Ions de Ku(II) reagiram com salofeno, e um complexo foi formado entre eles sob as condições experimentais (Fig. 1) (Zeeb et al. 2011). O complexo Cu-salophen em meio ácido foi extraído para o solvente orgânico. Para alcançar um alto sinal analítico e fator de enriquecimento, os efeitos de diferentes parâmetros como pH da solução, tipo e volume do solvente de extração, tipo e volume do solvente dispersor e concentração do agente quelante foram otimizados. Para otimização dos parâmetros acima mencionados, foi utilizada a estratégia de otimização univariada.
Os espectros de absorção para um complexo Cu-salophen e b salophen ligand. Condições: a concentração de Cu(II), 5,0 × 10-5 M; concentração de salofena, 2,5 × 10-4 M; solvente, água; pH = 2,0; b concentração de salofena, 2,5 × 10-4 M; solvente, água; pH = 2,0
Efeito do pH
O valor do pH desempenha um papel importante na formação do complexo Cu-salofeno e na subsequente extracção. Por esta razão, uma série de experiências foram realizadas ajustando o valor de pH de 1,5 para 7,0. Os resultados obtidos (Fig. 2) mostram que o sinal analítico para o cobre é quase constante na faixa de pH de 1,5-4. Assim, com base nos resultados obtidos e para obter uma alta seletividade, o pH = 2,0 foi escolhido como o pH ótimo.
Efeito do pH da solução na extração de íons Cu(II) pelo método DLLME. Condições: volume da amostra, 10,0 mL; concentração de íons Cu(II), 50,0 μg L-1, concentração de salofeno, 2,0 × 10-5 M; volume do solvente de extração (clorofórmio), 110 μL; volume do solvente dispersor (acetona), 1.30 mL; volume do solvente de diluição (etanol), 140 μL; tempo de centrifugação, 5 min (a 5000 rpm)
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Selecção do solvente de extracção
O tipo de solvente de extracção tem um efeito significativo na eficiência de extracção. O solvente de extração deve ter uma baixa solubilidade em água, sua densidade deve ser maior que a água e o solvente deve ter a capacidade de extrair os compostos de interesse (Naseri et al. 2008). Neste sentido, foram investigadas as eficiências de diferentes solventes como o tetracloreto de carbono, o clorofórmio e o diclorometano. Como a solubilidade dos solventes de extração em água é diferente, foi necessário adicionar uma quantidade excessiva do solvente de extração para recuperar um volume constante da fase sedimentada (60 ± 3 μL). Portanto, 80, 110 e 140 μL de tetracloreto de carbono, clorofórmio e diclorometano com 1,30 mL de acetona (como solvente dispersante) foram injetados separadamente em 10,0 mL das soluções da amostra para alcançar um volume total de 60 μL da fase sedimentada. Os resultados obtidos (Fig. 3) mostraram que as eficiências de extração de tetracloreto de carbono, clorofórmio e diclorometano foram de 58%, 94% e 51%, respectivamente. Consequentemente, o clorofórmio foi selecionado como o melhor solvente de extração.
Efeito do solvente de extração na extração de íons Cu(II) pelo método DLLME. Condições: volume da amostra, 10,0 mL; concentração de íons Cu(II), 50,0 μg L-1, pH da solução = 2,0; concentração de salofeno, 2,0 × 10-5 M; volume do solvente dispersor (acetona), 1.30 mL; volume do solvente diluidor (etanol), 140 μL; tempo de centrifugação, 5 min (a 5000 rpm)
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Efeito do volume do solvente de extração
O efeito do volume do solvente de extração também foi investigado através da preparação de misturas de 1,30 mL de acetona e diferentes volumes de clorofórmio. Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 1. Como pode ser visto nesta tabela, o sinal analítico e a eficiência de extração foram quase constantes na faixa de volume de 70-120 μL de clorofórmio, e depois diminuíram gradualmente. Isto deve-se ao facto de que para um volume de solvente de extracção superior a 120 μL, a solução turva resultante não foi estável, e o tamanho das gotas de clorofórmio foi grande. Portanto, a área de superfície entre o solvente de extração e a fase aquosa diminuiu, causando uma diminuição na transferência de massa e uma extração eficiente do complexo Cu-salophen da fase aquosa para o clorofórmio. Assim, para garantir um volume de clorofórmio suficiente para a extracção de uma maior concentração de cobre, foi seleccionado 120 μL de clorofórmio como o volume óptimo, e a fase sedimentada foi 70 μL.
Deve-se notar que ao estudar o efeito do volume de solvente de extração, uma vez que o volume da fase sedimentada foi variável, as soluções foram diluídas até 200 μL usando diferentes volumes de etanol, como solvente diluente. Portanto, foi necessário investigar o efeito do volume do solvente diluidor sobre o sinal analítico. Neste sentido, em uma série de amostras de 10,0 mL de água a pH = 2,0 contendo 50,0 μg L-1 de íons Cu(II), o complexo Cu-salophen foi extraído por injeção de uma mistura contendo 1,30 mL de acetona e 120 μL de clorofórmio. Após a centrifugação, 50,0 μL da fase sedimentada foi transferido para um frasco, ao qual foram adicionados 0,0, 20, 40, 60, e 80 μL de clorofórmio. Em seguida, 150, 130, 110, 90 e 70 μL de etanol, respectivamente, foram adicionados às soluções acima mencionadas, até atingir os volumes totais de 200 μL. Estas soluções foram aspiradas para o FAAS. Os resultados obtidos foram os mesmos (Tabela 2). Assim, as mudanças na relação entre o volume da fase sedimentada e o volume de etanol não tiveram efeito no sinal analítico.
Seleção do solvente dispersor
No método DLLME, o solvente dispersor deve ser miscível com água e o solvente de extração. Portanto, o efeito de solventes miscíveis como acetona, metanol, etanol e acetonitrila no sinal analítico (eficiência de extração) dos íons Cu(II) foi investigado utilizando misturas de 1,30 mL dos solventes acima mencionados (como solvente dispersor) e 120,0 μL de CHCl3 (como solvente de extração). Os sinais analíticos (eficiências de extração) obtidos para acetona, metanol, etanol e acetonitrila foram 0,140 (94%), 0,108 (72%), 0,118 (78%) e 0,098 (65%), respectivamente (Fig. 4). O sinal analítico máximo (eficiência de extração) dos íons Cu(II) foi obtido utilizando acetona, como solvente dispersor. Assim, a acetona foi utilizada como solvente dispersor em todas as experiências subseqüentes.
Efeito do solvente dispersor na extração de íons Cu(II) pelo método DLLME. Condições: volume da amostra, 10,0 mL; Cu(II), 50,0 μg L-1, pH da solução = 2,0; salofena, 2,0 × 10-5 M; volume do solvente dispersor (acetona), 1.30 mL; volume do solvente diluidor (etanol), 120 μL; tempo de centrifugação, 5 min (a 5000 rpm)
Efeito do volume do solvente dispersor
Após selecionar a acetona como solvente dispersor, seu volume é um dos fatores importantes envolvidos na DLLME que deve ser otimizado. Para isso, soluções com diferentes volumes de acetona (0,88-1,88 mL) contendo 120 μL de CHCl3 foram preparadas e submetidas aos procedimentos similares de DLLME. Os resultados obtidos (Fig. 5) mostraram que o sinal analítico (eficiência de extração) aumentou com o aumento do volume de acetona até 1,50 mL, após o que este permaneceu constante. Quando se utilizou um baixo volume de acetona, esta não conseguiu dispersar adequadamente o CHCl3 e não se formou uma solução estável e turva. Conseqüentemente, a eficiência de extração foi reduzida. Entretanto, com o aumento gradual do volume do solvente dispersor, devido à formação de gotículas menores de clorofórmio, a superfície entre o solvente de extração e a fase aquosa aumentou. Este fenómeno levou a um aumento da eficiência de extracção. Portanto, com base nos resultados obtidos e a fim de criar uma solução turva mais estável, foi selecionado 1,68 mL de acetona como o volume ideal.
Efeito do volume do solvente dispersor na extração de íons Cu(II) pelo método DLLME. Condições: volume de amostra, 10,0 mL; Cu(II), 50,0 μg L-1; pH da solução = 2,0; concentração de salofeno, 2.0 × 10-5 M; solvente diluído, etanol; tempo de centrifugação, 5 min (a 5000 rpm)
Efeito da concentração de salofeno
O efeito da concentração de salofeno, como agente complexante, no sinal analítico na extração de íons Cu(II) por DLLME foi estudado na faixa de concentração de 5.0 × 10-6-3,0 × 10-5 M. Os resultados obtidos mostraram que o sinal dos íons Cu(II) aumentou com o aumento da concentração de salofeno até 1,5 × 10-5 M, permanecendo então constante (Fig. 6). Neste trabalho, uma concentração de salofena de 2,0 × 10-5 M foi escolhida como a concentração ótima para evitar qualquer interferência.
Efeito da concentração de salofeno na extração de íons Cu(II) pelo método DLLME. Condições: volume da amostra, 10,0 mL; Cu(II), 50,0 μg L-1; volume do solvente de extracção (clorofórmio), 120 μL; volume do solvente dispersor (acetona), 1.68 mL; volume do solvente de diluição (etanol), 130 μL; tempo de centrifugação, 5 min (a 5000 rpm)
Efeito do tempo de reação para a formação do complexo
O tempo de reação para a formação do complexo pode ser definido como o tempo gasto entre a adição da solução de salofórmio à solução da amostra e a injeção do solvente de extração (clorofórmio) dissolvido no solvente dispersor (acetona). Isto foi estudado no intervalo de tempo de 0-15 min (Fig. 7). Os resultados obtidos mostraram que a reacção foi rápida, pelo que o tempo de reacção não teve qualquer efeito no sinal analítico.
Efeito do tempo de reação sobre a formação complexa
Efeitos do tempo de extração e tempo de centrifugação
O tempo de extração é um dos fatores mais importantes envolvidos em todos os procedimentos de extração. Na DLLME, o tempo de extração é definido como o intervalo de tempo entre a injeção da mistura de solventes orgânicos (dispersor e solventes de extração) e o início da centrifugação. O efeito do tempo de extração foi avaliado no intervalo de 1-20 min sob condições experimentais constantes. Os resultados obtidos (Fig. 8) indicaram que o tempo de extração não teve influência significativa sobre o sinal analítico. Estes resultados mostraram que após a formação da solução turva, a área superficial entre o solvente de extração e a fase aquosa era infinitamente grande e que o complexo Cu(II)-salofeno resultante foi transferido rapidamente para o solvente de extração. Portanto, o método DLLME proposto é independente do tempo, o que pode ser uma de suas vantagens mais importantes.
Efeito do tempo de extração na extração de íons Cu(II) pelo método DLLME. Condições: volume de amostra, 10,0 mL; Cu(II), 50,0 μg L-1; concentração de salofeno, 2,0 × 10-5 M; volume de solvente de extracção (clorofórmio), 120 μL; volume de solvente dispersor (acetona), 1.68 mL; volume de solvente diluidor (etanol), 130 μL; tempo de centrifugação, 5 min (a 5000 rpm)
O tempo de centrifugação também foi avaliado para estar entre 1 e 10 min a 5000 rpm. Os resultados obtidos mostraram que o sinal analítico aumentou com o aumento do tempo de centrifugação em até 3 min, e depois permaneceu constante, indicando uma separação completa do clorofórmio até o fundo do tubo de centrifugação. Para garantir a sedimentação (separação completa) do solvente de extracção, foi seleccionada uma duração de 5 min. como tempo de centrifugação em todas as experiências posteriores. No método proposto, a etapa mais demorada foi a centrifugação da solução da amostra no procedimento de extração.
Efeito da força iônica
A influência da força iônica na extração do complexo Cu-salophen foi estudada utilizando nitrato de potássio como agente salinizador na faixa de concentração de 0-1,0 M. Os resultados obtidos mostraram que a concentração de sal não teve influência no sinal analítico (eficiência de extração). Em todas as concentrações de KNO3, a eficiência de extração foi de 100% (Fig. 9). Estes resultados implicaram na possibilidade de aplicação do método DLLME para separação do cobre de soluções salinas.
Efeito da força iónica na extracção de iões Cu(II) pelo método DLLME. Condições: volume da amostra, 10,0 mL; Cu(II), 50,0 μg L-1, volume do solvente de extracção (clorofórmio), 120 μL; volume do solvente dispersor (acetona), 1.68 mL; volume de solvente diluidor (etanol), 130 μL; tempo de centrifugação, 5 min (a 5000 rpm)
Estudo de interferências
A técnica FAAS tem alta seletividade, mas algumas espécies podem interferir na etapa de extração e alterar a eficiência de extração do cobre. A fim de investigar o efeito dos potenciais íons interferentes, soluções contendo 50,0 μg L-1 de íons Cu(II) e diferentes quantidades de íons estranhos foram tratadas de acordo com o procedimento recomendado. Foi considerada a concentração tolerável de íons estranhos, ou seja, a concentração na qual menos de ± 5% de desvio no sinal analítico foi medido em comparação com o caso em que o íon interferente estava ausente. Os resultados obtidos estão resumidos na Tabela 3. Esses resultados mostraram que a maioria dos íons não interferiu mesmo que estivessem presentes em quantidades 1000 vezes maiores ou superiores ao cobre.
Os íons Hg2+, Sn2+ e Pb2+ reagiram com os íons fosfato (ou sejaO método proposto foi calculado sob as condições otimizadas. Para um volume de amostra de 10,0 mL, a curva de calibração apresentou uma linearidade na faixa de 3,0-120 μg L-1 sob as condições otimizadas. A equação de regressão para a determinação do cobre foi ΔA = 2,9003C + 1,8 × 10-2, onde ΔA é o sinal analítico (a diferença entre a absorvância da amostra e as soluções em branco (∆A = As – Ab) a 324,8 nm) e C é a concentração de íons de cobre(II) na solução (μg mL-1). O coeficiente de correlação (R2) da equação da curva de calibração obtida foi de 0,9998, o que indicou uma boa linearidade na referida faixa de concentração. O limite de detecção baseado numa relação sinal/ruído de 3 (3σ) foi de 0,6 μg L-1. A equação obtida por aspiração direta em FAAS sem o procedimento de pré-concentração foi ΔA = 0,059 C + 1,3 × 10-2 (R2 = 0,9997 e uma faixa linear de 0,250-10,0 μg mL-1). O fator de enriquecimento (EF), calculado como a razão entre a inclinação da curva de calibração dos analitos após a extração e aquela antes da extração (Şatıroğlu e Arpa 2008), foi 49 para 10,0 mL da solução de amostra.
Baseado no volume da fase orgânica (200 μL) e no volume da amostra (10,0 mL), foi determinado um fator de pré-concentração de 50. A igualdade entre o fator de pré-concentração e o fator de enriquecimento indica a conclusão da extração quantitativa.
Desde que nos métodos relatados foram utilizados diferentes volumes da solução de amostra, os fatores de enriquecimento obtidos nestes métodos não são comparados. Portanto, o fator de consumo é o preferido no fator de enriquecimento. O índice de consumo (IC) é definido como o volume de amostra aquosa (em mL) consumido para atingir uma unidade de EF: CI = Vs/EF, onde Vs é o volume de amostra aquosa (Lemos et al. 2007). Para o método proposto, este parâmetro foi obtido como 0,20 mL. Um valor baixo para este parâmetro indica uma eficiência favorável do método.
Para investigar a reprodutibilidade do método proposto, seis medidas replicadas de 5,0, 20,0 e 50,0 μg L-1 de íons Cu(II) deram os desvios-padrão relativos de 4,1%, 1,5% e 1,8%, respectivamente.
Um resumo das características analíticas do método DLLME para determinação do cobre é apresentado na Tabela 4.
Análise de amostras reais
Análise de amostras de água
O método proposto foi aplicado para determinar íons Cu(II) em amostras de água de torneira (Shahrood e Jajarm, Irã) e água de nascente (Ali spring em Damghan, Irã) pela técnica de adição padrão. Também foram estudadas as recuperações de cobre das amostras de água perfurada com íons Cu(II). Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 5. Foram obtidas recuperações satisfatórias para os íons cúpricos de cobre(II), confirmando a precisão e aplicabilidade do método proposto DLLME-FAAS para determinação do cobre em amostras de água.
Análise de uma amostra de arroz
A fim de avaliar a aplicabilidade do método proposto para determinação do cobre em amostras de alimentos, um tipo de arroz do norte do Irão foi selecionado e analisado. Para isso, 10,00 g de arroz foram dissolvidos de acordo com o procedimento relatado por Zeeb et al. 2011 e transferidos para um frasco volumétrico de 100 ml. Em seguida, 20,0 mL da solução da amostra de arroz preparada, 1,25 mL da solução tampão fosfato (pH = 2,0) e 50 μL da solução de salofeno (0,010 M) foram transferidos para um frasco volumétrico de 25 ml e diluídos até a marca com água bidestilada. A concentração de cobre em 10,0 mL desta solução foi determinada pelo método proposto, utilizando a técnica da curva padrão. Os resultados das experiências de recuperação de diferentes quantidades de Cu estão resumidos na Tabela 6. Estes resultados indicam que as recuperações na faixa de 96-105% estão razoavelmente bem para análise de traços, e os valores t calculados são menores que os valores t-críticos ao nível de 95% de confiança. Os resultados obtidos confirmam a validade do método desenvolvido.