Hava kirinde bulunan eser elementlerin enstrümental nötron aktivasyon analizi yöntemi ve atomik absorpsiyon spektrometrisi ile ölçülmesi : 2. kısım

K - 2 - 1975

T.C. ATOM EN ERJİSİ KOMİSYONU

Ankara Nükleer Araştırma Merkezi

Hava Kirinde Bulunan Eser Elementlerin Enstrümental

Nötron Aktivasyon Analizi Yöntemi ve Atomik

Absorpsiyon Spektrometresi ile Ölçülmesi

2. Kısım

F. Pamuk - N. Kahraman - D. Kut

HAVA KİRİNDE BULUNAN ESER ELEMENTLERİN ENSTRÜMENTAL NÖTRON AKTİVASYON ANALİZİ YÖNTEMİ VE ATOMİK ABSORP-

SİYON SPEKTROMETRESİ İLE ÖLÇÜLMESİ

F .PAMUK

-2. Kısım

N.KAHRAMAN - D.KUT

İ Ç İ N D E K İ L E R

I. GİRİŞ

II, DENEY YÖNTEMİ

1°. Aktivasyon Analizi

2°. Atomik Absorpsiyon Spektrometresi III. SONUÇ VE TARTIŞMA

ÖZET

Çeşitli kaynaklardan havaya karışan ve büyük bir kısmı toksik olan eser elementlerin jevre kirlenmesi ve insan

sağlığı yönünden etkileri büyüktür. Bu nedenle eser element* lerin havadaki konsantrasyonlarının devamlı kontrolü gerek­ mektedir. Son yıllarda hava kirliliğinin büyük bir problem

olduğu Ankara şehrinin yedi ayrı semtinden toplanan hava nümunelerinde, enstrümental nötron aktivasyon analizi yön­ temi ve atomik absorpsiyon spektrometresi ile eser element tayinleri yapılmıştır.

ABSTRACT

Several trace elements are being introduced into the atomsphsre from various sources. Since many of the trace elements are highly toxic, the concentrations of them should be measured and controlled continuously for public health. Concentrations of trace elements hava been deter­ mined in air samples collected from seven different

districts of Ankara by the U3e of instrumental neutron activation analysis and atomic absorption spectrophotome­ ter.

I.GİRİŞ

Isınmak için kullanılan yakıt maddelerinden, motorlu

araçlardan, endüstri artıklarından ve diğer yanma prosesle­

rinden havaya karışan eser elementlerin çevre kirlenmesi ve

insan sağlığı yönünden etkileri çok büyüktür. Özellikle ağır

metaller toksik olmaları nedeniyle önem kazanmaktadırlar.

Örneğin nikel, krom ve demirin solunum yoluyla alındıkları

zaman kansere sebep oldukları gözlenmiştir (1). Mangan ve

civanın sinir hastalıklarına sebep olduğu anlaşılmış, kad­

miyumun yüksek tansiyonla, vanadyumun ise bazı kalp hasta­

lıkları ile ilgili olduğu ortaya çıkmıştır (1,2). Ayrıca

bu eser metaller atmosferde oluşan bazı gaz reaksiyonları

için katalizör rolü oynarlar. Örneğin, demir ve mangan kü­

kürt dioksiti kükürt trioksite oksitler ki, bu madde de

sülfirik asidi oluşturur (3). Eser elementler, bitki örtüsü

için de zararlı oldukları gibi, metalden yapılmış malzeme­

leri de korozyona uğratırlar (1,3).

Atmosferde bulunan eser elementlerin kaynakları çok çe­

şitlidir. Yakıt olarak kullanılan kömürden alüminyum, krom,

demir, mangan, magnezyum, titanyum; fuel oilden özellikle

nikel ve vanadyum; taşıt araçlarında kullanılan benzinden

kurşun, brom, bakır ve çinko; çimento fabrikası artıkların­

dan bakır, demir, stronsiyum, krom; çöplerin yakılmasından,

demir, kadmiyum, antimon, v.b, havaya karışmaktadır.

Görüldüğü gibi, eser elementler sağlık ve ekonomi yö­

nünden pek çok zararlı etkilere sahiptirler. Bu nedenle

bunların havadaki konsantrasyonlarının devamlı kontrolü

gerekmektedir,

Bu çalışmanın 1. kısmında hava numuneleri yalnızca

Ankara Nükleer Araştırma Merkezi'nden toplanmış ve ışınla­

madan sonra kimyasal ayırma yöntemi uygulanarak Nal(Tl)

kristalli aedektörle analizlenmişlerdir (4).

Çalışmanın ikinci kısmında ise atomik absorpsiyon spek-

trometresi ve enstrümental nötron aktivasyon analizi yöntem­

leri bir arada uygulanmıştır. Böylece daha çok sayıda ele­

mentin tayin edilmesi mümkün olmuştur.

II.DENEY YÖNTEMİ

Gerek aktivasyon analizi, gerek atomik absorpsiyon

spektrometresi ile analizlennn nümuneler Ankara'nın yedi

ayrı semtinden toplanmıştır. Numuneleri topladığımız yerler, aşağıda verilmiştir.

1. Bahçelievler - 4. cadde son durak.

2. Ankara Nükleer Araştırma Merkezi - Beşevler, Fen Fakültesi arkası.

3. Kızılay - Sümer sokak.

4. Kavaklıdere - Bestekâr sokak.

5. Cebeci - Dörtyol, Talât Paşa Bulvarı.

6. Ulus - Sümerbank önü.

7. Yenimahalle - Serdar sokak.

Bu bölgelerde sabit nümune toplama istasyonları kurula­ madığından, numuneler farklı yükseklikteki yerlerden alınmış­ lardır. Nümuneler, özellikleri yönünden Whatman 41 filtre kâğıdına eşdeğer Carlschleicher ve Schüll Nr.589^ beyaz bant filtre kâğıdından yaklaşık 200-300 m3 hava geçirmek suretiy­ le toplanmıştır. Filtre kâğıtları boş ve dolu olarak tartıla­ rak aradaki farktan toplam bakiye bulunmuştur. Bundan sonra­ ki işlemler her iki analiz yöntemi için farklıdır.

l°.Aktivasyon Analizi

Hava numunelerinin toplandığı filtre kâğıtları, kontamine olmamalarına dikkat edilerek kuvartz tüplere yerleştirilmiş­ tir. Tayin edilecek elementlerin belirli konsantrasyonlardaki çözeltileri de yine aynı cins filtre kâğıtlarına emdirilerek gerekli standartlar hazırlanmış ve bunlar da kuvartz tüplere konulmuştur. Nümune ve standartlar aynı şartlarda ve süreyle ÇNAEM TR-1 reaktöründe ışmlanmıştır. Spektrumların alınma­

sında 60 cm3 hacmindeki Ge(li) kristalli dedektör ve

Laben-1024 kanallı analizör sistemi kullanılmıştır. Standart ve nümune s p e k t r u m l a r ı n m karşılaştırılması ile hesaplanan

sonuçlar ng/m3 olarak Tablo-l'de verilmiştir. 2°. Atomik Absorpsiyon Spektrometresi

Çalışmada, Varian Techtron Model 1200 Atomik Absorpsi­ yon spektrometresi kullanılmıştır.

Nümune1 erin toplandığı filtre kâğıtları 3 mİ. dumanlı nitrik asitle geri soğutucu altında ısıtılarak çözülmüş ve deiyonize su ile 25 mİ. hacime tamamlanarak ölçümler alın­ mıştır. Her element için farklı konsantrasyonlarda bir seri

standart hazırlanarak kalibrasyon grafikleri çizilmiş ve nümunelerle çalışırken bu grafiklerden yararlanılmıştır.

3

-Standartlar, stok çözeltilerinden deneyin yapıldığı gün sey­

reltilerek hazırlanmış; böyleoe beklemeden dolayı cam kap­

larda olabilecek adsorpsiyon önlenmiştir. Numunelerin

çözü­

lüp analize hazırlanması sırasında madde kaybı olup olmadığı

da araştırılmıştır. Bunun için, aranan elementlerin standart­

larından belirli miktarlar filtre kâğıtları üzerine emdiril­

miş ve bunlar nümunelerle aynı işlemler uygulanarak analiz-

lenmiştir. Sonuç olarak, çözme işlemi sırasında herhangibir

kayıp olmadığı anlaşılmıştır. Bu arada, kullanılan filtre

kâğıtları ve asitler de tayini istenen elementler yönünden

incelenmiştir. Böylece bulunan blank değerleri Tablo-2'de

verilmiştir,

»

Atomik absorpsiyon spektrometresi ile on tane elementin,

tayini yapılmış ve bulunan sonuçlar Şekil 1-10‘da verilmiş­

tir.

Grafiklerde sonuçlar, dağılım esasına göre gösterilmiş­

lerdir. Ortalamalar, sınır değerler ve bu sınırların arasına

düşen ölçüm sonuçlarının aritmetik ortalaması alınarak hesap­

lanmıştır. Aletin ölçme sınırının altına düşen değerler şe­

killerde küçük bir okla işaretlenmiş ve ortalama alınırken

sıfır kabul edilmişlerdir. Tayin edilen elementlerin, deney

şartlarında, atomik absorpsiyon spektrometresinde bulunan

ölçme sınırları, Tablo-3’de verilmiştir.

III.SONUÇ VE TARTIŞMA

Tablo-2'deki blank değerleri, Tablo-1 ve şekillerde ve­

rilen sonuçlara göre yüksek görünmektedir. Ancak nümunelerle

ilgili sonuçlar m3 için verilmiştir. En yüksek blank değeri

demire aittir; bu da asitten ileri gelmektedir. Ancak bir

filtre kâğıdı üzerine en az 200 m3 hava toplandığından m3

başına blankden düşen demir miktarı 0,05

p

g yani 50 ng ol­

maktadır. Bu değer de Şekil-1,7 deki sonuçlarla karşılaştı­

rıldığında önemli bir etkisi olmadığı görülmektedir.

Ankara’nın coğrafi konumuna göre, en kirli bölgelerin

Kızılay, Ulus ve Bahçelievler olması beklenirdi. Ancak ör­

neğin Kızılay’da tayin edilen elementlerin bir çoğunun, bu

arada özellikle kurşun konsantrasyonunun düşük olduğu görül­

mektedir. Dalıa önce de belirtildiği gibi nümuneler Kızılaysa

bulvar üzerinden değil, bir ara sokaktan alınmıştır. Sokak

içinde motorlu araç trafiği daha az olduğundan kurşun gibi

başlıca kaynağı trafik olan bazı elementlerin düşük konsan­ trasyonda bulunmaları aşıklanabilir. Bunun yanında, Tablo-1 ve şekiller incelendiğinde elementlerin semtlere göre dağı­ lımının birbirine yakın olduğu görülmektedir.

Genel olarak, havada, tesbit edilebilen elementlerin çoğunluğunun fuel oil, kömür gibi yakıtlardan ve taşıt araç­ larında kullanılan benzinden geldiği düşünülürse, yaz nümu- nelerinde bulunan miktarların en az olması gerekirdi. Ancak bakır, nikel çinko ve kurşunun yaz nümunelerindeki miktarla­ rı hemen hemen bütün semtlerde daha yüksektir. Aynı duruma başka ülkelerde yapılan benzer çalışmalarda da rastlanmış­ tır (8). Buna göre, Tablo-1 ve şekillerde verilen eser ele­ mentler yalnızca yakıtlardan ve benzinden ileri gelmemekte, başka kaynaklara da bağlı olmaktadır. Bu nedenle de, havada bulunan elementlerin semtlere ve mevsimlere göre dağılımla­ rını incelemek için, meteorolojik şartları da göz önünde bulundurarak tek tek kaynakları yönünden araştırmak gerekmek­ tedir.

5

-T E Ş E K K Ü R

Bu çalışmada, numunelerin toplanmasında ve grafiklerin çizilmesinde yardım eden Puat Gözbebek ve Makbule Ercan'a; numunelerin ışınlanmasını sağlayan ÇNAEM Radyoizotop Üretim Bölümü ve Reaktör ilgililerine; sayımların alınmasında yar­ dımcı olan ANAM Nükleer Fizik Grubu elemanlarına teşekkUr ederiz.

6

-KAYNAKLAR

1. Robert E.Lee, jr., Darryl j.Von Lehmden, "Trace Metal Pollution in the Environment" Environmental Protection Agency, National Environmental Research Center, Division of Atmospheric Surveillance, Research Triangle Park,

N.C. 27711.

2. H.M.Perry and H.A.Schroeder, "Concentration of Trace Metals in Urine of Treated and Untreated Hypertensive Patients Compared with Normal Subjects",İ.Lab.Clin.Med. 46:936 (1955).

3. H.P.Johnstone and A.j. Moll, "Formation of Sulfuric Acid in Fogs" Ind.Engr.Chem. 52:861 (I960).

4. T.Altan, D.Kut, A.Kut, F.Pamuk "Hava Kirinde Bulunan Eser Elementlerin Nötron Aktivasyon Analizi Yöntemiyle Ölçülmesi" Ankara Nükleer Araştırma Merkezi Teknik Ra­ poru, K-2-73.

5. W.H.Zeller and G.E.Gordon "Instrumental Neutron Activa­ tion Analysis of Atmospheric Pollutâts Utilizing Ge(Li)

JT-Ray Detectors" Anal.Chem.Vol.42 p.257 February 1970. 6. G.E.Gordon "Instrumental Activation Analysis of Atmosp­ heric Pollutants and Pollution Source Materials" Procee­ dings of the International Symposium on Indentification and Measurement of Environmental Pollutants, B.Westley, Ed., National Research Council of Canada, Ottowa, 1971, pp. 133-143.

7. R.j.Thompson, G.B.Morgan and L.İ.Purdue "Analysis of Selected Elements in Atmospheric Particulate Matter by Atomic Absorption" Atomic Absorption Newsletter, Vol.9, No.3, May-June 1970.

8. T.j.Kneip, M.Eisenbud, C.D. Streklow, P.C.Freudenthal "Airborne Particulates in Ne w York City" «Î. of the Air

Pollution Control Association, Vol.20, N o.3 pp.144-149 (1970).

E LE ME NT ME VS İ M L E R A . N . A . M , C E B E C İ YENİM AHA LLE KAVAKLID ER E BA HÇ EL İE VL E R KIZILAY U L U S r - O 1 ON ! • o m s ON. j 1 L A 1 o ! j ON • ı • • 1 * i o • t „ _{4 *} © o II ij I İ o rO t rH 'V » CM i 1 «O o İ _rH t\ S 1 ON ! 1 CM 1 rH cv. CM t _{VO j- i J} 1 ( CM i t t 1 7 t 1 1 i| ; \ r ş ia ON ı o 1 1 1 CM 3 1 ICN | C-L !vo ! Ü L A i ı—I i r n • ! . . • ( o § e \ ° O 1 o rH 1 itn 1 ro 1 ON ’ E rO n n 3 ° i rH 1ş r n rH 1 1 rH s ! rH VO 1 CM 5 1 1 1 1 1 a I 1 i i s 3

S

! ! t ! t | t

ı

j 1 9 'i ik 1 1 1 E ; j

1

I S i s_i \ 1 3 o - t— t*— I 1 l A İ O OO i o i1 ! 5 00 i OO • . • ! E o £ 0 © 0 O e \ © rH ON rn 1 rH r n PT; ; i VO r j ! rH ! rH f { OD CM E | ! 1 ! I 1 (! [ f i f i i 1 rH § f i $ i i I I >1 1 t i i s 1 i | i a !? İ j | i 3 1 1 1 o ON 1j LA ! | _{.— i VO} E _{iA i} a _ _{i o ? rH} ON s1 rH ! « . • 3 s S r? î 0 6 î © ! o i • • i • CM r— GO I n"- ! rO O I l A S CM 1 LA rH j MO rH 1 3 • î ı CM î L A 1 v o i i rH i I rH i| f ^ î î \ ç ( i î 1 s I I 1 i î i İ i I j 2 i î î ! i i S t İ rH ON VO O i l A f o J ON i ON is rH i CM • • • o c I S o ! f l 0 _(l { _• E O 1 rH CM ON t— NO I L A ! rO On t ON SCO ¥ rf> CM t CM 1 l a C— S 1 rH f rH 1 f f l i CNİ ! ! j ₀ f _i i î î i !S j 1& ! i 5 LfN 3 S S | I CM ? 1 t O I ! i_{İt rH rH} !_! | • i 0 t j © i r r « i 1 • E s ON 1 vo i •H ! rO ? ^ rO i rn * CM i _H l 0 4 • f i | i rH i 5 î 1 1 1 i 1 1 * i e \ * i ! f t I i LA rH o o ! rO i ON

o

i CM rO î v o » • • • • ! i 0 1 o 0 s 9 O i o J « CM VO rH o i CM i U. v o ! 00 ? o^. İ ₄ rH S rH rH CM VO 1 ! rH I E VO i i CM 1 rH _{! rH a} • i 1 i ia i

?

• î[ U 1 JH ; _Fh ! _{PH i Ph 1} 1 u <8 oî i d i tö î _d l 1 RÎ 'S cö 3

■ a

•s I I ■3 1! •3 ; f .d_{05 i} i_f i_I ffi» £ rO !1 rO ( ,0 1 rO ! 1 ,o Oh W» 1 G>î ! S !»■> ; öl» 1 M H ı-1 ıH rH H 1 rH H « _{rH H ! rH i rH H}

_s

_ıH •M M •M 1 ‘M M i •M 8•rH ı w •M 1 •M c _OF-1 a & Sh 1 O 0) N zn 1 m S i: o : 0) ö •H TA BLO 1 N o t -1 : Aktivasyon a n a l i z i i l e y a p ı l a n çal ışmalar sad ece kı ş ve ilk ba ha r d ö n e m : toplanan nümun ele re a i t t i r . Sonuçlar n g / r a ^ olara k v e r i l mi ş ti r. No t-2 : B u numuneler at omik absorbsiyon çal ışmaları i çi n t op lan an n üm un ele rd en f ar kl ı zaman la rda t o p l a n m ı ş t ı r .

Element

Miktar,

M K

/ 25* mİ

Cu 2.20 M n 0.00 Co 0.45 Cr 0.50 Ni 3.25 Zn 8.00 Fe 10.00 Sb 7.75 Pb 4.00 Tablo - 2

Filtre kâğıtları ve kullanılan asitlerde bulunan miktarlar.

* s Filtre kâğıtları, nümunelere uygulanan işlemlere göre çözülmüş ve hacim 25 mİ'ye tamamlandıktan sonra ölçüm­ ler yapılmıştır.

Element

Ölçme limiti, ug / mİ

Cu 0.08 M n 0.02 Co 0.07 Cr 0.02 Ni 0.08 Zn 0.01 Fe 0.02 Sb 0.25 Pb 0.06 As 0.25 Tablo - 3

Atomik absorp3iyon spektrometresiyle tayin edilen element­ lere ait ölçme limitleri.

' i

1

Şek il -1 Şe kil

-V/l _JL_ _L_o M VJ1 Bahçelievier A.N.A.N Kızılay Kavaklıdere _ Cebeci „ -O-Ulus *1 Yenimahalle Bahçelievier A.N.A.M Kızılay Kavaklıdere Cebeci Ulus Yenimahalle vjı

o

— l_

-O- -o-- o

o

o

_L V»

o

ı ,--- ç>----1 >---o --- * •*-0— ( «O-- -ı

<*■ —•Q-..

- H -e-<o-«

4

u» o

o

u* £ İM o

Ş

e

k

i

l

-3

Ş

e

k

i

l

-o

r

B a h ç e lie v le n A .N .A .M -~i K ı z ı l a y K a va k lıd e re Cebeci -i i Ulus —{ i i Yenim ahalle —| u» o o -O-M H* tv>O O O 8 Oo p 9 ___ ______ l_______ __ OT 3

-9->— 0 -- 1 >—O — ı - o -o-u» <*J (D B a h ç e lie v ie r A.N .A.M ro uı O VJ1 o o & 02 O* t» |Co Ş 0 k il -7 , 3 Ş e k il

-o Bahçeli evi er A.N.A.M . Kızılay - Kavaklıdere Cebeci Ulus Yenimahalle «e-ro vji .O -0 - -Q-h— o- -o-- o - o VJ1 O 3 O 0>} JL i o Io—1 toO $ -f^o ____ L ---- )--- t < . Bahçelievier AoN.AoM Kızılay J Kavaklıdere _ Cebeci _ Ulus Yenimahalle O-K> — O- -o-<---o— » Şe kil -

9

Şe kil - 1 0 n g / m 3 A s ( 1 0 )

o

ro

Şek il - 5 Şek