Cu(II)-ionen reageerden met salofeen, en er werd een complex tussen beide gevormd onder de experimentele omstandigheden (Fig. 1) (Zeeb et al. 2011). Het Cu-salofeencomplex in een zuur medium werd geëxtraheerd in het organische oplosmiddel. Om een hoog analytisch signaal en een hoge verrijkingsfactor te bereiken, werden de effecten van verschillende parameters zoals de pH van de oplossing, het type en volume van het extractie-vloeistof, het type en volume van de dispergeermiddel, en de concentratie van de chelaatvormer geoptimaliseerd. Voor de optimalisatie van de bovengenoemde parameters werd de univariate optimalisatiestrategie gebruikt.
De absorptiespectra voor a Cu-salofeencomplex en b salofeenligand. Omstandigheden: a Cu(II)-concentratie, 5,0 × 10-5 M; salofeenconcentratie, 2,5 × 10-4 M; oplosmiddel, water; pH = 2,0; b salofeenconcentratie, 2,5 × 10-4 M; oplosmiddel, water; pH = 2,0
Effect van pH
De pH-waarde speelt een belangrijke rol bij de vorming van het Cu-salofeencomplex en de daaropvolgende extractie. Om deze reden werd een reeks experimenten uitgevoerd door de pH-waarde aan te passen van 1,5 tot 7,0. Uit de verkregen resultaten (Fig. 2) blijkt dat het analytische signaal voor koper vrijwel constant is in het pH-bereik van 1,5-4. Op basis van de verkregen resultaten en om een hoge selectiviteit te verkrijgen, werd pH = 2,0 dus gekozen als de optimale pH.
Selectie van extractievloeistof
Het type extractievloeistof heeft een significant effect op de extractie-efficiëntie. De extractievloeistof moet een lage oplosbaarheid in water hebben, de dichtheid moet groter zijn dan die van water en de vloeistof moet de gewenste verbindingen kunnen extraheren (Naseri et al. 2008). In dit verband is de efficiëntie van verschillende oplosmiddelen, zoals tetrachloorkoolstof, chloroform en dichloormethaan, onderzocht. Aangezien de oplosbaarheid van de extractiemiddelen in water verschilt, was het nodig een overmaat extractiemiddel toe te voegen om een constant volume van de gesedimenteerde fase (60 ± 3 μL) te verkrijgen. Daarom werden 80, 110 en 140 μl tetrachloorkoolstof, chloroform en dichloormethaan met 1,30 mL aceton (als dispergeermiddel) afzonderlijk geïnjecteerd in 10,0 mL monsteroplossingen om een totaal volume van 60 μl van de gesedimenteerde fase te verkrijgen. Uit de verkregen resultaten (fig. 3) blijkt dat de extractie-efficiënties van tetrachloorkoolstof, chloroform en dichloormethaan respectievelijk 58%, 94% en 51% bedroegen. Bijgevolg werd chloroform gekozen als het beste extractiemiddel.
Effect van het extractiemiddel op de extractie van Cu(II)-ionen met de DLLME-methode. Omstandigheden: monstervolume, 10,0 mL; concentratie Cu(II)-ionen, 50,0 μg L-1, pH van de oplossing = 2,0; salofeenconcentratie, 2,0 × 10-5 M; volume dispergeermiddel (aceton), 130 mL; volume verdunningsvloeistof (ethanol), 140 μL; centrifugetijd, 5 min (bij 5000 rpm)
Effect van het volume extractievloeistof
Het effect van het volume extractievloeistof werd ook onderzocht door mengsels te bereiden van 1,30 mL aceton en verschillende volumes chloroform. De verkregen resultaten zijn weergegeven in tabel 1. Zoals uit deze tabel blijkt, waren het analysesignaal en de extractie-efficiëntie bijna constant in het volumebereik van 70-120 μl chloroform, waarna zij geleidelijk afnamen. Dit is te wijten aan het feit dat bij een extractievloeistofvolume van meer dan 120 μl de resulterende troebele oplossing niet stabiel was en de chloroformdruppeltjes groot waren. Daarom nam het oppervlak tussen de extractievloeistof en de waterige fase af, waardoor de massaoverdracht afnam en een efficiënte extractie van het Cu-salofeencomplex uit de waterige fase in chloroform optrad. Om ervoor te zorgen dat het chloroformvolume groot genoeg was voor de extractie van een hogere koperconcentratie, werd 120 μl chloroform gekozen als het optimale volume, en de gesedimenteerde fase bedroeg 70 μL.
Opgemerkt zij dat bij het bestuderen van het effect van het volume van het extractiemiddel, aangezien het volume van de bezonken fase variabel was, de oplossingen werden verdund tot 200 μL met verschillende volumes ethanol, als verdunningsmiddel. Daarom moest het effect van het volume van het verdunningsoplosmiddel op het analysesignaal worden onderzocht. In dit verband werd in een reeks van 10,0 mL watermonsters bij pH = 2,0 die 50,0 ug L-1 Cu (II) ionen bevatten, het Cu-salofeencomplex geëxtraheerd door injectie van een mengsel dat 1,30 mL aceton en 120 ul chloroform bevatte. Na centrifugatie werd 50,0 μl van de bezonken fase overgebracht in een flesje, waaraan werden toegevoegd 0,0, 20, 40, 60, en 80 pi chloroform. Vervolgens werd respectievelijk 150, 130, 110, 90 en 70 μl ethanol aan de bovenvermelde oplossingen toegevoegd tot een totaalvolume van 200 μl was bereikt. Deze oplossingen werden opgezogen naar FAAS. De verkregen resultaten waren dezelfde (tabel 2). Veranderingen in de verhouding tussen het volume van de sedimentfase en het volume van de ethanol hadden dus geen effect op het analysesignaal.
Selectie van dispergeermiddel
Bij de DLLME-methode moet het dispergeermiddel mengbaar zijn met water en het extractieoplosmiddel. Daarom werd het effect van mengbaar oplosmiddel zoals aceton, methanol, ethanol en acetonitril op het analytische signaal (extractie-efficiëntie) van Cu(II)-ionen onderzocht met mengsels van 1,30 ml van de bovengenoemde oplosmiddelen (als dispergeeroplosmiddel) en 120,0 μl CHCl3 (als extractieoplosmiddel). De analytische signalen (extractie-efficiëntie) verkregen voor aceton, methanol, ethanol, en acetonitril waren 0,140 (94%), 0,108 (72%), 0,118 (78%), en 0,098 (65%), respectievelijk (Fig. 4). Het maximale analytische signaal (extractie-efficiëntie) van Cu(II)-ionen werd verkregen met aceton als dispergeermiddel. Aldus werd aceton gebruikt als dispergeermiddel in alle volgende experimenten.
Effect van dispergeermiddel op de extractie van Cu(II) ionen met DLLME-methode. Omstandigheden: monstervolume, 10,0 mL; Cu(II), 50,0 μg L-1, oplossing pH = 2,0; salofeen, 2,0 × 10-5 M; volume dispergeermiddel (aceton), 1.30 mL; volume verdunningsoplosmiddel (ethanol), 120 μL; centrifugetijd, 5 min (bij 5000 rpm)
Effect van het volume van het dispergeeroplosmiddel
Na de keuze van aceton als dispergeeroplosmiddel is het volume een van de belangrijke factoren bij DLLME die moet worden geoptimaliseerd. Daartoe werden oplossingen met verschillende volumes aceton (0,88-1,88 ml) met 120 μl CHCl3 bereid en aan soortgelijke DLLME-procedures onderworpen. Uit de resultaten (fig. 5) blijkt dat het analysesignaal (extractie-efficiëntie) toeneemt naarmate het volume aceton groter is (tot 1,50 ml), en daarna constant blijft. Wanneer een laag volume aceton werd gebruikt, kon CHCl3 niet goed dispergeren en werd er geen stabiele troebele oplossing gevormd. Bijgevolg verminderde de extractie-efficiëntie. Met een geleidelijke toename van het volume van het dispergeermiddel nam echter, door de vorming van kleinere chloroformdruppeltjes, het oppervlak tussen het extractiemiddel en de waterige fase toe. Dit verschijnsel leidde tot een toename van het extractierendement. Daarom werd op basis van de verkregen resultaten en om een stabielere troebele oplossing te verkrijgen, 1,68 mL aceton als optimaal volume gekozen.
Effect van het volume van het dispergeeroplosmiddel op de extractie van Cu(II)-ionen met de DLLME-methode. Voorwaarden: monstervolume, 10,0 mL; Cu(II), 50,0 μg L-1; oplossing pH = 2,0; salofeenconcentratie, 2.0 × 10-5 M; verdunnend oplosmiddel, ethanol; centrifugetijd, 5 min (bij 5000 rpm)
Effect van de salofeenconcentratie
Het effect van de concentratie van salofeen, als complexvormer, op het analysesignaal bij de extractie van Cu(II)-ionen met DLLME werd bestudeerd in het concentratiebereik van 5..De verkregen resultaten toonden aan dat het signaal voor Cu(II)-ionen toenam met toename van de salofeenconcentratie tot 1,5 × 10-5 M, en daarna constant bleef (Fig. 6). In dit werk werd een salofeenconcentratie van 2,0 × 10-5 M gekozen als de optimale concentratie om eventuele interferentie te voorkomen.
Effect van de reactietijd voor complexvorming
De reactietijd voor de complexvorming kan worden gedefinieerd als de tijd die verstrijkt tussen de toevoeging van de salofeenoplossing aan de monsteroplossing en de injectie van het extractieoplosmiddel (chloroform) opgelost in het dispergeeroplosmiddel (aceton). Dit werd bestudeerd in het tijdsverloop van 0-15 min (fig. 7). Uit de verkregen resultaten bleek dat de reactie snel verliep, zodat de reactietijd geen invloed had op het analytische signaal.
Effecten van de extractietijd en de centrifugatietijd
De extractietijd is een van de belangrijkste factoren die een rol spelen bij alle extractieprocedures. Bij DLLME wordt de extractietijd gedefinieerd als het interval tussen de injectie van het mengsel van organische oplosmiddelen (dispergeermiddel en extractievloeistof) en het begin van de centrifugatie. Het effect van de extractietijd werd geëvalueerd in een bereik van 1-20 minuten onder constante experimentele omstandigheden. Uit de verkregen resultaten (fig. 8) bleek dat de extractietijd geen significante invloed had op het analytische signaal. Deze resultaten toonden aan dat na de vorming van de troebele oplossing het oppervlak tussen de extractievloeistof en de waterige fase oneindig groot was en dat het resulterende Cu(II)-salofeencomplex snel in de extractievloeistof werd overgebracht. Daarom is de voorgestelde DLLME-methode tijdonafhankelijk, wat een van de belangrijkste voordelen ervan kan zijn.
Effect van extractietijd op de extractie van Cu(II)-ionen met de DLLME-methode. Omstandigheden: monstervolume, 10,0 mL; Cu(II), 50,0 μg L-1; salofeenconcentratie, 2,0 × 10-5 M; volume extractievloeistof (chloroform), 120 μL; volume dispergeermiddel (aceton), 1,0 mL; volume extractievloeistof, 1,0 mL; volume extractievloeistof, 1,0 mL.68 mL; volume verdunningsoplosmiddel (ethanol), 130 μL; centrifugetijd, 5 min (bij 5000 omwentelingen per minuut)
De centrifugetijd werd eveneens geëvalueerd op een waarde tussen 1 en 10 min bij 5000 omwentelingen per minuut. Uit de verkregen resultaten bleek dat het analytische signaal toenam met de toename van de centrifugatietijd tot 3 min, en daarna constant bleef, hetgeen duidt op een volledige afscheiding van chloroform tot op de bodem van de centrifugebuis. Om sedimentatie (volledige scheiding) van het extractiemiddel te verzekeren, werd in alle verdere experimenten een centrifugatietijd van 5 min. gekozen. In de voorgestelde methode was de meest tijdrovende stap het centrifugeren van de monsteroplossing in de extractieprocedure.
Effect van ionensterkte
De invloed van ionensterkte op de extractie van het Cu-salofeencomplex werd bestudeerd met kaliumnitraat als zoutoplosser in het concentratiebereik van 0-1,0 M. Uit de verkregen resultaten bleek dat de zoutconcentratie geen invloed had op het analytische signaal (extractie-efficiëntie). Bij alle concentraties KNO3 was de extractie-efficiëntie 100% (Fig. 9). Deze resultaten impliceerden de mogelijkheid om de DLLME-methode toe te passen voor koperscheiding uit zoute oplossingen.
Effect van ionensterkte op de extractie van Cu(II)-ionen met de DLLME-methode. Omstandigheden: monstervolume, 10,0 mL; Cu(II), 50,0 μg L-1, volume extractievloeistof (chloroform), 120 μL; volume dispergeermiddel (aceton), 1,0 mL; volume extractievloeistof (chloroform), 120 μL.68 mL; volume verdunningsoplosmiddel (ethanol), 130 μL; centrifugetijd, 5 min (bij 5000 rpm)
Onderzoek naar interferenties
De FAAS-techniek heeft een hoge selectiviteit, maar sommige soorten kunnen interfereren met de extractiestap en de extractie-efficiëntie van koper veranderen. Om het effect van de mogelijke storende ionen te onderzoeken, werden oplossingen die 50,0 μg L-1 Cu(II)-ionen en verschillende hoeveelheden vreemde ionen bevatten, behandeld volgens de aanbevolen procedure. De toelaatbare concentratie van vreemde ionen werd in aanmerking genomen, d.w.z. de concentratie waarbij minder dan ± 5% afwijking van het analysesignaal werd gemeten in vergelijking met het geval waarin het storende ion afwezig was. De verkregen resultaten zijn samengevat in tabel 3. Uit deze resultaten bleek dat de meeste ionen niet interfereerden, ook al waren ze aanwezig in hoeveelheden die 1000-maal groter of meer waren dan koper.
De Hg2+-, Sn2+- en Pb2+-ionen reageerden met de fosfaationen (d.w.z.
Analytische parameters
De analytische kenmerken van de voorgestelde methode werden berekend onder de geoptimaliseerde omstandigheden. Voor een monstervolume van 10,0 ml vertoonde de ijkkromme onder de optimale omstandigheden een lineariteit in het bereik van 3,0-120 μg L-1. De regressievergelijking voor de koperbepaling was ΔA = 2,9003C + 1,8 × 10-2, waarbij ΔA het analytische signaal is (het verschil tussen de extinctie van het monster en de blanco-oplossingen (∆A = As – Ab) bij 324,8 nm) en C de concentratie van het koper(II)-ion in de oplossing (μg mL-1). De correlatiecoëfficiënt (R2) van de verkregen ijkgrafiekvergelijking was 0,9998, hetgeen wijst op een goede lineariteit in het genoemde concentratiebereik. De aantoonbaarheidsgrens op basis van een signaal/ruisverhouding van 3 (3σ) was 0,6 μg L-1. De vergelijking verkregen door directe aspiratie in FAAS zonder de preconcentratieprocedure was ΔA = 0,059 C + 1,3 × 10-2 (R2 = 0,9997 en een lineair bereik van 0,250-10,0 μg mL-1). De verrijkingsfactor (EF), berekend als de verhouding van de helling van de ijklijn van de analyten na extractie tot die vóór extractie (Şatıroğlu en Arpa 2008), bleek 49 te zijn voor 10,0 mL monsteroplossing.
Op basis van het volume van de organische fase (200 μL) en het volume van het monster (10,0 mL) werd een preconcentratiefactor van 50 bepaald. De gelijkheid van de preconcentratiefactor en de verrijkingsfactor geeft de voltooiing van de kwantitatieve extractie aan.
Omdat in de gerapporteerde methoden verschillende volumes van de monsteroplossing werden gebruikt, worden de bij deze methoden verkregen verrijkingsfactoren niet met elkaar vergeleken. Daarom wordt de verbruiksfactor verkozen boven de verrijkingsfactor. De verbruiksindex (CI) wordt gedefinieerd als het volume waterig monster (in mL) dat wordt verbruikt om een eenheid EF te bereiken: CI = Vs/EF, waarbij Vs het volume van het waterige monster is (Lemos et al. 2007). Voor de voorgestelde methode werd deze parameter vastgesteld op 0,20 mL. Een lage waarde voor deze parameter wijst op een gunstige efficiëntie van de methode.
Om de reproduceerbaarheid van de voorgestelde methode te onderzoeken, gaven zes replicaatmetingen van 5,0, 20,0 en 50,0 μg L-1 van Cu(II)-ionen de relatieve standaardafwijkingen van respectievelijk 4,1%, 1,5% en 1,8%.
Een samenvatting van de analytische kenmerken van de DLLME-methode voor de bepaling van koper wordt gegeven in tabel 4.
Analyse van echte monsters
Analyse van watermonsters
De voorgestelde methode werd toegepast om Cu(II)-ionen te bepalen in monsters van leidingwater (Shahrood en Jajarm, Iran) en bronwater (Ali bron in Damghan, Iran) met behulp van de standaardadditietechniek. De terugvinding van koper uit de met Cu(II)-ionen verrijkte watermonsters werd ook bestudeerd. De verkregen resultaten zijn weergegeven in tabel 5. Er werden bevredigende terugvindingspercentages verkregen voor de met koper(II)-ionen verrijkte monsters, hetgeen de nauwkeurigheid en toepasbaarheid van de voorgestelde DLLME-FAAS-methode voor de bepaling van koper in watermonsters bevestigt.
Analyse van een rijstmonster
Om de toepasbaarheid van de voorgestelde methode voor de bepaling van koper in voedselmonsters te evalueren, werd een rijstsoort uit het noorden van Iran uitgekozen en geanalyseerd. Hiertoe werd 10,00 g van de rijst opgelost volgens de procedure gerapporteerd door Zeeb et al. 2011 en overgebracht in een volumetrische kolf van 100 ml. Vervolgens werden 20,0 mL van de bereide rijstmonsteroplossing, 1,25 mL van de fosfaatbufferoplossing (pH = 2,0) en 50 μL van de salofeenoplossing (0,010 M) overgebracht in een maatkolf van 25 mL en tot de maatstreep verdund met dubbel gedestilleerd water. De koperconcentratie in 10,0 mL van deze oplossing werd bepaald door de voorgestelde methode met behulp van de standaardcurve techniek. De resultaten van de terugvindingsexperimenten voor verschillende hoeveelheden Cu zijn samengevat in tabel 6. Uit deze resultaten blijkt dat de terugvinding in het bereik van 96-105% redelijk goed is voor sporenanalyse, en dat de berekende t-waarden kleiner zijn dan de t-kritische waarden bij het 95%-betrouwbaarheidsniveau. De verkregen resultaten bevestigen de geldigheid van de ontwikkelde methode.