Fresenius Z Anal Chem (1983) 315:301- 303 Fresenius Zeitschrift fiir

�9 Springer-Verlag 1983

Vergleichende Untersuchungen zur photometrischen Spurenanalyse des Cobalts im Urin in Verbindung mit verschiedenen Trennverfahren

Peter Schneider und Georg Schwedt

Institut ffir Anorganische Chemic der Universit~it G6ttingen, Tammannstral3e 4, D-3400 Gattingen, Bundesrepublik Deutschland

Comparative Studies for Photometric Trace Analysis of Cobalt in Urine in Combination with Different Separation Techniques

Summary. For the trace analysis of cobalt photometric determinations using the following reagents are compared : 4- [(5-chloro-2-pyridyl)azo]- 1,3-diaminobenzene (C1-PADAB, direct determination in aqueous solution), nitroso-R-salt (ion-pair extraction), 1-nitroso-2-naphthol (extraction and re-extraction of excess reagent as well as column and thin- layer chromatography). With respect to the separation of in- terferences (especially iron) and the possibilities of pre-con- centration the 1-nitroso-2-naphthol/TLC technique proved to be most powerful (detection limit 0.16ng/ml sample volume). The application to urine containing about 50 gg/ml yielded comparable results for all techniques but the direct determination with C1-PADAB was found to be the best.

Zusammenfassung. Fiir die Spurenanalyse des Cobalts wur- den photometrische Bestimmungen mit den Reagentien 4-(5- Chlorpyridyl-(2)-azo)-l,3-phenylendiamin (C1-PADAB, Di- rektbestimmung in wfil3riger L6sung), Nitroso-R-Salz (nach Ionenpaar-Extraktion), 1-Nitroso-2-naphthol (nach Extrak- tion und Reextraktion des Reagensfiberschusses sowie s/iu- len- bzw. dtinnschicht-chromatographischen Trennungen) miteinander verglichen. Im Hinblick auf die Abtrennung st6render Stoffe (vor allem von Eisen) und die M6glichkeiten der Anreicherung erwies sich das 1-Nitroso-2-naphthol/DC- Verfahren als das nachweisstS.rkste (Nachweisgrenze 0,16 ng/ml Probevolumen). Die Anwendung aller Verfahren auf Urin mit Gehalten um 50 gg/ml ergab weitgehend tiber- einstimmende Ergebnisse, wobei die Direktbestimmung mit C1-PADAB am gfinstigsten ist.

Einleitung

Mit Hilfe von Trennverfahren oder Trennschritten lassen sich Spurenanreicherungen durchffihren, st6rende Stoffe (wie auch Reagensfiberschtisse) abtrennen und die Richtigkeit direkter Bestimmungen fiberprfifen. Am Beispiel des Cobalts werden ausgewfihlte photometrische Bestimmungsverfahren mit verschiedenen Reagentien und Arbeitstechniken - Di- rektbestimmung, Fliissig-fltissig-Extraktion, Ionenpaar-Ex- traktion, Sfiulen- und Dfinnschicht-Chromatographie (mit quantitativen ,,in-situ"-Messungen) - in Teilschritten (so-

Offprint requesls to: G. Schwedt

welt erforderlich) optimiert, miteinander verglichen und auf Urinals Beispiel ftir ein biologisches Material angewendet.

Experimenteller Teil

a) Gerdte

1. Fiir Aufschlul3 und Probenvorbereitung: Muffelofen, Filtrierapparatur ,,Schleicher & Schfill" mit Membranfiltern (0,45 pm Porenweite), Heizplatte, Platinschale (70 mm i.D.).

2. Ffir quantitative Analysen : Spektralphotometer (Zeiss PMQII) mit 1-cm-(OS)Kfivetten, TLC/HPTLC-Scanner (CAMAG, Muttenz/Schweiz) mit Schreiber, DC-Kammern (fiir 20 x 20 cm-Folien), Glassfiule (i.D. 8 ram), 200-ml-Schfit- teltrichter, 50-ml-Rundkolben (mit Schliff), 25-ml-Spitzkol- ben (mit Schliff), 100- und 200-~tl-Transferpipetten (Brand), I 0-gl-Mikrocapillaren.

b) Chemikalien und Ldsungen

l. Zur Probenvorbereitung: Salzs~iure (D 1,19, 1 + 2 mit bidest. Wasser verdtinnt), Natriumcitratl6sung (10 ~ig), Phe- nolphthalein-L6sung (l%ig in Ethanol), Natronlauge (10 tool/l), Eisessig (99 %ig).

2. C1-PADAB-Verfahren (C1-PADAB: 4-(5-Chlor- pyridyl-(2)-azo)-l,3-phenylendiamin): CI-PADAB-L6sung (0,1 ~ig in Ethanol), Citrat-NaOH-Puffer pH 5 (Standard- puffer), Salzsfiure (D 1,19, 1 + 4 mit bidest. Wasser verdtinnt.

3. NRS/TOMA-Ionenpaar-Extraktion (NRS: Nitroso- R-Salz, TOMA: Trioctylmethylammoniumchlorid): Natri- umcitratl6sung (10~ig), NRS-L6sung (0,2~ig), Natrium- acetatl6sung (6,8%ig), Salzsfiure (D 1,19, 1 + 1 mit bidest. Wasser verdfinnt), TOMA-L6sung (5 ~ig in Chloroform: Adogen 464 pract. Serva = TOMA; 25 g Adogen in 500 ml Chloroform 16sen, L6sung nacheinander je 10 min mit 100 ml 20~iger NaOH-L6sung, 100ml HC1 (1 + 1) und 100ml 20 ~iger NaC1-L6sung ausschtitteln, anschlieBend mit wenig Wasser waschen und dutch trockenes Faltenfilter filtrieren).

4. NN-Verfahren (NN: 1-Nitroso-2-naphthol): Wasser- stoffperoxid (30 ~ig), Citrat-NaOH-Puffer pH 5 (Standard- puffer), NN-L6sung (0,1 ~ig: 0,25 g NN in 50 ml Wasser, das 2,5 ml 5 tool/1 NaOH enthfilt, unter Schtitteln und Zusatz yon 0,25 g Aktivkohle 16sen und nach dem Filtrieren mit bidest. Wasser auf 250 ml aufftillen), Natronlauge (l tool/l), Chloro- form, Toluol.

Alle Chemikalien ,,pro analysis", alle L6sungen mit bidest. Wasser ansetzen bzw. verdfinnen.

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Tabelle 1. Charakterisiernng der ausgew/ihlten Analysenverfahren

Verfahren:

5-C1-PADAB-Verfahren [1] Nitroso-R-Salz/TOMA 1-Nitroso-2-naphthol-Verfahren (Direktbestimmung) Ionenpaarextraktion

[2], siehe auch [3] Extraktion [4] Varianten

A [4] B [5] C [61, siehe auch [7]

Umsetzung mit 4-(5- Chlorpyridyl-(2)-azo)-l,3- phenylendiamin in w/iBriger L6sung pH 5, Zusatz yon HC1 beseitigt St6rungen a, 2 Maxima im Absorptions- spektrum: 350 nnd 570 nm, Extinktion 30 h konstant, gr6Bere Mengen an Fe(III) und Cr(VI) st6ren u

Umsetzung mit Nitroso-R- Salz in citrat-, acetathaltiger L6sung, Extraktion bei pH 4 - 5 mit Trioctylmethylammonium- chlorid in Chloroform, Messung bei 500 nm Nitrat verringert die Extinktion

Oxidation zu Co(III), Umsetzung bei pH 5, Extraktion mit Chloroform, Absorp- tionsmaxima: 317 und 410-425 nm, ReagensfiberschuB st6rt

Beseitigung des st6renden Reagenstiberschusses (A), siehe [4] und st6render Metalle (B, C)

durch Reextrak- durch SC an basi- DC-Trennung tion mit NaOH schem A120 3 (nach Dnrchffih-

(Reagens und rung yon A) ,,in- Komplexe 2-wer- situ"-Messungen tiger Metalle wer- an A120 3 400 nm den adsorbiert c

SC: Sfiulen-Chromatographie. a Nnderung des Absorptionsspektrums; b, e Fe(III) und Cr st6ren, Beseitigung siehe [1] bzw. [4]

Tahelle 2. Ausffihrung von Aufschlul3- und Bestimmungsverfahren I

AufschluB/Proben- C1-PADAB-Verfahren [1] Ionenpaar-Extraktion: vorbereitung NRS/TOMA-Verfahren [2]

100 ml Urinprobe (Platinschale) zur Trockne eindampfen (Heizplatte) Veraschung: 4 0 0 - 500 ~ C verkohlen, 2 h bei 650~ veraschen (Muffelofen) L6sen: 12ml HCI (1 + 2 verdiinnt), unter Er- w~irmen, Filtrieren (Membranfilter) + 5 ml Na-Citratl6sung + 1 Tropfen Phenolphthaleinl6sung mit 10 mol/1 NaOH neutralisieren + 1 ml Eisessig L6sung in 50-ml-MeBkolben, aufffillen

10 ml Probel6sung (0 ,5-5 gg Co) im 25-ml- Megkolben § 0,2 ml C1-PADAB-L6sung + 5 ml Citrat-NaOH-Puffer sch~tteln + HC1 (1 + 4) zur Marke auffiillen, Photometrie: 570 nm gegen eine Blindprobe

50 ml schwach saure Probel6sung (2 ,5- 25 gg Co) im Schiitteltrichter + 10 ml Na-Citratl6sung + 1 ml NRS-L6sung § 5 ml Natriumacetatl6sung 60 rain stehen las- sen, + HC1 (1 + 1) aufpH 4 - 5 einstellen, + 10 ml TOMA-L6sung, 2 rain extrahieren, organische Phase in 10-ml-MeBkolben ablas- sen, mit Chloroform zur Marke auff~llen, Photometrie: 500 nm gegen eine Blindprobe

Abkfirzungen der Reagentien siehe Experimenteller Teil

TabeUe 3. Ausf/ihrung von Bestimmungsverfahren II - 1-Nitroso-2-naphthol-Verfahren

Variante A: Variante B: Variante C: mit Reextraktion a mit Sfiulen-Chromatographie mit Diinnschicht-Chromatographie

100 ml neutrale Probel6sung (1 - 10 gg Co) im Schtitteltrichter + 1 ml H20 2 (30~ig) 5 min stehen lassen, + 25 ml Citrat-NaOH-Puffer + 10 ml NN-L6sung, 60 min stehen lassen, + 10 ml Chloroform, 1 min extrahieren Reextraktion: organische Phase + 20 ml NaOH (1 mol/1) reextrahieren - 1 min, Chloroform-Phase in 10-ml-Megkolben ablas- sen, zur Marke aufffillen, Messung bei 410 nm gegen eine Blindprobe

Vorbereitung der Sgule: 3 g basisches A120 3 in wenig Chloroform auf- schl~immen, in die Glassfiule (8 mm i.D.) ein- fiillen, CHC13-Extrakt nach Variante A (ohne Reex- traktion) aufgeben Eluat in 50-ml-Rundkolben auffangen, S/iule mit wenig Chloroform nachwaschen, bei 40~ am Vakuum-Rotationsverdampfer einengen, in 10-ml-Megkolben tiberfiihren, aufffillen, Photometrie: bei 415 nm gegen eine Blindpro- be

Chloroform-Phase nach Variante A in 25-ml- Spitzkolben iiberffihren, bei 40~ am Vakuum-Rotationverdampfer eindampfen, Rfickstand in 100 gl Toluo116sen, 10 gl auf Al203-Folie b auftragen, DC: 20 min (Laufstrecke ca. 10,5 cm) mit Chloroform nnter Kammers/ittigung, Remissionsmessungen: 400 nm; Spalt 0,6/10 ram, Eingangsspannung des Schreibers 500 mV

a Wegen zu hoher Eigenabsorption des Reagenses nicht ohne Reextraktion anwendbar b Rf-Wert: 0,76 - an Kieselgel: zwei Flecken (siehe auch [6] und [7])

Tabelle 4. Quantitative Ergebnisse zu den einzelnen Bestimmungsverfahren (Tabellen 2 und 3)

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Ergebnisse Verfahren

5-C1-PADAB- Nitroso-R-Salz Verfahren (Ionenpaar-

extraktiow')

i-Nitroso-2-naphthol-Varianten

A B b C c (Reextraktion) (SC) (DC)

Extinktionskoeffizient 1,09 x l0 s 1,35 x 104 3,10 • 104 2,9 >4 104 --

NGab s (ng) 63 291 118 78 16 NGprobe (ng/ml) 6,3 5,8 1,18 0,78 0,16 Zeitaufwand pro Analyse (rain) 10 75 80 80 120 Eichgerade m (ml/gg) 1,8484 " 0,2296 0,5254 0,4958 - *

r 0,99992 0,99995 0,99994 0,99938 -

N G a b s : Co-Menge im Mel3volumen; NGp~ob e : bezogen auf die AnaIysenprobe (Volumen); NG: Nachweisgrenze (berechnet aus dem Mel3wert an der Nachweisgrenze _x = )~B~. + 3 sin.; N = 10, BI. : Blindwert); m: Steigung der Eichgeraden; r: Korrelationskoeffizient; * gekrfimmte Eichkurve; SC: Sfiulen-Chromatographie; DC: Dtinnschicht-Chromatographie; a Anreicherung mOglich (hier: 5 : l); b Anreicherung 10: 1 ; ~ Anreicherung 1000:1

Tabelle 5. Analysenergebnisse zur Cobaltbestimmung im Urin

Ergebnisse Verfahren

5-C1-PADAB Nitroso-R-Salz 1-Nitroso-2-naphthol-Varianten

A B

Additionsgerad& m (ml/ltg) 1,9225 0,2400 0,3500 0,3570 5,4743 (cm/gg) r 0,99991 0,99999 0,99995 0,99967 0,99988

Relative Standardabweichung aus 3 Parallelbestimmungen 3,45 ~ 4,06 % 4,87 ~ 2,08 % 1,96

Gehalt an Co in gg/ml Urin 50,6 b 53,08 52,9 51,8 46,2 ~

a Eichung und Auswertung nach der Standard-Additionsmethode; b Co-Gehalte aus den Eichgeraden (Tabelle 4) berechnet - kein Matrixeffekt; c Additionsgerade linear

Fazit: Ffir Urinproben - Direktbestimmung mit C1-PADAB am geeignetsten, fiir Analysenmaterialien mit h6heren Eisengehalten ist jedoch eine Abtrennung erforderlich. Nitroso-R-Salz-Verfahren: ffir nitrathaltige Materialien nicht anwendbar. 1-Nitroso-2-naphthol/DC-Verfahren (Variante C) weist die h6chste Selektivitfit und die niedrigste Nachweisgrenze auf

c) Materialien

Basisches A l u m i n i u m o x i d ffir die Sf iu len-Chromatograph ie (Merck), DC-Fe r t ig fo l i en 20 x 20 cm P O L Y G R A M A L O X N, Schichtdicke 0 , 2 m m (Macherey-Nage l + Co., Dfiren, BRD) .

Die Analysenvorschr i f t en und Ergebnisse sind in den fo lgenden Tabel len zusammenges te l l t : Charakter i s ie rung der ausgew~ihlten Ana lysenver fah ren : Tabel le 1. Ana lysenvor - schriften : Tabel le 2 (Ausf t ihrung von Aufschlul3- und Bestim- mungsver fah ren I) und Tabel le 3 (Ausff ihrung von Bestim- mungsver fah ren I I : 1 -Ni t roso-2-naphthol -Verfahren) .

Quant i t a t ive Ergebnisse zu den einzelnen Bes t immungs- ver fahren : Tabel le 4. Analysenergebnisse zur Cobal tbes t im- m u n g im U r i n : Tabel le 5.

Wir danken dem Fonds der Chemischen Industrie ftir die Unterstfitzung durch Sachmittelspenden.

Literatur

1. Shibata S, Furukawa M, Ishiguro Y, Sasaki S (1971) Anal Chim Acta 55:231

2. Adam J, Pribil R (1971) Talanta 18:733 3. Motomizu S, Toei K (1982) Talanta 29:89 4. Koch OG, Koch-Dedic GA (1974) Handbuch der Spurenanalyse.

Springer, Berlin, S 587 5. Middleton G, Stuckey RE (1956) Clin Chim Acta 1:135 6. Schneider P (1982) Diplomarbeit, Universitfit G6ttingen 7. Pejkovic-Tadic I, Hranisavljevic-Jakovljevic M (1965) Mikrochim

Acta: 940

Eingegangen am 10. Februar 1983