در یک تحقیق دیگر، پاتل و همکارانش براساس اطلاعات به دست امده از کمپلکس( Pd(II)- SnCl3-- N- butylacetamide) و به دنبال آن استخراج این کمپلکس با پنتانول یک روش پیشنهاد کردند. این روش با آشکارسازی GFAAS برای تعیین پالادیوم در نمونه خاک استفاده شد، که در آن تشکیل جفت یون بین کمپلکس آنیونی pd(SCN)42- و کمپلکس کاتیونی پلاتین از dicyclohexyl-18-crown-6 در محیط اسید کلریدریک برای جداسازی پالادیوم از پلاتین و رودیم پیشنهاد شده بود. محصول بدست آمده در این روش توسط کلروفرم استخراج شده و پس از آن، محلول استخراج شده که حاوی کمپلکس pd(NH3)42+ بود، توسط GFAAS اندازه گیری شد[۸,۹].
١-۵-۴- تکنیک اسپکتروفتومتری جذب اتمی شعله ای
این تکنیک، یک روش ساده و مناسب برای شناسایی پالادیوم در کاتالیزور اتومبیل می باشد. به طور مثال در یک تحقیق برای اندازه گیری پالادیوم در کاتالیزورور اتومبیل توسط تکنیک اسپکتروسکوپی جذب اتمی شعله ای، این کاتالیزور توسط ترکیبی از آب اکسیژنه و اسید کلریدریک حل شد و پالادیوم آن توسط اسپکتروسکوپی جذب اتمی شعله ای اندازه گیری شد. حد تشخیص این روش ٠٢۹/٠ میلی گرم بر لیتر به دست آمد[۱۰].
١-۵-۵- تکنیک اسپکتروفتومتری جرمی ترکیب شده با پلاسما[۱]
این روش برای اندازه گیری پالادیوم در نمونه سنگ استفاده شده است. در یک تحقیق، با بهره گرفتن از ICP-MS یون پالادیوم را پس از استخراج فاز جامد اندازه گیری کردند. حد تشخیص این روش ۵/٣- ٨/٢ نانوگرم بر لیتر گزارش شده است[۱۱].
١-۵-۶- روش های الکتروشیمیایی
پالادیوم با بهره گرفتن از روش های الکتروشیمیایی هم قابل اندازه گیری می باشد. به طور مثال در یک تحقیق، الکترود خمیر کربن برای مطالعه الکتروشیمیایی بعضی از ترکیبات پالادیوم به کار رفته است [۱۲]. همچنین این روش برای اندازه گیری پالادیوم در کاتالیزور خودرو نیز استفاده شده است. از جمله روش های الکتروشیمیایی اندازه گیری پالادیوم، می توان به پتانسیومتری، کالریمتری و ولتامتری چرخه ای پالس تفاضلی، اشاره کرد [۱۳]. یک روش جدید برای تعیین پالادیوم در نمونه های سنتزی زباله های هسته ای با بهره گرفتن از تجزیه و تحلیل ولتامتری کامپیوتری توسعه داده شده است. حد تشخیص این روش ۹ نانوگرم بر میلی لیتر می باشد [۱۴].
١-۶- رودانین
رودانین[۲] که به طور خلاصه PDR نوشته می شود, یک لیگاند آلی است که قابلیت کمپلکس شدن با Ag(I), Au(II), Pt(II), Pd(II) را دارد. این ترکیب دارای فرمول مولکولی C12H12N2OS2 و وزن مولکولی ٣٧/ ٢۶۴ می باشد. شکل زﯾر ساختار مولکولی PDR را نشان می دهد.
شکل ۱-۱ ساختار مولکولی رودانین
در این تحقیق با توجه به مطالبی که در فصل دوم بیان خواهد شد، از سورفاکتانت استفاده شده است که به اختصار به شرح آن می پردازیم.
١-٧- سورفاکتانت
سورفکتانت[۳] مخفف کلمات “Surface active agent “ می باشد . در تعریف ساده سورفاکتانت ماده ای ( پودر سفید رنگ) است که هنگامی که به مقدار بسیار ناچیز استفاده می شود کشش سطحی آب را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. این ماده دارای گروه های هیدروفوبیک که نقش دم و دنباله را دارد و گروه های هیدروفیلیک که نقش سر را دارد می باشند بنابراین معمولا به طور ناچیز در آب و حلالهای آلی حل می شوند. در این تحقیق، از یک نوع سورفاکتانت استفاده شده است که به اختصار CPC خوانده می شود و دارای فرمول مولکولی C21H38ClN بوده و جرم مولکولی آن, ۹۹/٣٣۹ گرم بر مول می باشد. سورفاکتانت باعث افزایش فاکتور تغلیظ و در نتیجه افزایش بازیابی آنالیت می گردد. به این دلیل که توانایی بسیار بالایی برای حل کردن سطح گسترده ای از ترکیباتی که در آب نامحلول هستند و یا به مقدار کمی در آب حل می شوند را دارا می باشد. از آنجایی که رودانین این خاصیت را دارد، مانع رسوب رودانین در محلول می شود. شکل زﯾر ساختار مولکولی CPC را نشان می دهد.
شکل ۱-۲- شماتیکی از ساختار سورفاکتانت (CPC) مورد استفاده در این تحقیق
فصل دوم
مروری بر روش های میکرواستخراج مایع- مایع پخشی
٢-١- مقدمه
روش استخراج ایده آل روشی است که سریع، ساده، تکرار پذیر و ارزان بوده، بازیابی کمی گونه های مورد نظر را بدون از دست دادن یا تخریب آنها ممکن سازد، با حجم کم نمونه انجام پذیرد و از انتخابگری بالای برخوردار باشد، ضایعات کمی داشته باشد و استفاده از حلال در آن به حداقل مقدار برسد. بعلاوه از قابلیت اتوماسیون و استفاده به صورت پیوسته با سیستمهای آنالیزی برخوردار باشد، در نهایت نیازی به تغلیظ وکاهش حجم فاز استخراجی نداشته باشد. روش های استخراج کلاسیک مانند استخراج با سوکسله از نمونه های جامد، استخراج مایع – مایع (LLE) [۴] از نمونه های محلول، استخراج با جاذب کربن فعال [۵] و حلال آلی از نمونه های گازی ، مستلزم مصرف مقدار زیادی حلال با درجه خلوص بالا می باشد که علاوه بر هزینه و سمیت زیاد از انتخابگری کمی بر خوردار است. به علاوه طی مرحله کاهش حجم و تغلیظ ، مقادیر زیادی از حلال آلی وارد اتمسفر می گردد که علاوه بر تاثیر منفی روی سلامت انسان و سایر جاندارن باعث تشکیل مه دود شیمیایی و ایجاد حفره در لایه ازن می گردد. بر این اساس بیش از یک دهه قبل معاهده ای تحت عنوان پروتکل مونترال[۶] که بر استفاده ی خیلی محدود از حلال ها تاکید دارد امضا گردید و به دنبال تحقیقات پیرامون روش های استخراج با سیال فوق بحرانی [۷](SFE)، سیال تحت فشار[۸] (PFE) و غیره سریعا گسترش یافت و با توسعه تحقیقات در زمینه روش های استخراج عاری از حلال[۹]، تکنیکنهای میکرو استخراج با فاز جامد[۱۰](SPME) و میکرو استخراج با حلال[۱۱](SME) ابداع گشت. همان گونه که ذکر گردید، روش های معمول استخراجی عموما شامل مراحل متعددی بوده و انجام آن مستلزم مصرف مقادیر زیاد و در بعضی موارد انواع متفاوتی از حلال های آلی با درجه خلوص بالا می باشد که اکثر سرطانزا و سمی بوده و تاثیرات سویی برسلامت انسان و محیط زیست دارند. بدین لحاظ تلاش محققان بیشتر در زمینه ابداع و توسعه روش های استخراجی است که مستقل از حلال بوده یا با حجم کمی از حلال انجام گیرند، همچنین از حساسیت بالایی برخودار بوده و قابلیت اتوماسیون و استفاده در محل[۱۲] داشته باشد، براین مبنا در سال های اخیر روش های میکرو استخراج بسیار مورد توجه قرار گرفته است. روش های میکرو استخراج به روش هایی اطلاق می گردد که در آن ها حجم فاز استخراجی به طور کامل صورت نمی گیرد و فقط کسر کوچکی از نمونه به داخل فاز استخراج کننده منتقل می شود و گه گاه پس از استخراج غلظت گونه در محلول نمونه با غلظت اولیه اش برابری می نماید. روش های میکرو استخراج ممکن است بصورت میکرو استخراج با فاز جامد یا میکرواستخراج با مایع(حلال یا غشای مایع) صورت گیرد. هی و همکارانش، استخراج با قطره در حالت استاتیک و دینامیک را توصیف کردند. در روش استاتیک چند میکرولیتر از قطره استخراجی در نوک سوزن میکرو سرنگ در درون محلول یا در فضای فوقانی محلول نمونه آبی ساکن قرار گرفته وگونه ها تحت فرایند نفوذ، از فاز آبی به داخل قطره استخراج می شوند. در روش دینامیک، با حرکت تکراری پیستون میکرو سرنگ، استخراج بین میکرولیترهای نمونه و لایه نازک فاز آلی در جدار درونی سرنگ و سوزن صورت می گیرد. در روش دینامیک با کشیدن پیستون سرنگ، فیلم حلال آلی[۱۳] (OSF) در جدار داخلی سرنگ و سوزن تشکیل می شود و انتقال جرم بین نمونه ولایه آلی صورت می گیرد. در روش دینامیک سطح تماس تا حد زیادی افزایش می یابد که می تواند موجب افزایش راندمان استخراج گردد. باحرکت پیستون به سمت داخل و خارج میکروسرنگ، در هر سیکل، فیلم حلال آلی جدیدی در معرض محلول نمونه آبی یا نمونه گازی جدید قرار می گیرد. نتایج نشانگر این است که روش دینامیک در مقایسه با روش استاتیک از فاکتور تغلیظ بالاتر و زمان استخراج کمتری برخوردار است و تکرار پذیری آن در مقایسه با روش استاتیک کمتر است و انتخاب حلال انعطاف پذیرتر است. در روش دینامیک برای بهبود حساسیت و تکرارپذیری عمل، و همچنین سهولت کار با روش دینامیک، از یک موتور چرخش قابل برنامه ریزی برای ایجاد حرکات تکراری و یکنواخت پیستون سرنگ استفاده شد. چناچه در روش میکرواستخراج با فاز مایع از فضای فوقانی به روش دینامیک با فیلم حلال آلی[۱۴] با حرکات تکراری و یکنواخت پیستون توسط موتور قابل برنامه ریزی، فیلم حلال آلی نازک در جدار داخلی سوزن و سرنگ تشکیل می گردد که انتقال گونه بین لایه آلی و نمونه گازی صورت گرفته و بعد از زمان مشخصی، پیستون فشرده شده و با کشیده شدن مجدد پیستون لایه آلی جدید و نمونه گازی جدید تشکیل می گردند. این روش در مقایسه با میکرو استخراج مایع به روش دینامیکی توسط دست، دارای مزایایی مانند: سادگی، کم هزینه بودن، سهولت عمل، حساسیت بالا، دقت خوب، فاکتور تغلیظ بالا و زمان آنالیز کوتاه می باشد[۱۵]. به طور کلی روش دینامیک به علت فضای خیلی کوچک در میان لوله میکروسرنگ تعادل بین گونه ها و لایه آلی سریع حاصل می گردد، بنابراین خطر از دست رفتن حلال آلی در طول استخراج کاهش می یابد، بنابراین از حلال با فشار بخار بالا نیز می توان برای انجام یک استخراج موفق استفاده کرد و انتخاب حلال برای استخراج انعطاف پذیری بیشتری برخوردار است.
میکرواستخراج مایع – مایع پخشی، یک روش جداسازی و پیش تغلیظ جدید می باشد که تاکنون جهت جداسازی و اندازه گیری ترکیبات آلاینده آبهای طبیعی از قبیل هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقه ای، آفت کشهای ارگانو فسفره و غیره به کار برده شده است و نتایج رضایت بخشی از آنالیز این نمونه ها با کروماتوگرافی گازی حاصل شده است. این روش به علت حجم کم حلال آلی استخراج کننده مصرفی, دارای فاکتور تغلیظ بالا بوده و در نتیجه جهت آنالیز مقادیر خیلی کم این ترکیبات در آبها بسیار کارا می باشد.
٢-٢- میکرواستخراج مایع– مایع پخشی ) (DLLME[15]
میکرواستخراج مایع – مایع پخشی در واقع شاخه ای از استخراج مایع – مایع معمولی می باشد که در جهت کاهش مصرف حلالهای آلی مضر طرح ریزی شده است. این روش بر پایه اصول سیستمهای سه جزئی بنا شده است. با این تفاوت که ترکیب درصد کلی آنها در ناحیه دو فازی قرار دارد. به طور کلی در روش میکرواستخراج مایع – مایع پخشی سه جزء حلال آبی، حلال آلی استخراج کننده و حلال آلی پخش کننده به گونه ای با هم مخلوط می شوند که حلال آلی استخراج کننده به صورت قطرات ریز در بین لایه های حلال آبی پخش شود. اندازه این قطرات به حدی است که جرم این قطرات توانایی غلبه بر نیروهای بین مولکولی آب را نداشته و نمی توانند بدون حضور یک نیروی خارجی به یکدیگر متصل شده و ته نشین شوند. البته لازم به ذکر است که نیروهای جاذبه کوچک برهمکنشهای مولکولی حلال آب با مولکولهای حلال استخراج کننده نیز در پایداری این سیستم تأثیرگذار است. بر اثر پخش حلال آلی استخراج کننده در درون آب, سطح تماس مولکولهای آب و حلال آلی به میزان بسیار زیادی در مقایسه با استخراج مایع – مایع معمولی افزایش می یابد. این امر باعث می شود که زمان لازم برای به تعادل رسیدن گونه استخراج شونده (که یا ذاتأ هیدروفوب است و یا به کمک فرایندهای کمپلکس کردن و یا مشتق سازی هیدروفوب شده است) بین آب و حلال آلی کاهش یابد و به حد ثانیه برسد. به طور کلی مراحل انجام میکرواستخراج مایع – مایع پخشی بدین شکل می باشد که ابتدا یک محلول همگن از حلال آلی استخراج کننده و حلال پخش کننده با نسبتی معین تهیه می گردد. سپس مقدار مشخصی از این محلول به کمک یک سرنگ به سرعت به درون محلول آبی حاوی آنالیت تزریق می گردد. درنتیجه محلول کدر (ابری) می شود که این کدورت به علت پخش ذرات ریز حلال استخراج کننده در درون محلول آبی می باشد. این مخلوط تا حدود زیادی پایدار می ماند و می تواند ساعتها به همین حالت باقی بماند. سپس این مخلوط سانتریفوژ می شود و در نتیجه ذرات ریز حلال استخراج کننده که دارای دانسیته بیشتری نسبت به آب، می باشند ته نشین می گردند. سپس این فاز ته نشین شده که حاوی آنالیت نیز می باشد، جهت آنالیز با روش های دستگاهی مورد استفاده قرار می گیرد. به عبارت دیگر می توان لحظه مخلوط شدن سه جزء با یکدیگر را به مانند محلولهای همگن و تک فاز ناحیه ای کوچک در نظر گرفت، که در ابتدا سیستم همگن است و با وارد شدن مولکولهای بیشتر آب به این سیستم سه جزئی تعادل بهم خورده و در نتیجه سیستم از ناحیه تک فازی وارد ناحیه دو فازی می شود. همانطور که مشاهده می شود، اصول کلی توزیع ماده بین دو فاز غیر قابل اختلاط همانند استخراج مایع – مایع معمولی است، با این تفاوت که سطح تماس بسیار افزایش یافته است. در ضمن میزان ضرایب توزیع آنالیتها نیز احتمالأ متفاوت از ضرایب توزیع بین دو حلال آلی و آب به تنهایی است، زیرا وجود حلال پخش کننده باعث تغییراتی هرچند کوچک در خواص حلال آبی و آلی می گردد. بنابراین محیطی جدید برای توزیع گونه به وجود می آید [۱۶].
شکل ٢-١ شماتیکی از میکرو استخراج مایع- مایع پخشی را نشان میدهد [۱۷].
شکل ٢-١. شماتیکی از میکرو استخراج مایع- مایع پخشی [۱۷]
٢-٣- انواع روش های میکرواستخراج
٢-٣-١- استخراج فاز جامد پخشی (DSPE)[16]
استخراج فاز جامد پخشی برای آنالیز محیطی نمونه های خاک گزارش شده است. تأثیر مفید پخش روی سطح فعال یک جامد به خوبی شناخته شده و در مطالعات کاتالیتیکی استفاده می شود. پخش هم می تواند از طریق شیمیایی ایجاد گردد و هم اینکه یک منبع انرژی خارجی مثل آلتراسونیک، به آن کمک کند. نگوین و همکارانش، تأثیر آلتراسونیک (امواج ماوراء صوت) را در اندازه خوشه ای از نانو ذرات آلومینا در محلول آبی را ارزیابی کردند. در این روش، ابتدا مقداری از نمونه به دقت در یک وایال ریخته و سپس حجم ثابتی از حلال استخراجی (معمولأ استونیتریل) به آن اضافه شده و پس از تکان دادن شدید، مخلوطی از نمک به منظور جابجایی تعادل استخراج نسبت به فاز آلی، به وایال اضافه می شود. در حالی که به طور همزمان جداسازی فاز به آسانی صورت گرفته، مرحله سانتریفوژ برای حذف ذرات جامد، اجباری است. نمونه آلی از مایع رویی به وایال های خالی منتقل شده و سپس مخلوط فاز جاذب آلی به صورت دستی تکان داده شده و سانتریفوژ می شود و فاز مایع برای آنالیز دستگاهی مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش گاهی اوقات مراحل اضافی (تغییرات حلال، تبخیر و یا تنظیم pH) برای تضمین سازگاری آن با تکنیکهای دستگاهی نهایی مورد استفاده قرار می گیرد[۱۸].
٢-٣-٢- میکرواستخراج تک قطره (SDME)[17]
میکرواستخراج تک قطره یک نوع روش میکرواستخراج تک حلالی می باشد. در این روش به طور معمول از ٣-١ میکرولیتر حلال آلی که به صورت ریز قطره در سر سوزن یک میکرو سرنگ آویزان است استفاده می کنند. این قطره می تواند در محلول آنالیت یا بالای آن قرار بگیرد. بعداز استخراج ریز قطره به میکروسرنگ باز گردانده شده و جهت آنالیز به دستگاه تجزیه ای تزریق می شود. به طور کلی، این روش به عنوان یک روش آماده سازی ارزان برای نمونه شناخته شده است که میزان مصرف حلال در آن به حداقل رسیده است. به هر حال این روش وقت گیر است و در سرعتهای بالای همزن امکان افتادن قطره وجود دارد. از طرفی ممکن است حباب های هوا تشکیل شوند که منجر به کاهش انتقال جرم گردد [۱۹].
٢-٣-٣- میکرواستخراج مایع-مایع پخشی کمک شده با مگنت آهنربایی (MSA-DLLME)[18]
این روش در سال ٢۰٠۹ این روش بر مبنای سیستم دوتایی ترکیب شده با حلال استخراجی و محلول آبی (بدون حلال پخشی) پایه ریزی شد. با تزریق سریع حلال استخراجی محلول ابری می شود و فاز استخراجی به سرعت از محلول آبی به محلول استخراجی منتقل می شود. در این روش همزن آهنربایی به عملکرد محلول ابری کمک می کند. این فرایند از سادگی کافی برای اندازه گیری مقادیر کم در نمونه های آبی برخوردار است [۲۰].
٢-٣-۴- میکرواستخراج مایع-مایع پخشی با کاهش مصرف حلال (DLLME-LSC)[19]
در این روش با بهره گرفتن از مقدار کمی (در حد میکرولیتر) حلال استخراجی و پخشی برای تعیین حشره کشهای ارگانوکلره [۲۱]، و مدروکسی پروژسترون [۲۲]، در نمونه های آبی به کار رفته است. این روش محدودیتهای روش میکرو استخراج مایع-مایع پخشی که شامل حلالها، بهینه سازی پخش و ساده سازی فرایند بود را به خوبی رفع کرد. در روش میکرو استخراج مایع-مایع پخشی معمولی نوع حلال استخراجی آلی برای استخراج مؤثر و کارآ ضروری است. این حلال در وهله اول، باید تمایل خوبی برای استخراج ترکیبات هدف داشته باشد. دوم باید حلالیت کمی در آب داشته باشد. سوم باید پایداری کافی در زمان استخراج داشته باشد. در نهایت حلال آلی باید رفتار کروماتوگرافی مایع یا گازی خوبی داشته باشد اگر این روش های آشکارسازی استفاده شود. به علاوه برای جلوگیری از آلودگی، حلالهای با سمیت کم انتخاب بهتری می باشند. حجم استخراج شده از حلال استخراجی مستقیمأ بر کارآیی استخراج تأثیر می گذارد. در کل با افزایش حجم استخراجی، کارآیی استخراج و فاکتور غنی سازی افزایش می یابد. اما فراتر از یک محدوده خاص، فاکتور غنی سازی کاهش خواهد یافت. بنابراین حجم استخراجی پایین برای به دست آوردن بالاترین حساسیت استفاده شده است. با توجه به کاهش حجم حلال استخراجی و پخشی، استفاده از حلالهای قطبی و دارای دانسیته سبکتر از آب، برای استخراج بهتر، در این روش توسعه یافته است. در این مسیر هاشمی و همکارانش، یک ابزار جدید که شامل لوله های شیشه ای با گردنه تنگ می باشند را معرفی کردند [۲۳]. در این روش، بعداز پخش و سانتریفوژ، حلال آلی استخراج شده در این لوله جمع آوری شده و اجازه امکان برداشتن آسان آن توسط میکروسرنگ فراهم می شود.
٢-٣-۵- میکرواستخراج مایع-مایع پخشی مایع یونی کنترل شده دمایی (TIL-DLLME)[20]
مایعات یونی (ILs)[21] به عنوان حلال های جدید در شیمی به رسمیت شناخته شده اند. خواص منحصر به فرد مایعات یونی مانند فشار بخار جزئی، پایداری گرمایی خوب، امتزاج پذیری با آب و حلالهای آلی همچنین قابلیت استخراج خوبشان برای ترکیبات آلی مختلف و یونهای فلزی، بیشتر وابسته به ساختار خاصشان است. بعضی از مایعات یونی برای استخراج مایع- مایع متداول به علت امتزاج پذیریشان با آب (که اجازه تشکیل سیستمهای دو فازی را می دهد) و نیز حلالیت بالای گونه های آلی شان، مناسب هستند. در این روش دما یک پارامتر مهم محسوب می شود. از یک طرف باعث پخش بیشتر زوج یون از مایع یونی به درون نمونه و ساختار ریز قطره می شود و استخراج آنالیت افزایش می یابد. در این روش برای تشکیل شدن دو فاز مناسب سانتریفوژ لازم است. این روش برای استخراج وانادیوم [۲۴] و استخراج ترکیبات آروماتیکی [۲۵] از نمونه های آب به کار رفته است.
٢-٣-۶- میکرو استخراج مایع مایع پخشی بر اساس انجماد قطرات آلی شناور (SFO-DLLME)[22]
این روش برای تعیین فلزات سنگین مانند هیدروکربنهای آروماتیک و پلی سیکلیک [۲۶] و آلومینیوم [۲۷] در نمونه های آبی به کار برده می شود. در این روش از یک حلال آلی با دانسیته پایین و نقطه ذوب مناسب استفاده شده است که اجازه تشکیل یک قطره جامد در دمای پایین را می دهد [۲۸]. گاهی اوقات در این روش نیز سانتریفوژ استفاده می شود.
٢-٣-٧- کاربردهای میکرو استخراج مایع- مایع پخشی
با توجه به شکل۲-۲، اهمیت این تکنیک را می توان از رشد میزان مقاله هایی که از سال ٢٠۰۶ تاکنون به چاپ رسیده است، مورد بررسی قرار داد [۲۹].
شکل ۲-۲٫ شمار مقاله های چاپ شده در ارتباط با تکنیک میکرو استخراج مایع- مایع پخشی برای استخراج یونهای فلزی و ترکیبات آلی [۲۹].
فصل سوم
بخش تجربی
٣-١- مقدمه
