Φασματοφωτομετρικός μικροπροσδιορισμός σιδήρου και κοβαλτίου με κυανέρυθρη ν-οξίνη αλιζαρίνη σε φυτικά και ζωικά δείγματα
Authors: Παληός Αναστάσιος 
Published: August 2021

Ο σίδηρος είναι το έκτο αφθονότερο στοιχείο στον κόσμο, ενώ αποτελεί περίπουτο 5% του φλοιού της γης, σε αντίθεση με το κοβάλτιο το οποίο αποτελεί μόλις το0,0029%.Ο σίδηρος βρίσκεται στην 4η περίοδο και την 8η ομάδα του περιοδικού πίνακα, μεατομικό αριθμό 26 και ατομική μάζα 55,847. Οι συνήθεις αριθμοί οξείδωσης είναι +2 και+3. Είναι αργυρόλευκο ή γκριζωπό μέταλλο, αρκετά όλκιμο και ελατό, μαλακότερο και απότο αλουμίνιο και μπορεί να αποκτήσει οποιοδήποτε επιθυμητό σχήμα, ωστόσο είναι πολύευαίσθητος στην παρουσία οξυγόνου και νερού. Το σημείο ζέσεως του καθαρού σιδήρουείναι 2.862 οC και το σημείο τήξης του είναι 1.538 οC. Τα σημαντικότερα ορυκτάμεταλλεύματα του σιδήρου είναι, ο Μαγνητίτης, ο Αιματίτης, ο Λειμωνίτης, ο Σιδηρίτης καιο Χαμοσίτης. Συνδυάζοντας τα παραπάνω χαρακτηριστικά με το χαμηλό κόστος, χάλυβεςκαι διάφορα κράματα σιδήρου, χρησιμοποιούνται πλέον ευρύτερα στη σύγχρονηβιομηχανία.Ο σίδηρος είναι το πιο άφθονο στοιχείο μετάπτωσης και έχει τους περισσότερουςβιολογικούς ρόλους από κάθε άλλο στοιχείο. Ο Fe2+ είναι ένα απαραίτητο ιχνοστοιχείοπου χρησιμοποιείται από σχεδόν όλους τους οργανισμούς διαβίωσης, ενώ ο Fe3+ είναιπερισσότερο ευαπορρόφητος. Στον ανθρώπινο οργανισμό ο σίδηρος μεταφέρεται στοαίμα, από την πρωτεΐνη τρανσφερίνη και αποθηκεύεται στο ήπαρ, στον σπλήνα και στονμυελό των οστών. Δεν αποβάλλεται εύκολα από το ανθρώπινο σώμα, γι’ αυτό ο σίδηροςμπορεί να αθροιστεί και να εμφανιστούν τοξικές συγκεντρώσεις, οι οποίες μπορούν ναπροκαλέσουν ακόμα και τον θάνατο.Το κοβάλτιο βρίσκεται στην 4η περίοδο και την 9η ομάδα του περιοδικού πίνακα μεατομικό αριθμό 27 και ατομική μάζα 58,933. Οι συνήθεις αριθμοί οξείδωσης είναι +2 και+3. Το σημείο ζέσεως του καθαρού κοβαλτίου είναι 2.927 οC και το σημείο τήξης του είναιστους 1.495 οC. Εκτός από το νικέλιο και τον σίδηρο, το κοβάλτιο είναι ένα από τα τρίαφυσικά μαγνητικά στοιχεία. Τα κυριότερα ορυκτά μεταλλεύματα του κοβαλτίου είναι οΚοβαλτίτης, ο Σφαιροκοβαλίτης, ο Ερυθρίτης, ο Σοφφλορίτης και ο Σκουττερουδίτης.Παλιότερα, οι ενώσεις του κοβαλτίου έχουν χρησιμοποιηθεί ως ένα είδος βαφής,προσδίδοντας μπλε χρώμα στο γυαλί, στα σμάλτα, στα κεραμικά και τη ζωγραφική. Στησημερινή εποχή χρησιμοποιούνται στην ιατρική τα ισότοπα κοβαλτίου 57Co, με τις δοκιμές- ελέγχου Schilling, στην έρευνα ως πηγή στη φασματοσκοπία Mössbauer και στιςσυσκευές φθορισμού με ακτίνες-Χ, ενώ το ισότοπο 60Co, το οποίο έχει ημιζωή 5,27 χρόνια και είναι ένα ραδιενεργό μέταλλο, χρησιμοποιείται στην ακτινοθεραπεία. Τέλος το ισότοπο59Co, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην κατασκευή ενός όπλου, γνωστού ως «βόμβαΚοβαλτίου».Το Κοβάλτιο, είναι βασικό διαιτητικό ιχνοστοιχείο για όλα τα ζώα. Είναι το ενεργόκέντρο των συνενζύμων που ονομάζονται κοβαλαμίνες, με το πιο γνωστό παράδειγμααυτών να είναι η βιταμίνη Β12. Η βιταμίνη B12 μας είναι απαραίτητη για την καλή λειτουργίατων κυττάρων, διατηρεί υγιές το νευρικό σύστημα, ενώ αυξάνει την ενεργητικότητα καιμειώνει την ευερεθιστότητα. Επίσης, βελτιώνει την αυτοσυγκέντρωση, τη μνήμη και τηνισορροπία. Η βιταμίνη B12 είναι σημαντική κατά τον ταχύ χωρισμό των κυττάρων, είναιχρήσιμη για την απελευθέρωση του φολικού οξέος και έτσι βοηθάει στη δημιουργίαερυθρών αιμοσφαιρίων. Τέλος η βιταμίνη B12 βρίσκεται σχεδόν αποκλειστικά στη σάρκατων ζώων καθώς και στα ζωικά προϊόντα.Σε περίπτωση έλλειψης σιδήρου και κοβαλτίου, υπάρχουν σκευάσματααναπλήρωσης για να πληρωθούν τα Συνιστώμενα όρια Ημερήσιας Πρόσληψης (ΣΗΠ).Ανεπάρκεια σε σίδηρο και κοβάλτιο οδηγεί κυρίως σε αναιμία, με τα γνωστά συμπτώματάτης όπως εξουθένωση, αδυναμία κ.α.. Επιπρόσθετα, η ανεπάρκεια κοβαλτίου-βιταμίνηςΒ12 οδηγεί σε νευρολογικά προβλήματα και είναι δύσκολο να διαπιστωθεί άμεσα, εξαιτίαςτων υψηλών επιπέδων συσσώρευσης.Για τους παραπάνω λόγους, ο προσδιορισμός του ποσοστού του σιδήρου και τουκοβαλτίου στο πόσιμο νερό, στα τρόφιμα, σε φαρμακευτικά προϊόντα και σε βιολογικάδείγματα, είναι απαραίτητος για αποφυγή την συσσώρευσης των μετάλλων αυτών ενώέχει προσελκύσει μεγάλο ενδιαφέρον, χρησιμοποιώντας πλήθος τεχνικών ενόργανηςανάλυσης, όπως GFAAS, SPS, HPLC, ICP, VOL, POL, F και UV/Vis, η οποία καιχρησιμοποιήθηκε στο εργαστήριο μας.Στην κατεύθυνση αυτή, η επιλογή της κυανέρυθρης Ν-όξινης αλιζαρίνης (AAVN- AVN) και της 1,10 Φαινανθρολίνης ως πιθανά αντιδραστήρια σύζευξης, έδωσαν πολύισχυρή αντίδραση με τον σίδηρο και το κοβάλτιο. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν γιαβελτιστοποίηση της μεθόδου ήταν η συγκέντρωση των υποκαταστατών, το pH, ο χρόνοςκαι η θερμοκρασία της αντίδρασης και η σχετική χημική συγγένεια μεταξύ των μετάλλωνκαι του υποκατάστατη.Η βέλτιστη τιμή pH για την αντίδραση του σιδήρου και του κοβαλτίου με τουςυποκαταστάτες που μελετήθηκαν σε ένα εύρος pH μεταξύ 3,4 και 5,9, ήταν η τιμή 5,0.Ένα ρυθμιστικό διάλυμα οξικού οξέως 0,2 M και οξικού νατρίου 0,2 M χρησιμοποιήθηκεγια αυτό το σκοπό ώστε να αποφευχθούν ανεπιθύμητες αποκλίσεις των μετρήσεων. Σεθερμοκρασία δωματίου διαπιστώθηκε ότι η συμπλοκοποίηση μεταξύ των υποκαταστατώνκαι των μεταλλοϊόντων δεν ήταν πλήρης και η χρήση υδρόλουτρου στους 60 οC για 30λεπτά ήταν αναγκαία. Διαλύματα παρακαταθήκης και εργασίας παρασκευάστηκαν είτε σεαπεσταγμένο νερό είτε σε ΗΝΟ3 0,1 Μ και ήταν πάντα φρέσκα. Ωστόσο,επαναλαμβανόμενες μετρήσεις απορρόφησης προτύπων AVN, έδειξαν ότι ήταν σταθερέςγια 10-13 μέρες.Η βέλτιστη συγκέντρωση AVN για εύρος συγκεντρώσεων σιδήρου, 1 έως 5 μΜ,βρέθηκε να είναι από 30 μΜ έως 90 μΜ. Η κύρια συγκέντρωση AVN που επιλέχτηκε γιατα πειράματα ήταν τα 50 μΜ. Για τα σύμπλοκα AVN-Fe3+, 1,10 Φαινανθρολίνη-H3NOCl- Fe2+ και AVN-Co2+, τα ελάχιστα-μέγιστα όρια προσδιορισμού των Fe3+, Fe2+ και Co2+ είναι:0,2-36 μΜ, 0,2-24 μΜ και 0,2-160 μΜ. Ωστόσο, για τα σύμπλοκα AVN-Fe3+ και AVN-Co2+αποδείχθηκε η ύπαρξη έξι συμπλόκων μεταξύ μετάλλου (Μ) και υποκαταστάτη (L) όπωςτα ακόλουθα: ML, ML2, ML3, ML4, ML5, ML6. Διάφορα ιόντα που βρίσκονται σε αρκετά δείγματα, παρεμποδίζουν τονπροσδιορισμό του σιδήρου και του κοβαλτίου προσδίδοντας σφάλματα τα οποίαοφείλονται κυρίως στην απορρόφηση του μητρικού δείγματος. Για το λόγο αυτόεπιλέχθηκε η χρήση του Ισοσβεστικού Σημείου (Ι.Σ.) του συμπλόκου AVN-Al3+, με σκοπότην άρση της παρεμπόδισης από ιόντα Al3+ και AlPO4. Εφαρμόζοντας τον νόμο Beer γιαμείγματα ουσιών, το παρεμποδιστικό αποτέλεσμα των ιόντων αυτών μειώθηκε σεικανοποιητικό βαθμό.Με την χρήση καμπύλης βαθμονόμησης της μεθόδου γνωστής προσθήκης καιεφαρμογής της μεθόδου των ελάχιστων τετραγώνων, οι διακυμάνσεις απορρόφησης -σεσχέση με τη συγκέντρωση του σιδήρου και του κοβαλτίου- εφαρμόστηκαν στονπροσδιορισμό αυτών των μεταλλοϊόντων σε δείγματα αναφοράς όπως το PrawnGBW08572, το Wheat NCS ZC73009 και το LP-Prawn (δείγμα αναφοράς το οποίοπαρασκευάστηκε στο εργαστήριο). Το όριο ανίχνευσης (LOD) και ποσοτικοποίησης (LOQ)για τον Fe3+ στα δείγματα αναφοράς που εξετάστηκαν είναι 0,97×10-8 και 2,91×10-8 M, γιατον Fe2+, είναι 5,36×10-8 και 1,62×10-7 M αντίστοιχα και για το Co2+ είναι 0,3×10-7 και0,9×10-7 M αντίστοιχα. Tα LOD και LOQ των μεθόδων, υπολογιστήκαν από την τυπικήαπόκλιση όλων των σημείων της καμπύλης αναφοράς.Ολοκληρώνοντας, με αυτή τη προτεινόμενη μέθοδο το θεωρητικό και πραγματικόόριο ανίχνευσης είναι πλέον περίπου 2, 3 φορές χαμηλότερο. Έτσι η κρατούσα μέχρισήμερα αντίληψη γύρω από το σφάλμα στη φασματοφωτομετρία απορρόφησης πρέπεινα αναθεωρηθεί, αφού αποδείχτηκε ότι το σχετικό σφάλμα είναι μεγαλύτερο στις μικρότερες μόνο συγκεντρώσεις ή στη μεγαλύτερη διαπερατότητα. Δηλαδή, μπορούν νααναπτυχθούν ακριβείς και ευαίσθητες φασματοφωτομετρικές μέθοδοι, μετρώντας στο άνωμέρος της κλίμακας της διαπερατότητας (Τ=99%).