Extraction of heavy metal ions from aqueous solutions into the in situ formed ionic liquids with subsequent determination by atomic emission spectrometry with microwave plasma

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Ionic liquids based on quaternary ammonium cations – tetrahexylammonium dioctyl sulfosuccinates (THADOSS) and tetrabutylammonium are obtained in situ by mixing salts in an aqueous solution – suppliers of the cation and anion, constituting the ionic liquid, and studied for the extraction of heavy metal ions from aqueous solutions. Cd(II), Co(II), Cu(II), Ni(II), Pb(II), and Zn(II) ions are quantitatively extracted in the presence of 4-(2-pyridylazo)resorcinol (1 × 10–3 M) into the in situ formed THADOSS at pH 4.9 in 1 min. The possibility of determining metals by microwave plasma atomic emission spectrometry after extraction into ionic liquids is demonstrated; the detection limits are from 2 to 25 μg/L.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. V. Smirnova

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: sv_v_smirnova@mail.ru
Russian Federation, 1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

D. V. Ilyin

Lomonosov Moscow State University

Email: sv_v_smirnova@mail.ru
Russian Federation, 1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

References

  1. Смирнова С.В., Самарина Т.О., Плетнев И.В. Ионные жидкости в экстракции / Ионные жидкости: теория и практика / Под ред. Цивадзе А.Ю., Колкера А.М. Иваново: АО “Ивановский издательский дом”, 2019. С. 460.
  2. Плетнев И.В., Смирнова С.В., Шаров А.В., Золотов Ю.А. Экстракционные растворители нового поколения: от ионных жидкостей и двухфазных водных систем к легкоплавким комбинированным растворителям // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 9. С. 1109. (Pletnev I.V., Smirnova S.V., Sharov A.V., Zolotov Yu. A. Next-generation extraction solvents: From ionic liquids to aqueous biphasic systems to low-melting combined solvents // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. № 9. P. 1109.)
  3. Nishi N., Kawakami T., Shigematsu F., Yamamoto M., Kakiuchi T. Fluorine-free and hydrophobic room-temperature ionic liquids, tetraalkylammonium bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinates, and their ionic liquid–water two-phase properties // Green Chem. 2006. V. 8. № 4. P. 349.
  4. Brown P., Butts C., Dyer R., Eastoe J., Grillo I., Guittard F., Rogers R., Heenan R. Anionic surfactants and surfactant ionic liquids with quaternary ammonium counterions // Langmuir. 2011. V. 27. № 8. P. 4563.
  5. Туранов А.Н., Карандашев В.К., Бурмий Ж.П., Яреквич А.Н. Влияние ионных жидкостей на основе диалкилсульфосукцинат-анионов на экстракцию лантанидов(III), урана(VI) и тория(VI) дифенил(дибутилкарбамоилметил)фосфиноксидом из азотнокислых растворов // Журн. общ. химии. 2022. Т. 92. № 3. С. 470. (Turanov A.N., Karandashev V. K., Burmii Zh. P., Yarkevich A. N. Effect of Dialkylsulfosuccinate-based ionic liquids on the extraction of lanthanides(III), uranium(VI), and thorium(IV) with diphenyl(dibutylcarbamoylmethyl)phosphine oxide from nitric acid solutions // Russ. J. Gen. Chem. 2022. V. 92. № 3. P. 418.)
  6. Depuydt D., Dehaen W., Binnemans K. Docusate ionic liquids: Effect of cation on water solubility and solvent extraction behavior // ChemPlusChem. 2017. V. 82. № 3. P. 458.
  7. Smirnova S.V., Mikheev I.V., Apyari V.V. Aqueous two-phase system based on benzethonium chloride and sodium dihexyl sulfosuccinate for extraction and ICP-OES determination of heavy metals // Talanta. 2024. V. 269. Article 125504.
  8. Eastoe J., Eastoe J., Fragneto G., Robinson B.H., Towey T.F., Heenan R.K., Leng F.J. Variation of surfactant counterion and its effect on the structure and properties of aerosol-OT-based water-in-oil microemulsions // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1992. V. 88. № 3. P. 461.
  9. Смирнова С.В., Самарина Т.О., Ильин Д.В., Плетнев И.В., Золотов Ю.А. Метод возникающего растворителя: экстракция ионов металлов из водных растворов в образующуюся in situ ионную жидкость // Доклады АН. 2016. V. 469. P. 691. (Smirnova S.V., Samarina T.O., Ilin D.V., Pletnev I.V., Zolotov Yu. A. The method of appearing solvent: Extraction of metal ions from aqueous solutions into in situ forming ionic liquid // Dokl. Chem. 2016. V. 469. P. 238.)
  10. Tchounwou B., Yedjou C.G., Patlolla A.K., Sutton D.J. Heavy metal toxicity and the environment / Molecular, Clinical and Environmental Toxicology / Ed. Luch A. Basel: Springer, 2012. P. 133.
  11. Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения: Приказ Министерства сельского хозяйства Российской Федерации от 13.12.2016 № 552.
  12. Bacon J.R., Butler O.T., Cairns W.R. L., Cavoura O., Cook J.M., Davidson C.M. Mertz-Kraus R. Atomic spectrometry update – A review of advances in environmental analysis // J. Anal. At. Spectrom. 2024. V. 39. P. 11.
  13. Smirnova S.V., Samarina T.O., Ilin D.V., Pletnev I.V. Multielement determination of trace heavy metals in water by microwave-induced plasma atomic emission spectrometry after extraction in unconventional single-salt aqueous biphasic system // Anal. Chem. 2018. V. 90. № 10. P. 6323.
  14. Smirnova S.V., Ilin D.V., Pletnev I.V. Extraction and icp-oes determination of heavy metals using tetrabutylammonium bromide aqueous biphasic system and oleophilic collector // Talanta. 2020. V. 221. № 1. Article 12148.
  15. Balaram V. Microwave plasma atomic emission spectrometry (MP-AES) and its applications – A critical review // Microchem. J. 2020. V. 159. Article 105483.
  16. Башилов А.В., Рогова О.Б. Атомно-эмиссионная спектроскопия микроволновой плазмы: новый метод элементного анализа // Аналитика. 2013. № 12. С. 48.
  17. Полякова Е.В., Номероцкая Ю.Н., Сапрыкин А.И. Влияние матричного элемента и кислоты на аналитические сигналы в атомно-эмиссионной спектрометрии с азотной микроволновой плазмой // Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. № 4. С. 333. (Polyakova E.V., Nomerotskaya Yu. N., Saprykin A.I. Effect of matrix element and acid on analytical signals in nitrogen microwave-plasma atomic emission spectrometry // J. Anal. Chem. 2020. V. 75. P. 474.)
  18. Donati G.L., Amais R.S., Schiavo D., Nóbrega J.A. Determination of Cr, Ni, Pb and V in gasoline and ethanol fuel by microwave plasma optical emission spectrometry // J. Anal. At. Spectrom. 2013. V. 28. № 5. P. 755.
  19. Goncalves D.A., McSweeney T., Santos M.C., Jones B.T., Donati G.L. Standard dilution analysis of beverages by microwave-induced plasma optical emission spectrometry // Anal. Chim. Acta. 2016. V. 909. P. 24.
  20. Васильева М.А., Полякова Е.В. Определение щелочных и щелочноземельных металлов в водах методом атомно-эмиссионной спектрометрии с микроволновой плазмой с добавлением стабилизирующего элемента // Журн. аналит. химии. 2022. Т. 77. № 12. С. 1065. (Vasil’eva M.A., Polyakova E.V. Determination of alkali and alkaline-earth metals in water by microwave plasma atomic emission spectrometry with the addition of a stabilizing element // J. Anal. Chem. 2022. V. 77. P. 1526.)
  21. ГОСТ Р 53886-2010 (ИСО 14669:1999). Вода. Методы определения токсичности по выживаемости морских ракообразных. М.:Стандартинформ, 2012. 31 с.
  22. Иванов А.В., Фигуровская В.Н., Иванов В.М. Молекулярная абсорбционная спектроскопия комплексов 4-(2-пиридилазо)резорцина как альтернатива атомно-абсорбционной спектроскопии // Вестн. Моск. ун-та. Сер 2. Химия. 1992. Т. 33. № 6. С. 570. (Ivanov A.V., Figurovskaya V.N., Ivanov V.M. Molecular absorption-spectroscopy of 4-(2-pyridylazo) resorcinol complexes as an alternative to atomic-absorption spectroscopy // Moscow Univ. Chem. Bull. 1992. V. 33. P. 570.)
  23. Ranjbar L., Yamini Y., Saleh A., Seidi S., Faraji M. Ionic liquid based dispersive liquid-liquid microextraction combined with ICP-OES for the determination of trace quantities of cobalt, copper, manganese, nickel and zinc in environmental water samples // Microchim. Acta. 2012. V. 177. № 1–2. P. 119.
  24. Martínez D., Torregrosa D., Grindlay G., Gras L., Mora J. Coupling dispersive liquid-liquid microextraction to inductively coupled plasma atomic emission spectrometry: An oxymoron? // Talanta. 2018. V. 176. P. 374.
  25. Pelipasov O.V., Polyakova E.V. Matrix effects in atmospheric pressure nitrogen microwave induced plasma optical emission spectrometry // J. Anal. At. Spectrom. 2020. V. 35. № 7. P. 1389.
  26. Hammer M. A Magnetically excited microwave plasma source for atomic emission spectroscopy with performance approaching that of the inductively coupled plasma // Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc. 2008. V. 63. P. 456.
  27. Donati G.L., Amais R.S,. Schiavo D., Nóbrega J.A. Determination of Cr, Ni, Pb and V in gasoline and ethanol fuel by microwave plasma optical emission spectrometry // J. Anal. At. Spectrom. 2013. V. 28. № 5. P. 755.
  28. Пелипасов О.В., Путьмаков А.Н., Чернов К.Н., Бурумов И.Д., Селюнин Д.О., Боровиков В.М. Спектрометр с источником микроволновой плазмы для одновременного многоэлементного атомно-эмиссионного анализа растворов // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 1. С. 108. (Pelipasov O.V., Put’makov A.N., Chernov K.N., Burumov I.D., Selyunin D.O., Borovikov V.M. Microwave plasma spectrometer for simultaneous multielement atomic-emission analysis of solutions // Ind. Lab. Diagn. Mater. 2017. V. 83. P. 108.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Scheme 1. Structural formulae of tetrabutylammonium (TBADOSS, n = 4) and tetrahexylammonium (THADOSS, n = 6) dioctylsulfosuccinates.

Download (16KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. Dependence of the extraction rate of 200 μg/ml metals in in situ formed (a) THADOSS and (b) TBADOSS in the presence of 5 × 10-4 M PAR on pH. Vo : Vv = 1 : 20, THAB : DOSSNa = THAB : DOSSNa = 1 : 1.

Download (75KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Dependence of the extraction rate of 200 μg/L metals in in situ formed (a) THADOSS and (b) TBADOSS on PAR concentration. pH 4.9, Vo : Vv = 1 : 20, THAB : DOSSNa = THAB : DOSSNa = 1 : 1.

Download (63KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Dependence of the extraction rate of 200 μg/L metals in in situ formed (a) THADOSS and (b) TBADOSS in the presence of 1 × 10-3 M PAR on the concentration ratio of THAB : DOSSNa and THAB : DOSSNa. Vv : Vo = 40:1, cPAR = 1 × 10-3 M, pH 4.9.

Download (101KB)
Indexing metadata
6. Fig. 4. Dependence of the extraction rate of 200 μg/L metals in in situ formed (a) THADOSS and (b) TBADOSS in the presence of 1 × 10-3 M PAR on the volume ratio of aqueous and organic phases. pH 4.9, THAB : DOSSNa = THAB : DOSSNa = 2 : 1.

Download (54KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences