نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

اندازه‌گیری اسپکتروفتومتری و بهینه سازی با طرح دی-اپتیمال برای پیش تغلیظ و جداسازی مخلوط اسنافتن و پیرن با نانوذرات فریت کبالت اصلاح شده با آسپارتیک اسید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
جواد ذوالقرنین
شهاب فشکی
سعیده درمنکی فراهانی
گروه شیمی ، دانشکده علوم پایه، دانشگاه اراک، اراک، ایران
چکیده
یک روش استخراج ساده، ارزان، و حساس با فاز جامد مغناطیسی(MSPE) برای پیش تغلیظ دو هیدروکربن آروماتیک چند حلقه‌ای (اسنافتن و پیرن) از نمونه آبی مورد استفاده قرار گرفت. بدین منظور نانوذرات کبالت  فریت از طریق روش همرسوبی تهیه و با پلی آسپارتیک اسید اصلاح گردید. ساختار جاذب با استفاده از روش­ های FT- IR، پراش پرتو ایکسXRD و تصویر میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) تجزیه و تحلیل شد. از طرح دی-اپتیمال برای بهینه کردن عوامل اصلی تاثیر گذار بر شرایط استخراج استفاده شد. شرایط بهینه حاصل از این طرح عبارت­اند از: 3= pH ، مقدار جاذب 15 میلی گرم، غلظت اولیه اسنافتن و پیرن به ترتیب 150 و 400 میکروگرم برلیتر. انحراف استاندارد نسبی روش استخراج برای اسنافتن و پیرن برای 9 مرتبه تکرار و محلول 50  میکروگرم بر لیتر اسنافتن و پیرن به ترتیب برابر با 9/2 و 1/3% می­باشد. در ضمن حد تشخیص اسنافتن و پیرن با 9 مرتبه تکرار به ترتیب برابر با  34 و 25 میکروگرم برلیتر و حد کمی برابر با 84 و114 میکروگرم بر لیتر محاسبه گردید. در نهایت روش استخراج  برای اندازه­ گیری چهار نمونه آبی از جمله آب شرب شهری، آب چاه، آب رود خانه و فاضلاب شهری مورد استفاده قرار گرفت که نشان داده شد هر چه ماتریکس نمونه پیچیده­تر باشد می تواند اثر منفی محسوسی روی دقت و میزان پیش تغلیظ داشته باشد.
کلیدواژه‌ها
استخراج فاز جامد
اسنافتن
پیرن
طراحی دی-اپتیمال
فریت کبالت
نانوذرات
نانومواد مغناطیسی

موضوعات

[1] Bai D., Li J., Chen S. B., Chen B. H., A Novel Cloud-Point Extraction Process for Preconcentrating Selected Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Aqueous Solution. Environmental science & technology, 35(19): 3936-3940 (2001).
[2] Heemken, O. P., Theobald, N., & Wenclawiak, B. W., Comparison of ASE and SFE with Soxhlet, Sonication, and Methanolic Saponification Extractions for the Determination of Organic Micropollutants in Marine Particulate Matter. Analytical chemistry, 69(11): 2171-2180 (1997).
[3] Doong, R. A., Chang, S. M., Sun, Y. C., Solid-phase Microextraction for Determining the Distribution of Sixteen us Environmental Protection Agency Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in water Samples, J. Chromatogr. A, 879(2): 177-188 (2000).
[4] Wong P. K., Wang J., The Accumulation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Lubricating oil Over Time—a Comparison of Supercritical Fluid and Liquid–Liquid Extraction Methods, Environ. Pollut. 112(3): 407-415 (2001).
[5] Zhang Y., Tao S., Global Atmospheric Emission Inventory of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) for 2004, Atmospheric Environment, 43(4): 812–819 (2009).
[6] Zheng G. J., Richardson B. J., Petroleum Hydrocarbons and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in Hong Kong Marine Sediments. Chemosphere, 38(11): 2625-2632 (1999).
[7] Paxéus N.,  Organic Pollutants in the Effluents of Large Wastewater Treatment Plants in Sweden, Water Research, 30: 1115-1122 (1996).
[8] Ferrer R., Beltrán J.L., Guiteras J., Use of cloud Point Extraction Methodology for the Determination of PAHs Priority Pollutants in Water Samples by High-Performance Liquid Chromatography with Fluorescence Detection and Wavelength Programming, Analytica Chimica Acta, 330: 199-206 (1996).
[9] King S., Meyer J.S, Andrews A.R.J, Screening Method for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Soil Using Hollow fiber Membrane Solvent Microextraction, J. Chromatogr. A, 982: 201-208 (2002).
[10] Oliferova L.,  Statkus M.,  Tsysin G.,  Shpigun O.,  Zolotov Y., On-Line Solid-Phase Extraction and HPLC Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Water Using Fluorocarbon Polymer Sorbents, Analytica Chimica Acta, 538: 35-40 (2005).
[11] Rezaee M., Assadi Y.,  Milani Hosseini M.R., Aghaee E., Determination of Organic Compounds in Water Using Dispersive Liquid–Liquid Microextraction, J. Chromatogr. A, 1116: 1-9 (2006).
[12] Liu Y., Li H., Lin J.M., Magnetic Solid-Phase Extraction Based on Octadecyl Functionalization of Monodisperse Magnetic Ferrite Microspheres for the Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Aqueous Samples Coupled with gas Chromatography–Mass Spectrometry, Talanta, 77: 1037-1042 (2009).
[13] Zhang Q., Yang F., Tang F., Zeng K., Wu K., Cai Q., Yao – Analyst S.,  Ionic Liquid-Coated Fe3O4 Magnetic Nanoparticles as an Adsorbent of Mixed Hemimicelles Solid-Phase Extraction for Preconcentration of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Environmental Samples , Analyst, 135: 2426-2433 (2010).
[14] Zhang S., Niu H., Hu Z., Cai Y., Shi Y., Preparation of Carbon Coated Fe3O4 Nanoparticles and Their Application for Solid-Phase Extraction of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from Environmental Water Samples, J. Chromatogr. A, 1217: 4757-4764 (2010).
[15] Han Q., Wang Z., Xia J., Chen S., Zhang X., Ding M., Facile and Tunable Fabrication of Fe3O4/Graphene Oxide Nanocomposites and their Application in the Magnetic Solid-Phase Extraction of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from Environmental Water Samples, Talanta, 101: 388-395 (2012). 
[16] Abdar A., Sarafraz-Yazdi A., Amiri A., Magnetic Solid-Phase Extraction of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in water Samples by Fe3O4@Polypyrrole/Carbon Nanotubes, Journal of Separation Science, 39: 2746-2753 (2016).
[17] Nurerk P., Kanatharana P., Polyaniline-Coated Magnetite Nanoparticles Incorporated in Alginate Beads for the Extraction and Enrichment of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Water Samples, International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 1-14 (2017).
[18] Chanda S., Mehendale H. M., "Encyclopedia of Toxicology (Second Edition)",  Elsevier (2005).
[19] Nerín C., Focus on Sample Handling, Anal. Bioanal. Chem., 388(5): 1001-1002 (2007).
[20] Mitra S., Bruhkn R., “Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry”, Wiley, newjersey, (2003).
[21] کیخوائی، مسعود؛ رحمانی، ماشاالله؛ مهرپور، مریم، اندازه­گیری اسپکتروفوتومتری مقدارهای بسیار ناچیز پالادیوم در نمونه های آبی با فناوری یک مرحله­ای میکرواستخراج مایع-مایع پخشی در سرنگ، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران ، (3)35: 87 تا 97 (1390).
 [22] قلی پور، نازیلا؛ رحیمی نصر آبادی، مهدی؛ لرکی، آرش، اندازه­گیری اسپکتروفتومتری تتریل پس از پیش تغلیظ به روش میکرواستخراج مایع-مایع پخشی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران ، (4)39: 127 تا 136 (1399).
[23] Yang P., Chen.W., Wang Ch,, Preparation and in Vitro Cytotoxicity Study of Poly (Aspartic Acid) Stabilized Magnetic Nanoparticles, Chem. China., 6(1): 9-14 (2011).
[24] Zolgharnein J., Feshki S., “Solid-Phase Extraction and Separation of Brilliant Green by Fe3O4 Magnetic Nano-Particles Functionalized by Sodium Dodecyl Sulphate from Aqueous Solution: Multivariate”, ‏Desalination And Water Treatment, 75: 58-69‏ (2017).
[25] Zolgharnein J., Feshki S.‏, “Multivariate Optimization for Preconcentration and Separation of Brilliant Green using Magnetite Nanoparticles Functionalized by Cetyltrimethylamonium Bromide”,‏ Journal of Analytical Chemistry, 74(8): 744-755 (2019).
[26] Zolgharnein J., Choghaei Z., Bagtash M., Feshki Sh., Rastgordani M., Zolgharnein P., Nano-Fe3O4 and Corn Cover Composite for Removal of Alizarin Red S from Aqueous Solution: Characterization and Optimization Investigations‏, Desalination and Water Treatment, 57(57): 27672-27685 (2016).
[27] Kazemi M., Zolgharnein J., Cobalt (II) Phthalocyanine Dye Removal from Aqueous Solution Using Cobalt Ferrite Nanoparticlesas an Efficient Adsorbent, Water Supply, 20(7): 2547-2563 (2020).
[28] Wan s., Zheng Y., Liu Q., Yan H.,  Liu L., Fe3O4 Nanoparticles Coated with Homopolymers of Glycerol Mono(Meth)Acrylate and Their Block Copolymers, J. Mater. Chem., 15: 3424-3430 (2005).
[29] Ma M., Zhang Y.,  Yu W.,  Preparation and Characterization of Magnetite Nanoparticles Coated by Amino Silane, Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp., 212: 219-226 (2003).
[30] سیدذوالفقار، سعید؛ نعیم پور، فرشته؛ راسخ، بهنام، ترکیبات پلی سیکلیک آروماتیک و توانایی قارچ­ها در حذف آنها از خاک ، اولین کنفرانس پتروشیمی ایران، (1387).
[31] Khodova L.G., Korotaeva E.A., Quantitative Determination of Compounds in Model Acenaphthene-Pyrene Mixtures, Journal of Structural Chemistry, 36(2): 343-348 (1995).
[32] Aygu¨n S. F., Kabadayi F., Determination of Benzo[a]Pyrene in Charcoal Grilled Meat Samples by HPLC with Fluorescence Detection, International Journal of Food Sciences and Nutrition, 56(8): 581-585 (2005).
[33] Lotfi Z., Identification and Determination of Amounts of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Surface soil of Nuruddin Abad in GARMSAR. Iranian Journal of Health and Environment. 15(3): 399-418 (2022).
[34] Vijayaraghavan K., Won S. W., Yun Y. S., Single-and Dual-Component Biosorption of Reactive Black 5 and Reactive Orange 16 onto Polysulfone-Immobilized Esterified Corynebacterium glutamicum. Ind. Eng. Chem. Res., 47(9): 3179-3185 (2008).
[35] Al-Duri B.,  Mckay G., Prediction of Binary Systems for Kinetics of Batch Adsorption Using Basic Dyes onto Activated Carbon. Chemical engineering science, 46(1): 193-204 (1991).
[36] Shibata Sh.,  Goto K.,  Ishiguro Y., Dual-Wavelength Spectrophotometry: Part III. Determination of Arsenazo I in Arsenazo III, Anal. Chim. Acta., 62(2): 305-310 (1972).
[37] Ratzlaff K.L., Natusch D.F.S., Theoretical Assessment of Precision  in Dual Wavelength Spectrophotometric Measurement, Anal. Chem., 49(14): 2170–2176 (1977).
[38] Cerda V., Phansi P., Ferreira S., From Mono- to Multicomponent Methods in UV-VIS Spectrophotometric and Fluorimetric Quantitative Analysis - A Review, TrAC Trends in Analytical Chemistry, 157: 116772 (2022).
[39] Thomas O., Brogat M., " UV Spectra Library (Chapter 12)",  UV-Visible Spectrophotometry of Water and Wastewater (Second Edition), Elsevier (2017).
[40] کیخوائی، مسعود؛ میرمحمدی صدر آبادی، سمانه، کاربرد میکرواستخراج فاز مایع از فضای بالایی- کروماتوگرافی گازی برای تعیین مقدارهای بسیار ناچیز ایزو آمیل استات، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)30: 79 تا 87 (1390).
[41] Martín, M., Salazar, P., Villalonga, R., Campuzano, S., Pingarrón, J. M., González-Mora, J. L., Preparation of Core–Shell Fe3O4@Poly(Dopamine) Magnetic Nanoparticles for Biosensor Construction, J. Mater. Chem. B, 2(6): 739-746 (2014).
[42] Yakubu A., Abbas Z., Ibrahim N. A., Hashim M., Effect of Temperature on Structural, Magnetic and Dielectric Properties of Cobalt Ferrite Nanoparticles Prepared via Co-precipitation Method. PSIJ, 8(1): 1-8 )2015).
[43] ذوالقرنین، جواد؛ فشکی، شهاب؛ راست گردانی، مهدیه؛ درمنکی فراهانی، سعیده، اندازه­گیری و حذف همزمان رنگ­های دایرکت قرمز و ری­اکتیو سیاه از محلول آبی با نانوذرات کبالت فریت عامل­دار شده با دوپامین به روش طیف سنجی نوری مشتقی و بهینه سازی چند متغیره شرایط جذب با طرح تاگوچی، پژوهش های شیمی، (1)3: 29 تا 40 (1399).
[44] Basak M., Rahman M. L., Ahmed M. F., Biswas B., Sharmin N., Calcination Effect on Structural, Morphological and Magnetic Properties of Nano-Sized CoFe2O4 Developed by a Simple co-Precipitation Technique. Materials Chemistry and Physics, 264: )2021).
[45] Bezerra, M. A., Santelli, R. E., Oliveira, E. P., Villar, L. S.,  Escaleira, L. A., Response Surface Methodology (RSM) as a Tool for Optimization in Analytical Chemistry, Talanta, 76(5): 965-977 (2008).
[46] Atkinson, A. C., Tobias, R. D., Optimal Experimental Design in Chromatography, J. Chromatogr. A, 1177(1): 1-11 (2008).
[47] Herrero A. Ortiz, M.C. Sarabia L.A., D-optimal Experimental Design Coupled with Parallel Factor Analysis 2 Decomposition a Useful Tool in the Determination of Triazines in Oranges by Programmed Temperature Vaporization–Gas Chromatography–Mass Spectrometry When Using Dispersive-Solid Phase Extraction, J. Chromatogr. A, 1288: 111– 126 (2013).
[48] Cortada C., Vidal L., Canals A., Determination of Nitroaromatic Explosives in Water Samples by Direct Ultrasound-Assisted Dispersive Liquid–Liquid Microextraction Followed by Gas Chromatography–Mass Spectrometry, Talanta, 85: 2546– 2552 (2011).
[49] Ba-Abbad M.M, Kadhum  A.A.H, Mohamad  A.B, Takriff M.S, Sopian K, Optimization of Process Parameters Using D-Optimal Design for Synthesis of ZnO Nanoparticles Via Sol–Gel Technique, J. Ind. Eng. Chem. 19(1): 99-105 (2013).
[50] Zhao X.,  Shi Y., Cai Y.,  Mou S., Cetyltrimethylammonium Bromide-Coated Magnetic Nanoparticles for the Preconcentration of Phenolic Compounds from Environmental Water Samples, Environ. Sci. Technol., 42: 1201-1206 (2008).
[51] Eshaghi Z., Khooni M.,  Heidari A., Determination of Brilliant Green from Fish Pond Water Using Carbon Nanotube Assisted Pseudo-Stir Bar Solid/Liquid Microextraction Combined with UV–Vis Spectroscopy-Diode Array Detection, Spectrochimica Acta part a: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 79: 603-607 (2011).
[52] Zolgharnein J, Feshki Sh, Rastgordani M, Ravansalar S, Simultaneous Removal of BASIC BLUE and Toluidine Blue O Dyes by Magnetic Fe3O4@Polydopamine Nanoparticle as an Efficient Adsorbent Using Derivative Spectrophotometric Determination and Central Composite Design Optimization, Inorg. Chem. Comm., 146: 110203 (2022).
[53] Dermanaki Farahani S., Zolgharnein J., Removal of Alizarin red S by Calcium-Terephthalate MOF Synthesized from   Recycled PET-Waste using Box-Behnken and Taguchi Designs Optimization Approaches, J. sold State Chem., 315: 123560 (2022).
[54] Goudarzy F., Zolgharnein J., Ghasemi J.B., Determination and Degradation of Carbamazepine Using g-C3N4@CuS Nanocomposite as Sensitive Fluorescence Sensor and Efficient Photocatalyst, Inorg. Chem. Comm., 141: 109512 (2022).
[55] Andersson T.A., Hartonen K.M., Riekkola M.L., Solubility of Acenaphthene, Anthracene, and Pyrene in Water At 50 °C to 300 °C, J. Chem. Eng. Data, 50: 1177-1183 (2005).