بخشی از مقاله
استخراج نقطه ی ابری و کاربرد آن در اندازه گیری آلاینده ها در آب دریا
چکیده
استخراج نقطه ابری شدن (CPE)ٍ یک روش جداسازی و پیش تغلیظ می باشد که کابرد وسیعی برای تعیین مقادیر ناچیز فلزات دارد. مزیت اصلی این روش سادگی آن، هزینه کم، فاکتور پیش تغلیظ بزرگ و محیط سالم آن می باشد. این موضوع شامل روش های آنالیتیکی است که با اصول شیمی سبز مطابقت دارد.
چرا اصول شیمی سبز؟ چون این روش کار برای کاهش یا حذف گونه های سمی تولید شده (مضر برای سلامت انسان و محیط زیست) تعریف شده است. در ضمن بخار و اشتعال زایی هم ندارد. جداسازی و پیش تغلیظ در آنالیزهای شیمیایی اعتبار زیادی دارند. در این روش اثر ماتریس را یا حذف می کنند و یا به حداقل می رسانند. حد آشکار سازی را برای فلزات با تکنیک های مختلف کاهش می دهند و قدرت آشکار سازی را برای بیشتر آنها بالا می برند. یکی از مهمترین مزیت های آن نسبت به روش های استخراج فاز جامد (SPE)،َ استخراج مایع- مایع (LLE)4 و همرسوبی،ِ فاکتور پیش تغلیظ بزرگ آن می باشد. نتیجه اینکه CPE می تواند بر ای جداسازی و پیش تغلیظ گونه های آلی و یونهای فلزی مورد استفاده قرار گیرد. برقرار کردن روشی ساده، سریع، ارزان، حساس و انتخاب پذیر برای استخراج و اندازه گیری آلوده کننده ها در محیط، یکی از اصلی ترین تحقیقات در شیمی محیط بوده است. مطالعات اخیر نشان داده است که سامانه های میسلی، جایگزین مناسبی برای حلال های آلی در استخراج آلوده کننده های آلی و یون های فلزی از نمونه های جامد یا مایع محیطی است. مقاله سعی دارد که استفاده از سامانه های میسلی در استخراج و تغلیظ آلوده کننده ها در محیط آبی را نشان دهد.
کلمات کلیدی
مواد فعال سطحی، نقطه ی ابری، استخراج، جداسازی
مقدمه
در دهه های اخیر توسعه، استخراج و مراحل تغلیط برای اندازه گیری مقادیر بسیار کم ترکیبات در محلول های آبی مورد توجه قرار گرفته است. نیاز به اندازه گیری مقادیر کم آلوده کننده ها در آب، خاک و دیگر نمونه های زیستی نشان می دهد که روش تجزیه ای با حساسیت بالا، گزینش پذیری و جداسازی مطلوب باید به کار رود. اغلب روش های استفاده شده برای استخراج و تغلیط یون ها در نمونه های آبی، استخراج مایع - مایع (LLE)6 و استخراج فاز جامد (SPE) می باشند 1] و.[2 روش های استخراج حلالی، بازیافت کمی دارند و از مقدار زیادی حلال استفاده می شود. بنابراین تمایل زیادی برای جایگزین کردن روش های استخراج حلالی به منظور کم کردن دستکاری نمونه و هدر رفت آنالیت و جلوگیری استفاده از حلال های سمی وجود دارد.[3]
موضوعی که در LLE و SPE وجود دارد، طولانی شدن زمان استخراج و بالا بودن عملیات دستی می باشد .[4] روش های توسعه یافته دیگر، موجب کاهش استفاده از حلال های آلی و در نهایت حدف آن شده اند.میکرو استخراج با فاز جامد (SPME) روشی برای استخراج ترکیبات آلی از نمونه های زیستی می باشد. SPME بر اساس توزیع تعادل آنالیت بین فاز
ساکن پلی مری و ماتریس نمونه می باشد. در این روش زمانی بیشتر از یک ساعت برای جذب نمونه، مورد نیاز است. استخراج و تغلیظ بر اساس استفاده از استخراج نقطه ی ابری، روشی مناسب برای بیشتر استخراج های مرسوم می باشد. در این روش محلول آبی بعضی از مواد فعال سطحی (سورفکتانت) مورد استفاده قرار گرفته است .[5-8]
از نقطه نظر تجزیه ای یکی از مهمترین خواص مواد فعال سطحی، ظرفیت بالای آن ها برای حل کردن گونه های مختلف می باشد که اجازه می دهد ماده ای با حلالیت ناچیز و نامحلول در آب، به راحتی در آب حل شود. حجم کمی از ماده ی فعال سطحی غلیظ این امکان را می دهد که آنالیت در یک مرحله تغلیظ شود. سپس در مرحله ی بعد توسط دستگاه جذب اتمی، GCو HPLC اندازه گیری شود. این شیوه نه تنها غیر سمی و ارزان است بلکه از ایمنی بالایی نیز برخوردار است. در جدول 1 تعدادی از روش ها همراه با مختصری از فواید و معایب آنها فهرست شده است.
استخراج نقطه ی ابری
در استخراج نقطه ی ابری از مواد فعال سطحی استفاده می شود که دوگانه دوستْ هستند. یک ماده ی فعال سطحی دارای ساختار R-X است که R زنجیر هیدروکربنی با تعداد -8
18 اتم کربن و X یون قطبی و آب دوست می باشد. طبقه بندی رایج این مواد بر اساس طبیعت گروه آب دوست آن ها می باشد که به چهار گروه غیریونی، کاتیونی، آنیونی و یون دو قطبیَ تقسیم می شوند. در جدول 2 خواص و مثال هایی از هر یک از چهار گروه آورده شده است. مولکول های فعال سطحی می توانند در محلول های آبی تجمع یابند و میسل ها را ایجاد کنند. کمترین غلظت ماده ی فعال سطحی مورد نیاز برای تولید میسل، غلظت بحرانی میسلی (CMC) نامیده می شود. هنگامی که محلولی شامل غلظت بحرانی از ماده فعال سطحی غیر یونی حرارت داده می شود، در یک محدوده ی دمایی خاص شروع به کدر شدن می کند که به آن دمای نقطه ی ابری می گویند. در حقیقت محلول به دو فاز تبدیل می شود. یک فاز غنی از سورفکتانت که حجم کمی دارد و فاز آبی که غلظت سورفکتانت در آن نزدیک غلظت بحرانی میسلی می باشد. این پدیده ناشی از افزایش در اندازه ی میسل ها و آب زدایی از لایه های بیرونی میسلی با افزایش دما می باشد. این پدیده برگشت پذیر بوده و با کاهش دما، دوباره محلول یک فاز اولیه به وجود می آید. دمانی نقطه ی ابری به ساختار سورفکتانت و غلظت آن بستگی دارد، برای یک سری همرده از یک سورفکتانت غیریونی مانند پلی اکسی اتیلن، دمای نقطه ی ابری با کاهش در طول زنجیر هیدروکربنی افزایش می یابد. این دما در حضور نمکها، قلیاها، اسیدها، پلی مرها، اوره و مواد فعال سطحی دیگر تغییر
می کند قدرت یونی نیز می تواند دمای نقطه ی ابری شدن را تغییر داده و باعث سهولت جداسازی فازها با تغییر دانستیه ی محلول گردد.
استفاه از نقطه ی ابری برای استخراج و تغلیظ مواد آلی و یون های موجود در آب، پیش از آنالیز نهایی توسط جذب اتمی، GC یا HPLC و ... می باشد. این روش به نسبت ساده می باشد. به این ترتیب که مقدار کمی از ماده ی فعال سطحی غلیظ به محلول آبی اضافه شده و در صورت نیاز به عامل کی لیت کننده که لزوم آن توسط نوع سورفکتانت و نمونه ی مورد اندازه گیری مشخص می شود، به آن اضافه می شود. این محلول بالای نقطه ی ابری خود حرارت داده می شود تا جداسازی فازها رخ دهد در مرحله ی بعد به منظور ویسکوز
شدن فاز سورفکتانت و سهولت جداسازی فاز آبی پس از سانتریفیوژکردن، از مخلوط آب و یخ استفاده می شود. در نهایت به منظور اندازه گیری آنالیت، لازم است مقدار کمی از عامل رقیق کننده نظیر الکل به فاز غنی از سورفکتانت اضافه گردد. هدف این این کار کاهش ویسوزیتهی فاز میسلی می باشد. مقدار عامل رقیق کننده باید در توافق با ویسکوزیته مناسب، غلظت آنالیت و مقدار حلال مورد نیاز برای تزریق به دستگاه مورد اندازه گیری باشد .(9) شکل 1 رفتار محلول میسلی به منظور تغلیظ آلاینده های آلی در محلول های آبی را نشان مید هد. در سال های اخیر این روش برای اندازه گیری یون های موجود در آب که در مقادیر نانوگرم بر میلی لیتر می باشند. به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. تعدادی از مواد فعال سحطی رایج که در استخراج نقطه ی ابری به کار می روند در جدول 3 فهرست شده است.
ویژگی ها
گروه آبدوست درای بار منفی می باشد مانند کربوکسیل (RCOO)
(SDS)
گروه آبدوست دارای بار مثبت می باشد مانند هالیدهای آمونیوم نوع (R4N+CI)
گروه آبدوست هیچ نوع باری ندارد ولی به علت قطبیت بالای گروه ها مانند
پلی اکسی اتیلن (-OCH2CH2O-) در آب حل می شود.
(23)
مولکو آن دارای هر دو گروه آنیونی و کاتیونی می باشد و با توجه به PH محیط،
خاصیت آنیونی، کاتیونی یا خنثی نشان می دهد.
دسیل
گروه ها مثال
آنیونی CH3(CH2)11SO4Na+ سدیم دودسیل سولفات
کاتیونی CH3(CH2)15N+(CH3)3BR ستیل تری متیل آمونیوم
