3（3σ）に基づく検出限界は0.6μg L-1であった。 前濃縮の手順を経ずにFAASで直接吸引して得られた式は，ΔA = 0.059 C + 1.3 × 10-2 (R2 = 0.9997, 線形範囲は 0.250-10.0 μg mL-1)となりました。 抽出前の検量線に対する抽出後の検量線の傾きの比として算出される濃縮係数 (EF) は、サンプル溶液 10.0 mL に対して 49 でした。

有機相の容量 (200 μL) とサンプル容量 (10.0 mL) から、前濃縮係数は 50 と判断されました。 前濃縮倍率と濃縮倍率が等しければ定量抽出の完了です。

報告されている方法では、異なる容量の試料溶液を使用しているため、これらの方法で得られた濃縮倍率の比較は行われていません。 そのため、消費係数は濃縮係数に優先されます。 消費係数(CI)は、単位EFに到達するために消費された水性試料量(mL)として定義されます。 CI = Vs/EF, ここで Vs は水性試料量 (Lemos et al. 2007). 提案されたメソッドでは、このパラメータは0.20 mLであることが分かりました。

提案法の再現性を調べるため、5.0, 20.0, 50.0 μg L-1の銅（II）イオンを6回繰り返し測定したところ、相対標準偏差はそれぞれ4.1, 1.5, 1.8%となりました。

実試料の分析

水試料の分析

提案した方法を用いて、水道水（シャールードおよびジャジャーム、イラン）および泉水（ダムガンのアリ泉）の試料中のCu（II）イオンを標準添加法を使って決定しました。 また、Cu(II)イオンを添加した水試料からの銅の回収率も検討した。 得られた結果をTable 5に示します。 提案したDLLME-FAAS法の水試料中の銅の定量精度および適用性を確認することができました。

米試料の分析

食品試料中の銅の定量に対する提案法の適用性を評価するために、イラン北部の米を選択して分析しました。 この目的のために、米10.00 gをZeeb et al. 2011で報告された手順に従って溶解し、100 mLメスフラスコに移した。 次に，調製した米試料溶液 20.0 mL，リン酸緩衝液 (pH = 2.0) 1.25 mL，サロフェン溶液 (0.010 M) 50 μL を 25 mL メスフラスコに移し，倍蒸留水で定 量希釈して，米試料溶液を調製した。 この溶液10.0 mL中の銅濃度を，標準曲線法を用いた提案手法により測定した。 銅の量を変えて回収実験を行った結果を表6にまとめました。 これらの結果から、回収率は96-105%の範囲で微量分析に適しており、計算されたt値は95%の信頼水準でt臨界値未満であることがわかります。