Détermination par spectrométrie d’absorption atomique de flamme de traces d’argent après extraction en phase solide avec du 2-Mercaptobenzothiazole immobilisé sur du naphtalène microcristallin

Abstract

Une procédure d’extraction en phase solide (SPE) simple et sensible combinée à la spectrométrie d’absorption atomique de flamme (FAAS) a été conçue pour l’extraction et la détermination de traces d’argent. Une colonne de 2-mercaptobenzothiazole (MBT) immobilisé sur de la naphtaline microcristalline a été utilisée comme sorbant. L’argent a été quantitativement retenu sur la colonne dans la gamme de pH de 0,5-6,0. Après extraction, la masse solide constituée du complexe d’argent et du naphtalène a été dissoute de la colonne avec 5,0 ml de diméthylformamide, et l’analyte a été déterminé par spectrométrie d’absorption atomique à flamme (FAAS). Dans les conditions expérimentales optimales, la capacité d’adsorption s’est avérée être de 1,18 mg d’argent par gramme de sorbant. Un volume d’échantillon de 800 ml a permis d’obtenir un facteur de préconcentration de 160. L’écart-type relatif obtenu pour dix déterminations répétées à une concentration de 0,8 µg L-1 était de 1,4 %, et la limite de détection était de 0,02 µg L-1. La méthode a été appliquée avec succès à la détermination de l’argent dans des échantillons de films radiologiques, d’eaux usées et d’eaux naturelles. La précision a été examinée par des expériences de récupération, une analyse indépendante par spectrométrie d’absorption atomique électrothermique, et l’analyse de deux matériaux de référence certifiés.

1. Introduction

L’argent et ses composés jouent un rôle essentiel dans les applications électroniques et électriques, la production de films photographiques, les préparations dentaires et pharmaceutiques, et la fabrication de fongicides . L’argent est également utilisé pour la préparation d’alliages et de bijoux à haute résistance et à la corrosion. Ces applications très répandues ont entraîné une augmentation de la teneur en argent des échantillons environnementaux. L’argent peut également pénétrer dans l’environnement par le biais des eaux industrielles, car il constitue souvent une impureté dans les minerais de zinc, de cuivre, d’antimoine et d’arsenic. D’autre part, l’argent a été reconnu comme un élément toxique pour de nombreux organismes aquatiques, même à de faibles concentrations . En outre, l’accumulation d’argent dans le corps humain peut entraîner une décoloration permanente de la peau en bleu-gris (connue sous le nom d’argyrie), et les valeurs seuils réglementant la quantité maximale d’argent autorisée dans différents types d’échantillons ont été établies dans de nombreux pays . Par conséquent, sa détermination à l’état de traces dans l’eau et les échantillons environnementaux est importante.

La spectrométrie d’absorption atomique de flamme est souvent acceptée comme une technique instrumentale appropriée pour la mesure de l’argent en raison de sa rapidité et de sa facilité d’utilisation. Cependant, elle présente l’inconvénient majeur d’une faible sensibilité pour la détermination directe de l’argent dans les matrices complexes . Par conséquent, une étape de séparation/préconcentration est souvent nécessaire avant la détermination de l’argent à l’état de traces. Les méthodes les plus largement utilisées pour la séparation et la préconcentration des ions argent à l’état de traces sont l’extraction en phase solide (EPS), l’extraction par solvant, l’extraction au point de trouble (EPT) et la microextraction liquide-liquide dispersive. Parmi ces méthodes, l’extraction en phase solide s’est rapidement imposée en raison de sa simplicité, de sa flexibilité, de son facteur d’enrichissement élevé et de sa courte durée d’analyse. Des ligands organiques appropriés peuvent être supportés chimiquement ou physiquement sur divers substrats, fournissant ainsi des sorbants complexants ou chélateurs pour la séparation et la préconcentration des ions métalliques. Le naphtalène est connu comme un excellent extractant à haute température, mais la procédure prend du temps et ne peut être appliquée à des complexes thermiquement instables. L’extraction de chélates métalliques avec de la naphtaline microcristalline en ajoutant une solution d’acétone de naphtaline est plus rapide . Ces dernières années, l’extraction sur colonne des ions métalliques avec de la naphtaline microcristalline modifiée a attiré de nombreux chercheurs .

2-Mercaptobenzothiazole (MBT) avec des atomes donneurs de soufre et d’azote est connu pour former des complexes stables avec divers ions métalliques. Le MBT est insoluble dans l’eau mais soluble dans de nombreux solvants organiques. Ainsi, il peut être appliqué à la séparation et à la préconcentration de traces de métaux présents dans des solutions aqueuses. Le MBT a été utilisé comme agent chélateur pour la préconcentration et la détermination spectrométrique de Ag(I), Cu(II), Hg(II), Au(III), Pt(IV) et Pd(II). Il a également été utilisé dans la construction d’électrodes ioniques sélectives et modifiées .

Dans cette étude, une méthode simple et efficace pour la séparation sélective et la préconcentration de l’argent à partir d’un grand volume de solution aqueuse en utilisant une colonne de 2-mercaptobenzothiazole immobilisé sur de la naphtaline microcristalline est décrite. La masse solide constituée du complexe d’argent et du naphtalène microcristallin est facilement dissoute hors de la colonne avec un petit volume de diméthylformamide (DMF), et l’analyte est déterminé par spectrométrie d’absorption atomique à flamme.

2. Expérimentale

2.1. Réactifs

Tous les produits chimiques étaient de la plus haute pureté disponible auprès de la société Merck (Darmstadt, Allemagne) et ont été utilisés sans aucune autre purification. De l’eau doublement distillée a été utilisée tout au long des expériences. Une solution mère de 1000 mg L-1 d’ion argent a été préparée en dissolvant une quantité appropriée de AgNO3 dans l’eau. Les solutions de travail ont été préparées quotidiennement à partir de la solution mère par une dilution appropriée avec de l’eau distillée.

2.2. Appareillage

Un spectromètre d’absorption atomique Analytikjena novAA 300 (modèle 330, Allemagne) muni d’une lampe à cathode creuse en argent et d’une flamme air-acétylène a été utilisé pour toutes les mesures d’absorption. Le courant de la lampe à cathode creuse était de 4,0 mA, la longueur d’onde était fixée à 328,1 nm et la largeur de la fente était de 1,2 nm. Les mesures de pH ont été effectuées par un pH-mètre Metrohm (modèle 691, Suisse) utilisant une électrode combinée verre-calomel.

2.3. Préparation du sorbant

Le MBT (0,4 g) et le naphtalène (20 g) ont été dissous dans une centaine de millilitres d’acétone puis mélangés avec un agitateur magnétique à 35°C pendant 5 minutes. Le mélange a ensuite été ajouté lentement à 1000 ml d’eau bidistillée à température ambiante. Le mélange a été agité pendant environ 1 heure et a été laissé de côté pendant 120 minutes. Ensuite, il a été filtré à travers un entonnoir en verre fritté en utilisant la pompe à vide, et le résidu a été lavé avec de l’eau distillée à plusieurs reprises. Enfin, l’absorbant préparé a été séché à l’air et conservé dans une bouteille brune fermée pour une utilisation ultérieure. La couleur de l’absorbant préparé était jaune et il était stable au moins pendant deux mois.

2.4. Procédure

Le pH d’une aliquote de l’échantillon ou de la solution standard contenant 0,2-20,0 μg d’argent a été ajusté à ~1 avec une quantité appropriée d’acide nitrique. La solution a été passée à travers une colonne de verre garnie du MBT immobilisé sur le naphtalène microcristallin (20 mm × 10 mm de diamètre interne) à un débit de 10,0 mL min-1 à l’aide d’une pompe aspirante. La colonne a été lavée avec une petite quantité d’eau, et le sorbant a été poussé vers le bas avec une tige de verre plat pour éliminer l’excès d’eau attaché au naphtalène. Enfin, la masse solide constituée du complexe métallique et du naphtalène a été dissoute avec 5,0 mL de DMF, et la concentration d’argent dans la solution obtenue a été déterminée par spectromètre d’absorption atomique à flamme.

2.5. Préparation des échantillons d’eau

Les échantillons d’eau ont été filtrés à travers un filtre Millipore à membrane de 0,45 μm. Le pH a été ajusté à ~1,0 avec une solution d’acide nitrique, et l’analyte a été déterminé selon la procédure donnée.

2.6. Préparation du film radiologique

La quantité appropriée de film radiologique a été lavée avec de l’eau distillée et cuite à sec dans un four à moufle à 550°C pendant 60 min. Le résidu a été traité avec 10 mL de solution d’acide nitrique (6 mol L-1) et évaporé à sec à faible vitesse de chauffage. Le résidu a été dissous dans 80 mL d’eau distillée, filtré, et ajusté à pH 1,0 en utilisant une solution d’acide nitrique. La solution claire a été transférée dans une fiole jaugée de 100 mL et diluée jusqu’au trait avec de l’eau distillée.

2.7. Matériaux de référence certifiés

A une quantité appropriée de CPB-1 (Composition : Pb = 64,74 ± 0,12%, S = 17,8 ± 0,2%, Fe = 8,48 ± 0,06%, Zn = 4,42 ± 0,04%, SiO2 = 0,74 ± 0,04%, Sb = 0,36 ± 0,03%, Al2O3 = 0,28 ± 0,02%, Cu = 0,254 ± 0,004%, As = 0,056 ± 0,004%, Mn = 0.039 ± 0,002 %, Bi = 0,023 ± 0,002 %, Sn = 0,019 ± 0,005 %, Cd = 0,0143 ± 0,002 %, Ag = 626 ± 6 μg g-1, Se = 30 ± 3 μg g-1 et Hg = 5,5 ± 0,5 μg g-1) ou BCR n° 288 (Composition : Ag = 30,5 ± 0,5 μg g-1, As = 55,7 ± 1,6 μg g-1, Bi = 215,8 ± 2,4 μg g-1, Cd = 33,3 ± 0,9 μg g-1, Cu = 19,3 ± 0,4 μg g-1, Ni = 4,57 ± 0,11 μg g-1, Sb = 32,5 ± 0,9 μg g-1, Se < 0.2 μg g-1, Sn = 30,6 ± 1,5 μg g-1, Te = 32,8 ± 1,3 μg g-1, Tl = 2,3 ± 0,1 μg g-1 et Zn = 8,2 ± 0,4 μg g-1), 5 mL d’acide nitrique concentré ont été ajoutés et la solution a été chauffée. Ensuite, 3 mL de peroxyde d’hydrogène ont été ajoutés, et le mélange a été chauffé presque à sec. La solution a été diluée avec de l’eau distillée et filtrée. Le pH a été ajusté à ~1, et la solution a été diluée à 100 mL dans une fiole conique.

3. Résultats et discussion

Le but de cette étude était de développer une méthode sensible pour la séparation et la préconcentration de traces d’ions argent à partir d’une solution aqueuse basée sur l’adsorption sélective de l’argent sur une colonne garnie de MBT immobilisé sur le naphtalène microcristallin. Le MBT forme un fort complexe insoluble dans l’eau avec les ions d’argent et permet la séparation de l’argent à faible pH. Afin d’obtenir les meilleures conditions pour l’extraction de l’argent, la procédure a été optimisée par la méthode univariable.

3.1. Influence du pH

L’effet du pH de l’échantillon sur la rétention de l’argent a été étudié en faisant varier le pH dans la gamme de 0,5 à 9,0. Les résultats ont montré (figure 1) que la récupération de l’argent était maximale dans la plage de pH de 0,5-6,0. La diminution de l’efficacité de l’extraction à pH > 6,0 est probablement due à la précipitation de l’argent sous forme d’hydroxyde. Ainsi, afin d’atteindre l’efficacité et la sélectivité maximales de l’extraction de l’argent, un pH de ~1,0 a été choisi pour les études ultérieures.

Figure 1

Effet du pH sur la récupération de l’argent. Conditions : quantité d’argent 10 μg ; volume de l’échantillon 50 mL ; débit de l’échantillon 5,0 mL min-1 ; solvant pour dissoudre l’adsorbant DMF (5,0 mL).

3.2. Choix du solvant

Le choix d’un solvant approprié pour dissoudre l’Ag(I)-MBT avec la naphtaline est un facteur important. Le solvant doit dissoudre complètement le contenu de la colonne et ne doit pas interférer avec le système de détection ; ainsi, avec la détermination FAAS, il doit brûler efficacement pendant l’analyse de l’échantillon. Divers solvants ont été testés pour dissoudre le complexe Ag(I)-MBT immobilisé sur du naphtalène. Le matériau solide était insoluble dans le toluène, le n-hexane, la méthylisobutylcétone, le dioxane et le chloroforme ; cependant, il était facilement dissous dans l’acétone, l’acétonitrile et le diméthylformamide (DMF). Le DMF a été choisi en raison de sa grande capacité à dissoudre le sorbant, de sa grande stabilité et de sa compatibilité avec le FAAS. En outre, 5,0 ml de ce solvant se sont avérés suffisants pour la dissolution complète de la masse solide.

3.3. Effet du débit de l’échantillon

Un autre facteur important influençant l’efficacité de l’extraction et la rapidité de l’analyse est le débit de l’échantillon. Afin d’avoir une bonne précision, ainsi qu’une bonne sensibilité et rapidité, il est nécessaire de choisir un débit qui garantit l’obtention de l’équilibre entre l’échantillon et le sorbant. L’effet du débit sur la récupération de l’argent par extraction a été examiné en faisant varier le débit de 0,5 à 25,0 mL min-1 dans des conditions expérimentales constantes. Les résultats ont montré que (Figure 2) l’extraction était relativement rapide, et jusqu’au débit de l’échantillon de 12.0 mL min-1 l’absorption de l’argent était constante et indépendante du débit. Par conséquent, un débit d’échantillon de 10,0 mL min-1 a été sélectionné dans les études ultérieures.

Figure 2

Effet du débit d’échantillon sur la récupération de l’argent. Conditions : quantité d’argent 10 μg ; volume de l’échantillon 50 mL ; pH ~ 1,0 ; solvant pour dissoudre l’adsorbant DMF (5 mL).

3.4. Effet du volume d’échantillon

Afin d’explorer la possibilité d’enrichir la quantité d’argent à l’état de traces à partir du grand volume d’échantillon, différents volumes d’échantillon (50-1000 mL) contenant 10 μg d’argent ont été passés dans la colonne. L’analyte retenu a ensuite été élué avec 5,0 mL de DMF, et la concentration d’argent a été déterminée. Les résultats (Figure 3) ont montré que, jusqu’à une phase aqueuse de 800 mL, la récupération était quantitative (≥95%). Ainsi, la méthode a la capacité d’atteindre un facteur de préconcentration élevé pour les ions argent.

Figure 3

L’influence du volume de l’échantillon sur la récupération de l’argent. Conditions : quantité d’argent 10 μg ; débit de l’échantillon 10,0 mL min-1 ; pH ~ 1,0 ; solvant pour dissoudre l’adsorbant DMF (5,0 mL).

3.5. Étude des interférences

Une préoccupation possible était de savoir si la méthode peut être employée pour la détermination de l’argent dans des échantillons réels où d’autres cations ou anions pourraient entrer en compétition avec l’analyte et diminuer l’efficacité de l’extraction. Pour cette raison, l’effet de divers ions sur la récupération de 5 μg d’argent à partir de 100 mL de solution aqueuse d’échantillon à un rapport molaire initial de 1000 (ion/argent) a été étudié. Lorsque l’interférence a été observée, la concentration de l’ion interférent a été abaissée. Une erreur relative de moins de 5 % a été considérée comme se situant dans la fourchette de l’erreur expérimentale. Les résultats de ces études (tableau 1) ont indiqué que la présence de concentrations élevées des éventuels ions interférents dans l’échantillon n’avait pas d’effet significatif sur la récupération de l’argent à l’état de traces. De plus, l’effet des ions communs présents dans la matrice des échantillons étudiés tels que Na+, K+, Ca2+, Mg2+, et Pb2+ à un rapport molaire plus élevé (10000) a également été considéré, et aucune interférence n’a été observée. Ainsi, la méthode offre une grande sélectivité pour les ions argent.

3.6. Capacité du sorbant

La capacité du sorbant à retenir l’argent a été déterminée. A cet effet, sous le pH optimal, 1,0 g du sorbant a été ajouté aux 100 mL de la solution contenant 1500 μg d’argent, et il a été mélangé pendant 30 minutes. Le sorbant a ensuite été séparé et la concentration d’argent restant dans la solution a été déterminée par FAAS. La capacité du sorbant pour l’argent a été déterminée à partir des différences de quantité de l’analyte dans les solutions initiale et finale. La capacité du sorbant pour l’argent s’est avérée être de 1,18 mg g-1 du sorbant.

3.7. Performance analytique

Différentes concentrations de solution d’argent (800 mL) ont été traitées selon la procédure, et il a été constaté que le graphique d’étalonnage présentait une linéarité sur la gamme de 0,15-25 μg L-1 d’argent avec un coefficient de corrélation de 0,9995. L’équation de la courbe d’étalonnage était (où est l’absorbance et est la concentration d’argent en μg L-1). Le facteur de préconcentration défini comme le rapport entre le volume de l’échantillon et le volume de l’éluant était de 160. L’écart-type relatif (RSD) pour dix mesures répétées de 0,8 μg L-1 d’argent était de 1,4 %. La limite de détection définie comme (où est l’écart-type du blanc et est la pente de la courbe d’étalonnage) était de 0,02 μg L-1.

3.8. Application

La procédure a été appliquée à la détermination des ions argent dans l’eau de pluie, l’eau de source Damavand, l’eau de puits, l’eau de rivière (prélevée à Karaj rood, Karaj, Iran), les eaux usées et l’échantillon de film radiologique. La fiabilité a été vérifiée par les expériences de récupération, et la comparaison des résultats avec les données a été obtenue au moyen de la spectrométrie d’absorption atomique électrothermique. Les résultats de cette enquête sont indiqués dans le tableau 2. On peut voir que la récupération de l’échantillon dopé est bonne, et au niveau de confiance de 95 %, il n’y a pas de différence significative entre les résultats de cette étude et les données obtenues par spectrométrie d’absorption atomique électrothermique. En outre, la procédure proposée a été appliquée à la détermination de l’argent dans deux matériaux de référence certifiés, CPB-1 et BCR n° 288, avec une concentration en argent de 626,0 ± 6,0 μg g-1 et 30,5 ± 0,5 μg g-1, respectivement. Les concentrations d’argent dans le CPB-1 et le BCR n° 288 se sont avérées être de 618,0 ± 2,5 et 30,2 ± 0,8 μg g-1, respectivement, ce qui est en bon accord avec les valeurs acceptées. Ainsi, la méthode est appropriée pour la détermination de l’argent dans une large gamme d’échantillons.