Preconcentration of rare earth elements (REEs) using silica gel modified with several functional groups

Abstract

Çevre örneklerindeki nadir toprak element tayinleri genellikle spektrometrikve kromatografik tekniklerinin yanı sıra plazma teknikleri (endüktif elemi plazmaoptik emisyon spektrometri, ICP-OES, ve endüktif elemi plazma kütlespektrometri, ICP-MS) ile gerçekletirilmektedir. Plazmaya dayalı bu teknikler nadirtoprak elementlerinin tayini için etkili yöntemler olarak bilinse de; bu elementlerinderiimlerinin çok düük olması ve numunelerin içerdii aır matriksten dolayı,doru ve güvenilir sonuçlar elde etmek için enstrümantal ölçümlerden önce etkili birmatriks ayırma/ön-deritirme ilemi gerekmektedir.Bu çalımada, silika jele N ve S fonksiyonel grup içeren çeitli organik gruplartakılmaya çalıılmıtır. Modifiye silika jelin, çevre örneklerindeki nadir toprakelementlerinin ICP-MS veya ICP-AES ile tayininden önce ön-deritirilmesindekullanılması önerilmektedir. Bu organik gruplar (3-aminopropil)trimetoksisilan, (3-merkaptopropil)trimetoksisilan, 2-aminofenol, 2-aminotiyofenol, 2-aminobenzotiazolve L-glutamik asit dimetil esterdir. Çalımalar nadir toprak elementlerinin sadece (3-aminopropil)trimetoksisilan, (3-merkaptopropil)trimetoksisilan modifiye edilmisilika jel tarafından geni bir pH aralıında tutunduklarını (pH>3) göstermitir.Yüksek deriimlerde yapılan sorpsiyon çalımalarında, silika-aminonun, 10.0mg/L'ye kadar olan deriimlerdeki nadir toprak elementlerini %80'den daha fazlabir oranda tuttuu bulunurken, silika jel sadece %30'unu tutabilmitir. Sorbenttengeri alma çalımalarında, 1.0 M HNO3 kullanılmıtır. Takip eden çalımalar silikaaminoile gerçekletirilmitir. Deiyonize su, çeme suyu, deniz suyu ve jeotermalsulara dıardan yapılan katımların geri kazanım testlerinde (spike recovery tests),%81-110 arasında deien deerler elde edilmitir.

Determination of rare earth elements (REEs) in environmental samples can beperformed by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES)and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), in addition to otherspectrometric and chromatographic methods. Although these plasma-basedtechniques offer a good quality data for the determination of REEs, an efficientseparation/preconcentration technique prior to instrumental measurements may stillbe required due to low concentrations and the presence of heavy matrix, in order toachieve accurate and reliable results.In this study, silica gel modified with various organic compound containing Sand N functional groups was proposed as adsorbent material for preconcentration ofREEs in environmental waters before ICP-MS determination. These organiccompounds are (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS), (3-mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTMS), 2?aminophenol, 2-aminothiophenol, 2-aminobenzothiazole and L-glutamic acid dimethyl ester. It was shown that REEs canbe sorbed by only APTMS and MPTMS modified silica gel quantitatively in a broadpH range (pH>3). At high REEs concentration APTMS modified silica gel (silicaamino)worked better than silica gel. Up to 10.0 mg/L, silica-amino have sorbedhigher than 80% of the REEs while silica gel could sorb only 30% of them. Amongthe sorbents investigated silica-amino was chosen for subsequent experiments.Desorption from APTMS modified silica and silica gel was realised with 1.0 M HNO3.Spike recovery tests were performed in various water types including ultra purewater, sea water, tap water and geothermal water and were found to change between81-110%