Ek-2
BĠLĠMSEL ARAġTIRMA PROJESĠ
SONUÇ RAPORU
PROJE BAġLIĞI
Nevşehir İli Sınırlarında Kalan Kızılırmak Nehri‟ndeki Su, Bitki ve Çevre Örneklerinde
Bulunan Bazı Ağır Metallerin Zenginleştirme Metodu ile FAAS Kullanılarak Tayin Edilmesi
Proje No:2011/3
Proje Yürütücüsü:
Yrd. Doç. Dr. Sıtkı BAYTAK
Kimya Bölümü
AraĢtırmacılar:
Yrd. Doç. Dr. Ramazan MERT
Biyoloji Bölümü
NEÜ BAP
Nevşehir, 2012
1
ÖNSÖZ
Bu çalışmada, ilk defa Rhizopus oryzae doğal selüloz (Badem kabuğu) üzerine immobilize
edilerek Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) iyonlarının katı faz özütleme yöntemi ile zenginleştirme
şartları araştırılmıştır. Geliştirilen yöntem ile Nevşehir ili sınırlarında kalan Kızılırmak suyu,
balık ve bazı bitki örneklerinin analizinde kullanılmıştır.
Bu çalışmanın gerçekleşmesinde finansman ve alt yapı desteği sağlayan Nevşehir Üniversitesi
BAP birimine ve analizlerin bir kısmının yapılmasında yardımcı olan Ahi Evran Üniversitesi,
Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü Öğretim Üyesi Sayın Doç. Dr. Harun Çiftçi‟ ye
teşekkürlerimi sunarım.
2
ÖZET
Bu çalışmada, Rhizopus oryzae (mantar) tutturulmuş doğal selüloz üzerine, Fe(III), Mn(II) ve
Zn(II) iyonlarının katı faz özütleme yöntemi ile zenginleştirme şartları araştırıldı.
Elementlerin tayinleri alevli atomik absorpsiyon spektrometrik yöntemle yapıldı. Çalışılan
iyonların geri kazanma verimine pH‟nın, örnek çözeltisi akış hızının ve çözelti hacminin
etkisi incelendi. Belirlenen en uygun deneysel şartlarda Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) iyonlarının
geri kazanma verimi %95 güven seviyesi ile sırasıyla, %96±3, %98±3 ve %94±2 olarak,
bulundu. Yöntemin kesinliği, çalışılan iyonlar için gözlenebilme sınırı ve bilinen miktarda
madde ekleme yöntemi, standart referans maddeler kullanılarak yöntemin doğruluğu
belirlendi. Geliştirilen yöntem Kızılırmak suyu, domates yaprağı, fasulye yaprağı, taze fasulye
ve kadife balığı (Tinca tinca) örneklerinde, çalışılan elementlerin tayinine uygulandı. Gerçek
örnekler için bağıl hata değerleri yaklaşık olarak -%7 bulundu.
Anahtar Kelimeler: Zenginleştirme, Katı faz özütleme, Rhizopus oryzae, Doğal Selüloz,
Atomik absorpsiyon spektrometrisi, Eser Element, Çevre örnekleri
3
INVESTIGATION OF THE PRECONCENTRATION CONDITIONS OF Fe(III),
Mn(II) AND Zn(II) IONS WITH SOLID PHASE EXTRACTION BY USING
MICROORGANISMS IMMOBILIZED ON NATURAL CELLULOSE AND THEIR
DETERMINATIONS AND APPLĠED KIZILIRMAK WATER SAMPLES
ABSTRACT
In this study, preconcentration conditions of Fe(III), Mn(II) and Zn(II) ions for
microorganisms immobilized on natural cellulose by solid phase extraction method were
investigated. Rhizopus oryzae was studied as microorganisms. The determination of the
elements was carried out by flame atomic absorbtion spectrometry. The effect of pH, flow
rate and volume of sample solution on the recocery of the studied ions was investigated. The
recoveries Fe(III), Mn(II) and Zn(II) ions were found as 96±3%, 98±3%, and 94±2%,
respectively for Rhizopus oryzae immobilized on natural cellulose, under the optimum
conditions determined. The accurracy of the method by using addition samples, precision of
the method and limit of dedection for the studied ions were determined. The proposed method
was applied to Kızılırmak river water, tomato leaves, beams leaves, green beams and fish
samples (Tinca tinca) for the determination of the analytes. Relative standard deviation and
relative error were found as about -7%, respectively for real samples.
Keywords: Preconcentration, Trace metals, Rhizopus oryzae, Natural cellulose, flame AAS,
Environmental samples
4
AMAÇ VE KAPSAM
Kızılırmak nehrinde alınan su, balık ve nehir çevresinde yetişen sebze örneklerindeki ağır
metallerin derişimleri oldukça düşüktür. Analitik yöntemlerin pek çoğu ile bunların tayini
mümkün değildir. Mümkün olan yöntemlerin de maliyeti yüksektir. Bu örneklerdeki ağır
metallerin tayinin yapılabilmesi için bir ön işleme (zenginleştirme) tabi tutulması gerekir.
Zenginleştirme işlemleri sıvı-sıvı özütleme, birlikte çöktürme, elektrolizle biriktirme, iyon
değiştirme ve katı faz özütleme (adsorpsiyon) gibi teknikler kullanılmaktadır. Son yıllarda
katı faz özütleme tekniği oldukça yaygındır. Katı faz özütleme tekniğinde çeşitli doğal ve
sentetik polimerler kullanılmıştır. Bu çalışmada, doğal polimerler (selüloz, silikatlar, keratin
gibi) veya sentetik polimerler (Amberlit, ambersorb gibi) modifiye edilerek, ağır metallerin
katı faz özütleme tekniği ile zenginleştirme şartlarının araştırılması ve alevli atomik
absorbsiyon spektroskopisinde bu metallerin tayinlerinin yapılması amaçlanmıştır.
Bu çalışma kapsamında 15-20 yıldan beri yaygın olarak kullanılan katı faz özütleme tekniği
ile yeni bir yöntem geliştirildi. Ağır metallerin zenginleştirilmesinde, komlepleksleştirici
ligandlar yerine, mikroorganizmaların ve doğal selülozun kullanılmasıyla çevrenin daha az
zarar görmesi sağlanması düşünüldü.
Ayrıca kullanılan biyokütle, kolonda katı faz olarak başka kimyasal kullanılmadan defalarca
kullanılmıştır. Böylece, daha ekonomik ve çevreyi daha az kirleten yeni bir yöntem
geliştirilmiştir.
Alevli AAS ve ICP-AES gibi cihazlarla doğrudan analizi mümkün olmayan çevre
örneklerindeki Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) metal iyonları geliştirilen bu yöntem ile Kızılırmak
suyu, yeşil fasülye, fasülye yaprağı, domates yaprağı ve balık örneklerindeki bu metallerin
analizlerinde kullanılmıştır.
5
1. GĠRĠġ
Çevre örneklerinde bulunan eser elementler, çeşitli biyolojik tepkimelerde gösterdikleri
katalitik ve toksik etkileri nedeniyle günümüzde birinci derecede kirleticiler arasında yer
almaktadır. Diğer yandan Fe(III), Cu(II), Mn(II), Zn(II), Cr(III) gibi elementler ise, canlıların
yaşamında önemli görevler yerine getirmektedir. Bu elementler, gereğinden az alındığında
işlevini yeterince yerine getirememekte, fazla alındığında ise zehirlenmelere neden olmaktadır
[1].
Hg, Cd, Pb, Cr(VI) gibi elementler ise toksik etki göstermektedirler [2]. Bütün bu elementler
çeşitli yollarla çevreye yayılmakta ve farklı yollarla canlılar üzerinde olumsuz etkiler
gösterebilmektedir [3]. Bu elementlerin çevredeki derişimlerinin bilinmesi ve bunların sürekli
kontrol edilmesi önemlidir.
Çevre örneklerinde bu elementlerin derişimleri düşük olduğundan ve ortamdaki diğer türlerin
girişim etkilerinden dolayı bu elementlerin bazı analitik yöntemlerle doğrudan tayini mümkün
değildir. Eser elementlerin alevli AAS ve ICP-AES gibi doğrudan tayini mümkün olmadığı
için örneklerin analizden önce bir ön işleme tabi tutularak eser elementlerin ortamdan
ayrılması ve zenginleştirilmesi gerekmektedir [4].
Ön işlemler sırasında eser elementlerin bir ortamdan alınarak daha küçük bir hacme
toplanmasına „„Zenginleştirme‟‟ denir. Eser elementlerin zenginleştirmesinde sıvı-sıvı
özütleme (DLLME) [5], flotasyon [6], birlikte çöktürme [7], elektrolizle biriktirme [8], iyon
değiştirme [9,10] ve katı faz özütleme (adsorpsiyon) gibi teknikler kullanılmaktadır [11-20].
Bu zenginleştirme teknikleri içinde son yıllarda en çok tercih edileni adsorpsiyona dayalı
zenginleştirme tekniğidir [11-14]. Eser elementlerin adsorpsiyonla zenginleştirilmesinde,
çeşitli sentetik [14] ve doğal [15, 16] polimerler kullanıldığı bilinmektedir. Son yıllarda katı
faz olarak kullanılan reçineler arasında selülozun da olduğu bilinmektedir [15]. Eser
elementlerin adsorbsiyonla zenginleştirilmesinde tutunmayı artırmak için ya elementin uygun
bir kompleksi oluşturulmakta [12] ya da uygun kompleksleştirici ligant kolon üzerinde
önceden tutturulmaktadır [18, 19].
Son yıllarda, ligant yerine önceden katı faz üzerine tutturulmuş maya, bakteri ve mantar gibi
mikroorganizmalar, eser elementleri ortamdan ayırmak ve zenginleştirmek için geniş çapta
kullanılmıştır [18, 19].
Destek maddesi üzerine tutturulmuş mikroorganizmaların kullanım sayısı, serbest hücrelere
göre daha fazladır. Bunların aktivitesi ve seçiciliği de serbest hücrelere göre daha fazladır.
Bu nedenle, eser element tayinlerinde katı bir destek maddesi üzerinde mikroorganizma
tutturularak yapılan eser element zenginleştirme çalışmalarında artış görülmektedir.
6
Bu çalışmada, ilk defa Rhizopus oryzae mantarı doğal selüloz (Badem kabuğu) üzerine
tutturulmuş ve eser elementlerin zenginleştirmesinde kullanılmıştır. Rhizopus oryzae
tutturulmuş selüloz kolonlara yerleştirilmiş ve Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)‟nın zenginleştirme
şartları araştırılmıştır. Çalışmada örnek çözeltinin pH‟sı, örnek çözeltinin akış hızı ve hacmi
gibi parametrelerin çalışılan metal iyonların geri kazanma verimine etkisi incelenmiştir.
Geliştirilen bu yöntemin, en uygun şartlarda yöntemin kesinliği ve elementlerin
gözlenebilme sınırları belirlenmiştir.
Geliştirilen yöntem, Kızılırmak suyuna, bitki ve balık örneklerine uygulanmıştır. Yöntemin
doğruluğu ise standart referans maddelere ve bilinen miktarda ekleme ile tayin etme yöntemi
kullanılarak araştırılmıştır. Tüm tayin basamaklarında alevli AAS kullanılmıştır. Bir kısım
çevre örneklerindeki metal iyonların derişimi ICP-AES ile yapılmıştır.
7
2. GENEL BĠLGĠLER
2.1. Eser Elementlerin Önemi ZenginleĢtirme Yöntemleri ve Tayini
Günümüzde hızla ilerleyen çevre kirliliği büyük bir problem olmaktadır. Hava, su, toprak
kirliliğindeki anormal artış, gıda, ilaç ve çevre kimyası açısından eser elementlerin tayini daha
da önem kazanmıştır. Özellikle atmosferde gerçekleşen reaksiyonlarda bulunan eser
elementler toksik olmaları sebebiyle birinci derecede kirleticiler arasında yer almaktadır. Hg,
Cd, Pb, Cr(VI) gibi elementler çevreye yayılmakta ve canlılar üzerinde toksik etkiler
göstermektedir. Bu maddelerin derişimleri düşük olduğundan bazı analitik yöntemlerle
doğrudan tayini mümkün değildir.
Eser element analizi, organik ve inorganik örneklerdeki mg/L, µg/L veya ng/L seviyedeki
derişimlerin tayini olarak bilinir. Eser element analizinde kullanılan yöntemlerde standart ile
örneğin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin birbirine yakın olması gerekmektedir. Bu yüzden
standart hazırlama eser element analizinde önemli sorunlardan birisidir. Bu sorun analiz
elementini uygun bir ortama alarak ve deriştirme işlemi yapılarak ortadan kaldırılabilir. Bu
işlemlere ayırma zenginleştirme işlemleri denir.
2.2. ZenginleĢtirilen Elementlerin Genel Özellikleri
Zenginleştirilen elementler hakkında; doğada bulunuşu, kullanım alanları, su ve bazı
örneklerdeki derişimi hakkında genel bilgi verilmiştir.
2.2. 1. Demir
Doğada %4,7 oranında bulunur. Filizlerinde oksit, kükürt ve silisyum bileşikleri şeklinde
bulunur. Fe(II) sulu çözeltilerinde açık yeşil renkli Fe(III) ise kahve renklidir. Demir,
hemoglobinin yapısında bulunur. Kandaki demir derişimi 0,9 µg/L ile 1,4 µg/L arasındadır.
Nehir sularında 1-215 µg/L arasında, çeşme suyunda 32 µg/L, göl sularında 4 µg/L,
denizlerde 0,2-81µg/L derişiminde demir bulunur.
2.2. 2. Mangan
Mangan, atom numarası 25 kütle numarası 55 olan 7B grubu elementidir. Birçok
yükseltgenme basamağına sahiptir. Elementel haldeki mangan, beyaz-gri renklidir. Mangan
doğada %0,08 oranında bulunur. Yer altı kaynaklarından çıkartılan manganın çoğu çelik
üretiminde ve diğer sanayi dallarında kullanılır.
8
2.2. 3. Çinko
Çinko, mavimsi açık gri renkte, kırılgan bir metaldir. Elementlerin periyodik tablosunda geçiş
elementleri grubunda yer alır. Düşük kaynama sıcaklığı dikkat çekicidir. Bu değer
özellikle pirometalurjik metal üretiminde çok belirleyici bir etmendir. Dökülmüş halde sert ve
kırılgandır. 120 °C'de şekillendirilebilir. Elektrokimyasal potansiyel dizisinde demirden daha
negatif değerdedir. Böylece çinko anot olarak katodik korozyon korumada önemli bir
kullanım bulur. Galvanizleme bu tür uygulamalardan biridir. Çinko, yerkabuğunda en çok
bulunan elementler arasında 23. sıradadır.
En çok kullanılan cevheri sfalerit (ZnS) olup %40-50 çinko ve yaklaşık %10 demir içerir.
Çinkonun ayrıştırıldığı diğer mineraller smitsonit (çinko karbonat), hemimorfit (çinko silikat)
ve franklinit (Fe,Mn,Zn)(Fe,Mn)2O4) dir. Çinko korozyondan korunma amacıyla pillerin
gövdelerinin yapımında ve genellikle otomotiv endüstrisinde döküm kalıplarında kullanılır.
2. 3. Ayırma ve ZenginleĢtirme Yöntemleri
Ayırma yöntemleri genel olarak bir karışımdaki bileşenlerin iki faz arasında dağılma
katsayısının farklı olmasından yararlanılarak yapılır. Ayırma üç temel yönteme dayanır. Bu
yöntemler aşağıdaki gibi sıralanır:
I. Ana bileşen örnekten uzaklaştırılırken, eser bileşenler çözeltide kalır.
II. Eser bileşenler katı ya da çözünmüş örnekten uzaklaştırılırken ana bileşenler çözeltide
kalır.
III. Eser bileşenler, diğer eser bileşenlerden ayrılır.
Birinci madde uygulanmaz. Çünkü ana madde ayrıldığında ana maddeyle beraber eser
bileşenler de gelebilir. Eser element analizlerinde daha çok II. ve III. maddeler uygulanır.
Analizde tam bir ayırma istenildiğinde maskeleme kullanılır. Maskeleme, bileşen ortadan
kaldırılmadan uygun bir reaktif ilavesiyle girişim etkisi olan maddenin etkisinin yok
edilmesidir. Maskelemede kullanılan bileşen, çözeltideki bir bileşen ile seçici olarak
tepkimeye giren ve böylece bu bileşenin analizi bozmasını önleyen kompleksleştirici bir
maddedir.
2.3.1. ZenginleĢtirme yöntemlerindeki sınırlamalar
Teorik olarak sonsuz küçük derişimlerdeki eser elementlerin deriştirilmesi düşünülebilir.
Ancak pratikte aşağıda açıklanan nedenlerden dolayı bir takım sınırlamalar getirilmiştir.
9
2.3.1.1. Element kaybı
Eser elementlerin, zenginleştirilmesinde geri kazanma değeri, ayırma basamaklarında
meydana gelen eser element kaybı nedeniyle genellikle % 100‟den daha azdır. Bu kayıplar,
uygulanan zenginleştirme yöntemleri boyunca meydana gelen buharlaşma, tam olamayan
ayırma, araştırıcının dikkatsiz çalışması ve çalışmada kullanılan cam malzemelerin
çeperlerindeki adsorpsiyon sonucu olur. Genelde çok düşük derişimlerdeki eser elementlerin
kaybı bağıl olarak daha fazla olur. Bu kayıplar, radyoaktif eser tekniklerin kullanımı ile
araştırılabilmektedir.
2.3.1.2. Kirlenme
Ayırma sırasında örneğe, değişik kaynaklardan analit içeren yabancı maddeler girebilir.
Basitçe kirlenme olarak adlandırılan bu olay, eser analizde karşılaşılan önemli problemlerden
biridir. Bu problem, reaktiflerden, kullanılan kaplardan, ayırma için kullanılan diğer
cihazlardan, hatta laboratuvar atmosferinden dahi gelebilir. Kirlenmeyi belirlemek amacı ile
örnek olmaksızın ayırmanın bütün adımları gerçekleştirilerek “ kör deneme ” yapılır.
2.3.1.3. Tekniğin basitliği ve hızı
Analit derişimi ne kadar düşük olursa, gerek tayin gerekse ön işlemlerin uygulanmasında
çeşitli güçlüklerle karşılaşılır. Ayrıca, uygulanacak işlemlerin artan sayısı zaman kayıplarını
ve daha fazla reaktife olan ihtiyacı artırır. Fazla reaktif kullanımı ise kirlenme riskini artırır.
Yöntemin yavaş yürüyen basamaklar içermesi, kap çeperi ile çözeltilerin etkileşimlerine yol
açar.
2.3.1.4. Örnek miktarı
Uygulamada alınan örneğin maksimum miktarı, örnekleme güçlükleri yüzünden sınırlıdır.
Ultra saf metaller ve bileşiklerle, diğer nadir bulunan doğal ve yapay maddeler gibi bazı örnek
türleri yalnız küçük miktarlarda mevcut olup çok pahalıdır. Gerekli olan örnek büyüklüğü
kullanılacak olan yöntem kadar, istenilen eser elementlerin derişimlerine de bağımlıdır. ppm
veya ppb düzeyindeki eser elementlerin tayini için kullanılan örnek miktarı ∼0,1-0,5 gramdır.
Bu miktar sıvı örnek için genelde 10-100 mL‟ dir. Ancak bugün akışa enjeksiyon ve probe
tekniklerinde örnek miktarı mikrolitre mertebesine kadar düşürülmüştür. Artan örnek miktarı,
daha fazla reaktif gerektirdiğinden kontaminasyon riskini artırır.
Eser elementlerin ayrılması ve zenginleştirilmesi:
 Sıvı-sıvı özütleme
10
 Elektroliz
 İyon değiştirme
 Uçuculaştırma
 Birlikte çöktürme
 Katı faz özütleme
gibi yöntemlerle yapılabilir.
2.3.2. Sıvı-sıvı özütleme yöntemi ile zenginleĢtirme
Bu yöntemde organik ve su fazı vardır. Sulu fazdaki eser bileşenler organik faza iyonik
kompleks ve şelatları şeklinde geçer. Bu yöntemdeki dağılma katsayısına etki eden faktörler
ise metal iyonunun türü, pH, sulu fazdaki tepkimeler, ligant, çözücü türü ve sıcaklıktır.
Seçimlilik bu kriterlere dayanılarak elde edilir. Yöntem basit hızlı olduğundan dolayı oldukça
önemlidir. Bu yöntemde, genellikle ayırma hunisi kullanıldığı için büyük hacimlerle çalışmak
zordur.
2.3.3. Elektroliz yöntemi ile zenginleĢtirme
Çeşitli elektrolit çözeltilerden eser elementleri uygun bir çalışma elektrodu üzerine
topladıktan sonra küçük bir hacim içerisine almak mümkündür. Elektrolit ve örneğin bileşimi,
elektrolit türü ve şekli, elektroliz hücresi ve diğer bazı deneysel parametreler analiz edilecek
elementin elektrolizle toplanmasına etki eder. Bu tür çalışmalar genellikle potansiyel
kontrollü yapılır.
2.3.4. Ġyon değiĢtirme yöntemi ile zenginleĢtirme
İyon değiştirme ile yapılan zenginleştirmede, katı maddenin yapısında bulunan iyonlar,
çözelti içindeki aynı cinsten yüklü başka iyonlarla yer değiştirirler. İyon değiştirme tekniği ile
büyük hacimli çözeltiler daha küçük hacimden geçirilirken, eser elementlerin seçimli olarak
tutunmaları sağlanır. Tutulan eser elementler küçük hacimli bir elüent ile ikinci bir faza
alınarak zenginleştirilir. İyon değiştiriciler değişebilir anyon ve katyonları taşıyan çözünür
olmayan katı maddelerdir. Bu amaçla kullanılan katı maddeler, çözelti ortamında çözünmeyen
büyük moleküllü doğal ve yapay maddelerdir. Bunlar organik ve inorganik olarak ikiye
ayrılırlar. Anorganik olanlar çok eskiden beri bilinen kil ve zeolitlerdir. Organik iyon
değiştiriciler katyonik ve anyonik iyon değiştiriciler olmak üzere ikiye ayrılırlar. Bu sentetik
reçineler, yapı olarak iki kısımdan oluşur. Birinci kısmını reçinenin üç boyutlu iyon
hidrokarbon ağı oluşturur. Diğer kısmını ise hidrokarbona kimyasal bağlarla bağlanmış asidik
11
ya da bazik, iyonlaşabilen gruplar oluşturur. Organik ağ sabittir ve kullanılan çözücülerde
çözünmezler. Bir iyon değiştirici reçinenin kimyasal tepkimeleri, hidrokarbon iskeletine bağlı
olan fonksiyonel gruplar dolaylı bir şekilde belirlenir. Belli başlı iki iyon değiştirici grup
vardır. Bunlar fonksiyonel grupları sulu ortamların katyonlarıyla reaksiyona girebilen katyon
değiştiriciler ve fonkiyonel grupları sulu ortamların anyonlarıyla reaksiyona girebilen anyon
değiştiricilerdir. Bazı maddeler de hem anyon hem katyon değişimi yeteneğine sahip olup
amfoterik iyon değiştiriciler adını alır. Katyon değiştiriciler yapılarında –SO3H, -COOH ve
–OH gibi fonksiyonel grupları içerir. Anyon değiştiriciler ise –NR+, -NR2, -NHR, -NH2 gibi
gruplar bulundurur. İyon değiştirme tekniği kullanılarak yapılan zenginleştirme işlemlerinde
genelde iyon değiştirici reçine kolona yerleştirilir. Eser elementleri içeren çözelti kolondan
geçirilerek, metal iyonlarının kolonda tutunması sağlanır. Çözelti içinde bulunan iyonlar
temas ettikleri katı maddenin yapısında bulunan aynı yüklü iyonlarla yer değiştirir. Reçineye
tutunan metaller elüe edilerek eser elementler tayin edilir. İyon değiştirici seçiminde
fonksiyonel grupların seçimliliği, değiştirme kapasitesi, değiştirme hızı, iyon değiştiricinin
rejenerasyonu ve uygun elüentin kullanılması önemli parametrelerdir.
2.3.5. UçuculaĢtırma yöntemi ile zenginleĢtirme
Yöntem kolay uçucu ve kolaylıkla uçucu bileşiklerine dönüştürülebilen bazı elementler için
son
derece
önemlidir.
Ancak
inorganik
eser
analizde,
metallerin
uçurma
ile
zenginleştirilmeleri yaygın değildir. Bu zenginleştirme yönteminde matriks ile eser element
arasında uçuculuk farkının büyük olması gerekir. AAS, AES ve AFS (Atomik Floresans
Spektroskopisi)‟de kullanılan hidrürüne dönüştürme (As, Se, Sb, Te gibi elementler için), dc
ark AES‟de kullanılan taşıyıcı destilasyonu uçuculuk farkından yararlanılarak yapılan ayırma
yöntemlerindendir. Ayrıca seçimli buharlaştırma ile elektrotermal atomlaşmalı atomik
absorpsiyon spektrometresi (ETA-AAS)‟de matriks ayrılması yaygındır.
2.3.6. Birlikte çöktürme yöntemi ile zenginleĢtirme
Bir sulu çözeltide 1 mg/L'den daha düşük derişimlerde bulunan eser elementlerin geleneksel
çöktürme teknikleriyle kantitatif olarak çöktürülmesi genellikle zor veya mümkün değildir.
Çöktürücü reaktif ile eser elementlerin oluşturacağı bileşiğin çözünürlük çarpımı çok küçük
olsa dahi, çözeltide kolloidal çökeleklerin oluşumu veya küçük miktarlı çökelekler, geleneksel
çöktürme tekniklerinin kullanılmasını engeller. Bu nedenle genellikle eser elementlerin
zenginleştirilmesinde birlikte çöktürme yöntemi kullanılmaktadır. Birlikte çöktürme yöntemi,
çözeltideki eser elementlerin toplayıcı veya taşıyıcı çökelek olarak adlandırılan miligram
12
düzeyindeki inorganik veya organik karakterli bir çökelek üzerinde, meydana gelen çeşitli
mekanizmalar sonucu toplanmasıdır. Bu yöntemin temelini oluşturan birlikte çöktürme olayı,
çökeleğin çok saf elde edilmesi istendiği zaman istenmeyen bir durumken, eser elementlerin
zenginleştirilmesinde tercih edilen bir olaydır.
2.3.7. Adsorpsiyon (katı-faz özütleme) yöntemi ile zenginleĢtirme
Kimyasal analizi yapılacak olan plazma, serum, idrar gibi biyolojik; su toprak hava gibi
çevresel ve gıda, farmasotik ürünler gibi çeşitli numuneler, genellikle aranan maddenin
dışında birçok bileşenin yer aldığı karışık bir matriks içerirler. Bu nedenle kompleks
matrikslerdeki eser elementlerin bu ortamlardan ayrılması ve deriştirilmesi çok önemli bir
basamaktır. Ayırma işlemi ile analitin analizine bozucu etki yapabilecek veya analiz
cihazlarının kirlenmesine neden olabilecek kirliliklerin uzaklaştırılması sağlanır. İşte bu
sebeple çeşitli kimyasal yöntemleri geliştirilmiştir. Bunlar arasında adsorpsiyona dayalı katı
faz özütleme metodu en çok tercih edilen zenginleştirme metodlarından biridir.
Katı faz özütleme metodunda, analit iyonları kolondan geçerken adsorban ile arasında
kimyasal bir etkileşim meydana gelir. Bu etkileşim iki şekilde gerçekleşebilir. Birinci
yöntemde analiz edilecek bileşen adsorbana bağlanarak kolon içinde tutunurken, çözelti ve
istenmeyen bileşenler bu madde ile herhangi bir etkileşime girmezler. Daha sonra istenmeyen
bileşenler uygun yıkama çözeltisi ile yıkanarak uzaklaştırılırken, adsorbana tutunmuş analit
iyonları uygun bir çözelti yardımıyla çözülerek alınır. Daha sonra analit iyonları uygun bir
elüent ile elüe edilerek, hem daha uygun bir ortam içine alınmış, hem de deriştirilmiş olurlar.
Daha az tercih edilen ikinci yöntemde ise, istenmeyen madde adsorban ile etkileşerek kolonda
tutunur. Özellikle atık yağlar gibi matriksten ayrılması zor olan maddelerin analizinde
kullanılan bu yöntemde, matriksteki istenmeyen bileşenler adsorban tarafından tutulur. Asıl
aranan madde ise adsorban ile herhangi bir etkileşime girmez. Daha sonra uygun bir çözelti
yardımıyla çözülerek toplanır. Burada adsorban filtre görevi görür. Sıvı örneğin kolondan
geçirilmesi, yer çekimi ya da vakum vasıtasıyla gerçekleştirilir.
2.3.7.1. Yapısal özelliklerin adsorpsiyona etkisi
Katı faz özütleme metodunda maddelerin birbirinden ayrılması, analizi yapılacak maddenin
molekülleri ile adsorban maddedeki etkin grupların etkileşimine dayanmaktadır. Analizi
yapılacak madde molekülleri adsorban maddedeki etkin gruba iyonik, hidrojen, dipol-dipol,
dipol-indüklenmiş dipol ve indüklenmiş dipole indüklenmiş dipol (van der waals) bağları ile
bağlanır. Bu şekilde analit iyonları, matrikste girişim yapabilecek istenmeyen bileşenlerinden
13
ayrılmış olur. Katı faz özütleme mekanizmaları, analiz edilecek madde çözücü ve adsorbanın
özelliklerine göre gerçekleşir. Belli bağlı ayırma mekanizmaları olarak normal faz, ters faz,
iyon değişimi (anyonik ve katyonik) ve moleküler eleme sayılabilir. Normal faz; polar
bileşiklerin polar olmayan matrikslerden ayrılması işlemidir. Bu yöntemde en fazla kullanılan
tutucu madde silikadır. Florosil ya da silica ve aluminaya çeşitli grupların eklenmesiyle elde
edilen siyano, diol ve amino grubu adsorbanlar örnek olarak verilebilir. Ters faz, tutucu
maddenin polaritesinin örnek çözeltisinin polaritesinden daha düşük olduğu durumlarda
gerçekleşen mekanizmadır.
2.3.7.2. Adsorbsiyon mekanizması
Katı faz özütleme yöntemi dört basamaktan oluşmaktadır. İlk basamakta; katı faz uygun bir
çözücü ile yıkanarak hem istenmeyen safsızlıklar giderilmiş olur, hem de dolgu maddesinin
ıslanması sağlanır. Şartlandırma işlemi, kolondan uygun madde geçirilerek tutucu maddenin
aktif hale getirilmesi ve matriksteki maddeler ile tekrarlanabilir etkileşim için gerekli ortamın
sağlanabilmesi amacıyla yapılmaktadır.
Polar olmayan tutucu maddeler, kolon hacminin 2-3 katı miktarda suyla karışabilen metanol,
tetrahidrofuran ve izopropanol gibi polar çözücüler ile polar tutucu maddeler ise polar
olmayan çözücülerle şartlandırılmaktadır. Bu amaçla genel olarak metil alkol, su ve ardından
örnekle aynı pH‟daki tampon çözeltiler kullanılır. İkinci basamakta; örnek yer çekimi
kuvvetiyle ya da peristaltik pompa vasıtasıyla kolondan geçirilir. Örneğin kolondan akış
hızının, analitlerin etkin olarak tutunmasını sağlayacak kadar yavaş, zaman kaybına neden
olmayacak kadar hızlı olmalıdır.
14
ġekil 2.1. Katı faz özütleme kolonu
Üçüncü basamakta, zayıf bir elüsyon özelliği gösteren uygun bir çözücü ile katı faz yıkanarak,
katı faz üzerinde olabilecek matriks iyonları uzaklaştırılmış olur. Dördüncü basamakta;
kolondan uygun bir elüent ile geçirilerek, analit iyonları elüe edilir. Elüsyon için genelde
şelatın yapısını bozan ve eser elementi serbest hale getiren bir asit kullanılmaktadır. Eğer
ortamda, katı faz üzerinde analitten daha kuvvetli bir şekilde tutunabilecek türler varsa,
elüsyondan önce uygun bir çözücü ile yıkanarak uzaklaştırılır.
Katı faz özütleme tekniğinde katı faz olarak adsorblama kapasitesi yüksek adsorbanlar
kullanılır. Adsorblama kapasitesi yüksek olan doğal katılara örnek olarak kömür, kil, zeolit ve
çeşitli metal filizleri verilebilir. Kullanılan adsorbanlar, inorganik (inorganik oksitler) ve
organik (doğal ve sentetik polimerler) bazlı olmak üzere iki sınıfa ayrılabilirler.
En önemli inorganik bazlı adsorbanlar; silika jel, gözenekli cam, C18 bağlı silikajel, floorisil
alumina ve diğer inorganik oksitlerdir. İnorganik bazlı adsorbanlarda istenmeyen yapılar
oluşabildiği için organik bazlı adsorbanlar daha yaygın olarak kullanılır. Organik bazlı olanlar
polimerik olan ve polimerik olmayan adsorbanlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. Polimerik
olanlar eser element çalışmalarında daha çok kullanılmaktadır. Polimerik olmayan organik
bazlı adsorbanlara örnek olarak, aktif karbon, naftalin ve grafit örnek olarak verilebilir.
15
Polimerik olan organik esaslı adsorbanlara ise, polistiren divinilbenzen, polimetilmetakrilat
divinilbenzenvinilprolidin ve poliüretan polimerleri örnek olarak verilebilir. Bunlar eser
analizlerde yaygın olarak kullanılan polimerik adsorbanlardandır.
2.3.7.3. Katı faz özütleme teknikleri
Bir katı faz üzerinde uygun bir forma dönüştürülen analitlerin adsorpsiyonu ve sonra uygun
eluasyon çözeltisi ile katı faz üzerinden desorpsiyonunu esas alan zenginleştirme
yöntemleridir. Batch tekniği ve kolon tekniği olmak üzere iki guruba yarılır. Bu çalışmada
kolon tekniği kullanılmıştır. Kolon tekniği;
Katı faz özütleme yöntemlerinden kolon yöntemi, batch yöntemine göre daha yaygın olarak
kullanılır. Bu yöntemde genellikle 0.5, 0.8 ve 1,0 cm çapında, 10-15 cm uzunluğunda
musluklu mini kolonlar kullanılır. Eser metalleri tutacak olan adsorban kromatografik kolona
doldurulur. Örnek çözeltisi kolondan geçirilmeden önce, yaklaşık 5-10 mL örnek çözücüsüne
benzer bir çözeltinin geçirilmesi ile şartlandırılır. Hazırlanan kolondan örnek çözeltisi
geçirilerek eser elementlerin kolonda tutunması sağlanır. Eser elementi içeren çözeltinin pH
ayarlaması, uygun şelatlaştırıcının eklemesi vb. gibi gerekli ön işlemleri yapıldıktan sonra
kolondan geçirilerek metal iyonlarının adsorban üzerinde tutunmaları sağlanır. Adsorban
üzerinde tutunmuş istenmeyen maddeler varsa uygun bir çözelti kullanılarak yıkanarak
uzaklaştırılır. Burada kullanılan çözücü, analiti etkilemeden sadece matriks bileşenlerini
önemli ölçüde desorbe edebilmelidir. Katı faz üzerinde adsorblanan analit iyonları, kolondan
elüent denilen uygun bir çözücünün geçirilmesi ile daha küçük bir hacme alındıktan sonra
analit derişimi tayin edilir.
2.4. Adsorpsiyonla Yapılan ZenginleĢtirme ÇalıĢmaları
Son yıllarda organik ve inorganik karakterli pek çok doğal ve sentetik polimerler
adsorpsiyonla zenginleştirme yönteminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmalardan
bazıları aşağıda verilmiştir.
Kendüzler ve Türker, Ambersorb-572 polimeri üzerine Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)
zenginleştirme şartlarını araştırmışlardır. Fe(III) iyonunu etilendiamintetraasetikasit (EDTA)
ile Mn(II) ve Zn(II) ise 1,10-fenontrolin ile kompleksleri haline getirilerek katı fazdan
tutturmuşlardır. Bu çalışmada, çözelti pH‟sı, çözelti akış hızı ve hacmi, katı faz miktarı, geri
alma çözeltisinin türü, hacmi ve derişimlerinin, çalışılan metallerin geri kazanma verimine
etkisi araştırılmıştır. Geliştirilen yöntem, çeşitli suyu örneklerine uygulanmıştır [22].
16
Karatepe ve arkadaşları, Cu(II), Fe(III), Pb(II), Ni(II) ve Cd(II) iyonlarının tayininde, çift
duvarlı nano karbon katı fazını adsorben olarak bu iyonların zenginleştirmesinde
kullanmışlardır. Bu amaç için sözü geçen iyonlar 4-(2-Thiazolylazo) resorcinol ile şelatlarına
dönüştürmüşler ve nano karbon ile zenginleştirmişlerdir. Çalışmada çözeltinin iyonların geri
kazanma verimine pH‟nın, çözelti hacminin ve çözeltinin akış hızı gibi parametrelerin etkisi
incelenmiştir. Eluent olarak 2 M HNO3 kullanılmıştır. Yöntemin tayin sınırı da 0,7-4,4 µg/mL
olarak bulunmuştur [23].
Chen ve arkadaşları, selüloz kullanılarak Cd elementinin zenginleştirme şartlarını
araştırmışlardır.
Çalışmalarında
atomik
floresans
spektroskopisi
kullanmışlardır.
Geliştirdikleri yöntemi, standart referans suya, nehir suyu ve deniz suyuna uygulamışlardır.
Yöntemin zenginleştirme faktörü 19,5 tayin sınırı ise 3 ng/L olarak bulunmuştur [17].
Tsukinoki ve arkadaşları, EDTA ile selüloz kompleksi oluşturarak Cu, Ni ve Co ın sulu
çözeltideki derişimlerinin tayininde adsorben olarak kullanmışlardır. Bu yöntemde hem
çalkalama hem de kolon tekniği kullanılmıştır. Zenginleştirme faktörü bütün elementler için
200, 10 mL 1 M HNO3 eluent olarak kullanılmıştır. Adsorbenin kapasitesi de Cu için, 0.25
mmol/g Co için, 0.30 mmol/g ve Ni için de 0.29 mmol/g bulunmuştur [24].
Literatürlerde verilen çalışmaların çoğunda eser metal iyonları, ya komplekslerine
dönüştürüldükten sonra katı faz yüzeyinde, ya da şelatlaştırıcı reaktif tutturulmuş katı fazda
zenginleştirilmişlerdir. Kompleksleştirici reaktifler kullanılarak yapılan zenginleştirme
çalışmalarından bazıları şunlardır.
Marahel ve arkadaşları, yeni bir shiff baz 2-(2,4-dichlorobenzylideneamino)benzenethiol
sentezleyerek Duolite XAD 761 katı fazı üzerinden Cr3+, Co2+, Cu2+, Fe3+, Ni2+ ve Zn2+ metal
iyonlarının zenginleştirmesinde kullanmışlardır. Bu çalışmada metal iyonların geri
kazanmasında ortamın pH sı, ligantın miktarı, adsorbenin miktarı ve eluent miktarı gibi
parametreler incelenmiştir. Bunun için 6 mL 4 M HNO3 çözelti eluent olarak kullanmışlardır.
Genel olarak metallerin geri kazanma verimi %94 ün üzerindedir. RSD değerleri de %1.5 ile
2.2 arasında değişmektedir [25].
Zang ve arkadaşları, ethilendiamini çok duvarlı karbon nano tüp üzerine modifiye edilerek
Cr(III), Fe(III) ve Pb(II) metal iyonların zenginleştirmesinde adsorben olarak kullanılmıştır.
Bu çalışmada metal iyonlarının geri kazanmasında pH nın etkisi çalkalama süresi akış hızı,
çözelti hacmi, eluent türü ve miktarı gibi parametreler incelenmiştir. Adsorbenin kapasitesi
sırasıyla Cr(III) için, 39.58 Fe(III) için, 28.69 ve Pb(II) için 54.48 mg g−1 bulunmuştur.
Yöntemin tayin sınırı 0.35 ng mL−1 nın altında ve 11 ölçüm için bağıl standart sapma da %3,5
17
olarak bulunmuştur. Yöntemin doğruluğunu standart referans maddelere, biyolojik ve doğal
sulara uygulamıştır. Analizlerinde ICP-OES cihazı kullanmıştır [26].
Mendil ve arkadaşları, Bacillus thuringiensis var. israelensis mikroorganizmasını
Chromosorb 101 üzerine immobilize ederek Cd(II), Pb(II), Mn(II), Cr(III), Ni(II) ve Co(II)
metal iyonlarının zenginleştirmesinde kullanmışlardır. Yöntemin geliştirmesinde iyonların
geri kazanmasında çözeltinin pH sının, çözelti hacmi ve akış hızının, adsorben miktarının
etkisi incelenmiştir. Yöntemin tayin sınırı 3σ için 0.37–2.85 µgL−1 aralığında bulunmuştur.
Yöntemin doğruluğu için standart referans maddelere (IAEA 336 Lichen and NIST SRM
1573a Tomato leaves) uygulanmıştır. Pirinç, konserve balık gibi örnekler mikrodalga fırında
çözünerek ayrıca kırmızı şarap, deniz suyu, doğal su ve idrarda çalışılan metal iyonlarının
analizi yapılmıştır. Analizlerin tamamı alevli atomik absorpsiyon spektrofotometresi ile
yapılmıştır [27].
Kocaoba ve Arısoy, Pleurotus ostreatus (fungus) u Amberlite XAD-4 polimeri üzerine
immobilize ederek Cr(III), Cd(II) ve Cu(II) metal iyonlarının zenginleştirmesinde katı faz
olarak kullanmışlardır. Cr(III), Cd(II) and Cu(II) metal iyonları pH 4–5 arasında en iyi
tutunmayı sağlamıştır. Bu metal iyonlar 1 M HCl, 200 mg adsorben ve 2.5 mL min-1 akış hızı
ile %95–100 arasında geri kazanılmıştır. Kolondaki adsorben 10 defa kullanılabilmiştir [27].
Baytak ve arkadaşları, Aspergillus niger (mantar)ı biyokütlesini silika gel üzerine immobilize
ederek, sulu çözeltiden Cr(III), Cu(II), Zn(II) ve Cd(II) iyonlarını sırasıyla %98±2, %98±3,
%99±2 ve %100±2, adsorpsiyonla ayırmada kullanmıştır. Geliştirilen yöntemi çeşitli sulara
uygulamış ve - %8 dan daha düşük hata ile sonuçlar bulmuşlardır. Analizlerinde alevli AAS
kullanmışlardır [28].
Baytak ve arkadaşları, Yamadazyma spartinae (maya)‟nin biyokütlesini nano TiO2 üzerine
immobilize ederek, sulu çözeltiden Cr(III), Cu(II), Fe(III), Mn(II), Ni(II) and Zn(II) iyonlarını
sırasıyla %98±2, %99±2, %100±2, %99±2, %99±4 ve %100±4 katı faz özütleme tekniği ile
ayırmada kullanmıştır. Geliştirilen yöntemi çeşitli su örneklerine ve standar referans su
örneğine uygulamış ve - %7 dan daha düşük hata ile sonuçlar bulmuştur. Analizlerin tamamı
ICP-AES ile yapılmıştır [18].
Baytak ve Türker, Penicillium digitatum’ u pomza taşına (Isparta) immobilize ederek, sulu
çözeltiden Co(II), Fe(III) and Ni(II) iyonlarını sırasıyla %100±2, %98±2, %99±2, katı faz
özütleme tekniği ile ayırmada kullanmıştır. Geliştirilen yöntemi çeşitli çevre örneklerine ve
standart referans maddeye uygulamış ve -%8 dan daha düşük hata ile sonuçlar bulmuştur.
Analizlerin tamamı alevli AAS ile yapılmıştır [29].
18
3. ATOMĠK SPEKTROSKOPĠSĠ
Gaz halindeki atomların veya gaz halindeki tek atomlu iyonların absorpsiyon, emisyon ve
floresans özellikleri üzerine kurulmuş olan spektroskopi dalına atomik spektroskopisi denir.
Atomik spektroskopisiyle gaz halindeki atomların ve iyonların ultraviyole, görünür alan ve Xışınları spektrumları incelenir.
3.1. Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi (AAS)
Atomik absorpsiyon spektroskopisi, ışın enerjisinin temel halde bulunan serbest haldeki
atomlar tarafından absorplanmasını inceler. Bir atomun temel haliyle uyarılmış halleri
arasındaki enerji farkları başka bir atominkinden farklı olduğundan, her atomun kendine özgü
bir absorpsiyon spektrumu vardır. Absorbe edilen ışık miktarı ölçülerek, örnekte bulunan
elementin konsantrasyonu tayin edilir.
Atomik absorpsiyon spektroskopisi, bir analitik yöntem olarak 1960‟larda geliştirilmiştir. Çok
yakın geçmişte, atomik emisyon spektroskopisi (AES) ve AAS‟nin bir tamamlayıcısı olarak
da plazma emisyon spektroskopisi birçok analizler için yeni olanaklar sağlamıştır. Atomik
absorpsiyon spektrometreleri (AAS), analitik kimya laboratuvarlarında çok yaygın olarak
kullanılan bir cihazdır. AAS olayları iki ana prosese ayrılır:
Örnekten serbest atomların oluşturulması,
Dış kaynaktan gelen ışının oluşturulan serbest atomlar tarafından absorbe edilmesidir.
3.1.1. Sistemin temel bileĢenleri
Atomik absorpsiyon spektrometrelerinin en önemli kısımları; analite özgü dalga boyunda ışık
yayan bir ışık kaynağı (OKL), örnek çözeltisinin atomik buhar haline getirildiği atomlaştırıcı,
çalışılan dalga boyunu diğer dalga boylarından ayıran monokromatör ve ışık şiddetinin
ölçüldüğü dedektördür.
19
ġekil 3.1. Atomik Absorbsiyon Spektrometresi Blok Diyagramı
AAS yönteminde ilk olarak, atomlaştırıcı ile örneğe ait serbest atomlar oluşturulur. Daha
sonra oluşturulan bu serbest atomlar üzerine ışık kaynağından ışık gönderilerek, ışık
kaynağından gelen ışının bu atomlar tarafından absorplanması sağlanır. Alevde, örneğin
atomlaştırılabilmesi için ilk olarak örnek çözeltisinin aleve püskürtülmesi gerekir. Sıvı örnek,
sisleştirici vasıtasıyla yüksek basınçlı bir gazla karıştırılıp ince damlacıklar şeklinde sise
dönüştürüldükten sonra, aerosolleri şeklinde aleve püskürtülür. Örnek, yakıt ile birlikte
aerosolleri halinde aleve girdikten sonra, çözücüsü buharlaştırılır. Çözücüsü uçurulduktan
sonra geriye kalan katı madde buharlaştırılır ve atomlarına dönüştürülür.
Atomlaştırma, aerosol içindeki analizlenecek maddenin temel haldeki serbest atomlarına
dönüştürülmesi işlemidir. Örneğin atomlaştırılması için alevli ve alevsiz atomlaştırıcılar
kullanılmaktadır. Alevli atomlaştırıcılarda, alev içine püskürtülen örnek çözeltisinin önce
çözücüsü buharlaştırılır ve geriye kalan katının gaz halinde atomlarına ayrışarak atomlaşması
sağlanır. Bu atomlar AAS‟de absorbsiyon yapan türlerdir. Alev sıcaklığı AAS‟de önemlidir.
Tam istenen sıcaklık yanıcı/yakıcı gaz oranına bağlıdır. Alevde atomlaşma verimi bu orana
bağlı olarak değişir.
Her elementin atomlaşması için gerekli olan yanıcı ve yakıcı gaz türleri farklıdır. Alevli
AAS‟de bu gaz oranı ayarlanarak, temel düzeyde bulunabilecek serbest atomların sayısı
yükseltilerek, emisyon ya da iyonlaşma gibi bozucu etkiler minimuma indirilebilir. AAS‟de
en yaygın olarak kullanılan alev hava/asetilen alevidir. Sağlanan sıcaklık birçok elementin
atomlaşması için yeterlidir. Ancak aluminyum, bor, baryum, molibden, skandiyum, berilyum,
20
silisyum, talyum, vanadyum, zirkonyum, lantanid ve aktinidler gibi alevde çok kararlı ve
parçalanması güç oksitlerine dönüşen elementlerin atomlaşması için, hava/asetilen yerine
daha yüksek sıcaklık sağlayan azotprotoksit/asetilen alevi kullanılır. Bu yanıcı-yakıcı gaz
karışımları tayin edilecek elemente bağlı olarak belirlenir ve 5 ya da 10 cm uzunluğundaki
burner (alev başlığı)‟a gönderilerek, elemetlerin gaz halindeki atomlarına dönüştürülmesi
sağlanır.
3.1.2. IĢın kaynakları
AAS‟de dar hatlı ışın kaynakları kullanılmaktadır. Işın kaynakları olarak oyuk katot lambası
(OKL), elektrotsuz boşalım lambaları (EBL) ve buhar boşalım lambalarıdır. En yaygın
kullanılanı ise OKL lambalarıdır. Oyuk katot lambaları, düşük basınçta neon ya da argon gibi
bir asal gazla doldurulmuş silindir biçiminde lambalardır. Katot, oyuk bir silindir şeklindedir
ve analiz edilecek metal yada onun alaşımından yapılmıştır.
Anot ise tungsten veya nikelden yapılmış bir teldir. Lambanın gövde kısmi pyreks, pencere
kısmı kuartzdır. Lamba 30 mA akım (dc) ve 400 V gerilimde çalışır. Anot ile katot arasına
gerilim uygulandığında lamba içindeki asal gaz atomları anotta iyonlaşır. Oluşan iyonlar
katota çarparak yüzeydeki metal atomlarını koparır ve uyarırlar. Uyarılan atomlar temel enerji
düzeyine dönerken katot elementine özgü dalga boyunca ışıma yaparlar.
AAS‟de dar emisyon hattına sahip ışın kaynakları kullanılır. AAS ile tayinlerde primer ışın
kaynağının yaydığı ışının şiddeti önemlidir. Ca-Mg, Fe-Ni-Cr gibi çoklu element oyuk katot
lambaları da bulunmaktadır. Örneğin Ca ve Mg, ya da Fe, Ni ve Cr metalleri tek bir lamba ile
tayin
edilebilir.
Genelde
çoklu
element
lambaları,
tekli
element
lambaları
ile
karşılaştırıldığında daha hassastır. Diğer metallerin spektral girişimlerini önlemek için
emisyon hatlarının seçiminde dikkat etmek gerekir. OKL kadar yaygın olmasa da elektrotsuz
boşalım lambaları (EBL)‟da AAS‟de bazı elementlerin tayinlerinde kullanılmaktadır. Bu
lamba, düşük basınçta argon gibi inert bir gaz ile incelenen metal ya da metalin tuzunu
bulunduran kapalı kuvartz bir borudan oluşmuştur. Radyo frekans uygulanarak, inert gazın
iyonlaşması ve katoda çarptırılarak serbest atomların oluşturulması sağlanır. Bu atomlar
lamba içinde hızlı hareket eden dolgu gazı iyonları ile çarpışarak enerji absorbe eder ve
uyarılırlar. Uyarılan atomlar temel hale dönerken katot metaline özgü ışın yayarlar.
Bu lambalar daha çok As, Se ve Sb gibi uçucu ve küçük dalga boylarında absorbsiyon
yapabilen elementler için geliştirilmişlerdir. EBL lambalarının ışın şiddetleri OKL
lambalarına göre 50-100 kat daha fazla olsa da, OKL lambaları kadar kararlı ve güvenilir
değildir.
21
3.1.3. Monokramatörler
AAS‟de monokromatör, analitin rezonans hattını, alevden veya dağınık ışıktan ayırmak
amacıyla kullanılır. Genel olarak ışığın girdiği bir yarık, toplayıcı mercek ve aynalar, dalga
boylarını ayıran prizma ya da şebekeler (optik ağ), odaklayıcı mercek veya aynalar ve bir
çıkış yarığına (odaklama düzlemi) sahiptirler. AAS‟de genellikle kullanılan monokromatörler
şebekeler ve optik ağ (grating) monokromatörleridir.
3.1.4. Dedektörler
AAS‟de ışık sinyalinin elektriksel sinyallere dönüştürülmesi için dedektörler kullanılır.
Dedektör olarak ışığa duyarlı bir katot, ard arda dizilmiş bir seri dinot ve en sonda yer alan bir
anottan meydana gelen fotoçoğaltıcılar kullanılır. Fotoçoğaltıcılar UV ve görünür bölgenin
kısa dalga boylarında Cs-Sb, görünür bölge için ise Se katot olarak kullanılır.
Monokromatörden gelen bir foton katot yüzeyine çarparak elektron koparır ve bu elektron
birinci dinoda çarparak buradan elektron koparır. Bu işlem diğer dinodlar üzerinde elektron
sayısı katlanarak devam eder ve 12 dinot için ~2x107 elektron açığa çıkar. Sonuçta foton
sinyali genliği oldukça yüksek olan elektronik sinyale çevrilmiş olur.
3.1.5. Atomik absorbsiyon spektrometresinde görülen giriĢimler
AAS‟de, nicel tayinlerde, örneğin derişimi standartlarla karşılaştırılarak bulunduğundan bağıl
bir yöntemdir. Bu nedenle örneğin standarttan farklı olması girişimlere yol açar. Girişimler
kaynaklarına göre; kimyasal, fiziksel, iyonlaşma, spektral ve zemin olmak üzere 5 kısma
ayrılır. Fiziksel ve kimyasal girişimler birim hacimde oluşan temel düzeydeki atom sayısını
etkiler. Zemin ve spektral girişimler ise doğrudan sinyale etki eder.
3.1.6. Alevli AAS’nin diğer spektroskopik tekniklerle karĢılaĢtırılması
Alevli AAS (FAAS) hızlı, çalışma şartları kolay ve maliyeti düşük analiz tekniklerinden
biridir. Ancak tekniğin uygulamasında bazı kısıtlamalar bulunmaktadır. Örneğin analiz
edilecek her element için farklı oyuk katot lambasının kullanılması en önemli dezavantajıdır.
Ancak, son 1-2 yıldan beri tek lambalı analiz edilecek atomun dalga boyu ayarlanacak şekilde
yeni cihazlar üretilmiştir. Ayrıca, FAAS‟de metalin parçalanması ve atomlaştırılması için alev
kullanıldığından dolayı tayin limiti yüksek ve hassasiyeti düşüktür. Organik çözücülerin
kullanımı sınırlıdır. Çünkü organik çözücüler alevde ışık yayarak, incelenen spektral hattın
maskelenmesine sebep olurlar. FAAS‟de her bir elementin karakteristik dalga boylarını içeren
22
çoklu element lambalarına ihtiyaç duyulur. Ayrıca FAAS‟nin tayin limiti ICP-OES ya yakın
ama ICP-MS‟e göre çok yüksek, dinamik aralığı ise çok düşüktür.
3.2. AAS’nin Analitik Performansı ile Ġlgili Terimler
IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ve ISO‟nun (The International
Organization for Standardization) önerilerine göre bütün analitik spektroskopik yöntemlerde
(alev emisyon, atomik absorpsiyon ve atomik floresans) kullanılan analitik performansla ilgili
terimler ve tanımlar aşağıda özetlenmiştir.
A
Cx
Eklenen derişim
ġekil 3.2. Standart Katma Kalibrasyon Eğrisi
Cx: Bilinmeyen örneğin derişimi
3.2.1. Duyarlık
Standart çözeltiler için okunan absorbans değerlerinin, derişime karşı grafiğe geçirilmesiyle
elde edilen kalibrasyon eğrisinin eğimi, duyarlık (S) olarak tanımlanır.
S
A
C
(3.1)
Bu bağıntı, Lambert-Beer yasasına uyulduğu sürece geçerlidir ve derişimden bağımsızdır.
Doğrusal olmayan kalibrasyon fonksiyonlarında, duyarlık derişimine bağlıdır.
Atomik absorpsiyonda duyarlık, özel olarak analiz elementinin net %1‟lik absorpsiyonuna
veya 0,0044‟lük absorbans değerine karşılık gelen derişim olarak tanımlanır. Bu büyüklüğe
23
karakteristik derişim de denir. Karakteristik derişim, ışın kaynağına, atomlaşma verimine ve
alev sistemi gibi faktörlere bağlıdır ve aletin performansı hakkında bilgi verir.
Bir cihazın veya bir yöntemin duyarlılığı, bir analit derişimindeki küçük farkları
ayırdedebilme kabiliyetinin bir ölçüsüdür. Duyarlığı, kalibrasyon eğrisinin eğimi ve ölçüm
aracının kesinliği veya tekrarlanabilirliği sınırlar.
IUPAC tarafından kabul edilen duyarlığın kantitatif tanımı kalibrasyon duyarlığı olarak
yapılır. Kalibrasyon duyarlığı, ölçümün yapıldığı derişime karşı gelen noktada kalibrasyon
eğrisinin eğimidir. Analitik kimyada kullanılan kalibrasyon eğrilerinin birçoğu doğrusaldır ve
aşağıdaki eşitlik ile gösterilebir.
S = mc + Sbl
(3.2)
Burada,
S: Ölçülen sinyal
C: Analitin derişimi
Sbl: Doğrunun y eksenini kestiği nokta
m: Doğrunun eğimi dır. Bu tür eğrilerde kalibrasyon duyarlığı derişime bağlı değildir ve m‟ye
eşittir.
3.2.2. Doğruluk
Ölçülen sonuçlar, doğal olarak “gerçek” kabul edilen değerlerle aynı olmalıdır. Ancak,
analitik işlemlerde çeşitli hataların olması nedeniyle, gerçek kabul edilen değere ulaşmak her
zaman mümkün değildir. Doğruluk, analitik işlemin, çok sayıda tekrarlanmasıyla bulunan
ortalama değerin gerçek kabul edilen değere yakınlığı olarak tanımlanır ve hata ile belirtilir.
Ölçümün doğruluğu, analiz elementinin referans maddeleri kullanılarak veya bağımsız ve
farklı analitik yöntemin uygulanmasıyla elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak belirlenir.
3.2.3. Kesinlik
Kesinlik, sonucun tekrarlanabilirliğinin bir ölçüsüdür. Çalışma şartlarında, uygulanan analitik
işlemlerin tekrarlanması ile elde edilen sonuçların birbirine yakınlığı, kesinliği belirler.
Kesinliğin en yaygın kullanılan ölçüsü standart sapma veya bağıl standart sapmadır.
3.2.4. Gözlenebilme sınırı (LOD)
%95 güvenle gözlenebilecek en küçük derişim veya miktar olarak tanımlanan gözlenebilme
sınırı, aşağıdaki eşitlik ile hesaplanır.
24
CL
C
k
A
(3.3)
Burada;
( C / A ) : Yöntemin duyarlığının tersi,
: Tanık deney ölçümlerinden elde edilen absorbans değerinin mutlak standart
sapması,
k : Bir katsayı dır.
k, genellikle istatistiksel kesinliğe bağlı olarak %95 veya %99,7 güvenle sırasıyla 2 veya 3
olarak alınır.
Derişim elde edilen sinyal büyüklüğünün bir ölçüsü olduğundan gözlenebilme sınırı doğal
olarak duyarlığa bağlıdır. Ayrıca, gürültü olarak tanımlanan zemindeki değişmelere de
bağlıdır.
Gürültünün sebebi genellikle düşük enerjidir. Örneğin, kaynağın ışık şiddetinin analiz yapılan
dalga boyunda zayıf olması ve alevin absorpsiyon yapması veya ışığı saçması sonucu ışık
şiddetindeki dalgalanmalar gürültü sebebidir. Bir de elektriksel ölçüm sistemlerinden
kaynaklanan gürültü vardır, fakat bu iyi tasarımlanmış cihazlarda çok düşüktür ve diğer
gürültü kaynakları yanında ihmal edilebilir.
3.2.5. Tayin sınırı (LOQ)
Gözlenebilme sınırından başka son yıllarda önem kazanan bir tanım da tayin sınırıdır. Normal
olarak gözlenebilme sınırı yakınlarında tayin yapılamaz. Tayinin yapılabildiği derişim LOD
değerinin 3-5 katıdır. Bu değere tayin sınırı denir. Tayin sınırı, tanık çözelti için ölçülen
absorbans değerinin standart sapmasının yaklaşık 10 katına karşılık gelen derişim veya
kütlesine karşılık gelir.
25
4. DENEYSEL KISIM
4.1. Kullanılan Aletler
Bu çalışmada, ContraAA 300 model alevli AAS (Ahi Evran Üniversitesi, Fen Edebiyat
Fakültesi, Kimya Bölümü), WTW Series İnoLab 720 model pH metre, YSI-Professional plus
portatif multiparametre cihazı kullanıldı. Ayrıca örneklerin bir kısmı da Nevşehir Ticaret
Borsası laboratuvarındaki ICP-AES cihaz kullanıldı.
4.2. Doğal selülozun deneye hazırlanması
Kolonlarda kullanmak üzere yaklaşık 50 g doğal selüloz (Badem kabuğu) alınarak önce çelik
bilyelerle öğütüldü daha sonra ölçülü eleklerde elendi. 40-100 mesh arasındaki büyüklüğe
sahip selüloz, önce sırasına göre 1 M HCl, 1 M HNO3, saf su, içinde 30 dakika sürelerle
bekletildi. Sonra tekrar saf su ile yıkanıp 80 C‟da kuruyana kadar etüvde bekletildi.
Kurutulan katı madde daha sonraki çalışmalarda kullanılmak üzere muhafaza altına alındı.
4.3. Rhizopus oryzae’nın doğal selüloz üzerine tutturulması
Madde 4.2‟de anlatıldığı gibi hazırlanan katı maddeden 3 g alınarak, 300 mg ölü ve toz
halindeki Rhizopus oryzae beher içinde 3-4 mL saf su ile cam baget yardımıyla iyice
ıslatılarak karıştırıldı. Karışım 105 C‟da yaklaşık 60 dakika süreyle kurumaya bırakıldı. Bu
işlem birkaç kez tekrarlandı ve sabit tartıma getirildi. Elde edilen Rhizopus oryzae tutturulmuş
doğal selüloz, Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) iyonlarının zenginleştirilmesinde katı faz olarak
kullanıldı.
4.4. Adsorbsiyon kolonunun hazırlanması
Deney sırasında üst kısımda yaklaşık 500 mL çözelti alabilen 15-20 cm boyunda 0,8
çapındaki cam büret, kolon olarak kullanıldı.
Kolonlar yıkanıp temizledikten sonra kurutuldu ve alt kısma bir parça cam pamuğu
yerleştirildi. Cam pamuğun üzerine Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz katı fazından
300 mg yerleştirildi. Katı faz üzerine de bir miktar cam pamuğu yerleştirildi. Kolondan önce
su, sonra 10 mL 1 M HCl çözeltisi sonra birkaç kez su geçirilerek kolon yıkandı. Her
çalışmadan önce kolon, çalışılan pH‟da su çözeltisi geçirilerek şartlandırıldı.
26
4.5. Kimyasal Maddeler ve Çözeltiler
Demir tozu, MnSO4.H2O ve Zn(NO3)2.4H2O katı maddesinden önce 10.000 µg/mL çözeltiler
uygun şekilde hazırlandı [4]. Daha sonra bu çözeltilerden sırasıyla 1000 µg/mL ve 100 µg/mL
çözeltiler hazırlandı. Bütün çalışmalar bu 100 µg/mL çözeltilerden alınarak çalışıldı.
Hidroklorik asit çözeltisi de, yoğunluğu 1,19 g/mL ve %37‟lik derişik HCI çözeltisinden 20,7
mL alınıp 1 M lık 250 mL‟ ye tamamlandı. Nitrik asit çözeltisi, yoğunluğu 1,14 g/mL ve
%65‟lik derişik HNO3 çözeltisinden 1 M ve 2 M lık çözeltiler hazırlandı. Sözü geçen
mantarın biyokütlesi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Biyoloji Bölümü‟nden temin
edildi. Badem kabuğu (Doğal selüloz) Isparta bölgesinden toplanıp Süleyman Demirel
Üniversitesi İnşaat Bölümünde çelik bilyelerle öğütüldükten sonra elendi ve kullanıma hazır
hale getirildi.
4.6. ZenginleĢtirme ĠĢlemi ve Hesaplama Yöntemi
En uygun deneysel şartların belirlenebilmesi için hazırlanan stok çözeltiden pH‟sı 2 ile 10
arasında sentetik numuneler hazırlandı. Çalışıldığı pH da kolondaki katı faz ayni pH‟ya
şartlandırıldı.
Çalışılan analitleri içeren 30 µg Fe(III) ve Mn(II) ile 10 µg Zn(II) içeren 50 mL lik sentetik
çözeltiler kolondan geçirildi. Daha sonra katı faza tutunan analitler 10 mL 1 M HCI çözeltisi
ile kolondan geri alındı. Kolondan tekrar 10 mL 1 M HCI geçirildikten sonra saf suyla ortam
nötürleştirildi. Yukarıda açıklanan işlemler sırasıyla her pH değeri için ayrı ayrı uygulandı.
Geri alınan çözeltideki metal iyonları alevli atomik absorpsiyon spektrofotometrisi ile tayin
edildi. Alevli AAS ile yapılan tayinlerde kalibrasyon grafiklerinden yararlanıldı. Metal
iyonların geri kazanma verimi aşağıdaki gibi hesaplandı:
% Geri Kazanma Verimi: [AAS ile bulunan metal iyon derişimi (µg/mL)] / [teorik olarak
bulunması gereken derişim (µg/mL)] X 100
4.7. ZenginleĢtirme Ġçin En Uygun ġartların Belirlenmesi
Bu çalışmada, önce her bir metal iyonu için ayrı ayrı en yüksek geri kazanma veriminin
sağlandığı pH‟lar belirlendi. Sonra, en yüksek geri kazanma veriminin sağlandığı pH‟lar ve
uygun adsorben miktarı belirledikten sonra, geri kazanma verimini etkileyebilecek diğer
faktörlerin araştırılmasına geçildi. Sırasıyla çözelti hacminin etkisi ve akış hızının etkisi
incelendi. Daha sonra, belirlenen en uygun şartlarda sonuçların tekrarlanabilirliği de
araştırıldı.
27
Yöntemin doğruluğunun belirlenmesi amacıyla belirlenen en uygun şartlarda standart referans
maddelere (IAEA-407 Fish Tissue ve SRM-1547 Peach Leaves), Kızılırmak suyu, yeşil
fasülye, fasülye yaprağı, domates yaprağı ve balık örneklerine ekleme yöntemi ile Fe(III),
Mn(II) ve Zn(II) tayin edildi.
4.7.1. pH’nın çalıĢılan elementlerin geri kazanma verimine etkisi
Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz üzerinde, en fazla geri kazanma veriminin
sağlandığı pH değerlerinin bulunması amacıyla her bir metal iyonu için bir seri model örnek
çözeltisi hazırlanarak pH‟ları 2 ile10 arasında ayarlandı. pH ayarlaması seyreltik hidroklorik
asit ve amonyak çözeltileri kullanılarak pH metre cihazı yardımı ile yapıldı. Kolonda tutunan
Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) iyonlarını geri almak için, 10 mL 1 M HCl çözeltisi kullanıldı.
Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selülozda pH‟ya bağlı olarak çalışılan elementler için, elde
edilen geri kazanma verimleri Şekil 4.1‟de gösterilmiştir.
Bu çalışmada ilk önce Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) için geri kazanma veriminin yüksek olduğu
pH aralıkları belirlendi. Daha sonra diğer faktörlerin etkisi araştırıldı.
120
Fe(III)
100
R, %
80
Mn(II)
60
Zn(II)
40
20
0
0
Şekil 4.1.
2
4
pH
6
8
10
12
Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selülozda pH‟nın Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)‟nın geri kazanma
verimine etkisi
28
4.7.2. Rhizopus oryzae tutturulmuĢ doğal selüloz miktarının geri kazanma verimine
etkisi
Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz miktarının geri kazanma verimine etkisini
incelemek için hazırlanan katı fazdan 100, 200, 300, 400 mg biyokütle tartılarak kolona
yerleştirildi. Madde 4.6‟e göre hazırlanan model çözeltiler, en uygun pH‟ya ayarlandı ve
kolondan 1 mL/min hızla geçirildi. Sonra, katı faza tutunan analat, 10 mL 1 M HCl kolondan
geçirilerek geri alındı. Daha sonra geri alınan çözeltideki metal iyonları alevli AAS ile tayin
edildi. Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)‟un geri kazanma verimine Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal
selüloz miktarının etkisi Şekil 4.2‟de görüldüğü gibidir.
100
95
90
R, %
85
Fe(III)
80
Mn(II)
Zn(II)
75
70
65
60
0
100
200
300
400
500
Katı faz miktarı, mg
Şekil 4.2. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selülozda katı faz miktarının Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)‟nın geri
kazanma verimine etkisi
4.7.3. Eluent çözeltisinin geri kazanma verimine etkisi
Model çözeltiler (Madde 4.6) kullanılarak Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)‟nun geri kazanma
verimine, eluent çözeltisinin türü ve hacminin etkisi araştırıldı. Bu amaçla, kolonda tutunan
29
Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) nun geri almak için, 0,5 M, 1 M HCl ve 0,5 M, 1 M HNO3
çözeltileri denendi.
4.7.4. Çözelti akıĢ hızının geri kazanma verimine etkisi
Çözelti akış hızının geri kazanma verimine etkisini araştırmak amacıyla, model çözeltiler,
daha önce belirtilen en uygun şartlarda (pH 8, katı faz 200 mg) Rhizopus oryzae tutturulmuş
doğal selüloz içeren kolonlardan 1-6 mL/min akış hızı aralığında süzüldü. Süzme işleminde
çözelti akışı yerçekimi etkisinden yararlanılarak musluğun açılıp kapanmasıyla ayarlandı.
Kolonda tutunan metal iyonları belirlenen uygun eluent çözeltisi ile geri alındı. Rhizopus
oryzae tutturulmuş doğal selüloz, çözelti akış hızının Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)‟nun geri
kazanma verimine etkisi Şekil 4.3‟de gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre en uygun akış
hızı Mn(II) için 2 mL/min Fe(III) ve Zn(II) 3 mL/min olarak belirlenmiştir.
100
90
R,%
Fe(III)
80
Mn(II)
Zn(II)
70
60
50
0
1
2
3
4
5
6
7
Akış hızı, mL min-1
Şekil 4.3. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selülozda akış hızının Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)nun geri kazanma
verimine etkisi
30
4.7.5. Çözelti hacminin geri kazanım verimine etkisi
Örnek çözelti hacminin geri kazanım verimine etkisini araştırmak amacıyla, ayrı ayrı Fe(III)
ve Mn(II) için 30 g Zn(II) için 10 µg içeren, 50, 100, 250, 500, 750 ve 1000 mL‟lik örnek
çözeltileri hazırlanarak kolonlardan daha önce belirlenen en uygun şartlarda (pH 8, katı faz
200 mg, Mn(II): 2 mL/min, Zn(II) ve Fe(III): 3 mL/min) süzüldü. Katı faza tutunan Fe(III),
Mn(II) ve Zn(II) 10 mL 1 M HCl çözeltisi ile geri alındı. Geri alınan çözeltideki Fe(III),
Mn(II) ve Zn(II) iyonları alevli AAS ile tayin edildi. Çözelti hacminin çalışılan elementlerin
geri kazanma verimine etkisi Şekil 4.4‟de gösterilmiştir.
Fe(III)
110
Mn(II)
100
Zn(II)
R,%
90
80
70
60
50
0
250
500
750
1000
Çözelti hacmi, mL
Şekil 4.4. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selülozda çözelti hacminin Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)‟nun geri
kazanma verimine etkisi
4.8. Yöntemin Kesinliği ve Gözlenebilme Sınırı
Belirlenen en uygun şartlarda (pH, katı faz miktarı, geri alma çözeltisinin türü ve hacmi,
örnek çözeltisinin hacmi ve çözelti akış hızı) ayrı ayrı Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal
selülozda çalışılan her bir element için geri kazanma veriminin tekrarlanabilirliği araştırıldı.
31
Bunun için, belirlenen en uygun deney şartlarında 5 ölçüm alınarak sonuçların bağıl standart
sapmaları (BSS) ve %95 güven seviyesinde geri kazanma verimleri hesaplandı. Bulunan
sonuçlar Çizelge 4.1‟de gösterilmiştir.
Çizelge 4.1. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz‟ da yöntemin kesinliği
Metal iyonlar
a)
%R ts / N
% BSS
N
Fe(III)
96 3
3
5
Mn(II)
98 3
3
5
Zn(II)
94 2
2
5
a)
%95 güvenle 5 değerin ortalamasıdır.
Geliştirilen yöntemin kesinliği Fe(III) ve Mn(II) 30 µg ve Zn(II) için 10 µg içeren 50 mL‟lik
stok çözeltilerde geliştirilen en uygun şartlarda araştırıldı. %95 güven seviyesinde (N=5)
yöntemin kesinliği yüzde bağıl standart sapması cinsinden %3 olarak bulundu. Aletsel
gözlenebilme sınırını belirlemek için pH: 8‟ e ayarlanan 50 mL saf su 2 mL/min akış hızında
kolondan geçirildi. Kolon 50 mL 1 M HCI ile elue edildi. Her element için geri alma
çözeltileri için 20-25 okuma yapıldı. Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) için aletsel gözlenebilme sınırı,
bu çözeltiden elde edilen absorbans değerlerinin standart sapmasının üç katına karşılık gelen
derişim olarak hesaplandı. Gözlenebilme sınırı, %99,7 güvenle, sırasıyla 65 μg/L, 40 μg/L, 58
μg/L olarak bulundu. Analitik gözlenebilme sınırı ise aletsel gözlenebilme sınırının
zenginleştirme katsayısına (50 ve 25) bölümü ile 1,3 μg/L, 1,6 μg/L 1,2 μg/L olarak bulundu.
En uygun şartlarda sırasıyla, geri kazanma verimi %95 güvenle %96±3, %98±3, %94±2
olarak bulunmuştur.
4.9. Kolonların kullanım sayıları
Çalışmanın bu kısmında, adsorban olarak kullanılan mikroorganizma tutturulmuş doğal
selülozun verimlilik süresi ve adsorbanın sürekli kullanılmasından dolayı elementlerin geri
kazanma verimindeki değişiklikler incelenmiştir. Bunun için, bir günde altı ile sekiz arası
süzme ve geri alma işlemi yapılmış ve beş gün içinde bu işlem tamamlanmıştır. Kolonlar ile
çalışma yapılmadığı zaman, kolon su ile doldurulmuştur. Kolonlarda toplam 40 süzme ve geri
alma işlemi yapılmıştır. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz‟da geri kazanma veriminin
kolonların kullanım sayısı Fe(III) ve Zn(II) için 30 Mn(II) için ise 25 defadan sonra geri
kazanma verimi %90 nın altına düştüğü görülmüştür.
32
4.10. Doğruluk ve Uygulama
Yöntemin doğruluğunu test etmek için standart referans maddelere ve çevre örneklerine
bilinen miktarda ekleme yöntemi ile araştırıldı. Bunun için standart referans maddeler (SRM
1547 Peach Leaves ve IAEA-407 Fish tissue) ve bilinen miktarda Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)
iyonları Kızılırmak suyuna, domates ve fasulye yapraklarına eklenerek tayini yapıldı. Bu
yöntemin doğruluğunun sonucu -%7 hata ile bulundu. Geliştirilen zenginleştirme yöntemi
Kızılırmak suyuna, yeşil fasulyeye, fasulye yaprağı, domates yaprağı ve Kızılırmak suyunda
yaşayan Kadife balığının farklı dokularına (Kas, karaciğer, solungaç) uygulandı.
4.10.1. Standart referans maddelerin analize hazırlanması
Bu amaçla standart referans maddelerinden (SRM 1547 Peach Leaves ve IAEA-407 Fish
Tissue) yaklaşık 0,5 g alınarak cam beherler içinde 2 mL 2 M HNO3 eklenerek kısmi olarak
çözünmeye başlandı. Daha sonra yaklaşık 5 mL derişik HNO3 ilave edilerek ısıtıcı tabla
üzerinde yaklaşık olarak 150 -160 °C ye kadar 2-3 saat ısıtıldı. Daha sonra soğutulup üzerine
yaklaşık 5 mL derişik H2O2 eklendi ve tekrar tamamen çözününceye kadar ısıtılma işlemine
devam edildi. Çözünme işlemi tamamlandıktan sonra örnek yaklaşık 2-3 mL kalıncaya kadar
buharlaştırıldı. Daha sonra bu çözelti 50 mL ye saf su ile tamamlandı ve genel zenginleştirme
işlemi uygulandı. Sonuçlar Çizelge 4.2 ve Çizelge 4.3 de görüldüğü gibidir.
Çizelge 4.2. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz biyomassı ile Standart Referans Maddede (SRM 1547
Peach Leaves) Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) tayini
Derişim (µg/g)
Sertifikalı değer
Bulunan değera)
Fe(III)
218±14
210±16
Mn(II)
98±3
92±4
Zn(II)
17.9±0.4
16.6±0.5
a)
%95 güvenle 5 değerin ortalamasıdır.
Metal iyonlar
Bağıl hata,%
-4
-6
-7
Çizelge 4.3. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz biyomassı ile Standart Referans Maddede (IAEA-407
Fish Tissue) Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) tayini
Derişim (µg/g)
Sertifikalı değer
Bulunan değera)
Fe(III)
146
136.0±12.0
Mn(II)
3.52
3.30±0.8
Zn(II)
67.1
62.6±3.5
a)
%95 güvenle 5 değerin ortalamasıdır.
Metal iyonlar
33
Bağıl hata,%
-7
-6
-7
4.10.2. Su örneklerinin analize hazırlanması
Su örneklerinin analize hazırlanması için, Kızılırmak suyu, İlkbahar, Yaz, Sonbahar ve Kış
aylarında Avanos İlçesi merkez, Avanos İlçesi ile Gülşehir İlçesi arası ve Gülşehir İlçesinden
Hacıbektaş İlçesi arası olmak üzere 3 farklı istasyondan su örnekleri toplandı. Örnek toplama
sırasında bazı fiziksel parametrelerde portatif multiparametre cihazı ile incelendi. Daha sonra
polietilen kaplarına alınan su örnekleri laboratuarda 0,45 µm gözenekli selüloz süzgeç
kâğıtlarından süzüldü ve ortam % 0,2 nitrik asit ile asitlendirildi. Yöntemin doğruluğu için
250 mL lik örnekler alınarak genel zenginleştirme işlemi yapıldı. Daha sonra ekleme yöntemi
yapılarak genel zenginleştirme işlemi uygulandı. Sonuçlar Çizelge 4.4 de olduğu gibidir.
Çizelge 4.4. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz biyokütlesi ile Kızılırmak suyunda Fe(III), Mn(II) ve
Zn(II) tayini (çözelti hacmi; 250 mL)
Metal iyonlar
Fe(III)
Mn(II)
Zn(II)
İlave Edilen(µg/L)
Bulunan(µg/L)a)
Bağıl hata, %
-
70±4
-
30
95±5
-5
-
45±3
-
30
70±5
-7
-
65±3
-
30
90±6
-5
a)
% 95 güvenle 5 değerin ortalamasıdır.
4.10.3. Fasulye ve domates yapraklarının analize hazırlanması
Bu amaç için Avanos İlçesi ve Gülşehir İlçesi arasında kalan bölgede Kızılırmak suyu ile
beslenen domates, fasulye sebzesinin yaprakları ve yeşil fasulye uygun bir şekilde toplandı.
Daha sonra bu örnekler önce çeşme suyu sonrada saf sudan geçirilerek kurutulmaya bırakıldı.
Kuruyan örnekler kilitli polietilen poşetlerde oda sıcaklığında saklandı. Analizlerde her bir
numune için yaklaşık 0,5 g alınarak cam beherlere konuldu. Bunun üzerine 2-3 mL 2 M
HNO3 ilave edildi ve 10-15 dakika cam bagetle karıştırıldıktan sonra 10 mL derişik HNO3
ilave edildi. Daha sonra ısıtıcı tabla üzerinde 2-3 saat 140-160 °C de ısıtıldı. Sonra soğutuldu
ve üzerine 2-3 mL derişik H2O2 eklenerek tamamen çözününceye kadar aynı sıcaklıkta ısıtma
işlemine devam edildi. Çözelti yaklaşık 3-4 mL kalıncaya kadar da buharlaştırma işlemine
devam edildi. Genel zenginleştirme işlemi yapmak için saf su ile 50 mL ye tamamlanan
numunelere zenginleştirme işlemi uygulandı. Sonuçlar Çizelge 4.5 de olduğu gibidir.
34
Çizelge 4.5. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz biyokütle ile bitki örneklerinde Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)
tayini
Örnekler
Metal iyonlar
Fe(III)
Domates
yaprağı
Mn(II)
Zn(II)
Fe(III)
Fasulye yaprağı
Mn(II)
Zn(II)
Fe(III)
Yeşil fasulye
Mn(II)
Zn(II)
İlave
Edilen(µg/g)
100
100
20
100
100
20
100
50
20
Bulunan(µg/g)a)
% Bağıl Hata
510.4±20.4
585.6±25.3
264.2±10.0
344.0±18.5
27.0±4.3
44.0±6.2
240.0±10.6
325.4±15.2
235.2±10.2
326.0±17.5
40.5±3.3
56.2±4.6
220.0±10.7
305.0±15.2
80.4±6.3
124.0±10.2
24.4±3.4
41.2±6
-4
-6
-6
-4
-3
-7
-5
-5
-7
a)
% 95 güvenle 5 değerin ortalamasıdır.
4.10.4. Kızılırmak suyunda yaĢayan Kadife balığının (Tinca tinca) analize hazırlanması
Bu amaç için Gülşehir İlçesi ile Hacıbektaş İlçesi arasında kalan bölgede Kızılırmak suyunda
yaşayan Kadife balığı örnekleri toplandı. Laboratuvara getirilen balıkların kas, solungaç ve
karaciğerleri cam bisturi yardımıyla alınarak kilitli polietilen poşetler içerisinde -25 °C de
difrizde saklandı. Analiz için her bir numuneden yaklaşık 0,5 g alınarak cam beherlere
konuldu. Bunun üzerine 2-3 mL 2 M HNO3 ilave edildi ve 10-15 dakika sonra 10 mL derişik
HNO3 ilave edildi. Daha sonra ısıtıcı tabla üzerinde 2-3 saat 140-160 °C de ısıtıldı. Sonra
soğutuldu ve üzerine 5 mL derişik HClO4 eklenerek tamamen çözününceye kadar aynı
sıcaklıkta ısıtma işlemine devam edildi. Çözelti yaklaşık 3-4 mL kalıncaya kadar da
buharlaştırma işlemi yapıldı ve saf su ile 50 mL ye tamamlandı. Daha sonra genel
zenginleştirme işlemi uygulandı. Sonuçlar Çizelge 4.6 de olduğu gibidir.
35
Çizelge 4.6. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz biyokütlesi ile Kızılırmak suyunda yaşayan Kadife
(Tinca tinca) balığında Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) tayini
Örnekler
Metal iyonlar
Fe(III)
Kas
Mn(II)
Zn(II)
Fe(III)
Karaciğer
Mn(II)
Zn(II)
Fe(III)
Solungaç
Mn(II)
Zn(II)
İlave
Edilen(µg/g)
50
50
10
50
25
10
50
50
10
Bulunan(µg/g)a)
Bağıl hata, %
96.0±8.4
138.4±10.6
67.0±6.3
109.0±9.5
9.3±1.3
18.2±2.2
100.0±8.4
140.3±10.4
25.0±2.6
46.7±3.3
22.0±2.3
30.0±2.6
95.0±6.4
135.0±9.5
55.0±3.8
100.0±7.5
12.0±2.2
21.0±2.8
-5
-7
-6
-6
-7
-6
-7
-5
-5
a)
% 95 güvenle 5 değerin ortalamasıdır.
4.10.5. Kızılırmak suyunun mevsimlere göre analizlerinin yapılması
2011 yaz ve sonbahar, 2012 kış ve ilkbahar mevsimlerinde her mevsimi temsil edecek şekilde
bir yıl boyunca Kızılırmak nehrinde belirlediğimiz 3 farklı istasyondan (1. İstasyon; Avanos
ilçe merkezi; 2. İstasyon Avanos ilçesi- Gülşehir ilçesi arası; 3. İstasyon: Gülşehir ilçesi ile
Hacıbektaş ilçesi arası) alınan su örneklerinin bazı fiziksel parametreleri YSI- Professional
plus portatif multiparametre cihazı ile yerinde ölçülmüştür. Bu ölçümlerde sıcaklığın 3,8 C ile
18,6 °C arasında pH‟nın 5,17 ile 9,33 arasında çözünmüş O2 nin 8,13-9,37 mg/L arasında,
elektriksel iletkenlik 922-1378 mhco arasında, tuzluluğun 0,72-0,84 ppt arasında değiştiği
görülmüştür. Sık sık baraj kapaklarının açılması nedeniyle hem suyun fiziksel hem de
kimyasal özelliklerinde bir stabil elde edilememiştir. Yukarıdaki nedenden ve mevsimsel
değişimlerden dolayı beklenmedik dalgalanmalar ortaya çıkmıştır. Sonuçlar Çizelge 4.7 ve
Çizelge 4.8‟ de olduğu gibidir.
36
Çizelge 4.7.Nevşehir il sınırları içerisinde kalan Kızılırmak suyundaki Fe(III), Mn(II) ve Zn(II)‟nun mevsimsel
tayini
İstasyonlar
Avanos
merkez
Metal iyonlar İlkbahar
Fe(III)
Mn(II)
Zn(II)
AvanosGülşehir
arası
GülşehirHacıbektaş
arası
Fe(III)
Mn(II)
Zn(II)
Fe(III)
Mn(II)
Zn(II)
Yaz
Sonbahar
Kış
70.0±4.0
110.0±5.0
57.0±3.0
92.0±4.0
45.0±3.0
75.0±4.0
35.0±2.3
55.0±3.2
65.0±3.0
75.0±3.0
55.0±3.0
75.0±3.3
71.3±4.1
115.4±7.1
60.3±3.4
97.3±4.2
46.2±3.2
78.3±4.2
36.4±3.2
66.4±3.4
67.3±3.1
77.2±4.1
58.3±3.1
78.3±3.4
72.2±4.1
118.2±8.1
67.2±3.3
98.2±4.6
46.0±3.0
76.0±4.0
37.0±3.0
68.0±3.6
66.0±3.3
78.0±4.3
56.0±3.4
80.2±4.3
a)
3 değerin ortalamasıdır.
Çizelge 4.8. Nevşehir il sınırları arasında kalan Kızılırmak suyunun bazı fiziksel parametrelerin ölçümü
İstasyonlar
Avanos
merkez
AvanosGülşehir
arası
GülşehirHacıbektaş
arası
Fiziksel
parametreler
Sıcaklık
pH
Elek. İletk.
Tuzluluk
Çözülmüş O2
Sıcaklık
pH
Elek. İletk.
Tuzluluk
Çözülmüş O2
Sıcaklık
pH
Elek. İletk.
Tuzluluk
Çözülmüş O2
İlkbahar
Yaz
Sonbahar
Kış
14,7
6,39
1315
0,83
9,25
16,7
6,09
1378
0,83
8,72
15,7
6,28
1357
0,84
8,35
18,6
5,24
1190
0,80
9,02
19,2
5,17
1235
0,80
8,32
18
5,81
1199
0,82
8,42
13
6,25
1117
0,73
8,24
14,6
7,49
1011
0,72
8,13
14
7,91
1142
0,73
8,56
3,8
6,93
922
0,78
8,84
4,9
7,85
953
0,78
8,55
4,2
9,33
935
0,78
9,37
37
5. TARTIġMA VE SONUÇLAR
Alevli atomik absorpsiyon spektroskopisi (FAAS), eser element analizlerinde örneğin çözelti
olduğu veya kolayca çözelti haline gelebildiği birçok durumda yaygın olarak kullanılan bir
analiz yöntemidir. Ancak birçok örnekte bulunan eser elementler alevli AAS ile genellikle
istenen hassasiyetle doğrudan tayin edilemezler. Çünkü alevli AAS‟nin tayin sınırı bu
elementlerin doğrudan tayini için yeterli değildir. Ayrıca, bir çok aletli analiz yöntemi gibi
alevli AAS yöntemi de bağıl bir yöntemdir ve standart çözeltilerle kalibrasyon gerektirir.
Standart çözeltilerle analiz örneğinin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin farklı olması, analizde
girişime neden olur. Analizden önce girişim düzeltilmezse, sinyalde artmaya veya azalmaya,
dolayısıyla analizde hataya neden olur.
1
Alevli AAS ile kimyasal, fiziksel ve spektral girişim olmaksızın daha düşük derişimlerin
tayini için genellikle bir zenginleştirme ve/veya ayırma yöntemi kullanılır. Ayırma
sonucu analiz elementi büyük oranda örnek matriksinden de kurtulduğu için zemin
girişimleri de azalmış olur. Birçok durumda zemin düzeltilmesine bile gerek
kalmayabilir.
2
Bu çalışmada ayırma ve zenginleştirme yöntemi olarak katı faz özütleme tekniği
kullanılmıştır. Katı faz olarak Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz kullanılmıştır.
Çalışmada özellikle Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) gibi eser elementlerinin zenginleştirilme
şartları araştırılmıştır. Geliştirilen zenginleştirme yöntemi Kızılırmak su örneklerine, yeşil
fasulye, fasulye yaprağı, domates yaprağı, balık doku örnekleri, standart referans fish
tissue (IAEA-407) ve standart referans fasulye yaprağı (SRM 1547 Peach Leaves)
uygulanarak söz konusu elementlerin analizleri yapılmıştır.
5.1. pH’nın Geri Kazanma Verimine Etkisi
Örnek çözeltisinin pH değerinin çalışılan elementlerin geri kazanma verimine etkisi Şekil
4.1‟de görülmektedir. Sonuçlar incelendiğinde; Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz‟da
en yüksek geri kazanma veriminin sağlandığı pH değerleri Fe(III) için 6-8 arasında Mn(II) ve
Zn(II) için ise 8‟dir.
Mikroorganizmalarda birçok ortak fonksiyonel grup vardır. Bunlardan bazıları amin, amid,
imidazol, hidroksil, karboksil, fosfat, tiol ve tiyoeterdir [30]. Metal iyonları bu fonksiyonel
gruplara genellikle nötrale yakın pH‟larda (6-8 pH aralığında) daha fazla adsorplanır [30]. Bu
çalışmada bulunan değerler de literatüre uygun olarak 6-8 arasındadır. Daha düşük ve daha
38
yüksek pH‟larda geri kazanım azalmaktadır. Düşük pH‟larda adsorpsiyonun az olmasının
nedeni,
mikroorganizma
yüzeyindeki
fonksiyonel
grupların
protonlar
tarafından
doldurulmasıdır [30]. Metaller mikroorganizma yüzeyine, fonksiyonel gruplardaki protonlarla
yer değiştirerek bağlanır. Karboksil ve sülfat gruplarına da eşlenmemiş elektronlarla
elektrostatik olarak bağlanır. Geri kazanma veriminin yüksek pH değerlerinde düşük
olmasının nedeni, iyonik olmayan hidroksit komplekslerinin oluşması ve ayrıca metal
iyonlarının,
Mn+ + mOH-
M(OH)n(m-n)-
tepkimesine göre hidroksil iyonlarına bağlanması olarak açıklanabilir [30].
5.2. Katı Faz Miktarının Geri Kazanma Verimine Etkisi
Rhizopus oryzae tutturulmuş Doğal selüloz miktarının geri kazanma verimine etkisi Şekil
4.2‟de görülmektedir. Elde edilen sonuçlara göre, Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) metal iyonları için
200 mg katı fazın uygun olduğu belirlenmiştir. Katı fazın miktarı artırıldığında, geri kazanma
veriminin arttığı, ancak belli miktarlardan sonra geri kazanma veriminin çok az değiştiği
gözlendi. Kolon çapı sabitken katı faz miktarının artması demek, yatak yüksekliğinin artması
demektir. Bu durumda tutunma da artmaktadır. Fakat, yatak yüksekliği artıkça hem süzme
hızı azalmakta, hem de gerekli geri alma çözeltisinin hacmi artmaktadır. Bu durumda, son
hacim büyük olduğu için zenginleştirme faktörü azalacak, akış hızı da azaldığı için deney
süresi uzayacaktır. Bu nedenle, bu çalışmada bütün metal iyonlar için yeterli geri kazanmanın
ve akış hızının elde edildiği 200 mg Rhizopus oryzae tutturulmuş olan doğal selülozun en
uygun miktar olduğu belirlendi.
5.3. Eluent Çözeltisinin Geri Kazanma Verimine Etkisi
Örnek çözeltilerinin pH değerleri, en yüksek geri kazanma veriminin sağlandığı pH‟lara
ayarlanıp, 200 mg katı faz içeren kolonlardan geçirilmiş ve geri kazanma verimini %95‟in
üzerine çıkarmak amacıyla kolonlarda tutunan elementleri geri almak için kullanılan geri alma
çözeltisinin türü, hacmi ve derişiminin etkisi incelenmiştir. Sonuçta 10 mL 1 M HCl nin
uygun olduğu görülmüştür.
39
5.4. Çözelti AkıĢ Hızının Geri Kazanma Verimine Etkisi
Kolonlardan örnek çözeltilerinin akış hızı, elementlerin mikroorganizmaya tutunmalarını
etkileyen en önemli etkenlerden biridir. Çünkü çözelti akış hızı, metal iyonlarının
mikroorganizmanın bağlanma uçlarına kütle aktarımını etkilemektedir. Analizlerde akış hızı
için istenilen özellik, geri kazanmada önemli bir azalma olmadan akış hızının mümkün olduğu
kadar yüksek olmasıdır. Ancak bu durumda analiz süresi kısalır ve çok büyük hacimli
örneklerden zenginleştirme de kısa sürede tamamlanabilir. Bu çalışmada çözelti akış hızı, 1-6
mL/min hız aralığında incelendi. Çözelti akış hızı, yerçekimi etkisi ile kullanılan kolonlardaki
musluklar açılıp kapatılarak ayarlandı. Genellikle 2-3 mL/min akış hızından sonra verimin
düştüğü görülmektedir. Şekil 4.3 incelendiğinde daha iyi anlaşılmaktadır.
Elde edilen sonuçlar; Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz için Şekil 4.3‟de,
gösterilmiştir. Bu sonuçlara göre, Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal selüloz‟da en yüksek
akış hızı Mn(II) için 2 mL/min, Fe(III) ve Zn(II) için 3 mL/min dir.
Çözelti akış hızı analizin süresi açısından önemlidir. Daha kısa zamanda yapılan bir analiz
elbette diğer duruma göre daha üstündür. Ancak, yüksek hızlarda element ile katı faz
arasındaki etkileşme süresi kısa olduğu için kütle aktarımını azalmakta, bu da geri kazanma
verimini düşürmektedir.
5.5.Örnek Çözeltisi Hacminin Geri Kazanma Verimine Etkisi
Örnek çözeltisi hacminin veya çözeltideki metal iyonlarının derişiminin geri kazanma
verimine etkisi, metal iyonlarının miktarları sabit olan farklı hacimlerdeki örnek çözeltilerinin
en uygun şartlarda zenginleştirilmesiyle incelenmiştir. Rhizopus oryzae tutturulmuş doğal
selüloz‟da Mn(II) için 250 mL‟ye kadar, Fe(III) ve Zn(II) için 500 mL‟ye kadar nicel geri
kazanma verimlerine ulaşılmış, bu hacimlerin üzerinde ise geri kazanma verimlerine ulaşılmış
görülmüştür. Bu durum Şekil 4.4‟ de görülmektedir.
Bu sonuçlara göre 250 mL ve 500 mL‟lik örnek çözeltiler süzüldüğünde ve 10 mL geri alma
çözeltisi ile geri alındığında zenginleştirme teorik olarak sırasıyla zenginleştirme faktörü 25
ve 50 kat olmuştur.
Sonuç olarak, Rhizopus oryzae’nin doğal selüloza tutturulmasıyla oluşturulan katı fazların
hem eser element analizlerinde hem de çevre örneklerindeki metal kirliliğinin giderilmesinde
kullanılması mümkündür. Çözeltilerdeki element miktarları aynı olduğundan, çözelti hacmi
artıkça element derişimi de değişmektedir. 250 mL çözeltide 0,12
g/mL Mn(II) ve 0,06
g/mL Fe(III), 0,02 g/mL Zn(II) bulunmaktadır. Normal olarak bu derişimler alevli AAS ve
40
ICP-AES‟nin tayin sınırı altındadır. Ancak teorik olarak yapılan 25 kat deriştirme ile Mn(II),
3
g/mL‟ye Fe(III) ve Zn(II) 50 kat deriştirme ile Fe(III) 3
g/mL‟ye ve Zn(II) ise 1
g/mL‟ye yükselmektedir. Bu sonuçlara göre, alevli AAS ile tayin edilemeyecek derişimde
metal içeren bir su örneğinin, geliştirilen yöntemle zenginleştirildikten sonra analiz
edilebileceği söylenebilir.
5.6. Tekrarlanabilirlik
pH, katı faz miktarı, geri alma çözeltisinin türü ve hacmi, örnek çözeltisi hacmi, element
derişimi gibi daha önce belirlenen en uygun şartlarda geri kazanma veriminin
tekrarlanabilirliği, yani geliştirilen yöntemin kesinliği araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar
Çizelge 4.1 incelendiğinde her bir element için tekrarlanabilirliğin oldukça iyi olduğu
görülmektedir. Geri kazanma veriminin bağıl standart sapması ~ %3 mertebesindedir.
5.7. Kalibrasyon Grafikleri ve Gözlenebilme Sınırı (LOD)
Tayin elementlerinin 100 ppm lik standart çözeltilerinden alınarak hazırlanan kalibrasyon
çözeltilerin derişimlerine karşı okunan absorbansları grafiğe geçirilerek kalibrasyon grafikleri
elde edilmiştir. Kalibrasyon grafiklerinin doğrusal olduğu aralık, tayinin yapılabildiği derişim
aralığını belirtmesi açısından önemlidir. Yüksek derişimlerde doğrusallıktan sapma olacağı
için doğrusallığın sağlandığı derişim aralığının tespit edilmesi gerekir. Bu amaçla yapılan
çalışmalarda, kalibrasyon grafiklerinin Mn(II) ve Zn(II) için, 5 g/mL‟ye kadar, Fe(III) için 8
g/mL‟ye kadar doğrusal olduğu görülmüştür. Çalışma aralığının alt sınırı ise gözlenebilme
sınırının 3-5 katına karşılık gelen tayin sınırı değerleridir.
Geliştirilen yöntemin analitik performansı ile ilgili olarak analiz elementlerinin gözlenebilme
sınırları de tayin edilmiştir. Model çözeltilerle elde edilen gözlenebilme sınırları 65 µg/L, 40
µg/L ve 58 µg/L olarak bulunmuştur. Bu değerler zenginleştirme faktörüne bölündüğünde ise
1,3 µg/L, 1,6 µg/L ve 1,2 µg/L elde edilmiştir. Model çözelti ile elde edilen bu değerlerin
gerçek örnek tanığı ile elde edilene göre daha düşük olması beklenir. Çünkü gerçek örnek
tanığı, model örneğe göre daha fazla çözücü madde içerir ve zemin değer sinyali daha
yüksektir.
Tayinde
zenginleştirme
yapıldığı
için
gözlenebilme
sınırı
değerlerinin
zenginleştirme faktörü kadar daha düşük olması beklenen bir durumdur. Bu nedenle,
belirlenen gözlenebilme sınırları, her element için elde edilen en yüksek zenginleştirme
faktörüne bölünmüştür. Bu şekilde elde edilen gözlenebilme sınır değerleri en çok 1,2-1,6
g/L mertebesinde olup oldukça küçüktür ve hemen hemen elektrotermel atomlaştırıcı
41
AAS‟nin tayin sınırları mertebesindedir. 1,6 g/L‟lik bir LOD için tayin sınırı 1,6 g/L x 3
=4,8 g/L olup, 50 kat zenginleştirme ile 240 g/L‟lik = 0,24 g/mL‟lik derişime karşılık
gelmektedir.
5.8. Kolonların Tekrar Kullanılabilirliği
Kolonla yapılan zenginleştirme ve ayırma çalışmalarında kullanılan katı fazın defalarca tekrar
tekrar kullanılabilir özellikte olması, kolaylık ve ucuzluk açısından oldukça önemlidir. Bu
amaçla, kolonların tekrar kullanılabilirliği de araştırıldı. Elde edilen sonuçlara göre, Mn(II)
için 25 Fe(III) ve Zn(II) için ise 30 kullanılabilmektedir. Her ne kadar kullanım sayısı artıkça
geri kazanma veriminde azalma olduysa da, doğal selüloza tutturulmuş Rhizopus oryzae
içeren kolonda 25-30 kullanıma kadar geri kazanma veriminin %90‟ın üzerinde olduğu
görülmektedir. Bu sonuçlara göre, katı fazların tekrar kullanılabilirliği oldukça iyidir.
Yaklaşık olarak arka arkaya yapılan 35 zenginleştirme işleminden sonra kolonun yenilenmesi
gerekmektedir. Kolonda çok az miktarda (~ 200 mg) katı faz kullanıldığı için bir gramlık bir
katı faz hemen hemen 150 işleme yeterli olmaktadır.
5.9. Uygulama
Bu çalışmada Rhizopus oryzae’nin doğal selüloza‟a tutturulmuş ve Mn(II), Fe(III) ve Zn(II)
iyonlarının zenginleştirilmesinde kullanılmıştır. Bu elementlerin zenginleştirilmesi ve tayini
için en uygun şartlar (pH, katı faz miktarı, geri alma çözeltisinin derişimi ve hacmi vb.)
araştırılmıştır. Geliştirilen yöntem, belirlenen en uygun şartlarda gerçek örneklere (Standart
referans maddelere, Kızılırmak suyu, balık ve bitki örnekleri) uygulanmıştır. Sonuçlar,
Çizelge 4.2, Çizelge 4.3, Çizelge 4.4, Çizelge 4.5, Çizelge 4.6‟da verilmiştir. Bulunan
sonuçlardan geliştirilen yöntemin gerçek örneklere uygulandığında doğru ve güvenilir
sonuçlar verdiği anlaşılmaktadır. Analiz edilen bütün gerçek örneklerdeki iyonlar Rhizopus
oryzae tutturulmuş doğal selüloz ile en fazla %7 bağıl hata ile tayin edilmiştir. Bu değerler
gerçek örnek analizleri için kabul edilebilir sınırlar içerisindedir. Sonuç olarak, Rhizopus
oryzae’nin tutturulmuş doğal selülozda, balık, bitki ve su örnekleri gibi karmaşık yapıdaki
ortamlardaki tayin elementlerin zenginleştirilmesinde kullanılabilmektedir. Ayırma ile
yabancı iyonların etkisi azaltılarak çalışılan elementler %7 ve daha küçük bağıl hata ile tayin
edilebilmektedir.
Sonucun doğruluğu yanında kesinliği de tatmin edici olup, bağıl standart sapma değerleri
%3‟ten küçüktür.
42
5.10. Sonuçların Özetlenmesi
Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar şöyle özetlenebilir.
 Rhizopus oryzae doğal selüloz üzerine immobilize edilmiş biyosorbent ile Fe(III),
Mn(II) ve Zn(II) nötüre yakın ortamdan zenginleştirilebilmekte ve alevli AAS ile tayin
edilecek seviyeye getirilebilmektedir.
 Genellikle zenginleştirme çalışmalarında çözeltilere şelat oluşturucu maddeler ilave
edilir ve bu kirlenmeyi artırır. Bu çalışmada ise Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) şelat
oluşturucu madde ilave edilmeden zenginleştirilebilmiştir.
 Belirlenen en uygun şartlarda Fe(III), Mn(II) ve Zn(II) nicel olarak geri
kazanılabilmektedir.
 Geliştirilen yöntem ile Fe(III), Mn(II) ve Zn(II), nehir suyunda, balık ve sebze
örneklerinde iyi bir doğrulukla tayin edilebilmektedir.
 Yöntemin doğruluğu için bilinen miktarda çalışılan metal iyonları gerçek örneklere
eklenerek kontrol edildi ve bulunan sonuçlar -%7 hata ile analiz edildi.

Analitik gözlenebilme sınırı 1,3 μg/L, 1,6 μg/L 1,2 μg/L bulunmuştur. Bu derişimler
alevli AAS ile doğrudan tayin edilemez.

Yöntemin gerçek örneklere uygulanabilirliği oldukça basit ve ucuzdur.

Önerilen zenginleştirme yöntemi ile 25-50 kat zenginleştirme yapılabilmektedir.

Adsorban olarak kullanılan biyosorbent geri alma çözeltisi ile temizlendikten sonra
25-30 defadan fazla tekrar kullanılabilmektedir.
43
6. KAYNAKLAR
1. K., Schworz, 1972, IAEA Symp., Nuclear activation techniques in the life sciences., 3
Bled, April , IAEA, Austria
2. R. F., Tutle, J.R., Vogt, T.F., Ponkinson, 1970, IAEA Symp., Salzburg, Austria, Act., 2630, IAEA, Austria.
3. Ş.N., Somer, M., İlim, Z., Kılıç, 1984, TÜBİTAK. Çevre Araştırma Gurubu. Proje No:
ÇAG/38/G
4. S.Baytak, A. R. Türker, Talanta, 938-945, 2005.
5. M.T. Naseri, P. Hemmatkhaha, M.R. Milani Hosseini, Y. Assadi, Anal. Chim. Acta 610,
135 2008.
6. H. Karimi, M. Ghaedi, A. Shokrollahi, H.R. Rajabi, M. Soylak, B. Karami, J. Brazil,
Chem. Soc. 18, 1207, 2007.
7.T. Oymak, Ş. Tokalıoglu, V. Yılmaz, Ş. Kartal, D. Aydın, Food Chem. 113 (2009) 1314.
8. Kalidhasan, M. Ganesh, S. Sricharan, N. Rajesh, J. Hazard. Mater. 165, 886 2009.
9. P. Bruno, M. Caselli, G. de Gennaro, P. Ielpo, T. Ladisa, C.M. Placentino,
Chromatographia, 64, 537 2006.
10. Z. Arslan, A.J. Paulson, Anal. Bioanal. Chem. 372, 776 2002.
11. S. Baytak, E. Kendüzler, A.R. Türker, N. Gök, J. Hazard. Mater. 153, 975 2008.
12. H. Çiftçi, H. Yalçın, E. Eren, A. Ölçücü, M. Şekerci, Desalination 256, 48 2010.
13. A. Karatepe, E. Korkmaz, M. Soylak, L. Elçi, J. Hazard. Mater. 173, 433 2010.
14. S. Özdemir, R. Gül-Güven, E. Kılınç¸ M. Doğru, S. Erdoğan, Microchim. Acta 169, 79
2010.
15. Z. Li, X. Chang, X. Zou, X. Zhu, R. Nie, Z. Hu, R. Li, Anal. Chim. Acta 632, 272 2009.
16. S. Baytak, Acta Chim. Slov. 54, 385 2007.
17. M. L. Chen, Y. Tian, J.-H. Wang, J. Anal. At. Spectro., 23, 6 876 2008.
18. S. Baytak, F. Zereen, Z. Arslan, Talanta, 319 2011.
19. D. Mendil, M. Tüzen, C. Usta, M. Soylak, J. Hazard. Mater. 150, 357 2008.
20. T. Ohnuki, T. Ozaki, T. Yoshida, F. Sakamoto, N. Kozai, E. Wakai, A.J. Francis, H.
Iefuji, Geochim. Cosmochim. Acta 69, 5307 2005.
21. V.J.P. Vilar, C.M.S. Botelho, R.A.R. Boaventura, Chem. Eng. J. 141, 42 2008.
22. E., Kendüzler, A R., Türker, Anal. Sci. 18, 917 2002.
23. A. Karatepe, J. Aoac inter. 94
5
1617- 2011.
24. S. Tsukinoki, K. Yamada, O. Itoh, BUNSEKI KAGAKU 57, 12 1033 2008.
44
25. F. Marahel, M. Ghaedi, M. Montazerozohori, M.N., Biyareh, S. N. Kokhdan, M. Soylak,
Food and Chem. Toxicol. 49, 208 2011.
26. Z. Zang, Z. Hu, Z. Li, Q. He, X. Chang, J. Hazard. Mater. 172, 958 2009.
27. D. Mendil, M. Tuzen, C. Usta, M. Soylak, J. Hazard. Mater. 150, 357 2008.
28. S. Kocaoba, M. Arısoy, Biores. Technol. 102, 8035 2011.
29. S. Baytak, A.R. Türker, Current Anal. Chem., 146, 2011.
30. S. Baytak, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2003.
45
Download

Dosyayı İndir