بررسي ويژگي روش آناليز غيركروماتوگرافي جيوه بوسیلة جریان تزریقی در سیستم پیش تغلیظ مجهز به کامپیوتر در ترکیب با تولید بخار شیمیایی در اسپکترومتری فلورسانس اتمی

مقاله
یک روش جدید غیرکروماتوگرافی مختص جیوه بر اساس حفظ انتخابی (گزینش پذیر) متیل جیوه و جیوه معدنی روی ديواره داخلی راکتور پیچیده با استفاده از آمونیوم دی اتیل دی تیو فسفات و دی تیازون به عنوان معرف های (شناساگرهای) کمپلکس دهنده توسعه داده مي شوند كه به ترتیب مختص به پیش تغلیظ سورپشن (عمل جذب و دفع در یک زمان) مجهز به کامپیوتر و جریان تزریقی

(تزریق در «اورنش») همراه با اسپکترومتری فلورسانس اتمی که در آن تولید بخار شیمیایی پراکنده نشده صورت می گیرد هستند. در pH=2 پیش تغلیظ جیوه‌ي معدنی روی دیواره های داخلی راکتور پیچیده انجام می‌شود که این امر بر اساس حفظ انحصاری کمپلکس Hg-DDP در حضور متیل جیوه از طریق فرو بردن در محلول سادة آمونیوم دی اتیل دی فسفات می باشد و پیش تغلیظ انتخابی متیل جیوه بادی تیازون بجای آمونیوم دی اتیل فسفات صورت می گیرد از اسید هیروکلریک ۱۵% (V/V) برای شستشوی گونه جیوة باقیمانده (حفظ شده) استفاده می کنند که برای شناسایی در اسپکترومتری فلورسانس اتمی با محلول KBH4 ترکیب می شود.

تحت بهترین شرایط تجربی نمونة جیوه معدنی و متیل جیوه ۳۰ و ۲۰ h-1 با عامل های ازدیادی ۱۳ و ۲۴ هستند. حدود تشخيص براي Hg2+ تا ngl-1 و براي CH3Hg+ 2.0ngl-1 می‌باشد . دقت یازده اندازه گیری سیگنال (RSD) از هر ۰٫۲ میکروگرم در لیتر Hg2+ و CH3Hg+ 2/2% و ۸/۲% است.
روش های پیشرفته که از طریق تجزیه مواد مرجع تأیید شده و اندازه گیری{های بهبود یافته معتبر می شوند، برای تعیین جیوة معدنی و متیل جیوه دو نمونه های آبی و زیست شناسی به کار برده می‌شوند.

۱- مقدمه

۲- تجربی
۱-۲- ابزار
۲-۲- معرف ها (شناساگرها)
۳-۲- پیش رفتار نمونه
۴-۲- طرز کار
۵-۲- روش پیشرفته
۶-۲- روش معتبر

۳- نتایج و بحث
۱-۳- شمای ویژه سیستم جدا کنندة سورپشن مجهز به کامپیوتر و پیش تغلیظ در KR کوپل شده به CVG-AFS با استفاده از دو معرف کمپلکس دهنده گزینش پذیر.
۲-۳- مهمترین پارامترهای تجربی
۱-۲-۳- غلظت محلول عامل کمپلکس دهنده
۲-۲-۳- غلظت شستشو دهنده
۳-۲-۳- غلظت KBH4
4-2-3- دمای اتمیزر
۵-۲-۳- طول KR و شستشوی KR
3-3- اجرای تجزيه ای
۴-۳- کاربرد واقعی تجزیه
۱-۴-۳- تداخلات
۲-۴-۳- آنالیز نمونه
۴- محاسبات شناسایی رفرنس ها

۱- مقدمه
جیوه بطور گسترده به عنوان عنصر بسیار خطرناک شناخته شده است بواسطة این که عنصر پایداری (مزمن) در محیط زندگی گیاه و حیوان و محدوده های جغرافیایی است. جیوه معدنی و متیل جیوه دو گونة جیوه اصلی در نمونه های زیست شناختی و محیطی هستند. متیل جیوه سمی ترین گونة جیوه دارای نفوذ آسانی در غشاهای زیست شناختی است و پایداری زیادی در زنجیرة غذایی انسانی و حیوانی دارد. بنابراین اهمیت زیادی برای توسعة روش های تجزیه حساس و سریع در جهت تعیین جیوه معدنی و متیل جیوه وجود دارد.

دتکتورهای ویژة عنصر كه مجهز به کامپیوتر هستند با تکنیک های جداسازی مدرن ابزارهای قوی برای جیوه هستند. با این حال پیچیدگی و قیمت زیاد این تکنیک ها منجر به استفاده از روش غیرکروماتوگرافی ساده برای تشخیص انتخابی گونة جیوه می شود . تشخیص بین جیوه معدنی و کل جیوه بوسیله اسپکترومتری جذب اتمی بخار سرد صورت می‌گیرد که بر اساس رفتار متفاوت Hg2+ و CH3Hg+ در مقابل شناساگرهای کاهندة[۸] و [۹] هست که غلظت سدیم بوروهیدرید به عنوان تنهاترین عامل کاهنده مطرح است و دمای سل کوارتزی برای جلوگیری از مرحله اکسیداسیون قبلی جیوة آلی به جیوة معدنی مهم می باشد. با این حال صحت ارزیابی ch3Hg+ به تعیین جیوه معدنی و همه جیوه بستگی دارد.

پیش تغلیظ و جداسازی دو فاکتور موثر برای ازدیاد حساسیت و انتخاب پذیری اندازه گیری هستند. به منظور توسعه تجزیه جداسازی جیوه, انواع مختلفی از پیش تغلیظ ستونی مجهز به کامپیوتر يا سیستم های جداسازی با CVAAS (اسپکتروسکوپی جذب اتمی بخار سرد) کوپل می شوند. برخی از این اقدامات به شناسایی مستقل جیوة معدنی و متیل جیوه اجازه می دهند و آنالیز جريان تزریقی (FIA) با جدا کنندة گاز – مایع [۱۶] و یک گوناگونی دوتایی که به ترتیب برای Hg2+ و ch3Hg+ استفاده می شوند, پیچیده می گردد. در سالهای اخیر اسپکترومتری فلورسانس اتمی (Afs) همراه با بخار سرد (CV) یا قسمت عمدة بخار شیمیایی (CVG) توجه خاصی را دریافت کرده اند از این جهت که دارای مزایایی نظیر هزینة وسیله ای پایین حساسیت زیاد و زمان تجزیة کوتاه و عملکرد آسان هستند.
تعدادی از اقدامات غیرکروماتوگرافی به تشخیص گونه های جیوه با CV-Afs می پردازد که بر اساس طرح ویژه جداسازی روی یک مینی ستون دارای سولفیدریل کتون و تلاشی (تجزیه) اکسیداسیون مجهز به سیستم کامپیوتر و تلاشی تابش uv مجهز به سیستم کامپیوتر و یا تولید بخار شیمیایی تولید کننده فوتون (فوتون تولیدی) توسعه داده می‌شود.

داکتور پیچیده لوله باز (KR) که از لولة PTFE ساخته شده به عنوان صافی جمع آوری کننده رسوبات آلی و سپس به عنوان رسانة سورپشن (عمل جذب و دفع در یک زمان) مربوط به کمپلکس های فلزات آلی و نیز برای پیش تغلیظ توأم با اسپکترومتری جذب اتمی شعله ای (fAAS) عمل می کنند اخیراً اثبات شده که در ریزستون KR از جاذب دارای کربن ۱۸ در تکنیک پیش تغلیظ دارای جریان

 

تزریقی (FI) استفاده شده که این بواسطة محدود نبودن طول عمر آن و ساختار ساده ای که دارد, می باشد. مقالات کمی در ارتباط با پیش تغلیظ سورپشن FI که از KR توأم با CV-Afs برای تعیین جیوه معدنی استفاده می کنند وجود دارد البته تلاش برای توسعه روش غیرکروماتوگرافی در جهت تعیین جیوه بر اساس سیستم پیش تغلیظ سورپشن FI (جریان تزریقی) در یک داکتور پیچیده کوپل شده با CVG-AFS در حال انجام است. که در این مطالعه از دی اتیل دی تیوفسفات (DDPA) و دی تیازون (DZ) به عنوان عوامل کمپلکس دهنده استفاده می کنند.
۲-تجربی

۱-۲- ابزار
اسپکترومتری فلورسانس اتمی مدل AF-610A استفاده می شود که از طریق یک کامپیوتر نیز کنترل می گردد . به عنوان منبع تابش از یک لامپ هالوکاتوجیوه با شدت زیاد در طول موج ۷۸/۲۵۳ نانومتر استفاده می شود. همچنین از جدا کنندة گاز – مایع که از شیشه ساخته شده و بصورت یک طرح سه مرحله ای است استفاده می شود. از جریان آرگون برای شستشوی بخار جیوه جدا شده از جدا کنندة گاز مایع به سوی اتمیزر لوله کوارتزی، بهره می برند. از دیگر ابزار استفاده شده CVG-AFS کوپل شده با مدل FIA-3100 سیستم جريان تزریقي که مجهز به دو پمپ دودی و سوپاپ تزریقی چرخشی استاندارد است.

لولة چند سوراخة پیش تغلیظ سورپشن KR مجهز به کامپیوتر دارای FI که با CVG-Afs کوپل شده در fig.1 نشان داده شده است. این طرح شبیه به آنچه که توسط یان ارائه شده می باشد که نمونه و معرف ها توسط لوله های پمپی تایگن رسانده می شوند. داکتورهای پیچیده دارای برآمدگی های پیچیده هستند و همه اتصالات از لولة PTFE به عرض ۵/۰ میلی متری تشکیل می شوند.

۲-۲- معرف ها (شناساگرها)
همة مواد شیمیایی دست کم از حیث درجه تجزیه ای به شمار می روند. از آب دیونیزه (DDW) استفاده می کنند. محلول استاندارد دارای جیوة معدنی (۱۰۰۰mgl-1) از طریق مرکز تحقیق بین المللی فراهم می شود . محلول استاندارد حاوی متیل مرکوری (۱۰۰mgl-1) از طریق انحلال مقدار مناسبی از کلرید متیل مرکوری در یک حجم بسیار کم از متانول و رقیق کردن آن با DDW فراهم می شود. محلول های استاندارد مورداستفاده برای هر گونه جیوه جداگانه و روزانه تهیه می شود

. تهیه محلول های حد واسط استاندارد برای هر گونه جیوه (۱۰mgl-1) هفتگی در pH=2 با اسیدی کردن ۶ مول بر لیتر HNO3 صورت می گیرد. محلول DDPA آمونیوم از انحلال مستقیم آن در DDW تهیه می شود. تهیه محلول DZ از انحلال ۵ میلی گرم دی تیازون در نیم میلی لیتر هیدروکسید آمونیوم ۲۵% در pH=9 همراه با اضافه کردن حجم کافی از اسید استیک و رساندن حجم نهایی به ۲۵۰ میلی لیتر از طریق DDW ، صورت می گیرد. هر روز محلول های ۰۲/۰% و (m/v)% 5/0 kBH4 به منظور تعیین جیوة معدنی و متیل مرکوری از انحلال KBH4 در (m/v) %2/0 محلول Na

OH تهیه می‌شوند. همه ظروف شیشه ای حداقل به مدت ۲۴ ساعت در اسید نیتریک ۱۰% (v/v) و آب خیس خورده می شوند.
۳-۲- پیش رفتار نمونه
نمونه هایی از آب دریا و آب شیر و آب رودخانه و دریاچه و باران و آب جمع شده روی زمین گرفته می شود. بلافاصله بعد از نمونه برداری، همة نمونه های آبی از میان یک غشای (پوسته) ۴۵/۰ نانومتری، فیلتر می شوند.
نمونه های فیلتر شده در pH=2 با HNO36mol.lit-1 اسیدی می‌شوند و به منظور تعیین جیوة معدنی و متیل جیوه در شیشه های پلی اتیلن با دانسیتة پایین (LDPE) نگهداشته می شوند. برای تجزیة همة جیوة همة نمونه های آبی فیلتر شده مورد عمل واقع می شوند. به طور مختصر ۹۰ میلی لیتر نمونه به داخل شیشه LDPE صد میلی لیتری ریخته شده و سپس یک میلی

لیترKmno2 5% و یک میلی لیتر HNO3 غلیظ شده و یک میلی لیتر H2SO4 غلیظ و دو میلی لیتر از ۶% K2S2O8 اضافه می شوند و بعد از حمام فراصوتی در ۵۰ درجه سانتیگراد برای ۳۰ دقیقه به نمونه ها اجازه داده می شود تا سرد گردند. قبل از عمل تجزیه، ۴/۰ میلی لیتر از NH2OH.HCl 10% در pH=2 همراه با NaOH 10molmol/lit اضافه می شود و حجم نهایی را با آب دیونیزه به حجم ۱۰۰ می رسانیم. از نمونه های ماهی دریایی نیز استفاده می شود بدین صورت که ماهیچة ماهی به قطعاتی با چاقو بریده شده و سپس در یک مخلوط كن همگن می شوند. طبق آنچه که در زیر توضیح داده شده جیوه معدنی و متیل جیوة در بافت ماهی آزاد می شوند.

۵ml از HCl 5mol.lit-1 به ۰٫۵gr بافت ماهی اضافه می شود و به مدت ۱۰min در حمام فراصوتی کار دنبال می شود. بعد از سانتریفوژ با سرعت ۳۵۰۰ rpm در ۱۰min مواد به سوی ۵۰ml فلاکس کالیبره شده انتقال داده می شوند که این کار با تنظیم pH=2 همراه با
NaOH 10mol.lit-1 دنبال می‌شود . برای آنالیز کل جیوه مقدار ۰٫۵gr از بافت ماهی همگن شده بطور دقیق وزن می شود و به بخش هضم دستگاه مایکرویو PTFE که شامل ۳ میلی لیتر HNO3 غلیظ و یک میلی لیتر H2O2 30% است، انتقال داده می شود. در بخش هضم، برنامه فشاری شامل ۳ دقیقه در MPa 5/0 و ۳ دقیقه در Mpa 1 و ۳ دقیقه Mpa 5/1 می باشد. بعد از سرد کردن، چکیده های تصفیه شده (زلال) به فلاسک کالیبره ۵۰ میلی لیتری که در PH=2 با
NaOH 10 mol.lit-1 تنظیم شده قبل از آنالیز انتقال داده می شود.

۴-۲- طرز کار
برنامة عملکرد پیش تغلیظ سورپشن مجهز به کامپیوتر FI در ارتباط با گونة جیوه در جدول ۲ شرح داده می شود. درمرحلة ۱، محلول استاندارد حاوی نمونه و عامل کمپلکس دهندة پمپ می شود تا لوله PTFE را قبل از عبور حجم ت

زریقی از پمپ یک به پمپ دو پر کند. در مرحله ۲ که حجم تزریقی در حالت پر می باشد کمپلکس
Hg-DDP/CH3Hg-DZ تولید می شود که بوسیلة دیوارة داخلی KR جذب می گردد. در مرحله ۳ ، که حجم تزریقی پر می باشد پمپ یک روشن و پمپ دو خاموش می باشد که این امر به منظور داخل کردن DDW به سمت KR برای حذف ماتریکس و معرف های ته نشین شده است و این در حالی است که محلول KBH4 و HCl به سمت GLS جریان می یابند و مخلوط می شوند تا پاسخ base-line را بوجود آورند. در مرحلة ۴، که پمپ یک هنوز روشن و پمپ دو هنوز خاموش است

، حجم تزریقی به حالت تزریقی (اولیه) برمی گردد تا lit-1 2mol. محلول HCl پمپ شده، کمپلکس Hg-DDP/CH3Hg-DZ را شستشو می دهد و با محلول KBH40.02% (m/v) KBH4 برای احیای جیوة معدنی و (m/v) 5/0% برای احیای متیل جیوه قبل از ورود به GLS ترکیب می شود تا هیدروژن و گونة جیوه فرار را تولید کند. Hg2+ به Hg0 احیا می شود و CH3Hg+ بوسیلة هیدروژن تولیدی از واکنش HCl با KBH4 به CH3HgH احیا می شود. گونة جیوة فرار جهت تعیین شدن به داخل سیستم Afs بوسیله جریان آرگون انتقال داده

می شود. ناحیة پیک دارای شدت سیگنال برای تجزیة کمی استفاده
می شود. شستشوی کامل KR با اتانول و DDW بطور متوالی برای ۹۰ ثانیه با سرعت جریان ۴ ml.min-1 ، بعد از یک روز کار ضروری است.
۵-۲- روش پیشرفته
بهترین حالت استفاده از ناحیه پیک سیگنال فلورسانس به همراه اهمیت دادن به دو فاکتور دقت و راندمان است. متغیرهای مهم FI شامل سرعت های جریان و زمان اندازه گیری است. شدت سیگنال هر دو گونة جیوه با افزایش سرعت نمونه ۶ml.min-1 بصورت خطی افزایش می یابد.
شیب منحنی در نتیجة ناکافی بودن زمان تماس به منظور انجام سورپشن کامل کاهش می یابد. استفادة طولانی از KR سبب تولید KR اشباع شده می شود. به همین دلیل سرعت جریان نمونه ۶ml/min-1 انتخاب می شود و جریان عوامل کمپلکس دهنده در ۱٫۲mu/min تنظیم می شود (برای به حداقل رساندن سرعت جریان کل از میان KR) و بدین وسیله از تراوش (نشت) در فرایند پیش تغلیظ جلوگیری می شود. سرعت جریان HCl و KBH4 در ۱۰٫۷mu/min و ۸mu/min ثابت می شود. گرچه نسبت بین زمان بارگیری و شدت پاسخ گونه های جیوه تقریباً بصورت خطی تا ۱۸۰(s) افزایش می یابد ولی یک زمان بارگیری نمونه در ۹۰ ثانیه ثابت می شود. جهت بهبود سیستم برای هماهنگی بیشتر و بهتر بین حساسیت و گذاشتن نمونه می باید متغیرهای شیمیایی و دمای اتمیزر و طول KR و شستشوی KR را بهبود بخشید.

۶-۲- روش معتبر
مواد مرجع GBW(E) 080392 و GBW08508 و GBW08552 در مرکز تحقیقات بین المللی مواد استاندارد تهیه می شوند تا دقت را برای تعیین جیوة معدنی ارزیابی کنند.
روش هضم مایکروویو برای گوشت خوک همانند ماهی دریایی است. صحت و دقت تعیین متیل جیوه بوسیلة اندازه گیری های پی در پی‌نمونه‌هاي Spiked ازمحلول آب سنتزی باترکیبی‌از NaCl25.9 gr-1 و MgCl2.H2O 13.6 gl-1 وNa2So4 4.2gl-1 و CaCl2 2gl-1 کنترل می شود.
۳- نتایج و بحث ها

۱-۳- شمای ویژه سیستم جدا کننده سورپشن مجهز به کامپیوتر و پیش تغلیظ در KR کوپل شده به CVG-AFS با استفاده از دو معرف کمپلکس دهنده گزینش پذیر.
تاثیر اسیدیتة نمونه روی شدت سیگنال های گونه های جیوه با DDPA و DZ که به عنوان عوامل کمپلکس دهنده هستند در
fig.2 (a) , (b) نشان داده شده است. به عنوان مثال در fig.2 (a) می توان دید که وقتي غلظت KBH4 برابر DDPA0.1% (m/v) 0.02%(m/v) به عنوان عامل کمپلکس دهنده استفاده می شود بهترین محدودة pH برای اثر پیش تغلیظ Hg 203-1 می باشد و این در حالیست که حفظ CH3Hg+ روی دیوارة KR کمتر از پنج درصد Hg2+ است . بنابراین pH برای محلول نمونه که از DDPA به عنوان عامل کمپلکس دهنده استفاده می کند در ۲ تنظیم می شود تا پیش تغلیظ گزینش پذیری Hg2+ صورت گیرد.

در fig2(b) دیده می شود. زمانی که غلظت KBH4 برابر ۰٫۵%(m/v) است و از DZ به عنوان عامل کمپلکس دهنده استفاده
می شود، شدت سیگنال CH3Hg+ در pH=0.5-1.5 افزایش می یابد و در pH=1.5-2 یک افزایش سریع در شدت سیگنال خواهیم داشت و سپس در pH=3-8 ثابت می ماند در مقایسه با CH3Hg+ حفظ جیوة معدنی زیر pH=2.4 صورت می گیرد گرچه پیش تغلیظ Hg2+ در pH=2.7-8 صورت می گیرد برای جلوگیری از تداخل Hg2+ محلول نمونه برای پیش تغلیظ انتخابی CH3Hg+ که از DZ به عنوان عامل کمپلکس دهنده استفاده می کند، در pH=2 تنظیم می شود . براساس مشاهدات بالا، نگه داشتن pH در ۲ و استفاده از DDVP و DZ به عنوان عامل کمپلکس دهنده سبب پیشرفت سیستم پیش تغلیظ سورپشن مجهز به کامپیوتر FI و نیز سیستم جداسازی روی دیواره‌های KR کوپل با CVG-Afs برای تعیین مستقیم گونه های جیوه می‌شود. دلایل رفتار سورپشن متفاوت Hg2+ و CH3Hg+ در مقابل DDPA و DZ روی دیواره های داخلی KR بصورت زیر شرح داده شده است:
به واسطه پایداری DDPA در محدودة اسیدی و انتخاب پذیری زیاد, از آن به عنوان عامل کمپلکس دهنده در سیستم ریزستون
on-line تزریق جریانی استفاده می شود که این امر جهت تغلیظ و تعیین دیرتر از Hg2+ یا CH3Hg+ بوسیلة CV-AAS
[16], [15], [14] می باشد.
با این حال پیش تغلیظ انتخابی Hg2+ روی دیوارة داخلی KR مشاهده می شود. در مقایسه با سیستم های ریزستون گفته شده سیستم سورپشن KR اجازه استفاده از سرعت های حامل نمونة زیاد را بواسطة هیدرودینامیک پایین در KR می دهد. یک دلیل برای حفظ انتخابی Hg-DDP به ماهیت بی نظیر KR نسبت داده می شود که عبارتست از زمان اقامت کوتاهتر و راندمان بالاتر ودلیل دیگر برای این رفتار متفاوت شاید وجود هیدروفوبیسیتی زیاد DDP-Hg-DPP از CH3Hg-DDP باشد. نتایج مشابه از بقای Hg2+ روی پیچ های (دوراهی) لوله PTFE که از APDC استفاده می کند و یا تداخلات کم اهمیتی از گونه های جیوه آلی در پیش تغلیظ Hg2+ روی دیواره های KR که از DDTC استفاده می کند، گزارش شده است.