Microextração líquido-líquido dispersiva aplicada à determinação de Elementos Terras Raras em águas naturais via ICP OES

Abstract

Resumo: Elementos terras raras fazem parte do grupo de Elementos Tecnologicamente Críticos, TCEs. São espécies inorgânicas essenciais para a sociedade atual e, devido ao aumento de uso e mudanças significativas nos processos associados aos seus ciclos biogeoquímicos na superfície terrestre, desencadeia a necessidade de avaliação sobre os aspectos analíticos, ambientais e toxicológicos desses elementos. Em face ao exposto, o método de extração e pré-concentração de La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), Eu(III), Gd(III), Tb(III), Dy(III), Ho(III), Er(III), Tm(III), Yb(III), Lu(III), Y(III) e Sc (III), com determinação por espectrometria de emissão óptica por plasma indutivamente acoplado (ICP OES) em águas naturais foi desenvolvido. As espécies químicas foram extraídas com tetracloreto de carbono, usando a microextração dispersiva liquido-liquido (DLLME), com agente quelante e acetona como agente dispersor. Após centrifugação e separação das fases, foi adicionado o surfactante Triton X-114 à fase orgânica, sendo a emulsão resultante analisada por ICP OES. Os parâmetros que afetam a eficiência da DLLME foram avaliados, com utilização de água de mar sintética. As condições de compromisso para um volume de amostra de 50 mL foram: 1 mL do agente complexante 8-Hidroxiquinolina 0,8 % (m/v), preparado em HCl 0,1 mol L-1, pH 8,5 e 2,0 mL de acetona. O estudo dos principais parâmetros de desempenho conferiu valores de Limite de quantificação de 0,01 µg L-1 e um fator de enriquecimento de 10 vezes. A precisão e a exatidão do método foram avaliadas com água de mar sintética e uma amostra de água de mar, fortificadas com as espécies de interesse, sendo obtidas recuperações satisfatórias com valores percentuais entre 81% e 113% e coeficiente de variação entre 3 e 10%. O método foi aplicado em amostras reais de água de mar. Os resultados obtidos com os estudos de validação do método, conferem credibilidade para determinação dos 16 Elementos terras raras, de forma simultânea, em águas naturais. Além disso, o método proposto é simples, rápido e eficaz para a determinação de elementos terras raras por ICP OES em águas de elevada força iônica e matriz complexa, como água de mar.

Abstract: Rare earth elements are part of the group of Technologically Critical Elements, TCEs. Due to increased demand and use, significant changes in the processes associated with their biogeochemical cycles are likely inevitable, triggering the need for a thorough evaluation of their environmental and toxicological aspects and development of enhanced analytical monitoring techniques. In view of the above, extraction and pre-concentration methodology for La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), Eu(III), Gd(III), Tb (III), Dy(III), Ho(III), Er(III), Tm(III), Yb(III), Lu(III), Y(III) and Sc (III) from natural waters with quantitation by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES) was developed. Chemical species were extracted with CCl4, in the presence of a chelating agent and acetone using liquid-liquid dispersive microextraction (DLLME). After centrifugation and phase separation, Triton X-114 surfactant was added to the organic phase prior to analysis by ICP OES. The parameters that affect the efficiency of DLLME were evaluated using synthetic seawater as the sample matrix. Compromise conditions for a 50 mL sample were 1.0% (w/v) 8-Hydroxyquinoline complexing agent in 0.1 mol L-1 HCl, pH 8.5 and 2.0 mL of acetone. Limits of quantification were typically 0.01 µg L-1 following an enrichment factor of 10. The precision and accuracy of the method were evaluated using both a synthetic seawater and a real sample, fortified with the species of interest. Satisfactory spike recoveries of 81% to 113% with precision between 3 and 10% could be obtained. The method was applied to the analysis of seawater samples. The results obtained during validation studies give credibility to the simultaneous determination of the 16 rare earth elements in natural waters. The proposed method is simple, fast and effective for the determination of rare earth elements in waters of high ionic strength, such as seawater, and those of other complex matrices, by ICP OES.