Determinarea cuprului(II) prin spectrometrie de absorbție atomică cu flacără după perconcentrarea acestuia printr-o tehnică de microextracție lichid-lichid dispersiv extrem de selectivă și prietenoasă cu mediul înconjurător

Ionii de cupru(II) au reacționat cu salofen, și s-a format un complex între ei în condițiile experimentale (Fig. 1) (Zeeb et al. 2011). Complexul Cu-salofen în mediu acid a fost extras în solvent organic. Pentru a obține un semnal analitic și un factor de îmbogățire ridicat, au fost optimizate efectele diferiților parametri, cum ar fi pH-ul soluției, tipul și volumul solventului de extracție, tipul și volumul solventului de dispersie și concentrația agentului chelant. Pentru optimizarea parametrilor menționați mai sus, a fost utilizată strategia de optimizare univariată.

Efectul pH-ului

Valoarea pH-ului joacă un rol important în formarea complexului Cu-salofen și în extracția ulterioară. Din acest motiv, au fost efectuate o serie de experimente prin ajustarea valorii pH-ului de la 1,5 la 7,0. Rezultatele obținute (Fig. 2) arată că semnalul analitic pentru cupru este aproape constant în intervalul de pH de 1,5-4. Astfel, pe baza rezultatelor obținute și pentru a obține o selectivitate ridicată, pH = 2,0 a fost ales ca pH optim.

Selecția solventului de extracție

Tipul de solvent de extracție are un efect semnificativ asupra eficienței extracției. Solventul de extracție trebuie să aibă o solubilitate scăzută în apă, densitatea sa trebuie să fie mai mare decât cea a apei, iar solventul trebuie să aibă capacitatea de a extrage compușii de interes (Naseri et al. 2008). În acest sens, au fost analizate eficiențele a diferiți solvenți, cum ar fi tetraclorura de carbon, cloroformul și diclorometanul. Deoarece solubilitatea solvenților de extracție în apă este diferită, a fost necesar să se adauge o cantitate în exces de solvent de extracție pentru a recupera un volum constant de fază sedimentată (60 ± 3 μL). Prin urmare, 80, 110 și 140 μL de tetraclorură de carbon, cloroform și diclorometan cu 1,30 ml de acetonă (ca solvent de dispersie) au fost injectate separat în 10,0 ml de soluții de probă pentru a obține un volum total de 60 μL de fază sedimentată. Rezultatele obținute (Fig. 3) au arătat că eficiența de extracție a tetraclorurii de carbon, a cloroformului și a diclorometanului a fost de 58 %, 94 % și, respectiv, 51 %. În consecință, cloroformul a fost selectat ca fiind cel mai bun solvent de extracție.

Efectul volumului solventului de extracție

Efectul volumului solventului de extracție a fost, de asemenea, investigat prin prepararea unor amestecuri de 1,30 mL de acetonă și diferite volume de cloroform. Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul 1. După cum se poate observa în acest tabel, semnalul analitic și eficiența extracției au fost aproape constante în intervalul de volume de 70-120 μL de cloroform, iar apoi au scăzut treptat. Acest lucru se datorează faptului că, pentru un volum de solvent de extracție mai mare de 120 μL, soluția tulbure rezultată nu era stabilă, iar dimensiunea picăturilor de cloroform era mare. Prin urmare, suprafața dintre solventul de extracție și faza apoasă a scăzut, provocând o scădere a transferului de masă și o extracție eficientă a complexului Cu-salofen din faza apoasă în cloroform. Astfel, pentru a asigura un volum de cloroform suficient pentru extracția unei concentrații mai mari de cupru, s-a ales un volum optim de 120 μL de cloroform, iar faza sedimentată a fost de 70 μL.

Trebuie remarcat faptul că, la studierea efectului volumului solventului de extracție, deoarece volumul fazei sedimentate a fost variabil, soluțiile au fost diluate până la 200 μL folosind diferite volume de etanol, ca solvent de diluție. Prin urmare, a fost necesar să se investigheze efectul volumului solventului de diluție asupra semnalului analitic. În acest sens, într-o serie de probe de apă de 10,0 mL la pH = 2,0, conținând 50,0 μg L-1 de ioni de Cu(II), complexul Cu-salofen a fost extras prin injectarea unui amestec care conținea 1,30 mL de acetonă și 120 μL de cloroform. După centrifugare, 50,0 μL din faza sedimentată a fost transferată într-o fiolă, în care s-au adăugat 0,0, 20, 20, 40, 60 și 80 μL de cloroform. Apoi, în soluțiile menționate mai sus s-au adăugat 150, 130, 110, 90 și, respectiv, 70 μL de etanol, până când s-au atins volume totale de 200 μL. Aceste soluții au fost aspirate în FAAS. Rezultatele obținute au fost aceleași (tabelul 2). Astfel, modificările raportului dintre volumul de volum al fazei sedimentate și volumul de etanol nu au avut niciun efect asupra semnalului analitic.

Selectarea solventului de dispersie

În metoda DLLME, solventul de dispersie trebuie să fie miscibil cu apa și cu solventul de extracție. Prin urmare, s-a investigat efectul solvenților miscibili, cum ar fi acetona, metanolul, etanolul și acetonitrilul, asupra semnalului analitic (eficiență de extracție) al ionilor de Cu(II), folosind amestecuri de 1,30 ml din solvenții menționați mai sus (ca solvent dispersor) și 120,0 μL de CHCl3 (ca solvent de extracție). Semnalele analitice (eficiențe de extracție) obținute pentru acetonă, metanol, etanol și acetonitril au fost de 0,140 (94%), 0,108 (72%), 0,118 (78%) și, respectiv, 0,098 (65%) (Fig. 4). Semnalul analitic maxim (eficiență de extracție) al ionilor de Cu(II) a fost obținut utilizând acetona, ca solvent dispersant. Astfel, acetona a fost utilizată ca solvent dispersant în toate experimentele ulterioare.

Efectul volumului solventului de dispersie

După selectarea acetonei ca solvent de dispersie, volumul acesteia este unul dintre factorii importanți implicați în DLLME care trebuie optimizat. În acest scop, s-au preparat soluții cu volume diferite de acetonă (0,88-1,88 mL) conținând 120 μL de CHCl3 și au fost supuse procedurilor similare de DLLME. Rezultatele obținute (Fig. 5) au arătat că semnalul analitic (eficiența extracției) a crescut odată cu creșterea volumului de acetonă până la 1,50 mL, după care a rămas constant. Atunci când s-a utilizat un volum redus de acetonă, aceasta nu a putut dispersa CHCl3 în mod corespunzător și nu s-a format o soluție tulbure stabilă. În consecință, eficiența extracției a fost redusă. Cu toate acestea, odată cu creșterea treptată a volumului de solvent dispersor, datorită formării unor picături mai mici de cloroform, suprafața dintre solventul de extracție și faza apoasă a crescut. Acest fenomen a dus la o creștere a eficienței de extracție. Prin urmare, pe baza rezultatelor obținute și pentru a crea o soluție tulbure mai stabilă, 1,68 mL de acetonă a fost selectat ca volum optim.

Efectul concentrației de salofen

Efectul concentrației de salofen, ca agent de complexare, asupra semnalului analitic în extracția ionilor de Cu(II) prin DLLME a fost studiat în intervalul de concentrație de 5.0 × 10-6-3,0 × 10-5 M. Rezultatele obținute au arătat că semnalul pentru ionii de Cu(II) a crescut odată cu creșterea concentrației de salofen până la 1,5 × 10-5 M, iar apoi a rămas constant (Fig. 6). În această lucrare, o concentrație de salofen de 2,0 × 10-5 M a fost aleasă ca fiind concentrația optimă pentru a preveni orice interferență.

Efectul timpului de reacție pentru formarea complexului

Timp de reacție pentru formarea complexului poate fi definit ca fiind timpul petrecut între adăugarea soluției de salofen la soluția de probă și injectarea solventului de extracție (cloroform) dizolvat în solventul de dispersie (acetonă). Acesta a fost studiat în intervalul de timp de 0-15 min (Fig. 7). Rezultatele obținute au arătat că reacția a fost rapidă, astfel că timpul de reacție nu a avut niciun efect asupra semnalului analitic.

Efectele timpului de extracție și ale timpului de centrifugare

Timp de extracție este unul dintre cei mai importanți factori implicați în toate procedurile de extracție. În DLLME, timpul de extracție este definit ca fiind intervalul de timp dintre injectarea amestecului de solvenți organici (dispersor și solvenți de extracție) și începerea centrifugării. Efectul timpului de extracție a fost evaluat în intervalul 1-20 min în condiții experimentale constante. Rezultatele obținute (Fig. 8) au indicat că timpul de extracție nu a avut o influență semnificativă asupra semnalului analitic. Aceste rezultate au arătat că, după formarea soluției tulburi, suprafața dintre solventul de extracție și faza apoasă a fost infinit de mare și că complexul Cu(II)-salofen rezultat a fost transferat rapid în solventul de extracție. Prin urmare, metoda DLLME propusă este independentă de timp, ceea ce poate fi unul dintre cele mai importante avantaje ale sale.

De asemenea, timpul de centrifugare a fost evaluat ca fiind între 1 și 10 min la 5000 rpm. Rezultatele obținute au arătat că semnalul analitic a crescut odată cu creșterea timpului de centrifugare până la 3 min, iar apoi a rămas constant, indicând o separare completă a cloroformului la fundul tubului de centrifugare. Pentru a asigura sedimentarea (separarea completă) a solventului de extracție, a fost selectată o durată de 5 min ca timp de centrifugare în toate experimentele ulterioare. În metoda propusă, cea mai consumatoare de timp a fost etapa de centrifugare a soluției de probă în procedura de extracție.

Efectul puterii ionice

Influența puterii ionice asupra extracției complexului Cu-salofen a fost studiată folosind nitrat de potasiu ca agent de sărare în intervalul de concentrație 0-1,0 M. Rezultatele obținute au arătat că concentrația de sare nu a avut nicio influență asupra semnalului analitic (eficiența extracției). La toate concentrațiile de KNO3, eficiența de extracție a fost de 100% (Fig. 9). Aceste rezultate au implicat posibilitatea aplicării metodei DLLME pentru separarea cuprului din soluții sărate.

Studiul interferențelor

Tehnica FAAS are o selectivitate ridicată, dar unele specii pot interfera cu etapa de extracție și pot modifica eficiența de extracție a cuprului. Pentru a studia efectul potențialilor ioni interferenți, soluțiile care conțin 50,0 μg L-1 de ioni de Cu(II) și diferite cantități de ioni străini au fost tratate în conformitate cu procedura recomandată. S-a luat în considerare concentrația tolerabilă de ioni străini, și anume, concentrația la care s-a măsurat o abatere mai mică de ± 5% a semnalului analitic în comparație cu cazul în care ionul perturbator era absent. Rezultatele obținute sunt rezumate în tabelul 3. Aceste rezultate au arătat că majoritatea ionilor nu au interferat chiar dacă au fost prezenți în cantități de 1000 de ori mai mari sau mai mari decât cuprul.

Ionii Hg2+, Sn2+ și Pb2+ au reacționat cu ionii de fosfat (i.e., ionul din soluția tampon) și se precipită.

Parametri analitici

Caracteristicile analitice ale metodei propuse au fost calculate în condiții optimizate. Pentru un volum de probă de 10,0 ml, curba de calibrare a prezentat o liniaritate în intervalul de 3,0-120 μg L-1 în condiții optime. Ecuația de regresie pentru determinarea cuprului a fost ΔA = 2,9003C + 1,8 × 10-2, unde ΔA este semnalul analitic (diferența dintre absorbanța probei și a soluțiilor martor (∆A = As – Ab) la 324,8 nm) și C este concentrația de ioni de cupru(II) în soluție (μg mL-1). Coeficientul de corelație (R2) al ecuației curbei de calibrare obținute a fost de 0,9998, ceea ce indică o bună liniaritate în intervalul de concentrație menționat. Limita de detecție bazată pe un raport semnal/zgomot de 3 (3σ) a fost de 0,6 μg L-1. Ecuația obținută prin aspirație directă în FAAS fără procedura de preconcentrare a fost ΔA = 0,059 C + 1,3 × 10-2 (R2 = 0,9997 și un interval liniar de 0,250-10,0 μg mL-1). S-a constatat că factorul de îmbogățire (EF), calculat ca raport între panta curbei de calibrare a analiților după extracție și cea dinaintea extracției (Șatıroğlu și Arpa 2008), a fost de 49 pentru 10,0 mL de soluție de probă.

Pe baza volumului fazei organice (200 μL) și a volumului de probă (10,0 mL), s-a determinat un factor de preconcentrare de 50. Egalitatea factorului de preconcentrare și a factorului de îmbogățire indică finalizarea extracției cantitative.

Deoarece în metodele raportate s-au folosit volume diferite de soluție de probă, factorii de îmbogățire obținuți în aceste metode nu sunt comparați. Prin urmare, factorul de consum este preferat asupra factorului de îmbogățire. Indicele de consum (IC) este definit ca fiind volumul de probă apoasă (în ml) consumat pentru a atinge o unitate de EF: CI = Vs/EF, unde Vs este volumul probei apoase (Lemos et al. 2007). Pentru metoda propusă, s-a obținut că acest parametru este de 0,20 mL. O valoare scăzută pentru acest parametru indică o eficiență favorabilă a metodei.

Pentru a investiga reproductibilitatea metodei propuse, șase măsurători repetate de 5,0, 20,0 și 50,0 μg L-1 de ioni de Cu(II) au dat deviații standard relative de 4,1%, 1,5% și, respectiv, 1,8%.

Un rezumat al caracteristicilor analitice ale metodei DLLME pentru determinarea cuprului este prezentat în tabelul 4.

Analiza probelor reale

Analiza probelor de apă

Metoda propusă a fost aplicată pentru a determina ionii de Cu(II) în probe de apă de la robinet (Shahrood și Jajarm, Iran) și apă de izvor (izvorul Ali din Damghan, Iran) prin tehnica de adiție standard. De asemenea, au fost studiate recuperările de cupru din probele de apă îmbogățite cu ioni de Cu(II). Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul 5. S-au obținut recuperări satisfăcătoare pentru ionii de cupru(II) îmbogățiți, confirmând precizia și aplicabilitatea metodei DLLME-FAAS propuse pentru determinarea cuprului în probele de apă.

Analiza unei probe de orez

Pentru a evalua aplicabilitatea metodei propuse pentru determinarea cuprului în probe alimentare, a fost selectat și analizat un tip de orez din nordul Iranului. În acest scop, 10,00 g de orez au fost dizolvate în conformitate cu procedura raportată de Zeeb et al. 2011 și transferate într-un balon volumetric de 100 ml. Apoi, 20,0 ml din soluția de probă de orez preparată, 1,25 ml de soluție tampon de fosfat (pH = 2,0) și 50 μL de soluție de salofen (0,010 M) au fost transferate într-un balon volumetric de 25 ml și diluate până la semn cu apă bidistilată. Concentrația de cupru în 10,0 ml din această soluție a fost determinată prin metoda propusă, utilizând tehnica curbei standard. Rezultatele experimentelor de recuperare pentru diferite cantități de Cu sunt rezumate în tabelul 6. Aceste rezultate indică faptul că recuperările în intervalul de 96-105% sunt rezonabil de bune pentru analiza urmelor, iar valorile t calculate sunt mai mici decât valorile t-critice la un nivel de încredere de 95%. Rezultatele obținute confirmă validitatea metodei dezvoltate.

.