بخشی از مقاله
اندازهگیرى مقادیر جزئی سرب و کادمیوم در شیرهاى پاستوریزه و استریلیزه به روش میکرواستخراج مایع-مایع پخشی بر اساس شناورسازى قطره آلی منجمد و دستگاه اسپکترومترى جذب اتمی الکتروترمال
چکیده
در این پژوهش امکان کاربرد روش میکرواستخراج مایع-مایع پخشی بر اساس شناورسازى قطره آلی منجمد با استفاده از اسپکترومترى جذب اتمی کوره گرافیتی جهت استخراج و اندازهگیرى مقادیر جزئی سرب و کادمیوم در شیر پاستوریزه و استریلیزه مطالعه گردید. اثر پارامترهاى تجربی مختلف نظیر pH، نوع و حجم حلال پخشکننده، حجم حلال استخراجکننده، غلظت معرفکمپلکسکننده، نمک، شرایط سانتریفیوژ، زمان و دماى استخراج، بررسی و شرایط بهینه حاصل گردید. تحت شرایط بهینه، pH = 2/5، 10 µL معرف آمونیوم پیرولیدیندىتیوکربومات %5، 80 µL حلال استخراجکننده -1 اندوکانول، 1/5 میلیلیتر حلال پخشکننده اتانول، %0/5 نمک کلرید سدیم، با سرعت سانتریفیوژ 4000 دور در دقیقه به مدت 5 دقیقه در دماى اتاق((25±1 oC، حد تشخیص سرب و کادمیوم، یعنی سه برابر انحراف استاندارد شاهد، بهترتیب 0/10 و 0/31 نانوگرم بر میلیلیتر با فاکتور تغلیظ 100 و درصد انحراف استاندارد نسبی سرب و کادمیوم (n=5) با اضافه کردن 20 نانوگرم بر میلیلیتر سرب و 5 نانوگرم بر میلیلیتر کادمیوم بهترتیب برابر 1/33 و 1/70 درصد بهدست آمد. همچنین روش برنامهریزى شده بهصورت درصد بازیابی مورد مطالعه قرار گرفت. ارزیابی کاربرد عملی روش پیشنهادى، با اندازهگیرى سرب وکادمیوم در نمونههاى شیر پاستوریزه و استریلیزه بهطور موفقیتآمیز صورت گرفت. نتایج نشان داد میزان سرب و کادمیم شیرهاى پاستوریزه و استریلیزه در حد استانداردهاى بینالمللی بوده و مخاطرهاى از نظر تجمع این فلزات در بدن براى مصرفکنندگان شیر به دنبال نخواهد داشت. سادگی، ارزانی، سریع، بازیابی و کارایی استخراج بالا، تکرارپذیري خوب، مصرف کم حلال آلی و روش تجزیهاى موثر از مزیتهاى اصلی روش پیشنهادي براى جداسازى و اندازهگیرى فلز سرب و کادمیوم در نمونههاى آبی و شیر میباشد.
واژههاى کلیدي: اندازهگیري سرب در شیر، اندازهگیري کادمیوم در شیر، میکرواستخراج مایع-مایع، اسپکترومترى جذب اتمی کوره گرافیتی.
-1 مقدمه
فلزات سنگین به فلزاتی گفته میشود که در حالت استاندارد خود، داراى دانسیته بیش از 5 میلیگرم بر سانتیمتر مکعب میباشد. برخی از آنها مانند نیکل، کروم، مس، آهن در غلظت بسیار کم براى بقا زندگی لازم هستند که بهعنوان عناصر ضرورى شناخته شدهاند، اما برخی دیگر مثل سرب، کادمیوم و جیوه در غلظتهاى بسیار کم هم سمی بوده و از آنجا که غیرقابل تجزیه و داراى حلالیت بالا در آب هستند
و نیز خاصیت تجمعی در قسمتهاى مختلف بدن دارند [1]، اثرات سوئی بر روى دستگاههاى مختلف بدن از جمله کلیه، گوارش، عصبی، ایمنی، قلبی و عروقی، سیستم تنفسی گذاشته موجب کم خونی، افسردگی، اختلال در بارورى، اختلالات معده و روده، سرطان و حتی مرگ میشوند .[2] حضور آلایندههایی مانند سرب و کادمیوم در شیر بسیار اهمیت دارد، زیرا شیر بیشتر از سایر مواد غذایی مورد توجه قرار میگیرد و دلیل آن ارزش غذایی بالا و مصرف در تمامی سنین بهخصوص براى نوزادان و کودکان میباشد و تعیین سطح سرب و کادمیوم در شیر بسیار نگرانکننده است، چون این عناصر سنگین بر روى رشد شنوایی و فکرى کودکان موثر است میتواند باعث آسیب برگشتناپذیر در سیستم عصب مرکزى شود .[3] تاکنون به روشهاى مختلفی از جمله پتانسیومترى عارى سازى [4]، تکنیک هستهاى ذره تحریکشده با نشر اشعه [5] X، اسپکتروسکوپی نشر اتمی با قوس الکتریکی [6]، اسپکترومترى جرمی با پلاسماى جفت شده القایی [7]، اسپکترومترى نشر نورى با پلاسماى جفت شده القایی [8]، جذب اتمی شعلهاى [9]، روش پالس اندى ولتامترى [10]
و جذب اتمی کوره گرافیتی [11] براي اندازهگیري سرب وکادمیم در نمونههاي شیر استفاده شده است. با این حال روش جذب اتمی کوره گرافیتی (GFAAS) داراى حساسیت بالا و حد تشخیص ppb و تداخل طیفی پایین بوده و مقادیر کم نمونه جهت آنالیز استفاده میشود. براى اندازهگیرى یون سرب و کادمیوم، مراحل پیش تغلیظ ضرورى است. روشهاى مختلف مانند همرسوبی، میکرو استخراج مایع-مایع، استخراج نقطه ابرى و استخراج فاز جامد، براى جداسازى و پیش تغلیظ فلزات از نمونه استفاده شده است. امروزه توجه ویژهاى به برخی از تکنیکهاى میکرو استخراج مانند میکرو استخراج فاز جامد و میکرو استخراج فاز مایع در جهت توسعه آنها شده است و در میان آن ها تکنیک میکرواستخراج مایع-مایع پخشی بر اساس شناورسازى قطره آلی منجمد جدیدترین و ساده ترین روش میباشد. سادگی، هزینه کم، فاکتور غنیسازى بالا، مصرف پایین حلال استخراجکننده و سمیت پایین آن از مزایاى این روش میباشد .[12] بنابراین در این تحقیق در نظر است، میزان سرب و کادمیوم در شیرهاى پاستوریزه و استریلیزه به روش میکرواستخراج مایع-مایع پخشی بر اساس شناورسازى قطره منجمد آلی با استفاده از دستگاه جذب اتمی کوره گرافیتی اندازهگیرى گردد. اثر پارامترهاى تجربی مختلف از جمله pH، نوع و حجم حلال پخش کننده، حجم حلال استخراجکننده، غلظت معرف کمپلکسکننده، نمک، شرایط سانتریفوژ، زمان و دماى استخراج، بررسی و شرایط بهینه به دست آمد. در ضمن روش پیشنهادى بهصورت درصد بازیابی مورد مطالعه قرار گرفت. این روش، روشی ساده، کارا، دقیق، داراى سرعت عمل، هزینه کم، حجم نمونه کم، حداقل مصرف حلال آلی و تکرار پذیر می باشد.
-2مواد و روشها
1-1-2 دستگاههاى مورد استفاده
دستگاه اسپکتروسکوپی جذب اتمی کوره گرافیتی مدل PG 990 FG ساخت کشور انگلیس و لامپ دوتریم جهت تصحیح زمینه و لامپ کاتد توخالی سرب و کادمیوم به عنوان منبع نور، مورد استفاده قرار گرفت. سرب و کادمیوم بهترتیب در طول موج تجزیهاى 283/3 nm و 228/8 با پهناى باند 0/4 nm و شدت جریان به ترتیب 3 mA و 5 اندازهگیرى گردید. در تمامی آزمایشات حجم نمونه تزریق 20 µL بود. شرایط تنظیمات گرمایی کوره گرافیتی با سکوى لوو در جدول (1) آورده شده است. دستگاه pH متر مدل AG827 شرکت متراهم ساخت کشور سوئیس، دستگاه سانتریفوژ تجهیزات پزشکی بهداد مدل 3480، ترازوى دیجیتالی با دقت 0/0001 گرم مدل GF300 شرکت And ژاپن، ورتکس مدل GENius3 از شرکت IKA آلمان مورد استفاده قرار گرفتند.
2-1-2 مواد و معرفهاى لازم
محلول استاندارد مادر کادمیم با غلظت 1000 میلیگرم در لیتر، از حل کردن 2/745 گرم کادمیم نیترات 4 آبه (شرکت مرك) در اسید نیتریک %5 (حجمی-حجمی)، محلولهاى استاندارد کارى کادمیم بهطور تازه موقع کار کردن از رقیق سازى محلول استاندارد مادر کادمیم در اسید نیتریک %0/2 (حجمی-حجمی)، محلول استاندارد مادر سرب با غلظت 1000 گرم در لیتر، از حل کردن 1/599 گرم نیترات سرب (از شرکت مرك) در اسید نیتریک %5 (حجمی-حجمی) و محلولهاى استاندارد کارى سرب بهطور تازه موقع کار کردن از رقیق سازى محلول استاندارد مادر سرب بهدست آمد. اسید کلریدریک با درجه خلوص %37، اسید نیتریک با درجه خلوص %70، اسید سولفوریک غلیظ %98، معرف کمپلکسکننده %5 (وزنی-حجمی) آمونیوم پیرولیدین دى تیوکاربومات (APDC) به عنوان معرف کمپلکسکننده از شرکت سیگما آلدریچ که با حل کردن 0/1 گرم APDC در 2 میلیلیتر متانول بهدست آمد. تنظیم pH توسط اسید کلریدریک، براى مقادیر pH اسیدى،
یا محلول هیدروکسید سدیم، براى مقادیر pH بازى صورت گرفت. -1 آندکانول، حلال استخراجکننده، از شرکت سیگما آلدریچ، اتانول، حلال پخشکننده و متانول از شرکت مرك تهیه گردید. براى تهیه محلولهاى آبی از آب دیونیزه بسیار خالص استفاده گردید. درضمن تمامی محلولها در دماى 4 C یخچال نگهدارى شده و تمامی ظروف شیشهاى قبل از استفاده
در اسید نیتریک %10 به مدت 12 ساعت غوطهور و سپس با آب دیونیزه شستشو گردید.
3-2 روش میکرو استخراج مایع-مایع پخشی براساس شناورسازى قطره آلی منجمد
ابتدا 5 میلیلیتر آب دیونیزه را در داخل لوله آزمایش ریخته سپس توسط 20 ppb سرب و 5 ppb کادمیوم آن را آلوده کرده و 1/5 میلیلیتر اتانول که حاوى80 میکرولیتر -1 آندکانول و 10 میکرولیتر کمپلکسکننده آمونیوم پیرولیدین دى تیو کربومات بود به سرعت از بالاى لوله آزمایش توسط میکروسمپلر تزریق و توسط ورتکس همزده تا محلول ابرى تشکیل گردید. در این مرحله به مدت 5 دقیقه در سانتریفوژ 4000 دور بر دقیقه قرار داده شد تا فاز آلی از فاز آبی جدا و فاز آلی در بالاى لوله آزمایش قرار گرفت. سپس لوله آزمایش به حمام یخ منتقل و پس از انجماد حلال آلی به فنجانی منتقل و توسط سمپلر به دستگاه کوره گرافیتی تزریق شد. در این مرحله حجم فاز آلی حدود 50 میکرو لیتر بود، که 10 میکرولیتر به داخل کوره گرافیتی تزریق گردید.
-3 نتایج و بحث
در این تحقیق یونهاى سرب و کادمیوم در شیرهاى پاستوریزه و استریلیزه به روش میکرواستخراج مایع-مایع پخشی بر اساس شناورسازى قطره آلی منجمد استخراج و پیش تغلیظ گردیده سپس با استفاده از دستگاه جذب اتمی الکتروترمال مورد اندازهگیري قرار گرفته است. دیاگرام کلی فرایند در شکل (1) نشان داده شده است. بنابراین بعد از انجام آزمایشات اولیه و اطمینان از کارایی این روش به بررسی شرایط بهینه مانند اثر pH، اثر معرف کمپلکسکننده، حجم حلال استخراجکننده، نوع و حجم حلال پخشکننده، اثر نمک، اثر شرایط سانتریفوژ و اثر زمان و دماى استخراج پرداخته شده است.
1-3 اثر pH
مقدار pH اثر مهمی در تشکیل کمپلکس فلز-لیگاند و بهدنبال آن در کارایی استخراج فلزات دارد و تولید کمپلکس خنثی وابسته به مقدار pH است. معرف APDC با تعدادى از فلزات واسطه و شبه فلزات در محیط اسیدى کمپلکس پایدار تشکیل میدهد، اما با فلزات قلیایی واکنش نمیدهد. یکی از مزیتهاى استفاده از APDC، پایدارى کمپلکسها در محیط اسیدى بهخاطر مقاومت در برابر هیدرولیز است، بنابراین نیازى به استفاده از محلول بافر که ممکن است منبع آلودگی باشد، نیست.[13] بنابراین اثر pH نمونه در کارایی استخراج سرب و کادمیوم در محدوده pH برابر با 1-8 بررسی گردید.
همانطور که در شکل (2) نشان داده شده است کارایی استخراج سرب و کادمیوم در محدوده 1-2/5 pH افزایش مییابد و بعد از آن در محدوده pH برابر با 2/5-9 کاهش مییابد. بهدلیل اینکه در pH پایین، کاتیونها تمایل کمترى به رسوب دارند از این رو آزمونها در pH = 2/5 انجام گردید. نتایج این تحقیق با مطالعات دادفرنیا و همکاران مطابقت دارد .[14]
2-3 اثر غلظت معرف کمپلکس کننده
کارایی استخراج سرب و کادمیم وابسته به غلظت معرف کمپلکسکننده است .[15-16] بنابراین اثر غلظت معرف کمپلکسکننده APDC در کارایی استخراج سرب و کادمیوم مطالعه گردید و نتایج در شکل (3) نشان داده شده است. غلظت معرف کمپلکسکننده تا زمانیکه تمامی سرب و کادمیوم کمپلکس نگردیده، افزایش مییابد. سینگال جذب در مقادیر بالاتر از 10 µL معرف %5 APDC ثابت است که نشان دهنده کامل شدن کمپلکس فلز-لیگاند است. بنابراین 10 µL معرف %5 APDC براى فرایند میکرو استخراج انتخاب شد.
3-3 اثر حجم حلال استخراج کننده
بهمنظور بررسی اثر حلال استخراجکننده محلولهایی شامل
حجمهاى مختلف -1آندکانول مورد بررسی قرار گرفت، باقی شرایط ثابت و اتانول 1/5 ml که حاوى APDC 10 µL و
حلال استخراجکننده با حجم مختلف 40- 100 µL) با فواصل (10 µL مورد مطالعه قرار گرفت. وقتی حجم حلال استخراجکننده افزایش یابد، فاز شناور افزایش اما فاکتور غنیسازى کاهش مییابد .[17] راندمان استخراج زمانی که80 میکرولیتر آندکانول استفاده شد، بیشترین کارایی را داشت، لذا حجم مطلوب 80 µL انتخاب شد و نتایج در شکل (4) نشان داده شده است.
4-3 اثر نوع و حجم حلال پخش کننده
حلال پخشکننده باید در هر دو حلال استخراجکننده و نمونه آبی قابل اختلاط باشد. براى این منظور حلالهاى مختلفی نظیر استون، استونیتریل، متانول و اتانول مورد آزمایش قرار گرفت. در این مطالعه از 1/5 میلیلیتر حلال پخشکننده که حاوى -1 80 µL)آندکانول و APDC 10 µL معرف کمپلکسکننده) استفاده گردید. همانطور که در شکل (5) نشان داده شده است، حداکثر استخراج توسط اتانول حاصل، لذا اتانول به عنوان حلال پخشکننده انتخاب گردید. همانطور که در شکل((5 نشان داده شده، حجمهاى مختلف اتانول (0/5-2/5 mL) مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد که در حجم کمتر از 1/5 میلیلیتر محلول ابرى بهخوبی شکل نگرفته و در نتیجه باعث کاهش راندمان استخراج میگردد. بنابراین براى داشتن محلول ابرى پایدار حجم مطلوب 1/5 میلیلیتر انتخاب شد.
5-3 اثر نمک
با ثابت نگهداشتن پارامترهاى دیگر، تاثیر قدرت یونی بر عملکرد میکرواستخراج مایع-مایع پخشی بر اساس شناورسازى قطره آلی منجمد با اضافه کردن مقادیر مختلف NaCl در محدوده %(w/v) 0-1 ارزیابی گردید. با افزایش مقدار نمک در محدوده %0-0/5 کارایی استخراج افزایش یافت. نمک باعث افزایش قدرت یونی محیط و کاهش حلالیت حلال استخراجکننده در فاز آبی شده و فاکتور تغلیظ افزایش و در نتیجه راندمان استخراج نیز افزایش مییابد. هنگامی که مقدار بیشترى نمک (%0/5-1) اضافه شد، حجم فاز شناور افزایش یافته و بهخاطر کاهش حلالیت حلال شناور در فاز آبی، فاکتور تغلیظ اندکی کاهش مییابد. در نتیجه راندمان استخراج در غلظت بالاى نمک کاهش مییابد.[17]
6-3 اثر شرایط سانتریفیوژ
جهت جداسازى فاز آلی حاوى آنالیت سرب و کادمیوم از توده محلول آبی از دستگاه سانتریفیوژ استفاده میشود. این کار یک مرحله مهم در استخراج به روش میکرو استخراج مایع-مایع پخشی بر اساس شناورسازى قطره آلی منجمد میباشد. درضمن کارایی نهایی به جداسازى کامل توده فاز آلی مربوط است. بنابراین اثر سرعت دستگاه سانتریفیوژ در محدوده 1000 تا 5000 دور در دقیقه بررسی و مشاهده گردید که در سرعت بیشتر از 3000 دور بر دقیقه فاز آلی بهطور کامل متراکم میگردد، لذا سرعت 4000 دور در دقیقه بهعنوان سرعت بهینه انتخاب گردید. همچنین مدت زمان سانتریفیوژ نیز در محدوده 0-20 دقیقه
