KATI FAZ EKSTRAKSĠYONU, BĠRLĠKTE ÇÖKTÜRME VE BULUTLANMA NOKTASI EKSTRAKSĠYONU ĠLE BAZI METALLERĠN
ZENGĠNLEġTĠRĠLMESĠ VE TÜRLEMESĠ Demirhan ÇITAK
Doktora Tezi Kimya Anabilim Dalı
DanıĢman: Prof. Dr. Mustafa TÜZEN 2010
BU ÇALIŞMA GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KOMİSYONU TARAFINDAN 2010/15 NO‟lu PROJE OLARAK DESTEKLENMİŞTİR.
DOKTORA TEZĠ
KATI-FAZ EKSTRAKSĠYONU, BĠRLĠKTE ÇÖKTÜRME VE
BULUTLANMA NOKTASI EKSTRAKSĠYONU ĠLE BAZI
METALLERĠN ZENGĠNLEġTĠRĠLMESĠ VE TÜRLEMESĠ
Demirhan ÇITAK TOKAT 2010 Her hakkı saklıdır
i
ÖZET Doktora Tezi
KATI-FAZ EKSTRAKSĠYONU, BĠRLĠKTE ÇÖKTÜRME VE
BULUTLANMA NOKTASI EKSTRAKSĠYONU ĠLE BAZI
METALLERĠN ZENGĠNLEġTĠRĠLMESĠ VE TÜRLEMESĠ
Demirhan ÇITAK GaziosmanpaĢa Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı
DanıĢman : Prof. Dr. Mustafa TÜZEN 2010, 105 sayfa
Bu tez çalışmasında, bazı eser elementlerin gıda ve çevresel örneklerde tayini için katı faz ekstraksiyonu, bulutlanma noktası ekstraksiyonu ve birlikte çöktürme esasına dayanan üç faklı zenginleştirme metodu geliştirildi. İlk olarak, katı-faz ekstraksiyonu yöntemi kullanılarak Staphylococcus aureus mikroorganizması yüklenmiş Dowex Optipore V-493 reçinesi ile civa(II) ve metil civa türlemesi gerçekleştirildi. Civa derişimleri soğuk buhar oluşturmalı atomik absorpsiyon spektrometresiyle (CVAAS) tayin edildi. Seçimli ve ard arda eluasyon metil civa için 0,1 mol L-1 HCl‟le ve civa(II) için 2 mol L-1
HCl‟le pH 2‟de gerçekleştirildi. Civa(II) ve metil civanın kantitatif geri kazanımları için pH, biyosorbent miktarı, örnek hacmi, matriks iyonları gibi analitiksel şartlar araştırıldı. Analitler için kantitatif geri kazanımlar elde edildi. Zenginleştirme faktörü 25 bulundu. Analit iyonlarının gözlenebilme sınırı (k=3, N=21) civa(II) için 2,5 ng L-1 ve metil civa için 1,7 ng L-1 olarak bulundu. Tayinlerin bağıl standart sapma ve bağıl hatası, %6 ve %4‟ten düşük bulundu. Biyosorbentin adsorplama kapasitesi civa(II) ve metil civa için sırasıyla 6,5 mg g-1
ve 5,4 mg g-1 bulundu. Yöntemin doğruluğu standart referans madde (NRCC-DORM2 Köpekbalığı kası) analiziyle gerçekleştirildi. Yöntem civa(II) ve metil civa türlemesi için doğal su ve mikrodalgada çözülmüş balık örneklerine başarılı bir şekilde uygulandı. Çevresel örneklerde As(III) ve As(V) iyonları için bir türleme işlemi gerçekleştirildi. As(V) alüminyum hidroksit çökeleği üzerinde kantitatif olarak geri kazanıldı. As(III), KMnO4 ile As(V)‟e yükseltgendikten sonra
geliştirilen birlikte çöktürme yöntemi toplam arseniği tayin etmek için uygulandı. As(III) toplam arsenik içeriği ile As(V) arasındaki farktan hesaplandı. Arsenik derişimlerinin tayini hidrür oluşturmalı atomik absorpsiyon spektrometresiyle (HGAAS) gerçekleştirildi. As(V)‟in kantitatif geri kazanımları için pH, taşıyıcı element olarak alüminyum miktarı ve örnek hacmi gibi analitiksel şartların sunulan birlikte çöktürme sistemi üzerine etkisi araştırıldı. Bazı alkali, toprak alkali, metal iyonları ve
ii
bazı anyonların etkileri incelendi. Zenginleştirme faktörü 25 olarak hesaplandı. As(V)‟in gözlenebilme sınırı (k=3, N=21) 0,012 µg L-1
bulundu. Metodun doğruluğu için NIST SRM 2711 Montana toprağı ve LGC 6010 sert içme suyuna yapılan arsenik analizlerinde tatmin edici sonuçlar elde edildi. Geliştirilen birlikte çöktürme yöntemi arsenik türlemesi için doğal sulara ve bazı gerçek örneklere başarılı bir şekilde uygulandı. Son olarak Cd(II), Pb(II), Cu(II), Fe(III)‟in çeşitli su ve gıda örneklerinden ayrılması ve zenginleştirilmesi için yeni bir bulutlanma noktası ekstraksiyonu metodu geliştirildi. Metal iyonlarının 2,6-diamin-4-fenil-1,3,5-triazin‟le olan kompleksleri, örneklerden yüzey aktif maddece zengin faza (Triton X-114) ekstrakte edildi. Faz ayrımından sonra, zenginleştirilen analitler alevli atomik absorpsiyon spektrometresi ile tayin edildi. Bulutlanma noktası ekstraksiyonunu etkileyen pH, reaktif ve yüzey aktif madde miktarı, sıcaklık ve denge zamanı, gibi parametreler değerlendirildi ve optimize edildi. Bazı anyon ve katyonların girişim etkileri çalışıldı. Bulutlanma noktası ekstraksiyonu şartlarının optimizasyonundan sonra zenginleştirme faktörü 25 bulundu. Cd(II), Pb(II), Cu(II), Fe(III) için elde edilen gözlenebilme sınırları (k=3, N=21) sırasıyla 0,38, 1,33, 0,48 ve 1,85 µg L-1
bulundu. Yöntemin kesinliği (B.S.S) % 1,86 ve % 3,06 arasında bulundu. Zenginleştirme yöntemi metal iyonlarının tayini için standart referans maddelere (NIST 1568 a pirinç unu ve GBW 07605 çay), su ve bazı konserve gıda örneklerine uygulandı.
Anahtar Kelimeler: Zenginleştirme, türleme, birlikte çöktürme, katı-faz extraksiyonu,
bulutlanma noktası ekstraksiyonu, civa, arsenik, eser element, atomik absorpsiyon spektrometresi
iii
ABSTRACT Ph.D. Thesis
PRECONCENTRATION AND SPECIATION OF SOME METALS BY SOLID PHASE EXTRACTION, COPRECIPITATION AND CLOUD POINT
EXTRACTION Demirhan ÇITAK GaziosmanpaĢa University
Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemistry
Supervisor: Prof. Dr. Mustafa TÜZEN 2010, 105 pages
In this thesis study, three different preconcentration methods based on solid phase extraction, cloud point extraction and coprecipitation were developed for determination of some trace elements in food and environmental samples. Firstly, speciation of mercury (II) and methyl mercury on Staphylococcus aureus microorganism loaded on Dowex Optipore V-493 resin were performed by using solid-phase extraction method. Mercury concentrations were determined by cold vapour atomic absorption spectrometry (CVAAS). Selective and sequential elution with 0.1 mol L-1 HCl for methyl mercury and 2 mol L-1 HCl for mercury(II) were performed at pH 2. The analytical conditions for the quantitative recoveries of mercury(II) and methyl mercury including pH, amounts of biosorbent, sample volume, matrix ions were investigated. The quantitative recoveries were obtained for analytes. The preconcentration factor was found as 25. The limit of detections of the analyte ions (k=3, N=21) were 2.5 ng L-1 for Hg(II) and 1.7 ng L-1 for methyl mercury. The relative standard deviation and relative error of the determinations were found to be lower than 6% and 4%, respectively. The capacity of biosorbent for mercury(II) and methyl mercury was found 6.5 mg g-1 and 5.4 mg g-1. The validation of procedure was performed by the analysis of standard reference material (NRCC-DORM 2 Dogfish Muscle). The procedure was successfully applied to the speciation of mercury(II) and methyl mercury in natural water and microwave digested fish samples. A speciation procedure for As(III) and As(V) ions in environmental samples were performed. As(V) was quantitatively recovered on aluminum hydroxide precipitate. After oxidation of As(III) to As(V) by using dilute KMnO4, the developed coprecipitation procedure was applied to determination of total arsenic. Arsenic(III) was calculated as the difference between the total arsenic content and As(V) content. The determination of arsenic concentrations was performed by hydride generation atomic absorption spectrometry (HG-AAS). The analytical conditions for the quantitative recoveries of As(V) including pH, amount of aluminum
iv
as carrier element and sample volume, etc. on the presented coprecipitation system were investigated. The effects of some alkaline, earth alkaline, metal ions and some anions were examined. Preconcentration factor was calculated as 25. The detection limit (LOD) (k=3, N=21) for As(V) was found 0.012 µg L−1. The satisfactory results for the analysis of arsenic in NIST SRM 2711 Montana soil and LGC 6010 Hard drinking water certified reference materials for the validation of the method was obtained. The developed coprecipitation procedure was successfully applied to some real samples and natural waters for arsenic speciation. Finaly a new cloud point extraction (CPE) procedure was developed for the separation and preconcentration of Cd(II), Pb(II), Cu(II), Fe(III) in various water and food samples. Complexes of metal ions with 2,6-diamin-4-fenil-1,3,5-triazin were extracted into the surfactant-rich phase of octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton X-114) from samples. After phase separation, the enriched analytes were determined by flame atomic absorption spectrometry (FAAS). Factors affecting cloud point extraction, such as pH, reagent and surfactant concentrations, temperature and incubation time were evaluated and optimized. The interference effect of some cations and anions was studied. After optimization of the cloud point extraction conditions, the preconcentration factor was found 25. The limits of detection obtained for Cd(II), Pb(II), Cu(II) and Fe(III) (k=3, N= 21) were found as 0.38, 1.33, 0.48 and 1.85 µg L-1, respectively. The method presented precision (R.S.D.) was found between 1.86 % and 3.06 %. The preconcentration procedure was applied to the determination of metal ions in reference standard materials (NIST-SRM 1568a Rice flour and GBW 07605 Tea), water and some canned food samples.
Keywords:Preconcentration, speciation, coprecipitation, solid-phase extraction, cloud
v
TEġEKKÜR
Bu tez çalışmam sırasında benden bilgilerini, deneyimlerini ve desteklerini esirgemeyen, danışman hocam Sayın Prof. Dr. Mustafa TÜZEN‟e sonsuz saygı ve teşekkürlerimi sunarım.
Ayrıca Tez İzleme Komitesi üyeleri, Sayın Doç. Dr. Durali MENDİL‟e ve Sayın Yrd. Doç. Dr. İsa KARAMAN‟a teşekkür ederim.
Deneysel çalışmalarım sırasında engin tecrübe ve bilgilerini esirgemeyen ve yardımcı olan Sayın Prof. Dr. Mustafa SOYLAK hocama teşekkürlerimi sunarım.
Tez çalışmam süresince beni destekleyen AAS grup arkadaşlarıma teşekkür ederim. Bölümümüzde mevcut olan her türlü imkândan faydalanmamı sağlayan Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi ve Kimya Bölümü yöneticilerine ve ayrıca Kimya Bölümü tüm öğretim üyelerine ve öğretim elemanlarına teşekkür ederim.
Benden hiçbir zaman maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen, hayatımın her safhasında yanımda olan biricik eşim ve canım aileme sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Demirhan ÇITAK Kasım 2010
vi ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa ÖZET ... i ABSTRACT ... iii TEġEKKÜR ... v ĠÇĠNDEKĠLER ... vi SĠMGE ve KISALTMALAR DĠZĠNĠ ... ix ġEKĠLLER DĠZĠNĠ ... x TABLOLAR DĠZĠNĠ ... xi 1. GĠRĠġ ... 1 2. GENEL BĠLGĠLER ... 4
2.1. Eser Element Analizi ... 4
2.2. Ayırma ve Zenginleştirme Yöntemleri ... 5
2.2.1 Sıvı-Sıvı Ekstraksiyonu Yöntemi ... 8
2.2.2. İyon Değiştirme Yöntemi ... 8
2.2.3. Elektroanalitik Yöntemler ... 8
2.2.4. Birlikte Çöktürme Yöntemi ... 9
2.2.4.1. Karışık Kristal Oluşumu ... 10
2.2.4.2. Hapsetme ... 10
2.2.4.3. Yüzey Adsorpsiyonu ... 11
2.2.4.4. Literatürde Birlikte Çöktürme Yöntemiyle Yapılan Çalışmalar ... 11
2.2.5. Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonu ... 13
2.2.5.1. Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonunda Bazı Kavramlar ... 14
2.2.5.1.1. Yüzey Aktif Maddeler ... 14
2.2.5.1.2. Miseller ... 15
2.2.5.1.3. Kritik Misel Konsantrasyonu (CMC) ... 16
2.2.5.1.4. Kraft noktası ... 16
2.2.5.1.5. Bulutlanma Noktası ... 16
2.2.5.2. Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonu Yöntemiyle Yapılan Bazı Çalışmalar ... 17
2.2.5.3. Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonuyla Çalışılan Metaller ve Özellikleri ... 18
2.2.5.3.1. Kurşun ... 18
2.2.5.3.2. Bakır ... 19
2.2.5.3.3. Demir ... 20
2.2.5.3.4. Kadmiyum ... 21
2.2.6. Katı-Faz Ekstraksiyonu (SPE) ... 21
2.2.6.1 Kesikli Sistem ... 24
2.2.6.2 Yarı Geçirgen Tutucu Disk ile Süzme Tekniği ... 25
2.2.6.3 Kolon tekniği ... 25
2.2.6.4 Katı-Faz Ekstraksiyonu Yöntemiyle Yapılan Bazı Çalışmalar ... 25
2.3. Türleme ... 28
2.3.1. Eser Element Türlemesi ... 28
2.3.2. Arsenik ve Özellikleri ... 28
2.3.3 Literatürde Yeralan Bazı Arsenik Türlemesi Çalışmaları ... 30
vii
2.3.5. Civa Türlemesinde Kullanılan Mikroorganizma (Staphylacoccus aureus)
ve Özellikleri ... 34
2.3.6. Literatürde Yeralan Bazı CivaTürlemesi Çalışmaları ... 35
2.4. Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi ... 37
2.4.1. Atomik Absorpsiyon Spektrometresi ve Bileşenleri ... 37
2.4.1.1. Işık Kaynağı ... 38
2.4.1.2. Atomlaştırıcılar ... 39
2.4.1.3 Monokromatörler ... 41
2.4.1.4. Dedektörler ... 41
2.4.2. Atomik Absorpsiyon Spektrometresinde Girişimler ... 42
2.4.2.1. Kimyasal girişimler ... 42
2.4.2.2. Fiziksel Girişimler ... 42
2.4.2.3. İyonlaşma Girişimi ... 43
2.4.2.4. Spektral Girişimler ... 43
2.4.2.5. Zemin Girişimleri ... 43
2.4.3. Atomik Absorsiyon Spektroskopisi ile Kantitatif Analiz ... 45
2.4.4. Performans Ölçütleri ... 45 2.4.4.1 Gözlenebilme Sınırı ... 46 2.4.4.2 Duyarlılık ... 46 2.4.4.3 Doğruluk ... 46 2.4.4.4 Kesinlik ... 47 2.4.4.5 Tayin sınırı ... 47 3. MATERYAL ve YÖNTEMLER ... 48 3.1.Cihaz ve Malzemeler ... 48
3.1.1. Atomik Absorpsiyon Spektrometresi ... 48
3.1.2. pH metre ... 49
3.1.3. Santrifüj Cihazı ... 49
3.1.4. Mikrodalga Çözme Cihazı ... 49
3.1.5. Terazi ... 49
3.1.6. Saf Su Cihazı ... 49
3.1.7. Kolonlar ve Hazırlanışı ... 50
3.1.8. Mikroorganizma ve Hazırlanışı ... 50
3.1.9. Mikroorganizmanın Reçine Üzerine Yüklenmesi ... 50
3.1.10. Kullanılan Malzemeler ... 51
3.1.11. Kimyasal Maddeler ve Stok Çözeltilerin Hazırlanışları ... 51
3.2. Kullanılan Yöntemler ... 56
3.2.1. Katı-Faz Ekstraksiyonu Yöntemiyle Civa Türlemesi ... 56
3.2.1.1. Yöntemin Model Çalışmaları ... 56
3.2.1.2. Parametrelerin Optimizasyonu ... 57
3.2.1.2.1. pH Etkisi ... 57
3.2.1.2.2. Streptococcus aureus Mikroorganizması Miktarının Etkisi ... 58
3.2.1.2.3. Eluent Tipi ve Miktarının Etkisi ... 59
3.2.1.2.4. Örnek ve Eluentin Akış Hızlarının Etkisi ... 60
3.2.1.2.5. Örnek Hacminin Etkisi ... 60
3.2.1.2.6. Matriks İyonlarının Geri Kazanım Üzerine Etkisi ... 61
3.2.1.2.7. Adsorpsiyon Kapasitesi ... 62
3.2.1.2.8. Yöntemin Analitik Performansı ... 63
viii
3.2.2. Birlikte Çöktürme Yöntemiyle Arsenik Türlemesi ... 65
3.2.2.1. Yöntemin Model Çalışması ... 66
3.2.2.2. Deneysel Parametrelerin Optimizasyonu ... 66
3.2.2.2.1. pH‟nın Etkisi ... 67
3.2.2.2.2. Taşıyıcı Element Olarak Al3+ Miktarının Etkisi ... 68
3.2.2.2.3. Örnek Hacminin Etkisi ... 68
3.2.2.2.4. Arsenik İyonlarının Geri Kazanımlarına Matriks İyonlarının Etkisi ... 69
3.2.2.2.5. Toplam Arsenik İçeriğinin Belirlenmesi ... 70
3.2.2.2.6. Yöntemin Analitik Performansı ... 71
3.2.2.2.7. Yöntemin Gerçek Örneklere Uygulanması ... 71
3.2.3. Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonuyla Yapılan Çalışmalar ... 73
3.2.3.1. Model çalışması ... 73
3.2.3.2. Parametrelerin Optimizasyonu ... 73
3.2.3.2.1. pH Etkisi ... 73
3.2.3.2.2. Ligand (2,6-Diamin-4-fenil-1,3,5-Triazin) miktarının etkisi ... 74
3.2.3.2.3. Triton X-114 Miktarının Etkisi ... 75
3.2.3.2.4. Çözelti Sıcaklığının Analitlerin Geri Kazanımlarına Etkisi ... 76
3.2.3.2.5. Analitlerin Geri Kazanımlarına Denge Süresinin Etkisi ... 77
3.2.3.2.6. Santrifüjleme Hızının ve Süresinin Etkisi ... 78
3.2.3.2.7. Örnek Hacminin Etkisi ... 78
3.2.3.2.8. Yabancı İyonların Etkisi ... 79
3.2.3.2.9. Yöntemin Analitik Performansı ... 80
3.2.3.2.10. Yöntemin Su ve Bazı Gıda Örneklerine Uygulanması ... 81
4. TARTIġMA ve SONUÇ ... 83
4.1. Katı-Faz Ekstraksiyonu Yöntemi Çalışmalarının Değerlendirilmesi ... 83
4.2. Birlikte Çöktürme Yöntemi Çalışmalarının Değerlendirilmesi ... 86
4.3. Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonu Yöntemi Çalışmalarının Değerlendirilmesi .... 88
KAYNAKLAR ... 93
ix
SĠMGE ve KISALTMALAR DĠZĠNĠ Kısaltmalar Açıklama
AAS Atomik Absorpsiyon Spektrometresi
FAAS Alevli Atomik Absorpsiyon Spektrometresi
GFAAS Grafit Fırınlı Atomik Absorpsiyon Spektrometresi
MHS 15 Civa Hidrür Sistemi 15
CVAAS Soğuk Buhar Atomik Absorpsiyon Spektrometresi
HGAAS Hidrür Oluşturmalı Atomik Absorpsiyon Spektrometresi
OKL Oyuk Katot Lambası
BBL Buhar Boşalım Lambası
EBL Elektrotsuz Boşalım Lambası
GS Gözlenebilme Sınırı
SRM Standart Referans Madde
BSS Bağıl Standart Sapma
BH Bağıl Hata
ZF Zenginleştirme Faktörü
rpm Dakikada Devir Sayısı
CPE Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonu
CMC Kritik Misel Konsantrasyonu
SPE Katı-Faz Ekstraksiyonu
MS Kütle Spektrometresi
ICP-MS İndüktif Eşlenmiş Plazmalı-Kütle Spektrometresi
ICP-OES İndüktif Eşlenmiş Plazmalı-Optik Emisyon Spektrometresi
XRF X-Işınları Floresans Spektrometresi
ICP-AES İndüktif Eşlenmiş Plazmalı–Atomik Emisyon Spektrometresi
NAA Nötron Aktivasyon Analizi
ppm Milyonda Bir Kısım
ppb Milyarda Bir Kısım
TSA Tayin Sınırı Altında
MMHg Monometilciva
x
ġEKĠLLER DĠZĠNĠ
ġekil Sayfa
Şekil 2.1. Misel Oluşumu ... 15
Şekil 2.2. Bazı misel yapıları ... 16
Şekil 2.3. SPE metodunun basamakları ... 22
Şekil 2.4. Civanın tabiattaki döngüsü ... 33
Şekil 2.5. S. aureus mikroorganizması ... 35
Şekil 2.6. Atomik absorpsiyon spektrometresi ve bileşenleri ... 37
Şekil 2.7. Oyuk katot lambasının yapısı ... 38
Şekil 3.1. pH‟ın geri kazanıma etkisi ... 58
Şekil 3.2. S. aureus mikroorganizması miktarının geri kazanıma etkisi ... 59
Şekil 3.3. Örnek hacminin geri kazanıma etkisi ... 61
Şekil 3.4. Arsenik iyonlarının geri kazanımına pH‟ın etkisi ... 67
Şekil 3.5. Al 3+ miktarının etkisi ... 68
Şekil 3.6. Metal iyonlarının geri kazanımına pH etkisi ... 74
Şekil 3.7. 2,6-diamin-4-fenil-1,3,5-triazin miktarının geri kazanıma etkisi ... 75
Şekil 3.8. Geri kazanıma Triton X-114 miktarının etkisi ... 76
Şekil 3.9. Çözelti sıcaklığının geri kazanıma etkisi ... 77
xi
TABLOLAR LĠSTESĠ
Tablo Sayfa
Tablo 2.1. Yüzey aktif madde çeşitleri ... 15
Tablo 2.2. Atomlaştırma için kullanılan bazı alevlerin özellikleri ... 40
Tablo 3.1. Çalışılan elementlerin AAS çalışma şartları ... 48
Tablo 3.2. Dowex Optipore V-493 reçinesinin bazı özellikleri ... 55
Tablo 3.3. Eluent tipinin geri kazanıma etkisi ... 60
Tablo 3.4. Matriks iyonlarının civa türlerinin geri kazanımına etkisi ... 62
Tablo 3.5. Hg(II) ve metil civa(I) türlemelerinin test çalışmaları ... 64
Tablo 3.6. SRM (NRCC-DORM2 Köpekbalığı Kası) analiz sonuçları ... 64
Tablo 3.7. Türleme çalışmasının bazı su örneklerine uygulanması ... 65
Tablo 3.8. Bazı balık örneklerine yöntemin uygulanması ... 65
Tablo 3.9. Matriks iyonlarının As5+ geri kazanımlarına etkisi ... 69
Tablo 3.10. Toplam arsenik içeriğinin belirlenmesi ... 70
Tablo 3.11. SRM‟lerde ve bazı örneklerde arsenik tayini ... 72
Tablo 3.12. Yöntemin bazı doğal sulara uygulanması ... 72
Tablo 3.13. Matriks iyonlarının etkisi ... 79
Tablo 3.14. Kalibrasyon eğrisinin analitik karakteristiği ... 80
Tablo 3.15. SRM‟lere yöntemin uygulanması ... 81
Tablo 3.16. Doğal su örneklerine yöntemin uygulanması ... 82
Tablo 3.17. Gerçek örneklere yöntemin uygulanması ... 82
Tablo 4.1. Civa türlemesinin diğer katı-faz ekstraksiyonu çalışmalarıyla karşılaştırılması ... 86
Tablo 4.2. Geliştirilen birlikte çöktürme yönteminin literatürdeki bazı çalışmalarla karşılaştırılması ... 88
1. GĠRĠġ
Son yüzyılda meydana gelen teknolojik gelişmeler yaşam koşullarını eskisine göre daha çok kolaylaştırmasının yanı sıra, çevre kirliliğinde büyük bir artışa sebep olmuştur. Çevre kirliliği; hava, su, toprak ve gürültü kirliliği olarak karşımıza çıkmaktadır. Yeryüzündeki yaşamını sürdüren bütün canlılar hava, su ve toprağı kullanarak hayatlarını devam ettirirler. Çevreyi kirleten en büyük neden ise, insan faaliyetleridir. Endüstriyel işlemler ve ürünlerde ağır metal kullanımı son yıllarda hızla artmış ve buna bağlı olarak insanlar üzerindeki etkisi de tehlikeli değerlere ulaşmıştır. Günlük hayatta çok miktarda ağır metal içeren ürün kullanıldığı için şimdilik bunlardan kurtulmak mümkün gözükmemektedir. Her ortamda bulunan ağır metaller, en etkili kirlilik sebebidir. Özellikle eser miktarda bulunan ağır metallerin belirlenmesi ve uzaklaştırılması şarttır. Çünkü bu metallerin eser düzeyleri bile toksik etkiler gösterebilmektedir. Ancak bu metallerin canlı organizmalar için toksik olduğu kadar bazı eser elementlerin organizma için son derece önemli işlevleri vardır. Örneğin demir, bakır, mangan, çinko, selenyum canlılar için gerekli iken arsenik, civa, kadmiyum ve kurşunun çok az miktarları bile canlı yaşamını tehdit etmeye yetmektedir (Srogi, 2008). Çevre için eser elementlerin doğal ve insan kökenli olmak üzere başlıca iki kaynağı vardır. Kayalar, volkanlar, termal sular, sedimentler, orman yangınları vs. doğal kaynakları oluştururken madenler, metal kaplama üniteleri, endüstriyel aktiviteler, zirai uygulamalar, atık üniteleri insan kökenli kaynaklardır.
Kısa bir süre öncesine kadar mg L-1
düzeyindeki derişimler eser olarak tanımlanırken, günümüzde µg L-1
, ng L-1 veya daha düşük derişimler eser olarak tanımlanabilmektedir. Ancak, bir elementi eser olarak sınıflandırmak yine de zordur. Eser elementlerin tayininde atomik absorpsiyon spektrometresi (AAS), kütle spektrometresi (MS), nötron aktivasyon analizi (NAA), indüktif eşlenmiş plazmalı–atomik emisyon spektrometresi (ICP-AES), indüktif eşlenmiş plazmalı-kütle spektrometresi (ICP-MS), x-ışınları floresans spektrometresi (XRF), UV-görünür spektrofotometre ve florimetre gibi
spektral aletlerin yanı sıra voltametri gibi elektroanalitik yöntemler de kullanılmaktadır (Srogi, 2008).
Atomik absorpsiyon spektrometresi eser elementlerin analizinde en yaygın kullanılan tekniklerden biridir. Fakat bu analizlerde, çeşitli örneklerdeki eser elementlerin son derece düşük derişimlerde bulunması ve örneğin matriksinden kaynaklanan bozucu etkiler nedeniyle bazı sorunlarla karşılaşılmaktadır. Eser metal iyonlarının analizinde karşılaşılan bu sorunların giderilmesinde en çok kullanılan yöntemler ayırma ve zenginleştirme yöntemleridir. Ayırma ve zenginleştirme yöntemleriyle eser elementler hem bulundukları matriksten kurtarılmış olur, hem de derişimleri tayin sınırının üzerine çıkarılmış olur (Pereira ve Arruda, 2003).
En yaygın zenginleştirme yöntemleri, sıvı-sıvı ekstraksiyonu, iyon-değiştirme, elektroanalitik yöntemler, birlikte çöktürme, katı-faz ekstraksiyonu, bulutlanma noktası ekstraksiyonu gibi yöntemlerdir.
Sıvı–sıvı ekstraksiyonu geniş ölçüde kullanılsa da, katı–faz ekstraksiyonu ve bulutlanma noktası ekstraksiyonuyla karşılaştırıldığında bazı dezavantajlara sahiptir. Büyük numune hacmi, uzun zamanda dengeye ulaşma, zayıf seçimlilik ve emülsiyon oluşumu sahip olduğu bazı dezavantajlar olarak sayılabilir. Katı–faz ekstraksiyonu, klasik sıvı–sıvı ekstraksiyonuna göre hızlı ve basit olması, numune kaybı olmadan çok küçük boyutta numuneye uygulanması, yüksek zenginleştirme faktörü elde edilebilmesi, daha az zaman alması ve düşük maliyetli olması gibi avantajlara sahiptir. Bulutlanma noktası ekstraksiyon ise klasik sıvı-sıvı ekstraksiyonun göre daha basit, maliyeti ucuz, kullanılan organik maddeler göz önüne alındığında çok daha az toksik, kısa süreli, pratik ve oldukça etkili bir ayırma ve zenginleştirme yöntemidir. Birlikte çöktürme, sulu çözeltide bulunan eser metal iyonlarının zenginleştirilmesinde kullanılan basit, hızlı ve etkili yöntemlerden biridir (Liang ve ark., 2001; Chen ve Teo, 2001).
Türleme genel olarak örneklerde metallerin kimyasal şekillerinin (türlerinin) belirlenmesi ve tayin edilmesi olarak tanımlanır. Elementlerin zehirliliklerinin kimyasal türleri ile yakından ilişkilidir ve bu nedenle kimyasal tür analizleri birçok bilim dalında
olduğu gibi analitik kimyada da oldukça önemlidir. Ayrıca metallerin çevrede taşınması, bitkiler ve hayvanlar tarafından alınması ve depolanması bunların kimyasal türlerine bağlı olarak değişmektedir. Farklı yükseltgenme basamağına sahip metal iyonlarının zehirlilikleri oldukça farklı olabilmektedir. Örneğin Cr6+, Cr3+‟e göre daha çok toksiktir. Arsenik elementi, inorganik As3+
ve As5+ veya organik arsenik bileşikleri şeklinde bulunur. İnorganik arsenik bileşikleri organik arsenik bileşiklerine göre ve As3+
bileşikleri de As5+
bileşiklerine göre daha zehirlidir (Batley, 1999).
Yukarıda bahsedilen nedenlerden dolayı bu tez çalışması kapsamında üç farklı zenginleştirme yöntemi geliştirilmiştir. Bunlar katı-faz ekstraksiyonu, birlikte çöktürme ve bulutlanma noktası ekstraksiyonu yöntemleridir.
Katı-faz ekstraksiyonu yöntemiyle Hg2+
ve CH3-Hg+ iyonlarının, Staphylococcus
aureus mikroorganizması yüklenmiş Dowex Optipore V-493 reçinesi üzerinde
zenginleştirilmesi ve türlendirilmesi sağlanmıştır. Metal iyonları hazırlanan katı faz üzerinde tutunduktan sonra, elüent yardımıyla elüe edilerek analit derişimleri MHS 15 soğuk buhar oluşturmalı atomik absorpsiyon spektrometresi (CVAAS) cihazıyla tayin edilmiştir. Geliştirilen bu yöntemin deneysel parametreleri model çözeltiler kullanılarak optimize edildi. Ayrıca geliştirilen katı-faz ekstraksiyonu yöntemi çeşitli su ve balık örneklerine uygulandı. Birlikte çöktürme yöntemiyle ise Al(OH)3 kullanılarak As3+ ve
As5+ türlendirilmesi gerçekleştirildi. Deneysel parametreler optimize edildikten sonra yöntem çeşme suyu, nehir suyu (Yeşilırmak), deniz suyuna (Karadeniz) Yeşilırmak‟tan alınan sediment, toprak, yenilebilir mantar (Calvatia utriformis) pirinç ve sosis örneklerine uygulanmıştır. Bulutlanma noktası ekstraksiyonu yöntemiyle de çeşitli su ve gıda örneklerinde eser düzeylerde bulunan Cd2+
, Pb2+, Cu2+, Fe3+ iyonlarının zenginleştirilmesi ve alevli atomik absorpsiyon spektrofotometresi ile tayinleri yapıldı. Yüzey aktif madde olarak Triton X-114, metal komleksleri oluşturmak amacıyla da 2,6-diamin-4-fenil-1,3,5-triazin ligandı kullanıldı.
2. GENEL BĠLGĠLER
2.1. Eser Element Analizi
Günümüzde µg L-1
veya daha düşük derişimlerde bulunan elementler eser element olarak tanımlanır. Ancak, bir elementi eser olarak sınıflandırmak yine de zordur. Çinko (Zn), demir (Fe), mangan (Mn), krom (Cr), bakır (Cu), kobalt (Co), molibden (Mo), vanadyum (V), civa (Hg), arsenik (As), kurşun (Pb), kadmiyum (Cd), antimon (Sb) vb. ekosistemde yer alan başlıca eser elementlerdir. Bu elementler aynı zamanda ağır metal olarak da bilinmektedir. Bakır, çinko, mangan, demir gibi metaller canlılar için hem faydalı hem de gereklidir. Fakat bu elementler ve civa, arsenik, kadmiyum, kurşun gibi bazı elementler yüksek derişimlerde canlı yaşamını tehdit etmektedir (He ve ark., 2005). Eser elementler ekosisteme doğal ve insan kaynaklı olmak üzere iki yolla yayılmaktadır. Kayalar, volkanlar, termal sular, sedimentler, orman yangınları vs. doğal kaynakları oluştururken madenler, metal kaplama tesisleri, zirai uygulamalar (zirai ilaçlar ve gübreler), termik santraller, demir çelik sanayi, atık tesisleri insan kökenli kaynaklardır. Su kaynakları, endüstriyel atıklar veya asit yağmurlarının toprağı ve dolayısı ile bileşimde bulunan eser metalleri çözmesi ve çözünen metallerin ırmak, göl ve yeraltı sularına ulaşmasıyla geçerler. Sulara taşınan eser metaller aşırı derecede seyrelirler ve kısmen karbonat, sülfat, sülfür olarak katı bileşik oluşturarak su tabanına çöker ve bu bölgede zenginleşirler. Sediment tabakasının adsorpsiyon kapasitesi sınırlı olduğundan dolayı da suların metal derişimi sürekli olarak yükselir. Başta toprak olmak üzere canlıların içinde yaşadığı birçok ortamda bu yollarla biriken metaller çevreyi ve canlıları tehdit etmektedir (McBridge, 2004).
Toprak; insanların, hayvanların, mikroorganizmaların, bitkilerin üzerinde bulunduğu ekosistemin en önemli parçasıdır. Bir yandan yaşam için gerekli bütün ürünleri üzerinde bulundururken diğer yandan da eser elementler gibi birçok kirleticileri üzerinde bulundurmaktadır. Fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar sonucu eser elemetler toprakta katı, sıvı ve gaz halinde bulunmaktadır. Seyrelme, difüzyon ve çeşitli dönüşümlerle toprakta bulunan eser düzeydeki kirleticilerin miktarları azalmaktadır. Ancak bu
miktarlardaki azalması sınırlıdır. Çünkü endüstriyel atıklar, zirai ilaçlar, madenler ve bunun gibi birçok etken metal derişimlerini canlılar açısından tehdit edici hale getirmektedir.
Eser elementler biyolojik süreçlere katılma derecelerine göre yaşamsal olanlar ve yaşamsal olmayanlar olarak sınıflandırılırlar. Yaşamsal olarak tanımlananların eser elementlerin canlıların yapısında belirli bir derişimde bulunmaları gereklidir ve bu elementlerin biyolojik reaksiyonlara katıldıklarından dolayı düzenli olarak besinler yoluyla alınmaları zorunludur. Örneğin bakır hayvanlarda ve insanlarda kırmızı kan hücrelerinin ve birçok yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonlarının vazgeçilmez parçasıdır. Genel olarak vücut için yaşamsal öneme sahip olan elementlerin fazlası vücuda zararlı, toksik etkiler yaparken, düşük miktarlarda alınmalarında eksikliklerinden kaynaklanan birçok hastalık ve bozukluklar görülür (Bañuelos ve Ajwa, 1999).
Düşük derişimlerdeki (ppb) metallerin tayini, analitik kimyada en çok üzerinde odaklanılan konudur. Son yıllarda eser metaller, çok çeşitli su, toprak, atmosferik materyaller gibi çevresel örneklerde, biyolojik örneklerde ve yiyecek örneklerinde tayin edilmiştir. FAAS, ETAAS, ICP-OES ve ICP-MS gibi birçok analitik tekniğin seçicilik ve duyarlılığına rağmen, çevresel örneklerdeki düşük derişimleri ve yüksek matriks girişimlerinden dolayı tayin edilmeden önce eser metallerin matrikslerinden ayrılması ve zenginleştirilmesi gerekmektedir. Ayırma ve zenginleştirmeyide içeren örnek hazırlama işlemleri birçok analitik yöntemin doğruluğu, kesinliği ve gözlenebilme sınırına doğrudan etki etmektedir. Bu işlem analitik metodun aynı zamanda hız tayin basamağıdır. Zenginleştirme analitik işlemlerde en önemli adımdır (Türker, 2007).
2.2. Ayırma ve ZenginleĢtirme Yöntemleri
Günümüzde kullanılan aletli analiz yöntemleri yüksek seçicilik ve duyarlılığa sahiptir. Ancak eser elementlerin bulundukları örnekler içerisinde çok düşük derişimlerde bulunmaları ve içerisinde bulundukları ortamın (matriks) çok karmaşık bir yapıya sahip
olması eser elementlerin aletli analiz yöntemleriyle tayinlerini zorlaştırmaktadır. Zenginleştirme analitik tekniğin gözlenebilme sınırının örnekte bulunan eser elementin derişimine göre daha büyük olduğunda kullanılır. Zenginleştirme yönteminin uygulanmasıyla analitin derişimi örnekteki başlangıç derişimine göre arttırılmış olur. Zenginleştirme yöntemleri analiz süresini uzatır ve analizleri daha karmaşık hale getirir. Analiz sırasında kirliliğe ve analit kaybına neden olabilir. Tayin edilecek eser element sayısı bazen doğrudan analiz edilecek element sayısına göre daha düşük olabilir. Özel çalışma işlemleri, yüksek saflıkta kimyasal maddelere, özel donanımlı laboratuarlar ve özel deney düzenekleri gereklidir.
Zenginleştirme eser elementlerin gruplar halinde veya seçici olarak ana bileşenden ayrılarak yapılabileceği gibi zenginleştirme ana bileşen eser elementlerden ayrılarak da yapılabilir. Matriks karmaşık bir yapıda değilse, çoklu element analizleri için matriksin ayrılması daha doğru sonuçlar verir. Eğer matriks çok karmaşıksa (jeolojik ve biyolojik örnekler) eser elementlerin ayrılması daha doğru sonuçlar verir.
Eser analizde kullanılan ayırma ve zenginleştirme yöntemleri ile tayin basamağında aşağıdaki birçok kolaylık sağlanmış olur. Bunlar:
-Eser element derişimi artırılarak yöntemin tayin kapasitesi artırılır.
-Eser elementler uygun ortama alındığı için, ortamdan gelebilecek girişimler giderilmiş olur.
-Büyük örnek hacimleri küçük örnek hacimlerine düşürüldüğü için örneğin homojen olmayışından gelebilecek hatalar yok edilmiş olur.
-Ayırma işlemi ile örnek bilinen ortam içine alındığından, standartlar ile örnek ortamını benzetmek kolaylaşır.
-Seçimlilik artırılır.
Eser element analizlerinde zenginleştirme yönteminin değerlendirilmesinde iki kriter önemlidir. Bunlar; geri kazanma verimi ve zenginleştirme katsayısıdır. Geri kazanma verimi R ile gösterilir. Zenginleştirme yöntemlerinin değerlendirilmesinde kullanılan ve
istenen eser elementi geri kazanım ölçüsü olan geri kazınım verimi (R) aşağıdaki gibi ifade eldir. x100 Q Q R % o (2.1)
Burada Q zenginleştirme işleminden sonraki madde miktarı, Qo
ise başlangıçta örnekteki madde miktarıdır. Zenginleştirme faktörü ise şöyle ifade edilir:
o o M /Q T Q M /Q T Q T/M ZF (2.2)
Burada M matriksi, T ise tayini yapılan eser elementi göstermektedir. QT ve QoT: Sırasıyla zenginleştirme sonrası ve öncesi eser element miktarını,
QMve Q : Sırasıyla zenginleştirme sonrası ve öncesi matriks miktarını, oM ZFT/M: Zenginleştirme faktörünü göstermektedir (Zolotov, 1978).
Geri kazanım % 100 olduğunda ise;
M Q M Q T/M ZF o (2.3)
Tez çalışmasında zenginleştirme faktörü kantitatif olarak çalışılabilecek en büyük ilk hacmin en küçük son hacme oranlanmasıyla hesaplanmıştır. Eser element zenginleştirme yöntemleri arasında sıvı-sıvı ekstraksiyonu, iyon-değiştirme, elektroanalitik yöntemler, birlikte çöktürme, katı-faz ekstraksiyonu, bulutlanma noktası ekstraksiyonu gibi yöntemler yaygın olarak kullanılmaktadır (Lemos ve David, 2010; Kazi ve ark., 2009; Parham ve ark., 2009).
2.2.1 Sıvı-Sıvı Ekstraksiyonu Yöntemi
Uygun bir çözücü içerisinde çözünmüş maddelerin başka bir sıvı faz içerisine alınmasına sıvı-sıvı ekstraksiyonu denir. Basit ve hızlı olması nedeniyle oldukça yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Eser element analizi uygulamalarında kullanılan fazlardan birisi su, diğer faz ise su ile karışmayan bir organik çözücüdür. Sıvı-sıvı ekstraksiyonu yöntemi iki şekilde uygulanır. İlk yöntemde ana bileşenler organik faza alınır ve eser elementler sulu fazda kalır ve tayini yapılır. İkinci yöntemde ise eser elementin uygun bir ligand ile şelatı oluşturulur ve organik faza alınır. İkinci yöntem ilk yönteme göre genellikle daha çok tercih edilir. Eğer organik faz tayini zorlaştırmıyorsa eser elementin analizi yapılır. Organik faz eğer tayini zorlaştırıyorsa bu faz uzaklaştırıldıktan sonra eser elementin analizi gerçekleştirilir (Marczenko ve Balcerzak, 2000).
2.2.2. Ġyon DeğiĢtirme Yöntemi
Bu yöntemde eser elementler iyon değiştirici reçinelerden geçirilerek elementlerin tutunmaları sağlanır. Reçine üzerinde tutunan eser elementler uygun bir çözücü ile küçük bir hacime alınarak zenginleştirme işlemi gerçekleştirilmiş olur. Doğal ve yapay olmak üzere organik veya inorganik karakterli birçok iyon değiştirici kullanılabilir. Killer ve zeolitler en çok kullanılan inorganik karekterli iyon değiştiricilerdir. Organik iyon değiştiriciler anyonik ve katyonik iyon değiştiriciler olmak üzere ikiye ayrılır. Katyon değiştirici reçineler olarak sülfone edilmiş polistiren veya karboksil grubu içeren polimetakrilat, anyon değiştirici olarak kuaterner amonyum grubu içeren polistiren veya poliaminpolistiren kullanılır (Janos ve ark., 1992).
2.2.3. Elektroanalitik Yöntemler
Eser elementler elektrolizle bir elektrot üzerinde toplanır. Daha sonra küçük hacimler içine sıyrılarak yapılan zenginleştirme yöntemidir. Uygun şartlar sağlanılarak eser
metallerin bir çalışma elektrotu üzerinde birikmeleri sağlanır. Çalışma elektrodu olarak civa elektrodu, platin elektrodu kullanılmaktadır. Elektrodun türü ve şekli, elektroliz hücresi ve şekli, örneğin bileşimi metal iyonlarının elektrolitik biriktirilmelerine etki eder. Eser elementlerin zenginleştirilmesinde çok kullanılan elektrolizin yanısıra anodik sıyırma yöntemleri de yaygın olarak kullanılır. Elektrot üzerinde toplanan metaller anodik sıyırma ya da fiziksel ve kimyasal işlemlerle çözülerek ayrılır. Anodik sıyırma işleminde elektrot uygun hacimdeki bir elektrolit çözeltisine daldırılır. Burada elementin biriktirildiği elektrot anot olarak bağlanır. İkinci basamakta ise elektrot yüzeyinde biriken elementler asit yardımıyla çözülerek elektrottan ayrılır ve uygun analiz yöntemiyle tayin edilir (Karatepe, 2006).
2.2.4. Birlikte Çöktürme Yöntemi
Bir örnekte veya çözeltide eser elementlerin kantitatif olarak çöktürülmesi zordur. Eser element ile çöktürücü reaktifin oluşturacağı bileşiğin çözünürlük çarpımı çok küçük olsa bile, çözeltide küçük miktarlı çökeleklerin oluşumu geleneksel çöktürme tekniklerinin kullanılmasını engel teşkil eder. Bu nedenle genellikle eser elementlerin zenginleştirilmesinde birlikte çöktürme yöntemi kullanılmaktadır.
Deney şartları altında çözünen eser elementlerin inorganik ya da organik yapıda olan bir çökelek üzerinde safsızlık olarak biriktirilmesine birlikte çöktürme denir. En eski zenginleştirme yöntemlerinden biri olan birlikte çöktürme eser element analizinde en yaygın kullanılan tekniklerden biridir. Bu terim, eser elementlerin tek başına ayrılmasında kullanıldığı gibi, ana bileşenin eser bileşenden ayrılmasında da kullanılır. Birlikte çöktürme yönteminde oluşturulan toplayıcı çökelekler, inorganik veya organik karakterli olabilir. Toplayıcı çökeleğin inorganik veya organik karakterli olması durumunda, her iki halde de grup şeklinde veya seçimli olarak bazı elementler çeşitli ortamlardan ayrılabilir. Analiz basamağı aynı anda çok elementi tayin etmeye müsait ise, grupların biriktirilmesi tercih edilebilir. Genel olarak birlikte çöktürme yönteminde inorganik toplayıcılar (hidroksitler, sülfürler, kısmen oksitler) ve organik toplayıcılar
(bazı şelatlar veya şelat yapıcı ligandlar) olmak üzere iki reaktif türü kullanılır. Fe(OH)3, CuS, BaSO4 ve FePO4 gibi bileşikler inorganik toplayıcılardır. Organik
taşıyıcılar ise ya bir şelat ya da organik ligandın çökelek oluşturan bozunma veya dimerleşme ürünü olabilmektedir.
Birlikte çöktürme yönteminde eser elementler süzme, santrifüjleme ve membran süzgeçte toplama gibi tekniklerle uygun pH‟ta bir çökelek üzerinde toplanır. Çökelek üzerinde toplanan çökelekler uygun bir çözücü ile küçük hacimde çözülür dolayısıyla zenginleştirilmiş olur. Daha sonra eser elementlerin uygun aletli analiz tekniğiyle tayini yapılır.
Eser elementlerin çökelek üzerinde toplanmaları üç farklı mekanizma sonucu gerçekleşir. Bunlar, karışık kristal oluşumu, hapsetme ve yüzey adsorpsiyonu gibi mekanizmalardır (Divrikli, 2001).
2.2.4.1. KarıĢık Kristal OluĢumu
Karışık kristal oluşumunda, ana çökelek oluşturulurken çökelekte bulunan anyon ya da katyonların eser elementler ile yer değiştirmesi sonucu meydana gelir. Bu kristaldeki değişimin olabilmesi için yer değiştiren iyonların yükleri aynı ve çapları birbirine yakın (çapları arasındaki fark % 5‟ten küçük) olmalıdır.
2.2.4.2. Hapsetme
Hapsetme mekanizması, çökelek büyümesi veya küçük tanecikli çökeleklerin üst üste gelmesi sırasında yüzeylerinde tutunan veya arada kalan iyonların çökelek içerisine hapsolmasıdır.
2.2.4.3. Yüzey Adsorpsiyonu
Eser elementler, oluşturulan inorganik ya da organik bazlı toplayıcı çökelek üzerinde adsorplanmasına dayanır. Bu mekanizma türünde, yüzey her zaman elektriksel yük taşır. Bu yükten dolayı zıt yüklü iyonlar çökelek yüzeyine tutunur ve birlikte çökelme gerçekleşir (Divrikli, 2001).
2.2.4.4. Literatürde Birlikte Çöktürme Yöntemiyle Yapılan ÇalıĢmalar
Kagaya ve ark., (2009); 27 tane eser elementi indiyum fosfatla pH 10‟da birlikte çöktürmüşlerdir. Çökeleği 5 mL 1 M nitrik asitte çözdükten sonra tayinleri ICP-AES ile yapmışlardır. Geliştirdikleri bu yöntemi sofra tuzlarına uygulamışlardır.
Ni2+/2-Nitroso-1-naftol-4-sulfonik asit sistemi ile Co(II), Pb(II), Cu(II), Fe(III) ve Zn(II) iyonlarının çöktürülerek zenginleştirilmeleri ve FAAS‟de tayinleri Uluözlü ve ark., (2010) tarafından gerçekleştirilmiştir. Gözlenebilme sınırlarını 0,50-2,67 μg L-1 aralığında bulmuşlardır. Geliştirilen bu yöntemi çevresel örneklere uygulamışlardır. Efendioğlu ve ark., (2007); Bi(III)4-metilpiperidinditiyokarbamat sistemini kullanarak, deniz suyu, çeşme suyu, ve nehir suyu örneklerinde bulunan Cd(II), Cu(II) ve Pb(II) metal iyonlarının ayrılması ve zenginleştirilmesini incelemişlerdir. Tayin basamağında FAAS kullanmışlardır. Metal iyonlarının geri kazanım değerlerini % 95‟in üzerinde bulmuşlardır.
Yine yapılan bir çalışmada Soylak ve Önal (2006), europiyum(III) hidroksit ile Cr(III), Fe(III), Pb(II) ve Mn(II) metal iyonlarının birlikte çöktürülerek zenginleştirilmesini incelemişlerdir. Metal iyonlarının tayinlerini FAAS kullanarak gerçekleştirmişlerdir. Bu yöntemi çeşitli standart referans maddelere uygulayarak, doğruluk çalışmaları yapmışlardır. Yöntemi doğal sulara, toprak ve gübre (amonyum ve potasyum nitrat bazlı gübreler) örneklerine uygulamışlardır.
Usda ve ark., (1997) yaptıkları bir çalışmada, hafniyum hidroksit ile birlikte çöktürme tekniğini kullanarak, pH 5,7‟de Cr (III) ve Cr (VI)‟ yı, pH 11‟de ise Cr (III)‟ ü çöktürerek tayin etmişlerdir. Geliştirilen yöntemi sulara uygulayarak, Cr (III) ve Cr (VI) tayinlerini GFAAS ile gerçekleştirmişlerdir.
Saraçoglu ve ark., (2006); violurik asit-Cu (II) sistemi ile Pb (II) ve Fe (III) iyonlarının çöktürülerek zenginleştirilmeleri ve FAAS‟de tayinlerini gerçekleştirmişlerdir. Gözlenebilme sınırları Fe için 0,18 μg L-1, Pb için 0,16 μg L-1
olarak bulmuşlardır. Metal iyonlarının bağıl standard sapmaları % 7‟nin altında bulmuşlardır. İçme suyu, maden suyu, deniz suyu, atık su, fizyolojik çözeltiler ve rafine edilmemiş sofra tuzuna standard eklemeler yapılmış ve kantitatif geri kazanımlar elde edilmiştir. Geliştirilen bu yöntem deniz suyu, üre, maden suyu, toprak ve fizyolojik çözeltilere başarıyla uygulanmıştır.
Cd(II), Cr(III), Co(II), Cu(II), Fe(III), Pb(II) ve Mn(II) metal iyonları taşıyıcı element olmaksızın N-setil N,N,N trimetil amonyum bromür ile çöktürülerek zengişleştirilmeleri Saraçoğlu ve Soylak (2010) tarafından gerçekleştirilmiştir. Tayin basamağında FAAS kullanmışlardır. Zenginleştirme faktörünü 10 bulmuşlardır. Gözlenebilme sınırlarını 0,61-4,30 μgL-1 aralığında bulmuşlardır. Yöntemi başarılı bir şekilde çevresel su örneklerine uygulamışlardır.
Cu (II), Pb (II), Ni (II), Co (II), Cd (II) ve Mn (II) metal iyonlarının disporsiyum (III) hidroksit ile birlikte çöktürülerek ayrılması ve zenginleştirilmesi için Peker ve ark., (2007) yeni bir yöntem geliştirmişler ve bu yöntemi doğal sulara ve çeşitli sofra tuzlarına uygulamışlardır.
Çıtak ve ark., (2009); çöktürücü reaktif olarak zirkonyum(IV) hidroksit kullanarak, Pb(II), Fe(III), Co(II), Ni(II), Cd(II) Cu(II), Zn(IV) ve Pb(IV) metal iyonlarını zenginleştirmişler ve alevli atomik absorpsiyon spektrometresi ile tayin etmişlerdir. pH ayarını NaOH kullanılarak gerçekleştirmişlerdir. Çökeleği 1 mL 1 M HNO3‟te
olarak hesaplamışlardır. Gözlenebilme sınırı değerlerini 0,27–2,50 μg L-1
aralığında bulmuşlardır. Optimize edilen yöntemi çeşitli gıda ve su örneklerine uygulamışlardır.
Soylak ve Tüzen (2008); Au(III)‟ ün pH 4‟ te birlikte çöktürme yöntemi ile nikel (II)-5-metil-4-(2-diazol azo) rezorsinol kompleksi üzerinde biriktirilerek zenginleştirilmesinden sonra FAAS ile tayinine yönelik bir yöntem geliştirmişlerdir. Tayin sınırı, bağıl standard sapma ve zenginleştirme faktörü sırası ile, 1,5 μg L-1, % 2,5 ve 25 olarak bulunmuştur. Geliştirdikleri yöntemi çeşitli çevresel numunelere uygulanmıştır.
Divrikli ve Elçi (2002); toprak ve sedimentte bulunan Cu(II), Co(II), Pb(II), Cd(II) ve Ni(II) eser metallerini Ce(IV) hidroksit ile pH 10,5‟ te çöktürdükten sonra, FAAS‟de tayin etmişlerdir. Çözelti pH ayarlamalarında 1 M HNO3 kullanmışlar, referans yöntem
olarak katı-faz ekstraksiyonuna dayalı bir başka yöntem ile de çalışma yaparak iki yöntemi karşılaştırmışlardır. İçme suyu ve deniz suyu örnekleri kullanılarak yapılan bu karşılaştırmalar sonucunda, geliştirilen yöntem ile referans yöntemi kullanılarak elde edilen sonuçların genel olarak uyumlu olduğu görülmüştür.
2.2.5. Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonu
Bulutlanma noktası ekstraksiyonu yöntemi ilk olarak Hiroto Watanabe ve çalışma grubu tarafından ortaya konulmuştur. Bu yöntem klasik sıvı-sıvı ekstraksiyonu yöntemine alternatif bir yöntemdir. Bulutlanma noktası ekstraksiyonu organik bileşikleri ayırma ve zenginleştirilmesinde kullanıldığı gibi metallerin zenginleştirilmesinde de sıkça kullanılmaktadır (Hinze ve Pramauro, 1993).
Bulutlanma noktası ekstraksiyonu basit, güvenilir, düşük maliyetli ve çevreci bir yöntemdir. Ayrıca sıvı-sıvı ekstraksiyonuyla karşılaştırıldığında yüksek zenginleştirme faktörüne sahiptir. Metal analizlerinden, çevresel çalışmalara, biyolojik alandan tıpa kadar birçok alanda bulutlanma noktası ekstraksiyonu uygulamaları ile sıkça karşılaşılmaktadır (Ohashi ve ark., 2004).
Bulutlanma noktası ekstraksiyonu ayrılması istenilen metal iyonunu içeren çözelti ortamına kompleksleştirici ilave edilerek metal iyonlarının kompleksi oluşturulur. Ardından ortama konulan yüzey aktif madde aracılığı ile su içerisinde hidrofobik hücreler oluşturulur. Ayırımı yapılacak olan maddeye bağlı olarak oluşturulan özel şartların ardından (pH, sıcaklık, vb.) hedef yapı miseller içerisinde hapsedilerek çözeltide bulunan yüzey aktif maddenin yapısına göre bulutlanma noktası değerine kadar çözelti ortamı ısıtılır. Bulutlanma noktasına ulaşıldığında çözelti santrifüjlenerek iki faza ayrılır. Bu iki fazdan biri yüzey aktif maddece zengin olan faz diğeri ise sulu fazdır. Santrifüj işleminden sonra bir buz banyosunda veya buzdolabında soğutulur. Böylece fazlar arasındaki viskozluk farkı büyür ve fazların birbirinden ayrılması kolaylaştırılmış olur. Bu sayede hedef yapı ortamdan ayrılmış, ilk etapta bulunduğu çözelti hacmine göre çok daha küçük bir hacim içerisine hapsedilmiş yani zenginleştirilmiş olur (Quina ve Hinze, 1999).
2.2.5.1. Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonunda Bazı Kavramlar
2.2.5.1.1. Yüzey Aktif Maddeler
Yüzey aktif maddeler bir hidrofilik ve bir de hidrofobik kısım içeren moleküllerdir. Yüzey aktif maddeler molekülün yüzey aktif kısmıyla taşıdıkları yüke göre anyonik, katyonik, iyonik olmayan ve amfoterik olarak sınıflandırılırlar. Ayrıca yüzey aktif maddeler, sık sık teknolojik uygulamaları ile ilişkili olarak adlandırılır. Bu yüzden deterjan, ıslatıcı madde, emülsüfiye edici ve dağıtıcı (dispersant) gibi isimler alırlar. Tablo 2.1‟de çeşitli yüzey aktif maddeler verilmiştir (Quina ve Hinze, 1999).
Tablo 2.1. Yüzey aktif madde çeşitleri
Katyonik
Dodesilamin hidroklorür CH3 (CH2)11NH3+CI
-Anyonik
Sodyum stereat
Sodyum dodesil benzen sülfonat
CH3 (CH2) 16COO-Na+ CH3(CH2)11C6H4SO3-Na+ Ġyonik olmayan octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton X-114) (C2H4O)n C14H22O (n=7,8) Amfoterik
Dodesil betain C13H27N+ (CH3) 2 CH2COO
-2.2.5.1.2. Miseller
Yüzey aktif madde moleküllerinin kritik misel konsantrasyonu (c.m.c) adı verilen belli bir konsantrasyonun üstünde kendi aralarında oluşturdukları kümelerdir. Şekil 2.1‟de çeşitli misel tiplerini görmekteyiz. Ayrıca Şekil 2.2‟ de çeşitli misel yapıları verilmiştir (Paleologos ve ark.,2005).
Şekil 2.2. Bazı misel yapıları
2.2.5.1.3. Kritik Misel Konsantrasyonu (CMC)
Kritik misel konsantrasyonu (CMC), yüzey aktif madde moleküllerinin misel oluşturmadan sulu fazda kalabileceği en düşük konsantrasyon olarak tanımlanır. Bu konsantrasyonun üzerindeki konsantrasyonlarda misel oluşumu gerçekleşmektedir (Quina ve Hinze, 1999; Paleologos ve ark.,2005).
2.2.5.1.4. Kraft Noktası
Kristal katı faz, monomer faz ve misel fazı denge halindedir ve bu noktaya „Kraft Noktası‟ denir.
2.2.5.1.5. Bulutlanma Noktası
Sulu fazın ve yüzey aktif maddenin ayrılmaya başladığı sıcaklık noktasıdır. Bu noktada çözelti bir bulut şeklinde görülmektedir (Quina ve Hinze, 1999; Paleologos ve ark., 2005).
2.2.5.2. Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonu Yöntemiyle Yapılan Bazı ÇalıĢmalar
Matos ve ark., (2009); su örneklerinde Cr(III) ve Cr(VI) tayini için bir bulutlanma noktası ekstraksiyonu yöntemi geliştirmişlerdir. Cr(III)‟ü 1-(2-piridilazo)-2-naftol ile komleksleştirdikten sonra Triton X-114 fazına almışlardır. Toplam Cr tayini için Cr(VI)‟yı Cr(III)‟ e indirgemiş ve tayinlerini alevli atomik absorpsiyon spektrometresi ile yapmışlardır.
Manzoori ve Nezhad (2007) yaptıkları bir çalışmada, kadmiyum ve nikeli tayin etmek için yeni bir bulutlanma noktası ekstraksiyon yöntemi geliştirmişlerdir. Ni(II) ve Cd(II) iyonlarını ditizon ile kompleksleri oluşturulmuş Triton X-114 ile miseller içerisine almışlardır. Zenginleştirilen örnekler, alevli atomik absorpsiyon spektrometresi ile analiz etmişlerdir.
Silva ve ark., (2009) yaptıkları bir çalışmada, su örneklerinde bulunan Zn(II), Cd(II) ve Ni(II)‟i 4-(2-piridilazo)-rezorsinol ile kompleksleştirmişlerdir. Daha sonra bu kompleksleri Triton X-114 yüzey aktif maddesi fazına alarak tayinler indüktif eşlenmiş plazmalı–atomik emisyon spektrometresi ile yapmışlardır.
Başka bir çalışmada Sheminari ve ark., (2004); As(III) ve As(V)‟i tayin etmede As(V)‟i kompleksleştirmek için molibdat anyonunu kullanmışlardır. Daha sonra faz ayrımını için Triton X-114 eklemişler ve 55 oC‟de ısıtıp analitleri yüzey aktif maddece zengin faz
içerisine ekstrakte etmişlerdir. Toplam As tayini için As(III)‟ü As(V)‟e yükseltgemişler ve tayin etmişlerdir.
Dallali ve ark., (2007); komplekleştirici olarak 2-guanidinbenzimidazole kullanarak Zn(II), Co(II), Ni(II) ve Pb(II) iyonlarının sulu ortamdan ayrılması ve önderiştirilmesi için yeni bir bulutlanma noktası ekstraksiyonu yöntemi geliştirmişlerdir. Yapılan bu çalışmada yüzey aktif madde olarak Triton X-114 kullanmışlardır.
Yine farklı bir çalışmada Çandır ve ark., (2008), komleksleştirici olmaksızın sadece sadece Tween 80‟i kullanarak Cr(III), Pb(II), Cu(II), Ni(II), Bi(III), ve Cd(II) bulutlanma noktası ekstraksiyonu yöntemi ile zenginleştirmişlerdir. Geliştirdikleri bu yöntemi su, gıda ve ilaç örneklerine uygulamışlardır. Metal derişimlerinin tayinini alevli atomik absorpsiyon spektrometresi ile yapmışlardır.
Farklı bir çalışmada Chen ve Teo (2001), su örneklerindeki Cd(II), Cu(II), Pb(II) ve Zn(II)‟yi zenginleştirmek ve alevli atomik absorpsiyon spektrometresi ile tayin etmek amacıyla metal iyonlarını 1-(2-tiazol azo)-2-naftol (TAN) ile kompleksleştirip yüzey aktif madde olarak Triton X-114‟ ü kullanarak yüzey aktif maddece zengin faz içerisine ekstrakte etmişlerdir.
Yapılan başka bir çalışmada komplekleştirici olarak metil-2-piridilketon oksim kullanarak Cu(II), Ni(II) ve Co(II) iyonlarının sulu ortamdan ayrılması ve önderiştirilmesi için yeni bir bulutlanma noktası ekstraksiyon metodu geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem biyolojik örneklere, doğal ve atık sulara, toprak ve kan örneklerine uygulanmıştır (Ghaedi ve ark., 2008).
Tavakoli ve ark., (2008); pH 6,5‟da altın ve palladyumu 1,8-diamino-4,5-dihidroksi antrakinon ile kompleksleştirdikten sonra Triton X-114 yüzey aktif maddesini kullanarak bulutlanma noktası ekstraksiyonu yöntemi ile zenginleştirip indüktif eşleşmiş plazma-optik emisyon spektrometresi (ICP-OES) ile tayin etmişlerdir. Yöntem altın cevherlerine ve standard referans materyallere uygulanmıştır.
2.2.5.3. Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonuyla ÇalıĢılan Metaller ve Özellikleri
2.2.5.3.1. KurĢun
Kullanılmakta olan en eski metallerden biridir. Kurşun insan faaliyetleri ile ekosisteme zarar veren ilk metaldir. Atmosferde metal ya da bileşik olarak yayılan kurşun her durumda toksik özellik taşır ve çevre kirliliğine neden olan en önemli ağır metaldir. 1920‟li yıllardan itibaren kurşun tetraetil [Pb(C2H5)4 ] gibi kurşun bileşikleri
akaryakıtlara ilave edilmeye başlanmış ve kurşunun ekosisteme yayılmasında büyük rol oynamıştır. Akü imalinde, kablo izolasyonunda, mühimmatta, alaşımlarda, kimyasal maddeler ve pigmentlerde, benzin katkısı olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Kurşunun diğer önemli kaynakları ise teneke kutu kapakları, kurşun-kalay alaşımla kaplı mutfak gereçleri, böcek ilaçları ve seramik sırlarıdır. Ancak endüstriyel bölgelerde yetişen sebze ve meyvelerde önemli kurşun kaynakları olabilmektedir. İnsan vücudunda kurşun hiçbir gerekli fonksiyonu yerine getirmez. Yalnızca hasara neden olur. Bunlar; Hemoglobin biyosentezinde aksama ve anemi, kan basıncında artış, böbrek hasarı, düşük yapma ve zor düşük, sinir sisteminde aksama, beyin hasarı, sperm hasarları ile erkeklik verimliliğinde azalma, çocukların öğrenme kabiliyetlerinde azalma, saldırganlık, dürtülerle hareket ve hiperaktivite gibi çocuklarda davranış bozukluğudur. Bununla beraber, gıdalardan kaynaklanan kurşun toksitesi son derece nadirdir ve neredeyse sadece çevresel kirlenmelerden olmuştur (Uluözlü, 2010; Anonim, 2010a).
2.2.5.3.2. Bakır
Yer kabuğunda ortalama % 0,01 mertebesinde bakır bulunur, en çok bulunan elementler sıralamasında bakır 25. sırada yer almaktadır. Bakır, gerek fiziksel ve kimyasal gerekse teknik özellikleri yüzünden demirden sonra, en fazla kullanılan bir metaldir. Saf halde iken ısıyı ve elektriği iyi iletmesi, elektrik sanayiinde en çok kullanılan metal olmasını sağlamıştır. Yumuşak bir metal olması bakımından da (dövülebilir, levha ve tel haline getirilebilir) kolaylıkla şekil verilebilir. Elektrik ve elektronik sanayi, inşaat sanayi, ulaşım sanayi, kimya, kuyumculuk, boya sanayi en çok kullanıldığı alanlardır.
Ayrıca bakır tüm canlılar için yaşamsal önemi büyük olan eser elementlerden biridir. Vücuttaki tüm oksidasyon olaylarında, enzimlerin kontrollü çalışması için bakır gereklidir. Normal bir erişkin insanda 100-150 mg kadar bakır bulunur. Bunun % 90 kadarı kas, kemik ve karaciğerde depolanmış haldedir. İleri derecede beslenme ve bağırsakta emilme bozukluğu olanlarda bakır eksikliği görülebilir. Bu durumda kansızlık, cilt kusurları, kemik kusurları ve zeka gelişme bozuklukları görülür. İnsanda hemoglobin oluşumunda katalizör görevi yapan bakır, yumuşakçalar ve kabuklularda
da, solunum organlarından dokulara oksijen taşıyan hemosiyanin adlı proteinin başlıca bileşenidir. Normal bir tarım toprağında bakır 1-50 ppm civarında bulunur fakat 1-250 ppm civarında da bulunabildiği kayıtlara geçmiştir. Genelde, güçlükle adsorbe olur ve en az mobiliteye sahip elementlerden biridir. Toprağın içinde dağınık bir şekilde bulunur. Toprakta bakır farklı yapılarda bulunabilir. Bunlar, toprak çözeltisinde, iyonik ve kompleksleşmiş olarak, belli başlı adsorpsiyon bölgelerinde, organik kalıntılarında ve son olarak primer ve sekonder minerallerin kafes yapısında bulunmaktadır. Bakırın da fazlası zehirleyicidir. 15 mg‟dan daha fazla elementel bakır yutulması halinde, bulantı, kusma, ishal, karın ağrısı, yaygın kas ağrıları gibi belirtiler ortaya çıkar. Zihinsel kusurlar ile koma ve ölüm de görülebilir (Demirel, 2006; Uluözlü 2010).
2.2.5.3.3. Demir
Demirin ilk kullanımına dair işaretler, mızrak uçları, bıçak ve süs eşyası şeklinde olup Sümerlere ve eski Mısırlılara kadar dayanmaktadır. Demir, yerkabuğunda en çok bulunan metaldir. Demir, tüm metaller içinde en çok kullanılandır ve tüm dünyada üretilen metallerin ağırlıkça % 95' ini oluşturur. Günümüzde düşük fiyatı ve yüksek mukavemet özellikleri demiri, otomotiv, gemi gövdesi yapımı, ve binaların yapısal bileşeni olarak kullanımında vazgeçilmez kılar. Genel olarak yerkabuğunda bulunan demir filizleri Hematit (Fe2O3), Limonit veya Geolit (2Fe2O3.3H2O), Manyetit (Fe3O4)
ve Siderit (FeCO3)‟tir. Demir, canlıların yaşam boyu temel bir ihtiyacıdır, canlılarda
canlıların yaşına, cinsiyetine, beslenmesine ve sağlık durumuna göre değişik miktarlarda bulunmaktadır. Normal bir insanın vücudunda 60-70 ppm kadar demir bulunur. Genel olarak, demir ihtiyacı 0-2 yaş dönemi, gelişme çağı ve kadınlarda gebelik dönemlerinde en yüksek düzeydedir. Demirin eksikliği veya fazlalığı vücutta olumsuz etkilere neden olmaktadır. Demir eksikliğinden kaynaklanan en önemli hastalık, kansızlıktır. Yorgunluk, bitkinlik, dilde çatlama ve tırnak büyümesinde aksaklık gibi hastalıklar demir eksikliğinde görülür. Demir fazlalığı sonucu görülen en önemli hastalık, karaciğer bozukluğudur (Uluözlü, 2010; Anonim,2010b).
2.2.5.3.4. Kadmiyum
Kadmiyum, en düşük erime noktasına sahip alaşımların önemli bir bileşenidir. endüstriyel olarak kadmiyum, nikel/kadmiyum pillerde, korozyona karşı dayanımı nedeniyle gemi sanayinde çeliklerin kaplanmasında, boya sanayinde, PVC stabilizatörü olarak, alaşımlarda ve elektronik sanayinde kullanılır. Bazı bileşikleri, siyah-beyaz ve renkli televizyon tüplerindeki fosforesan bileşiklerde kullanılır. Kadmiyum ve bileşiklerinin çözeltileri zehirlidir. Sülfidi (CdS), sarı pigment olarak kullanılır. Kadmiyumun yıllık doğaya yayınım miktarı 25,000–30,000 tondur ve bunun 4,000– 13,000 tonu insan faaliyetlerine bağlı olarak ortaya çıkar. Kronik akciğer rahatsızlıkları, böbrek yetmezliği, kansızlık, dişlerin dökülmesi ve koku duyumunun yitirilmesi kadmiyumun aşırı dozda alınması sonucu meydana gelen rahatsızlıklarıdır (Anonim, 2010c).
2.2.6. Katı-Faz Ekstraksiyonu (SPE)
Katı- faz ekstraksiyonunun ilk uygulamaları 50 yıl öncesine dayanmaktadır. İlk olarak organik mikrokirleticilerin zenginleştirilmesi için sıvı-sıvı ekstraksiyonuna alternatif bir yöntem olarak ortaya çıkmıştır (Liska, 2000).
Katı-faz ekstraksiyonu yöntemi, sıvı faz içerisinde bulunan analitin katı bir faz üzerinde toplanmasını esas alan bir yöntemdir. Eser elementlerin karmaşık matrikslerden ayrılması ve eser element zenginleştirme tekniği olarak hızla gelişmektedir. Çeşitli zenginleştirme yöntemleri arasında katı-faz ekstraksiyonu yöntemi, basit, hızlı, ucuz olması, akışa enjeksiyon teknigi ile kolaylıkla kombine edilebilmesi, elüent olarak sıvı organik çözücünün çok küçük miktarının kullanılması ve yüksek zenginleştirme faktörü elde edilebilmesi gibi bir çok önemli avantaja sahiptir (Lemos ve ark., 2007; Poole, 2007). SPE metodu Şekil 2.3‟te gösterildiği gibi 3-4 basamaktan oluşur.
Şekil 2.3. SPE metodunun basamakları (Camel, 2003)
İlk basamakta katı sorbent uygun bir çözücü ile şartlandırılmalıdır. Bu basamak önemlidir. Çünkü fonksiyonel grupların şartlandırılması ve materyallerin ıslanması gerekmektedir. Şartlandırma için organik çözücüler kullanılabileceği gibi çeşitli pH‟ larda tamponlarda kullanılmaktadır. Kolonun koşullandırılmasında ve örneğin geçirilmesinde sorbentin kuru olmamasına dikkat edilmelidir. Aksi takdirde analitler tam olarak tutunmaz ve düşük geri kazanım değerleri elde edilebilir. Böyle durumlarda kolon tekrar şartlandırılmalıdır (Camel, 2003).
İkinci basamak, örnek çözeltisinin katı adsorban bulunan kolondan geçirilmesidir. Örnek çözeltisinin hacmi 1 mL ile 1 L aralığında olabilir. Örnek kolona yerçekimi, pompalama, vakum ve otomatik sistemle uygulanabilir. Örnek akış hızı analitlerin tutunmalarını sağlayacak kadar düşük hızda ve tıkanmayı önleyecek kadar yüksek hızda olmalıdır. Bu süreçte analitler sorbent üzerinde birikmektedir. Matriks bileşenleri de katı sorbent üzerinde tutunabilir veya bazılarıda kolondan geçip gidebilirler (Camel, 2003).
Üçüncü basamak tercihe bağlı olarak adsorban tarafından tutunan matriks bileşenlerini elimine etmek için düşük elüasyon kuvvetine sahip analiti etkilemeyen uygun bir çözücü ile katı sorbentin yıkanması işlemidir (Camel, 2003).
Son basamak ise sorbentte tutunan ve matriks bileşenleri içermeyen sadece analitle etkileşime giren uygun bir elüent türü ile elüasyonu içerir. Bu basamakta organik veya inorganik birçok bileşik elüent olarak kullanılabilir. Elüent hacmi analitlerin kantitatif geri kazanım değerine göre ayarlanmalıdır. Ayrıca elüent akış hızının maksimum geri kazanım değerleri sağlayacak şekilde ayarlanmasına dikkat edilmelidir (Camel, 2003).
Eser elementlerin zenginleştirilmeleri için katı sorbente tutunmaları gerekir. Tutunma mekanizması sorbente ve eser elementin yapısına bağlıdır. Tutunma olayı fiziksel veya kimyasal adsorplama, iyon değiştirme ve şelat oluşturma gibi olaylar sonucu gerçekleşir. Kullanılan adsorbanlar, inorganik ve organik (doğal ve sentetik polimerler) bazlı olmak üzere iki sınıfa ayrılır. En önemli inorganik bazlı adsorbanlar; silika jel, gözenekli cam, C18 bağlı silikajel ve TiO2 gibi inorganik oksitlerdir. Organik bazlı
olanlar polimerik(reçineler) olan ve polimerik olmayan adsorbanlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. En çok kullanılan organik bazlı adsorbanlar reçinelerdir. Genel olarak reçineler iyon değiştirici reçineler, şelat yapıcı reçineler ve adsorpsiyon reçineleri olarak sınıflandırılır (Camel, 2003).
İyon değiştirici reçineler, genellikle birleşik karşıt iyonlarla yer değiştirebilen katyonik ya da anyonik fonksiyonel gruplar içerirler. Kuvvetli uçlar sülfonik asit grupları ve kuaterner aminler, zayıf uçlar ise karboksilik asit grupları ya da primer, sekonder veya tersiyer aminlerdir. Bu gruplar, silika jel ya da polimerlere (örneğin stirendivinilbenzen kopolimeri) kimyasal olarak bağlanırlar.
Şelat yapıcı reçineler genel olarak eser elementlerle şelat oluşturan farklı fonksiyonel grupları içerirler. Bu fonksiyonel gruplar, aminler, azo grupları, amitler ve nitriller, oksijen içeren hidroksil, fenol, eter ve karboksil grupları, kükürt içeren tiyoller, tiyokarbamatlar ve tiyoeterlerdir. Ligandın içerdiği fonksiyonel gruplar eser elementlere karşı seçicilik hakkında da bilgi verir.
Adsorpsiyon reçineleri; fonksiyonel gruplarına, polimer esaslı olup olmadıklarına, çapraz bağ sayısına, parçacık boyutuna gözeneklilik gibi özelliklerine bağlı olarak
çeşitlilik gösterirler. Organik kirleticilerin sulardan uzaklaştırılmasında sıkça kullanılırlar. Eser element analizinde eser element bir ligand ile şelatı oluşturularak adsorpsiyon reçinelerine tutunmaları sağlanır (Camel, 2003).
Ayrıca katı-faz ekstraksiyonunda inorganik ve organik kökenli adsorbanlar kullanıldığı gibi bakteri, alg, mantar ve maya gibi mikroorganizmalar adsorban olarak kullanılmaktadır. Metal iyonlarının sulu çözeltilerde mikroorganizmalar ile tutulmasına biyosorpsiyon denir. Mikroorganizmalar serbest halde kullanıldıkları gibi immobilize edilerek de kullanılmaktadırlar. İmmobilizasyonda silika jel, sepiolit, gözenekli cam, poliüretan köpük ve reçineler gibi destek maddeleri kullanılmaktadır. İmmobilize mikroorganizmaların, serbest mikroorganizmalara göre kullanım süresi, mekanik dayanıklılık ve çözelti ortamından kolay ayrılması gibi üstünlükleri vardır. Hem ölü hem de canlı mikroorganizmalar metalleri tutma özelliğine sahiptir. Çözeltideki metal iyonları, hücre duvarlarındaki biyopolimerlerde bulunan kimyasal, fonksiyonel gruplarla tutulurlar. Yüzeydeki bu bağlanmalar amin, amid, imidazol, hidroksil, karboksil, fosfat, tiyoeter ve diğer fonksiyonel gruplarla gerçekleşir (Wang ve Chen, 2009).
Tez çalışması kapsamında Staphylococcus aureus immobilize edilmiş Dowex Optipore V-493 reçinesi kullanılarak civa(II) ve metilciva türlemesi yapılmıştır.
Katı-faz özütleme yöntemi kesikli sistem, yarı geçirgen tutucu disk ile süzme teknigi ve kolon teknigi olmak üzere 3 şekilde uygulanır.
2.2.6.1 Kesikli Sistem
Analitin içinde bulunduğu çözeltiye, katı faz maddesi ilave edilerek belirli süre birlikte mekanik veya ultrasonik karıştırıcıda çalkalanır. Tutunma dengesi kurulduktan sonra çözeltiden katı faz, süzme ve dekantasyon ile ayrılır. Katı fazdaki elementler uygun çözücü ile desorbe edilerek çözelti analizine uygun tekniklerle tayin edilir. Katı fazdaki eser elementler, desorbe edilmeden doğrudan katı faz teknikleriyle de tayin edilebilir.
