Penentuan simultan jumlah jejak ultra timbal dan kadmium dalam sampel makanan oleh serap stripping voltametri

Shahryar Abbasi a , ⇑ , Kobra Khodarahmiyan a , b Freshteh Abbasi

Departemen Kimia , Fakultas Ilmu , Ilam University, Ilam , Iran

b Departemen Kimia , Islamic Azad University of Ilam , Ilam , Iran

 

t r i c l e i n f o

Pasal sejarah :

Diterima 4 November 2010

Diterima dalam bentuk direvisi 26 Januari 2011 Diterima 17 Februari 2011

Tersedia online 22 Februari 2011

Kata kunci :

timbal Cadmium

2 - Mercaptobenzothiazole serap stripping voltametri sampel Makanan

 

a b s t r a c t

Sebuah metode selektif dan sensitif untuk penentuan simultan timbal dan kadmium oleh serap diferensial katodik pulsa stripping voltametri disajikan . Metode ini didasarkan pada akumulasi serap kompleks Pb ( II ) dan Cd ( II ) ion dengan 2 - Mercaptobenzothiazole ke menggantung penurunan merkuri elektroda ( HMDE ) , diikuti dengan penurunan spesies terserap oleh katodik stripping voltametri pulsa diferensial . Kondisi yang optimal diperoleh pada pH 8,0 , konsentrasi 2 - mercaptobenzo - thiazole 1,0 _ 10_4 M , potensi akumulasi _0.4 V ( vs Ag / AgCl ) , waktu terkumpul lation dari 160 s , dan tingkat scan 100 mV / s . Dalam kondisi optimal , kurva kalibrasi linear didirikan untuk konsentrasi Pb ( II ) dan Cd ( II ) pada kisaran 0,5-70 dan 0,2-30 ng / ml , masing-masing , dengan batas deteksi 0,017 ng / ml untuk Pb ( II ) dan 0,01 ng / ml untuk Cd ( II ) . Prosedur ini berhasil diterapkan untuk penentuan simultan dari kedua ion dalam makanan sam -prinsip ( beras , kedelai dan gula ) .

Diterbitkan oleh Elsevier Ltd

 

1 . Pendahuluan

Jejak logam berat sangat penting dalam lingkungan karena toksisitas serius mereka meskipun hadir pada konsentrasi yang sangat rendah . Mereka juga bisa terakumulasi dalam rantai makanan . Logam berat seperti timbal dan kadmium beracun ketika diserap dalam tubuh . Ketika mereka mencapai tingkat tinggi dalam tubuh , mereka dapat segera poi - sonous , atau dapat mengakibatkan masalah kesehatan jangka panjang . Akumulasi timbal dan kadmium dapat menyebabkan keracunan , kanker otak dan bendungan - usia , antara lain . Timbal adalah racun metabolisme umum dan en - zyme inhibitor . Hal ini dapat merusak koneksi saraf ( terutama pada anak-anak ) dan menyebabkan gangguan darah dan otak . Timbal memiliki kemampuan untuk menggantikan kalsium dalam tulang ke bentuk situs untuk jangka panjang ( Volesky ,

1990) . Karena penggunaan industri meningkat timbal dan efek berbahaya yang serius bagi kesehatan manusia , pengembangan metode baru yang sensitif diperlukan untuk mengukur jumlah jejak timbal . Kadmium dikenal menjadi berbahaya lingkungan pencemaran tant dengan efek toksik bagi organisme yang hidup di air ekosistem yang ( Crompton , 1997) . Efek serap kadmium diproduksi tidak hanya karena toksisitas tinggi bahkan pada tingkat jejak , tetapi juga karena proses bioakumulasi sepanjang rantai makanan . Ketika air memainkan peran penting di alam sebagai pembawa , antara lain , masukan antropogenik kadmium dapat dengan mudah tersebar di

⇑ Sesuai penulis . Fax : +98 8412227022 Alamat E - mail: . S.abbasi @ mail.ilam.ac.ir ( S. Abbasi ) .

0308-8146 / $ - melihat hal depan Diterbitkan oleh Elsevier Ltd doi : 10.1016/j.foodchem.2011.02.067

 

media air ( Atlas & Bartha , 2002) . Untuk alasan di atas , memantau ion logam berat timbal dan kadmium dalam kadar air alami , air minum dan makanan yang penting dan memang diperlukan bagi kesehatan dan keselamatan manusia . Beberapa metode analisis telah dilaporkan untuk menentukan secara kuantitatif dari timbal dan kadmium pada tingkat jejak dalam berbagai sampel termasuk spektrometri serapan atom ( Baranowska , Srogi , Wlochowicz , & Szczepanik , 2002; Karadjova , Girousi , Iliadou , & Stratis , 2000; Pluta , Figura , Lorenz , & Wendt , 1984; Tuzen , 2002) dan plasma spektroskopi emisi optik induktif ( Vassileva & furuta , 2001) . Namun, teknik ini memiliki beberapa kelemahan : seperti alat yang mahal , operasi yang rumit , tingginya biaya utama pemeliharaan , dan membutuhkan kondisi eksperimental yang terkendali dengan baik . Untuk alasan ini, metode elektrokimia seperti polarografi pulsa diferensial ( Sreedhar , Reddy Prasad , Sankara Nayak , Rekha , & Nageswara Reddy , 2009), anodik stripping voltametri ( Ghoneim , Hassanein , Hammam , & Beltagi , 2000) , katodik strip- ping voltametri ( Locatelli & Torsi , 1999) , serap voltamme - coba ( Abu Zuhri & Voelter , 1998) dan serap katodik stripping voltametri untuk penentuan ion logam berat , termasuk timbal dan kadmium , adalah salah satu teknik yang paling menguntungkan . Beberapa keuntungan serap

stripping voltametri ( AdSV ) untuk analisis jejak termasuk sensitivitas tinggi , selektivitas tinggi, rendah instrumen pemikiran dan kemungkinan menganalisis nyaman berbagai sampel tanpa perlu pemisahan sebelumnya.

Penelitian ini mencoba untuk menggambarkan prosedur stripping catho - dic serap baru untuk penentuan simultan jejak jumlah timbal dan kadmium dengan menggunakan 2- mercaptobenzothia - zole sebagai pengompleks ( Khullar & Agarwala , 1975) . Metode ini didasarkan pada akumulasi efektif Pb ( II ) dan Cd ( II ) kompleks dengan 2 - Mercaptobenzothiazole ke elektroda gantung penurunan merkuri ( HMDE ) . Metode ini memiliki batas deteksi rendah dan dapat menentukan timbal dan kadmium dalam sampel berbeda nyata .

2 . Eksperimental

2.1 . aparat

Pengukuran voltametri dibuat menggunakan 746 VA -Trace Ana analyzer , ( Metrohm , Herisau , Swiss ) yang terhubung ke stand elektroda , 747 VA - Stand, ( Metrohm , Herisau , Swiss ) . Konfigurasi tiga elektroda yang terdiri dari Metrohm modus multi- elektroda ( MME ) dalam keadaan HMDE sebagai elektroda kerja , persimpangan ganda Ag / AgCl ( 3 M KCl , jenuh AgCl , dan 3 M KCl di jembatan ) elektroda referensi dan Pt kawat tambahan elektroda digunakan . Semua potensi yang dikutip adalah relatif terhadap referensi elektroda Ag / AgCl . A berputar batang Teflon diaduk solusi dalam sel voltammet - ric . Merkuri adalah triple- suling kualitas dan ukuran penurunan medium HMDE itu dipilih . Semua percobaan dilakukan pada suhu kamar . Pengukuran pH dilakukan dengan pH meter Metrohm Model 780 ( Swiss ) . Eppendorf variabel referensi micropipettes ( 10-100 dan 100-1000 lL ) digunakan untuk pipet Volume liter mikro solusi . Semua barang pecah belah dan penyimpanan botol direndam semalam di 10 % HNO3 dan dibilas dengan air sebelum menggunakan .

2.2 . Reagen dan solusi

Semua solusi disusun dengan menggunakan air suling ganda . Solusi saham Pb ( II ) dan Cd ( II ) , 1000 mg / L , disusun oleh bobot hati-hati padat timbal nitrat dan nitrat kadmium ( Merck ) dan dilarutkan dalam air suling dalam dua 100 ml labu volumetrik . Sebuah solusi stok 1,0 _ 10_3 M 2 - Mercaptobenzothiazole ( Merck ) dibuat dengan melarutkan 0,01672 g senyawa dalam 100,0 ml air . Larutan buffer borat ( pH 6,0-10,0 ) yang dipersiapkan dengan mencampur jumlah yang berbeda dari asam borat , 0,1 M , dan NaOH ( 0,1 M ) dalam labu ukur 100,0 ml .

2.3 . prosedur

Larutan elektrolit pendukung ( 10 ml 0,1 M NaOH / H3BO3 larutan buffer , pH 8.0 ) yang mengandung 1,0 _ 10_4 M dari 2 - mer - captobenzothiazole dipindahkan ke dalam sel elektrokimia dan dibersihkan dengan nitrogen selama minimal 1 menit . Akumulasi po - bangkan ( _0.4 V vs Ag / AgCl ) diaplikasikan drop merkuri segar, sementara solusi diaduk selama 160 s . Setelah 160 s waktu akumulasi , pengadukan dihentikan , dan setelah equilibra - tion selama 10 s voltammograms tercatat dari _0.4 ke _1.00 V dengan tingkat scan potensi 100 mV / s dan pulsa ampli - tude dari 50 mV . Setelah voltammograms latar belakang telah diperoleh , aliquot dari timbal dan kadmium standar solusi diperkenalkan ke dalam sel dan kemudian solusi diperoleh deox - ygenated dengan gas nitrogen selama 1 menit . Kemudian voltammograms dicatat sesuai dengan prosedur yang dijelaskan untuk memberikan sampel puncak arus . Setelah setiap scan diulang tiga kali dengan penurunan baru untuk setiap solusi dianalisis , nilai rata-rata diperoleh . Timbal dan kadmium stripping puncak tercatat sekitar _0.539 dan _0.709 V dan arus mereka digunakan sebagai ukuran konsentrasi timbal dan kadmium . Semua data yang diperoleh di ruang marah - ature . Kalibrasi grafik dipersiapkan untuk puncak arus terhadap timbal ( II ) dan kadmium ( II ) konsentrasi .

 

2.4 . Persiapan sampel dan tekad

Dalam rangka untuk menunjukkan penerapannya dalam analisis praktis , prosedur yang digunakan untuk mendeteksi timbal dan kadmium ion dalam beras , kedelai dan gula sampel yang dibuat sebagai berikut .

2.4.1 . Penentuan timbal dan kadmium dalam beras

20 g sampel beras secara akurat ditimbang dan ditempatkan ke dalam wadah kuarsa . 10 ml asam sulfat pekat kemudian ditambahkan dan diuapkan sampai kering dekat ; kemudian 10 ml asam nitrat ( 1 + 1 , rasio volume) ditambahkan dan diuapkan sampai kering . Di bawah kondisi pemanasan , terkonsentrasi hidrogen peroksida ditambahkan demi setetes sampai larutan akan jelas dan menguap . Air ditambahkan dan terus dipanaskan untuk menghilangkan hidrogen peroksida . Residu tersebut kemudian didinginkan dan dipindahkan ke dalam labu dikalibrasi 50 - ml dan diencerkan sampai tanda dengan air ( Abbasi et al . , 2009). Volume 2,00 ml setiap aliquot diambil untuk penentuan timbal dan kadmium melalui direkomendasikan prosedur - dure dalam kondisi optimum yang ditetapkan .

2.4.2 . Penentuan timbal dan kadmium dalam kedelai dan gula

1,0 g dari masing-masing sampel secara akurat ditimbang dan ditransfer

menjadi 25 ml Teflon tekanan tinggi microwave kapal asam pencernaan . A 4.5 ml asam nitrat pekat dan 6,0 ml 30 % H2O2 ditambahkan . Kapal yang tertutup rapat dan kemudian diposisikan di carousel dari oven microwave . Sistem ini dioperasikan pada kekuatan penuh untuk 3,0 menit . Digest diuapkan sampai kering . The res -

idue dilarutkan dengan 10 ml dari 5 % asam nitrat dan kemudian fil - yang terdaftar . Setelah pendinginan , larutan dinetralkan dengan menggunakan NH3 1,0 M , dan ditransfer ke labu ukur dan diencerkan sampai 25 ml dengan air ( Hosseinzadeh , Abbasi , & Ahmadi , 2007) .

3 . Hasil dan Pembahasan

Percobaan awal dilakukan untuk mengidentifikasi gen - eral fitur yang mencirikan perilaku Pb dan Cd - 2 - mer - captobenzothiazole sistem pada drop merkuri elektroda . Gambar . 1 menunjukkan katodik stripping voltamogram pulsa diferensial dari sistem Pb dan Cd - MBT

pada pH 8,0 ( borate buffer) , setelah accu - formulasi di _0.4 V untuk 160 s pada HMDE a . Solusi kosong ( yang Ligan tanpa ion logam ) pH 8,0 ( kurva ) tidak menunjukkan puncak dalam berbagai potensi ini . Ion-ion logam dalam larutan buffer menunjukkan arus puncak kecil di tidak adanya Ligan . Kurva b menunjukkan voltammograms dari larutan yang mengandung 60 ng / ml timbal dan kadmium 30 ng / ml tanpa adanya Ligan bawah kondisi yang sama . Sampel larutan yang mengandung ion-ion logam dengan Ligan menunjukkan dua puncak ( kurva c ) di _0.539 dan _0.709 V yang

sesuai dengan pengurangan Pb ( II ) dan Cd ( II ) kompleks dengan 2 - Mercaptobenzothiazole pH 8,0 (Gambar 1 ) . Ini puncak arus meningkat dengan meningkatnya waktu akumulasi sebelum potensi scan. Efek dari tingkat scan potensial pada saat ini kompleks logam ad - ion diserap - 2 - Mercaptobenzothiazole menunjukkan bahwa dengan meningkatnya laju pindai dari 20 sampai 100 mV / s , peningkatan puncak katodik , setelah ketinggian puncak menurun.

Untuk sensitivitas terbaik dalam penentuan simultan timbal dan kadmium pengaruh parameter yang berbeda seperti pH , konsentrasi Ligan , waktu deposisi dan potensial dan pemindaian tingkat diselidiki .

3.1 . Pengaruh variabel

Variabel percobaan yang dioptimalkan seperti di bawah ini .

3.1.1 . Pengaruh elektrolit pendukung dan pH

Percobaan awal dilakukan dengan berbagai jenis buffer seperti asetat , fosfat , sitrat , borat , phthal - makan , Britton - Robinson , amonia - amonium dan Tris . Hasil penelitian menunjukkan (Gambar 2 ) bahwa puncak bentuk untuk timbal dan kadmium ditingkatkan dengan adanya larutan buffer borat . Oleh karena itu , penyangga bo -rate digunakan untuk optimasi pH . Pengaruh pH pada katodik stripping arus puncak timbal dan kadmium dipelajari pada kisaran pH 6,0-10,0 buffer borat . Hasilnya ditunjukkan pada Gambar . 2 . Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan meningkatnya pH sampai sekitar 8,0 arus puncak untuk timbal dan kadmium meningkat , juga. Fenomena ini disebabkan kemampuan kompleks ditingkatkan

 

dari 2 - Mercaptobenzothiazole nilai pH yang besar . Dengan demikian , pH 8,0 diadopsi untuk studi lanjut .

3.1.2 . Pengaruh konsentrasi 2 - Mercaptobenzothiazole

Pengaruh konsentrasi 2 - Mercaptobenzothiazole pada kepekaan metode yang diusulkan juga dipelajari . Yang diperoleh re- Hasil pengujian (Gambar 3 ) menunjukkan bahwa dengan meningkatnya konsentrasi 2 - mercaptobenzothia - zole sampai sekitar 1,0 _ 10_4 M , katodik stripping arus puncak kompleks Pb - dan Cd - 2 - Mercaptobenzothiazole meningkat dan kemudian yang meratakan off pada konsentrasi yang lebih tinggi . Hal ini disebabkan persaingan 2 - Mercaptobenzothiazole dengan kompleks Pb - dan Cd - 2 - Mercaptobenzothiazole untuk adsorpsi pada HMDE tersebut . Jadi , sebuah 2 - Mercaptobenzothiazole konsentrasi- trasi optimum 1,0 _ 10_4 M dipilih untuk eksperimen lebih lanjut .

3.1.3 . Pengaruh potensial akumulasi

Pengaruh potensi akumulasi pada ketinggian puncak Pb dan Cd yang ditunjukkan pada Gambar . 4 dipelajari dalam rentang dari 0 sampai _0.6 V. Seperti dapat dilihat , potensi akumulasi _0.4 V memiliki sensitivitas yang lebih baik untuk kedua ion logam , sehingga akumulasi po - bangkan _0.4 V digunakan untuk prosedur analitis dioptimalkan .

3.1.4 . Pengaruh waktu akumulasi

Pengaruh waktu akumulasi pada pengupasan puncak skr - sewa untuk Pb dan Cd dalam kisaran 20-225 s dipelajari . Dengan meningkatnya waktu pra - konsentrasi arus puncak meningkat Suami - tially , menunjukkan bahwa sebelum kesetimbangan tercapai serap , waktu akumulasi lebih lama , lebih logam - 2 - mercaptobenzothia - zole yang terserap dan dengan demikian arus puncak menjadi lebih besar . Namun, setelah jangka waktu tertentu akumulasi , arus puncak cenderung tingkat - off perlahan-lahan sebagai permukaan kesetimbangan konsentrasi- trasi kompleks teradsorpsi didekati . Oleh karena itu , waktu akumulasi 160 s dipilih untuk penyelidikan lebih lanjut .

3.1.5 . Pengaruh tingkat scan

Pengaruh tingkat scan pada puncak pengupasan Pb dan Cd dalam kondisi optimal dijelaskan sebelumnya . Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketinggian puncak untuk kedua Pb dan Cd meningkat hampir dari 20 sampai 100 mV / s sedangkan pada tingkat scan yang lebih besar sensitivitas berkurang . Oleh karena itu , tingkat scan 100 mV / s terpilih .

4 . Kisaran Linear , batas deteksi dan presisi

Untuk memverifikasi hubungan linear antara arus puncak dan konsentrasi logam , dua grafik kalibrasi diplotkan dalam kondisi optimum ( 1 _ 10_4 M MBT , pH 8,0 , deposisi potensi _0.4 V dan 160 s waktu deposisi ) . Persamaan kalibrasi , diperoleh dengan metode kuadrat-terkecil , adalah : I = 3.099C + 9,82 ( r2 = 0,999 ) untuk Pb2 + dan I = 6.869C + 10.62 ( r2 = 0,9991 ) untuk Cd2 + penentuan , di mana C adalah konsentrasi ion logam ( ng / ml ) dan I adalah arus puncak ( nA ) . The stripping arus puncak Pb ( II ) - MBT dan Cd ( II ) - MBT kompleks yang ditemukan berbanding lurus dengan lead dan konsentrasi kadmium di kisaran 0,5-70 dan 0,2-30 ng / ml , masing-masing. Standar deviasi relatif untuk 10 analisis mereplikasi larutan yang mengandung 3 dan 30 ng / ml Pb ( II ) adalah 2,55% , 2,06% dan 3 dan 30 ng / ml Cd ( II ) adalah 2,1 % , 1,31 % , masing-masing. Batas deteksi 0,017 dan 0,01 ng / ml Pb2 + dan Cd2 + diperkirakan dari 10 ulangan penentuan solusi kosong di bawah kondisi optimum , masing-masing.

5 . Studi Interferensi

Kemungkinan gangguan dari spesies lain di serap stripping voltametri penentuan timbal dan kadmium dipelajari dengan penambahan ion campur dengan larutan yang mengandung 60 ng / ml Pb ( II ) dan 30 ng / ml Cd ( II ) , dengan menggunakan kondisi optimal ( dengan kriteria yang sudah ada gangguan adalah kesalahan 5 % pada ketinggian puncak Pb dan Cd ) . Hasil penelitian ini dirangkum dalam Tabel 1 . Ditemukan bahwa sebagian besar ion asing tidak ikut campur untuk timbal dan kadmium penentuan .

6 . Aplikasi

Untuk menyelidiki penerapan metode yang diusulkan untuk sampel nyata dan berdasarkan penentuan sama timbal dan kadmium

 

Konsentrasi dalam berbagai sampel makanan , timbal dan kadmium ditentukan dalam sampel nyata ( beras , kedelai dan gula ) dengan menggunakan metode penambahan standard . Hasil pemulihan untuk analisis beberapa sampel nyata ditunjukkan pada Tabel 2 .

7 . Kesimpulan

Penelitian ini menunjukkan bahwa dengan adanya 2 - MBT yang serap stripping voltametri timbal dan kadmium merupakan metode yang baik untuk penentuan jumlah jejak dua ion logam tersebut dalam sampel nyata . Sistem di atas menawarkan potensi praktis untuk penentuan simultan timbal dan kadmium di samping itu, metode ini memiliki sensitivitas yang tinggi , selektivitas , kesederhanaan dan kecepatan .

Ucapan Terima Kasih

Para penulis mengakui kepada Research Council Ilam University untuk mendukung proyek ini dan Dr Habib Gowhari untuk komentar nya .