T.C.
GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ
Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu Sonuç Raporu
Proje No: 2010/61 Projenin Başlığı
YENİ KATI FAZLARIN SENTEZİ VE ESER ELEMENT ANALİZLERİNDE KULLANILMASI
Proje Yöneticisi Doç. Dr. Durali MENDİL
Birimi
Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü Araştırmacılar ve Birimleri
Tuba KIRIŞ (Y. Lisans Öğrencisi)
Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü
ÖZET*
YENİ KATI FAZLARIN SENTEZİ VE ESER ELEMENT ANALİZLERİNDE KULLANILMASI
Bu çalışmada, katı faz ekstraksiyon yönteminde kullanılmak üzere silika jel ve karbon nanotüp modifiye edilerek yeni katı fazlar (tetraetilenpentamin bağlı silikajel:TPA-SJ, tiyoüre bağlı silikajel:TÜ-SJ ve tetraetilenpentamin bağlı çok duvarlı karbon nanotüp: MWCNTS-Amin) sentezlendi. Sentezlenen bu maddeler, bazı su ve gıda örneklerinde bakır, kurşun ve kadmiyumun tayini için katı faz ekstraksiyon yönteminde kullanıldı ve yeni bir katı faz ekstraksiyon metodu geliştirildi. Mini kromatografik kolona katı faz olarak sentezlenen maddeler yerleştirildi. Analit iyonlarının kantitatif geri kazanımları için pH, örnek hacmi, elüent türü, elüent miktarı gibi çeşitli analitik koşullar araştırıldı ve optimize edildi. Bazı anyon ve katyonların girişim etkileri çalışıldı. Zenginleştirilen analitler alevli atomik absorpsiyon spektrometresi ile tayin edildi. Analit iyonlarının geri kazanım değeri %95’in üzerinde bulundu. Katı faz ekstraksiyon şartlarının optimizasyonundan sonra zenginleştirme faktörü 50 bulundu. Elde edilen gözlenebilme sınırları (k=3, N=20); 0,15 µg L-1
(Cu), 1,00 µg L-1 (Pb) ve 0,053 µg L-1 (Cd) olarak bulundu. Geliştirilen zenginleştirme yöntemi metal iyonlarının tayini için SRM’lere (NIST SRM 1515 Elma yaprağı ve GBW 07605 Çay), çeşme suyu, kaplıca suyu, maden suyu, bisküvi, pirinç, balık, siyah çay, gibi gerçek örneklere uygulandı.
Anahtar kelimeler: Katı Fazların Modifikasyonu; ayırma ve zenginleştirme; katı faz ekstraksiyonu; Atomik absorpsiyon spektrometresi
(*) Bu çalışma Gaziosmanpaşa Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu tarafından desteklenmiştir. (Proje No: 2010/61)
ABSTRACT*
SYNTHESIS OF NEW SOLID PHASESAND USING TRACE ELEMENT ANALYSIS
In this work, silica gel and carbon nanotube has been modified and new solid phases
(tetraethlylenepentamine on silica gel: TPA-SJ, thiourea on silica gel: TU-SJ and tetraethlylenepentamine multi-walled carbon nanotube connected: MWCNTS-Amin),
were synthesized and for use in solid-phase extraction method. Synthesized substances
are used for determination of copper, lead and cadmium in some samples with solid-phase extraction method. A new solid-solid-phase extraction method was developed. Synthesized substances were placed mini-chromatographic column. Various analytical conditions for the quantitative recoveries of analyte ions including pH, sample volume, eluent type etc. were investigated and optimized. The interference effect of some cations and anions was also studied. The enriched analytes were determined by flame atomic absorption spectrometry. The recovery values for analyt ions were found higher than 95%. After optimization of the solid-phase extraction conditions, the preconcentration factor of 50. The limits of detection obtained for copper, lead, and cadmium based on 3 sigma (n = 20) were 0,15 µg L-1, 1,00 µg L-1 and 0,053 µg L-1, respectively. The developed preconcentration procedure was applied to the determination of metal ions in reference standard materials (SRM 1515 Apple leaves and GBW 07605 Tea) and some real samples including tap water, spring water, mineral water, biscuit, rice, fish and black tea.
Key words: Modification of solid phase; Separation and preconcentration; solid-phase extraction; Atomic absorption spectrometry.
*This study was supported by Scientific Research Projects Commission of Gaziosmanpasa University (Proje No: 2010/61).
ÖNSÖZ
Gelişmiş ve gelişmemiş ülkelerin her ikisinde de çevresel kirlilik başlıca problemlerdendir. Çevresel kirliliğin başlıca sebeplerinden birisi de toksik ve eser elementlerdir. Bazı toksik elementlerin düşük konsantrasyonları bile canlılar için çok zararlı olabilir. Sanayileşme ve hızlı nüfus artışı sonucu toprak, su ve havanın sürekli ve bazı bölgelerde aşırı kirlenmesi eser elementlerin canlılara geçişini etkilemektedir. Canlılar için hayati öneme sahip bir element çevre kirlenmesi sonucu biraz yüksek dozda alındığı zaman organizma üzerinde toksik etki yapmaktadır.
Bu çalışmada, ayırma zenginleştirme yöntemlerinden biri olan katı faz ekstraksiyon yönteminde sentezlenen katı fazlar kullanılarak bazı su ve gıda örneklerinde bakır, kurşun ve kadmiyumun tayini yapılacak ve yöntem optimize edilecektir.
İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET ... ii ABSTRACT ... iii ÖNSÖZ ... iv İÇİNDEKİLER………...…...v SİMGE ve KISALTMALAR DİZİNİ ... vi ŞEKİLLER DİZİNİ ... vii TABLOLAR DİZİNİ ... viii 1. GİRİŞ……….………1 2. KAYNAKLAR ÖZETİ………...………..2 3. MATERYAL VE YÖNTEM……….4
3.1. Kullanılan Kimyasal Maddeler ve Reaktifler……….4
3.2. Kullanılan Cihazlar………...4
3.3. Katı fazın sentezi………..…..5
3.4. Katı Faz ekstraksiyon Metodunun Geliştirilmesi……….10
3.4.1. Metodun Optimize Edilmesi………..10
3.4.1.1. pH Etkisi……….10
3.4.1.2.Elüent Cinsi……….10
3.4.1.3. Elüent Hacmi………..11
3.4.1.4. Katı faz (Reçine) Miktarı………11
3.4.1.5. Örnek Hacmi………...12
3.4.1.6. Örneğin ve Elüentin Akış Hızları………...…12
2.4.1.7. Matriks Etkisi……….12
3.4.1.8.Analit İlavesi………...13
3.5. Yöntemin Standart Referans Maddelerin ve Gerçek Örneklere uygulanması…….14
4. TARTIŞMA VE SONUÇ………16
SİMGE ve KISALTMALAR DİZİNİ Simgeler Açıklama Cd Kobalt Pb Kurşun Cu Bakır As Arsenik Cd Kadmiyum Ni Nikel Kısaltmalar Açıklama
AAS Atomik Absorpsiyon Spektrometresi FAAS Alevli Atomik Absorpsiyon Spektrometresi
THF Tetrahidrofuran
APDC Amonyum pirrolidin ditiyokarbamat PAN 1-(2-piridilazo)-2-naftol
8-HQ 8-hidroksikinolin WHO Dünya sağlık teşkilatı
GS Gözlenebilme sınırı
GSA Gözlenebilme sınırının altında SRM Standart Referans Maddeler
BSS Bağıl Standart Sapma
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil Sayfa
Şekil 1. Reaksiyon şemaları………. …..5-6
Şekil 2. Silikajel (SJ)’in IR’si………....7
Şekil 3. Amin bağlı silikajel (TPA-SJ)’in IR’si………8
Şekil 4. Tiyoüre bağlı slikajel (TÜ-SJ)’in IR’si………8
Şekil 5. Aktif Karbon (MWCN)’un IR’si………..9
Şekil 6. Amin bağlı aktif karbon (MWCN-Amin)’un IR’si………..9
1. GİRİŞ
Bulundukları ortamda ana bileşen yanında çok küçük derişimde olan eser elementler, genel olarak sıvılarda mg/L veya μg/mL, katılarda mg/kg veya μg/g düzeyindeki element derişimi olarak tanımlanırlar. Eser elementler, matriks olarak adlandırılan örneğin temel veya majör bileşenlerinin bulunduğu ortam içinde tayin edilirler. Ortam metaller, madenler, mineraller, bileşikler, su, sulu çözeltiler, organik ve biyolojik maddelerden oluşabilir. Şayet eser analizine ortamın etkisi yoksa ve eser elementlerin ortam içindeki derişimi kullanılacak yönteme göre yeterince yüksek ise böyle ortamlar uygun analiz ortamlarıdır. Endüstrinin ve teknolojinin gelişmesiyle yüksek saflıktaki maddelere olan ihtiyacın artması, hava, su ve toprak kirlenmesi, bu kirlenmenin canlılar üzerindeki etkisi gibi çevre sorunlarının giderek önem kazanması ve eser elementlerin sağlık üzerindeki etkilerinin anlaşılması eser element analizlerini analitik kimyanın en önemli araştırma dallarından biri haline getirmiştir. Bu sebeple kalite kontrolünden çevre kirliliğine kadar birçok değişik alanda eser elementlerin etkilerinin araştırılması ve bunların tayinlerinin yapılması büyük önem kazanmıştır.
Ağır metallerin hava, deniz ve toprak kirliliğine sebep olduğu bilinmektedir. Metaller enzim molekülleri ile birleşerek molekülün kararlılığına ve aktivitesine etki eder. Eser elementler proteinler ve nükleik asitlerin sentezinde de görev alırlar. Eser elementler canlı organizmalar için oldukça önemlidir. Yaklaşık 50’ ye yakın elementin insan vücudunda eser düzeyde bulunduğu bilinmektedir ve bu miktar ise yaklaşık olarak
10 grama kadar çıkabilmektedir. Eser düzeydeki elementlerin insan vücudu ve metabolizmasına etkileri eser element tayinlerini daha da önemli hale getirmiştir. Bu sebeple birçok alanda sistematik eser element tayinleri yapılmaktadır.
Atomik absorpsiyon spektrometresi (AAS) ile eser elementlerin tayini yaygın olarak yapılmaktadır. Ancak örnekteki metal konsantrasyonlarının oldukça düşük olması, örnekteki matrikslerin bozucu etkileri gibi bazı faktörler eser düzeyde bulunan ağır metal iyonlarının alevli atomik absorpsiyon spektrometresi ile tayinlerini zorlaştırmaktadır. Bu problemlerin çözümü için genellikle bir ayırma- zenginleştirme işlemine gereksinim vardır. Ayırma işlemi ile bozucu etkileri gözlenen ortam bileşenleri analit iyonlarından ayrılır. Zenginleştirme ile de analitler büyük hacimli çözeltilerden daha küçük hacimlere alınır. Böylece deriştirme sağlanarak, derişimler tayin edilebilir düzeye getirilir. Bu yöntemler arasında ekstraksiyon, birlikte çöktürme, elektro analitik yöntemler, iyon değiştirme, bulutlanma noktası ekstraksiyonu gibi yöntemler kullanılmaktadır (Camel, 2003; Elci ve ark., 2000; Soylak ve Tüzen, 2006).
Katı-faz ekstraksiyon metodu, analitik kimyada en fazla kullanılan ayırma ve zenginleştirme metodlarından biridir. Metodun basit ve ucuz olması, kolay uygulanabilirliği, yüksek verim alınması bu metodun, çevresel çalışmalarda, biyolojik alanda ve tıp dünyasında metal analizlerinde yaygın olarak kullanılmasını sağlamıştır. Bu metod kullanılarak yapılan çok sayıda çalışmalar vardır. Katı-faz ekstraksiyon metodunda, ayrılması istenilen metali içeren model çözelti hazırlanıp içerisine adsorblayıcı olarak katı faz yerleştirilen mini kolondan geçirilip metal katı faz üzerinde tutturulur. Ardından katı faz üzerine tutulmuş metal uygun bir elüent ile elue edilip daha küçük bir hacim içerisine alınır ve buradaki metal konsantrasyonu AAS ile tayin edilir. Yöntem (ayrımı yapılacak olan maddeye bağlı olarak oluşturulan özel şartlar; pH, elüent cinsi, elüent miktarı, örnek hacmi gibi) optimize edilerek yöntem oluşturulur. Bu proje ile bazı su ve gıdalarda bulunan eser düzeydeki ağır metallerin AAS ile tayinlerinden önce katı-faz ekstraksiyon yöntemi uygulanarak bu elementlerin ayrılması ve zenginleştirilmeleri ve yöntemde kullanılan katı fazın sentezlenmesi amaçlanmıştır. 2. KAYNAKLAR ÖZETİ
Rekha ve arkadaşları yaptıkları çalışmada, su örneklerindeki kurşun, nikel, bakır ve mangan miktarlarını katı-faz ekstraksiyon metodu kullanarak alevli (AAS) ile tayin etmişlerdir (Rekha ve ark., 2007). Benzothiazole-based şelat reçinesi kullanarak toksik
metallerin sulu çözeltilerden ekstraksiyon ve ön zenginleştirmesini Meesri ve arkadaşları, gerçekleştirmişlerdir (Meesri ve ark., 2007). Rojas ve arkadaşları ayırma zenginleştirme yöntemiyle çevre ve gıda örneklerindeki paladyumu grafit fırınlı AAS ile tayin etmişler (Rojas ve ark., 2007). Lemos ve arkadaşları Amberlite XAD-2-PC reçinesini sentezleyerek gıda örneklerindeki eser elementlerin alevli AAS ile tayinlerinde kullanmışlardır. (Lemos ve ark., 2006). Yalçın ve Apak XAD reçinesine Maleik asit tutturarak modifiye etmiş ve bu reçine ile krom(III-VI) türlemesini yapmışlardır (Yalçın ve Apak, 2004). Soylak ve Tüzen eser metal iyonlarının ayırma-zenginleştirmesi için yeni bir katı-faz extraktörü olarak Diaion Sp-850 reiçnesini kullanarak çevresel örneklerdeki eser element analizlerinde kullanmışlardır. (Soylak ve Tüzen, 2006). Kumar ve arkadaşları, Amberlite XAD-2 reçinesine o-aminofenolü kovalent olarak bağlayak ayırma ve zenginleştirilmede kullanılan yeni bir şelat reçinesi sentezleyip elementel, termal gravimetrik ve IR analizleri ile, sentezlenen reçinenin karekterizasyonununu yaptıktan sonra, iki kuyu suyundaki bakır(II), kobalt(II), nikel(II), çinko(II) ve kurşun (II) iyonlarının derişimlerini alevli AAS ile tayin etmişlerdir. (Kumar ve ark., 2000). Saxena ve Singh 1995 yılında yaptıkları çalışmada, Amberlite XAD-2 reçinesine salisilik asidi bağlayarak yeni bir reçine sentezleyip, elementel, termogravimetrik ve infrared analizleri ile sentezlenen reçinenin karakterizasyonunu yapıp, sentezlenen bu reçineyi kullanılarak Zn(II) ve Pb(II) iyonlarının tayini için yeni bir zenginleştirme yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem kuyu suyu örneklerinin Zn(II) ve Pb(II) derişimlerinin alevli AAS ile tayini için kullanılmıştır. (Saxena ve ark., 1995). Guo ve arkadaşları, XAD-2 reçinesine 2-aminoasetiltiofenol bağlayarak su örneklerindeki Cd, Hg, Ag, Ni, Co, Cu ve Zn derişimlerini bulmuşlardır (Guo ve ark., 2004). Goswami ve Singh, 3- aminopropil trietiloksi silan ile modifiye ettikleri reçineyi 13
C NMR ve IR spektroskopisi kullanarak karekterize etmişler ve karakterize edilen bu reçineyi kullanarak Cu(II), Pb(II), Ni(II), Fe(III), Cd(II), Zn(II) ve Co(II) iyonlarının ayrılması ve zenginleştirilmesi için gerekli şartları araştırıp yeni bir yöntem geliştirmişlerdir. Vitamin kapsüllerindeki Cu(II) iyonlarının miktarını geliştirilen yöntemle zenginleştirdikten sonra alevli AAS ile tayin etmişlerdir (Goswami ve Singh, 2002). İmamoğlu ve Güneş silikajel-60’ı trietil tetraamin ile modifiye edip bakır (II) ve nikel (II) derişimlerini analiz etmişlerdir (İmamoğlu ve Güneş, 2008). İmamoğlu ve Aydın 2005 yılındaki yaptıkları bir
çalışmada silikajele dietil triamin bağlayarak elde edilen modifiye silikajeli altın, paladyum ve kurşun derişimlerinin analizlerinde kullanmışlardır (İmamoğlu ve Aydın, 2005).
3. MATERYAL VE YÖNTEM
3.1. Kullanılan Kimyasal Maddeler ve Reaktifler
Tüm plastik ve cam malzemeler kullanılmadan önce deterjanla iyice yıkandı. Sonra saf su ile çalkalandı. Daha sonra %10 luk HNO çözeltisi ile yıkandı. En son 3 deiyonize sudan geçirilip öylece kullanıldı. Analitik saflıkta kimyasallar kullanıldı. Silkajel Merck firmasından temin edilmiştir.
Sodyum nitrit Merck firmasından temin edilmiştir.
Tetraethylene pentamine Merck firmasından temin edilmiştir. Thiourea Merck firmasından temin edilmiştir.
3-(Chloropropyl)-trimetoxysilane Merck firmasından temin edilmiştir. N,N’-Dicyclohexylcarbodiimide Merck firmasından temin edilmiştir. Çok duvarlı karbon nano tüp Merck firmasından temin edilmiştir. Toluen Merck firmasından temin edilmiştir.
HNO3 Merck firmasından temin edilmiştir.
H2O2 Merck firmasından temin edilmiştir.
Aseton Merck firmasından temin edilmiştir. Etanol Merck firmasından temin edilmiştir. HCl Merck firmasından temin edilmiştir.
pH=4 ve pH=6 tamponları CH3COOH/NaCH3COOdan 0,1 M hazırlandı. pH=8 ve pH=10 tamponları NH3/NH4Cl den 0,1 M olacak şekilde hazırlandı.
Standart çözeltiler: Metallerin 1000 mg/l stok çözeltiler kullanıldı. Bunlardan deiyonize saf suyla seyreltme yaparak çalışma standartları hazırlandı.
3.2. Kullanılan Cihazlar
Perkin Elmer Analiz 700 model detöryum zemin düzeltmeli atomik absorpsiyon spektrometresi kullanıldı. Çalışmalar hava-asetilen ortamında yapıldı. Elementlerin tayini için oyuk katot lambaları kullanıldı. Çalışma şartları üretici firmanın önerdiği şekildedir. Standart referans maddeleri çözmek için Mileston Ethos D model kapalı sistem mikrodalga fırın (maksimum sıcaklık 300 oC, maksimum basınç 1450 psi)
kullanıldı. Deiyonize su elde etmek için Milli-Q sistem kullanıldı. Model çözeltiler için 100 ila 1000 mikrolitre arasında ayarlanabilen mikropipet kullanıldı.
3.3. Katı Fazın Sentezi ve Karakterizasyonu
Bu projede, ayırma ve zenginleştirme yöntemlerinden biri olan katı-faz ekstraksiyonu yönteminde, katı faz olarak kullanılan modifiye edilmiş yeni reçineler aşağıda verilen reaksiyon şeması esas alınarak sentezlenmiştir.
TPA-SJ 2.
TÜ-SJ
3.
Şekil 1. Reaksiyon şemaları
Bu amaçla ticari olarak alınan silikajel derişik hidroklorik asit ile iyice temizlenip kurutulacak. Temiz ve kuru silikajelden belli bir miktar alınarak toluen ile
karıştırılarak, daha sonra üzerine belli miktarda 3-kloropropiltrimetoksisilan ilave edilip belli reaksiyon şartlarında ve inert ortamda reaksiyona sokuldu. Reaksiyonun sonunda kloropropil bağlı silikajel elde edildi (İmamoğlu ve Aydın, 2005). Elde edilen 3-kloropropil bağlı silikajel iyice yıkanıp kurutulduktan sonara bu bileşikten belli bir miktar tartılıp alınarak toluen içinde uygun miktarda tetraetilenpentaamin ile reaksiyona sokulup modifiye edilmiş yeni reçine elde edildi. Bu çalışmada kullanılan iki adet modifiye edilmiş reçine aynı sentez yöntemi kullanılarak elde edildi.
Modifiye edilmiş yeni çok duvarlı karbon nanotüpü sentezlenmek için ticari olarak alınan çok duvarlı karbon nanotüpten bir miktar alınarak derişik hidroklorik asit ile iyice temizlenip kurutuldu. Temiz ve kuru çok duvarlı karbon nanotüpten belli bir miktar derişik nitrik asit ile 12 saat sıcakta muamele edilip süzüldükten sonra deiyonize saf su ile yıkandı. Daha sonra etüvde kurutuldu (Tu ve ark, 2009). Daha sonra bu maddeden belli miktar alınarak belli miktardaki tetraetilenpentaamin ile süspansiye edilerek ısıtıldı ve bu süspansiyonun üzerine belli bir miktar N,N’-dicycloheexlcarbodiimide (DCC) ilave edilerek 48 saat riflaks edildi. Daha sonra süzülüp etanol ile yıkandıktan sonra kurutuldu. Elde edilen yeni katı fazların karakterizasyonu projede de belirtildiği gibi IR ve elementel analiz ile yapıldı.
40 110 60 80 100 4000 3000 2000 1000 400 %T Wavenumber[cm-1]
Şekil 2. Silikajel (SJ)’in IR’si 10 70 20 40 60 4000 3000 2000 1000 400 %T Wavenumber[cm-1]
Şekil 3. Amin bağlı silikajel (TPA-SJ)’in IR’si
60 120 80 100 4000 3000 2000 1000 400 %T Wavenumber[cm-1]
40 80 50 60 70 4000 3000 2000 1000 400 % T W avenum ber[cm -1]
Şekil 5. Aktif Karbon (MWCN)’un IR’si
50 110 60 80 100 4000 3000 2000 1000 400 %T Wavenumber[cm-1]
3.4. Katı Faz Ekstraksiyon Metodunun Geliştirilmesi
Başlangıçta model çözeltide kurşun, kadmiyum, kobalt, krom, nikel, antimon, demir, çinko, mangan ve bakır iyonları kullanıldı. Yapılan denemelerde sadece bakır, kurşun ve kadmiyum da kantitatif sonuçlar elde edildi. Bunun için, bundan sonraki tüm çalışmalarda bakır, kurşun ve kadmiyum iyonları kullanıldı. Bu amaçla 30 ppm Pb, 10 ppm Cd ve Cu içeren 50 ml lik model çözeltiler hazırlandı.
3.4.1. Metodun Optimize Edilmesi
Model çözeltiler kullanılıp % geri kazanımlar baz alınarak aşağıdaki parametreler incelendi ve çalışılan metot optimize edildi.
3.4.1.1. pH Etkisi
Özellikle hangi pH’da maksimum geri kazanım olduğunu test etmek için pH 2-10 a kadar tarama yapıldı. pH=9-2-10’da kantitatif değerler elde edildi. Tüm çalışmalarda pH=9 sabit alınarak diğer parametreler tarandı. Sonuçlar Tablo 1’de verildi.
Tablo 1. Geri kazanma verimine pH’nın etkisi (n=3)
Geri kazanım (%) pH Cu Pb Cd 2 36±2 31± 33±2 4 48±2 41± 44±2 6 62±3 56± 55±3 8 81±3 56± 48±1 9 98±4 97± 96±4 10 98±3 95± 95±2 3.4.1.3. Elüent Cinsi
Bunun için pH=9 da, 1M HNO3, 2M HNO3, 0.5 M HCl, 1M HCl ve 2M HCl
kullanıldı. En iyi geri kazanım 0.5 M HCl kullanılarak sağlandı. Sonuçlar Tablo 2’de verildi.
Tablo 2. Geri kazanma verimine elüent cinsinin etkisi (n=3) Geri kazanım (%) Elüent cinsi Cu Pb Cd 1M HNO3 87±3 93±2 91±2 2M HNO3 92±2 90±4 93±2 0.5 M HCl 98±4 96±4 97±4 1M HCl 96±3 95±3 96±4 2 M HCl 95±2 93±3 92±5 3.4.1.3. Elüent Hacmi
0.5 M HCl ten 5 mL’den 15 mL’ye kadar değişik hacimlerde elüent kullanıldı. 8-10 mL’de kantitatif değerler elde edildi. Cu, Pb ve Cd için eluent hacmi 8 mL olarak alındı. Optimum şartlarda 8 mL eluent kullanıldı. Sonuçlar Tablo 3’de verildi.
Tablo 3. Geri kazanma verimine elüent hacminin etkisi (n=3) Geri kazanım (%) Elüent hacmi (mL) Cu Pb Cd 5 90±4 83±3 75±3 6 92±5 85±3 83±2 7 96±5 91±4 87±2 8 98±6 97±6 96±5 9 98±3 95±3 96±4 10 99±7 95±2 95±3
3.4.1.4. Katı faz (Reçine) Miktarı
0.3 gramdan 1.0 grama kadar değişen miktarlarda katı faz kolonların içine dolduruldu. 0.5-1.0 gram katı faz kullanıldığında kantitatif geri kazanımlar elde edildi. Bütün çalışmalarda 0.5 gram katı faz kullanıldı. 1.0 gramdan fazla katı faz kullanıldığında daha önce optimize edilen eluent hacmi ile kolonu elue etmek mümkün olmadığından geri kazanımlarda düşmeler görüldü. 0.5 gramdan daha az miktarlarda ise tutulmalar kantitatif olmadı. Sonuçlar Tablo 4’de verildi.
Tablo 4. Geri kazanma verimine katı faz (reçine) miktarının etkisi (n=3) Geri kazanım (%) Reçine miktarı (g) Cu Pb Cd 0.3 76±2 82±4 78±2 0.4 85±3 86±5 82±3 0.5 98±5 97±6 95±3 0.6 97±5 98±5 96±4 0.7 98±4 97±5 95±2 0.8 97±4 98±6 96±2 0.9 97±6 95±3 96±4 1.0 98±7 97±3 95±3 3.4.1.5. Örnek Hacmi
25 mL’den 500 mL’yekadar değişen hacimlerde örnekler kullanıldı. 250 mL’ye kadar kantitatif değerler elde edildi. Daha büyük hacimlerde geri kazanımlar azaldı. Optimum şartlarda 250 mL’lik örnek hacmi kullanıldı.Son hacim 10mL’ye indirildi. Böylece 25 kat zenginleştirme yapılmış oldu. Sonuçlar Tablo 5’de verildi.
Tablo 5. Geri kazanma verimine örnek hacminin etkisi (n=3) Geri kazanım (%)
Örnek hacmi hacmi (mL) Cu Pb Cd
25 90±2 83±4 86±4
50 93±3 90±4 96±5
100 99±4 98±6 96±5
250 56±2 46±2 46±2
3.4.1.6. Örneğin ve Elüentin Akış Hızları
Önce örneğin sonrada elüentin akış hızları optimize edildi. Hem örnek hem de elüentin akış hızları 1-5 mL/dakika ya kadar kantitatif değerler elde edildi. Örneğin ve elüentin akış hızları 5 mL/dakika olarak optimize edildi.
Bazı alkali, toprak alkali tuzların, katyonların ve anyonların bozucu etkilerinin olup olmadığını test etmek için bunların değişik derişimleri 50 ml model çözeltilere ilave edildi. Sonuçlar Tablo 6’da verilmiştir. Tolerans limiti ± %5 olarak verilmiştir. Çok yüksek derişimlerde bile bozucu etkinin olmadığı görülmüştür.
Tablo 6. Geri kazanma verimine matriks iyonlarının etkisi (n=3)
İyon Eklenen Derişim (mg L-1) Geri kazanım, %
Cu Pb Cd Na+ NaCl 30000 97±5 102±5 95±3 K+ KCl 5000 97±6 99±3 98±2 Ca2+ CaCl2 5000 98±3 98±3 98±5 Mg2+ MgCl2 5000 96±4 99±4 97±4 Cl- NaCl 30000 98±5 98±2 95±2 F- NaF 5000 101±7 97±3 95±3 NO3- KNO3 5000 102±3 96±5 97±3 SO42- Na2SO4 5000 99±5 99±3 97±5 PO43- Na3PO4 5000 96±2 95±2 96±2 Cr3+ Cr(NO3)3 50 98±3 96±5 96±3 Cd2+ Cd(NO3)2 25 96±4 97±2 98±5 Mn2+ KMnO4 50 95±4 96±4 95±4 *ortalama±standart sapma 3.4.1.9. Analit İlavesi
Model çözeltilere (çeşme suyu, kaplıca suyu ve madensuyu) değişik oranlarda metal iyonları ilave edildi. Bulunan sonuçlar Tablo 7’de verilmiştir. İlave edilen miktarlarda kantitatif sonuçlar elde edildi.
Tablo 7. Geri kazanma verimine analit ilavesinin etkisi
Çeşme suyu Kaplıca suyu Deniz suyu
Element İlave edilen (µg L-1 ) Bulunan (µg L-1 ) Geri kazanım (%) Bulunan (µg L-1 ) Geri kazanım (%) Bulunan (µg L-1 ) Geri kazanı m (%) Cu 0 6.8±0.2 - 7.8±0.5 - 7.3±0.4 - 10 16.5±0.3 97 17.3±0.4 95 17.1±0.7 98 20 26.7±0.5 100 27.6±0.6 99 26.9±0.9 98
Pb 0 GSA GSA - GSA -
10 9.9±0.5 97 9.7±0.3 97 9.7±0.2 97
20 19.6±0.7 98 19.9±0.6 199 19.5±0.8 98
Cd 0 GSA - GSA - GSA
10 9.7±0.3 97 9.6±0.2 96 9.8±0.4 98
20 19.3±0.8 97 19.5±0.5 98 19.7±0.9 99
*ortalama±standart sapma
GSA;gözlenebilme sınırının altında
3.5. Yöntemin Standart Referans Maddelerin ve Gerçek Örneklere uygulanması Yöntemin doğruluğunu test etmek için optimize edilen yöntem sertifikalı standart referans maddeye (GBW 07605 Çay) uygulandı.
Standart referans (GBW 07605 Çay) maddeden 0,25 gram ve bisküvi, pirinç, konserve balığı, çay numunelerinden 1,0’er gram alınarak ayrı ayrı 6 mL HNO3 (65%) ve 2 mL
H2O2 (30%) karışımında mikrodalga çözme tekniği (mikrodalgada uygulanan çözme
programı: 2 dak, 250 W; 2 dak, 0 W, 6 dak, 250 W; 5 dak, 400 W; 8 dak, 550 W, bekleme: 8 dak.) kullanılarak çözüldü ve son hacim 50 mL ye tamamlandı. Geliştirilen yöntem her numune için ayrı ayrı uygulanıp analit iyonları(Cu2+
, Pb2+ ve Cd2+) alevli Atomik Absorbsiyon Spektrometre (AAS) de ölçüldü. Sonuçlar Tablo 8 ve Tablo 9’da verildi.
Kaplıca suyu, deniz suyu ve çeşme suyu örnekleri, önce selülozik filtreden süzüldü, tampon çözelti eklenerek pH 9’a getirildi. Daha sonra geliştirilen yöntem
uygulanıp analit iyonları (Cu2+, Pb2+ ve Cd2+) alevli atomik absorbsiyon spektrometre (AAS) de ölçüldü. Sonuçlar tablo Tablo 10’da verildi.
Tablo 8. Standart referans madde sonuçları GBW 07605 Çay (µg g-1
) Element Sertifika değeri Bulunan değer*
Cu 17,3 17,4±0.1
Pb 4.4 4.5±0.1
Cd 0,057 0.055±0.03
*ortalama±standart sapma
GSA;gözlenebilme sınırının altında
Tablo 9. Yöntemin gıda örneklerine uygulanışı ile elde edilen analit iyonları
*ortalama±standart sapma GSA:gözlenebilme sınırının altında
Tablo 10. Su örneklerindeki analit iyonu sonuçları
*ortalama±standart sapma GSA:gözlenebilme sınırının altında Element Bisküvi* (µg g-1 ) Pirinç* (µg g-1) Konserve balık* (µg g-1 ) Siyah çay* (µg g-1 ) Cu 0,61±0,03 3,11±0,3 0,98±0,1 0,21±0,02 Pb GSA 0,27±0,03 GSA 1.28±0,1 Cd GSA 0,61±0,03 GSA 0.31±0,02
Element Kaplıca suyu* ( µg L-1) Deniz suyu* ( µg L-1 ) Çeşme suyu* ( µg L-1 ) Cu 1,8±0,01 4,51±0,4 0,34 ±0,03 Pb GSA 2,17±0,2 GSA Cd GSA 3.1±0,3 GSA
4. TARTIŞMA VE SONUÇ
Modifiye edilen reçinelerin ve çok duvarlı karbon nanotüpün karekterizasyonu IR ve elementel analiz ile yapıldı. Tetraetilenpentaamin bağlı slikajelin (TPA-SJ) IR’sinde (şekil 2); 1200 cm-1
civarındaki bandın genişlemesi CN varlığını, 1580-1650 cm-1 civarındaki pik NH, 2800-3000 cm-1 civarındaki pik CH varlığını göstermektedir. Tiyo üre bağlı slikajelin (TÜ-SJ) IR’sinde (şekil 2); 1250 cm-1 civarındaki pik CN, 1580-1650 cm-1 deki pik NH, 2800-3000 cm-1 civarındaki pik CH ve 1500 cm-1
civarındaki pik te SH varlığını gösterir. Tetraetilenpentaamin bağlı çok duvarlı karbon nano tüp (MWCN-Amin) IR’sinde (şekil 2); 1250 cm-1
civarındaki pik CN, 3000 cm-1 civarındaki küçük pik CH varlığını göstermektedir. Buradaki IR sonuçlarının bir miktar sapma göstermelerinin nedeni; bu maddelerin birer polimer olması ve bunlara bağlı olan NH, NH2, S gibi spesifik grupların miktarının düşük olmasıdır.
Tetraetilenpentaamin bağlı slikajelin (TPA-SJ) deneysel ve teorik elementel analiz sonucları sırasıyla, % 3,82 N, % 7,14 C, % 1,65 H (deneysel sonuçlar) ve % 2, 98 N, % 6, 83 C, % 1,20 H (teorik sonuçlar), Tiyo üre bağlı slikajelin (TÜ-SJ) deneysel ve teorik elementel analiz sonucları sırasıyla, % 0,43 N, % 3,20 C, % 0,34 H ve % 0,086 S ve % 1.10 N, % 4,12 C, % 0,60 H ve % 0,118 S (teorik sonuçlar),
Tetraetilenpentaamin bağlı çok duvarlı karbon nano tüpün (MWCN-Amin) deneysel ve teorik elementel analiz sonucları sırasıyla, % 0,13 N, % 69,16 C, % 3,26 H (deneysel sonuçlar) ve % 0,32 N, % 67,23 C, % 2,72 H (teorik sonuçlar) değerleri hesaplanmıştır. Normal de, bir organik bileşikte N ve S atomları varsa o bileşik için teorik ve deneysel elementel analiz sonuçları tam doğru olmayacağından bu tür bileşiklerin elementel analizleri genellikle verilmez. Eğer bir bileşiğin elementel analizinde teorik değeri ile deneysel değeri arasındaki fark 0.4 ve daha düşükse bu değerler doğru kabul
edilmektedir. Eğer yapıda N ve S atomları varsa bu değerlerde bir miktar sapma olabilir bu sapmalarda genellikle kabul görmektedir. Burada, teorik hesaplanan elementel analiz değeri ile deneysel olarak bulunan elementel analiz değerleri kabul görebileçek sınırlar içerisinde kaldığından bizim yapımızın doğruluğunu göstermektedir.
Doğal sularda bakır, kurşun, ve kadmiyum alevli AAS ile direk tayinleri mümkün olmadığından ayırma ve zenginleştirme işlemleri yapılmıştır. Bu amaçla sentezlenen maddeler (tetraetilenpentamin bağlı silikajel; TPA-SJ, tiyoüre bağlı silikajel;TÜ-SJ ve tetraetilenpentamin bağlı çok duvarlı karbon nanotüp; MWCN-Amin) ayrı ayrı mini kromatografik kolonlara yerleştirilerek katı faz olarak denenmiştir. Katı faz olarak denen bu maddelerden en iyi özellik gösteren tiyoüre bağlı silikajel (TÜ-SJ), katı faz ekstraksiyon yönteminde kullanılarak, bazı su ve gıda örneklerindeki bakır(II), kurşun (II) ve kadmiyum (II) iyonlarının tayinleri yapılmıştır. Model çözeltilerde yapılan çalışmalarda yüzde geri kazanım verimi temel alınmıştır. Yöntemi optimize etmek için çeşitli parametreler incelenmiştir. Çok geniş pH aralığında (8-10 ) kantitatif değerler elde edilmiştir. Bundan dolayı pH değerinin kritik olmadığı görülmüştür.
Bu çalışmada 250 ml örnek hacmine kadar geri kazanımların kantitatif olduğu gözlendi. Bundan daha yüksek hacimlerin verimi azalttığı görüldü. Son hacim 5,0 ml ye indirilebildi. Böylece 50 kat zenginleştirme yapılmış oldu. Bazı alkali, toprak alkali tuzların, katyonların ve anyonların bozucu etkilerinin olup olmadığını test etmek için bunların değişik konsantrasyonları model çözeltilere ilave edildi. Oldukça yüksek model matriks çözeltileri ile bulunan sonuçların herhangi bir bozucu etkisi olmadığı tespit edildi. Geliştirilen katı-faz ekstraksiyon yöntemi zenginleştirme faktörü, gözlenebilme sınırı, gibi parametreler açısından literatürdeki diğer bazı zenginleştirme yöntemleri ile karşılaştırıldığında yöntemin geçerli ve diğer yöntemler kadar duyar bir yöntem olduğu görülmektedir. Çalışma, proje öneri formunda belirtilen amaç ve kapsama uygun olarak sonuçlanmıştır.
KAYNAKLAR
Camel, V., 2003. Solid-phase extraction of trace elements. Spectrochim. Acta Part B, 58 (7), 1177-1233.
Elçi L., Soylak M., Uzun A., Büyükpatir E., Doğan M., 2000. Determination of trace impurities in some nickel compounds by flame atomic absorption spectrometry after solid phase extraction using amberlite xad-16 resin. Fresenius J. Anal. Chem., 368, 355-361.
Goswami A., Singh A. K., (2002). Silica gel functionalized with resacetophenone: synthesis of a new chelating matrix and its application as metal ion collector for their flame atomic absorption spectrometric determination. Analytica Chemica Acta, 454, 229-240.
Guo, Y., Din, B., Liu, Y., Chang, X., Meng, S., Liu, J., 2004. Preconcentration and determination of trace elements with 2-aminoacetylthiophenol functionalized amberlite XAD-2 by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry. Talanta, 62, 209- 215.
İmamoğlu, M., Aydın, A.O., 2005. Column solid phase extraction of gold, palladium and copper at trace levels on modified silica gel for their atomic absorption spectrometric determination. Fresenius Environmental Bulletin, 14, 94–946.
İmamoğlu, M., Güneş V., 2008. Column solid phase extraction of copper and nickel on triethylenetetramine bonded silica gel for their atomic absorption spectrometric determination. Instrumentation Science and Technology, 36,105–116.
Kumar, M., Rathore, D.P.S., Singh, A.K., 2000. Amberlite XAD–2 functionalized with o aminophenol: synthesis and applications as extractant for copper (II), cobalt (II), cadmium (II), nickel (II), zinc (II) and lead (II). Talanta, 51, 1187–1196.
Lemos, V.A., Santos, M.S., Santos, M.J.S., Vieira, D.R., Novaes, C.G., 2007.
Determination of copper in water samples by atomic absorption spectrometry after cloud point extraction. Microchimica Acta 157, 215–222.
Meesri, S., Praphairaksit, N., Imyim, A., 2007. Extraction and preconcentration of toxic metal ions from aqueous solution using benzothiazole-based chelating resins.
Microchemical Journal, 87, 47–55.
Rekha, D., Suvardhan, K., Kumar, J.D., Subramanyam, P., Prasad, P.R., Lingappa, Y., Chiranjeevi, P., 2007. Solid phase extraction method for the determination of lead,
nickel, copper and manganese by flame atomic absorption spectrometry using sodium bispiperdine-1,1_-carbotetrathioate (Na-BPCTT) in water samples. Journal of Hazardous Materials, 146, 131-136.
Rojas, F.S., Ojeda, C.B., Pavon, J.M.C., 2007. Automated on-line separation preconcentration system for palladium determination by graphite furnace atomic absorption spectrometry and its application to palladium determination in
environmental and food samples. Talanta, 70, 979–983.
Saxena, R., Singh, A. K., Rathore, D.P.S., 1995. Salicylic Acid functionalized polystyrene sorbent Amberlite XAD-2. Synthesis and applications as a preconcentrator in the determination of zinc(II) and lead(II) by using atomic absorption spectrometry. Analyst, 120, 403–405.
Soylak, M., Tüzen, M., 2006. Diaion SP-850 resin as a new solid phase extractor for preconcentration-separation of trace metal ions in environmental samples. Journal of. Hazardous Materials, 137 (3), 1496-150.
Tu, Z., He, Q, Chang, X., Hu, Z., Gao, R., Zhang, L., Li Z., 2009. 1-(2
Formamidoethyl)-3 phenulurea functionalized activated carbon for selective solid phase extraction and preconcentration of metal ions. Analytica Chimica Acta, 649, 252–257.
Yalçin, S., Apak, R., 2004. Chromium(III, VI) speciation analysis with preconcentration on a maleic acid-functionalized XAD sorbent. Analytica Chimica Acta, 505, 25–35.
TABLOLAR DİZİNİ
Tablo Sayfa
Tablo 1. Geri kazanma verimine elüent cinsinin etkisi………...10
Tablo 2. Geri kazanma verimine elüent cinsinin etkisi………...11
Tablo 3. Geri kazanma verimine elüent hacminin etkisi……….11
Tablo 4. Geri kazanma verimine katı faz (reçine) miktarının etkisi………...…….12
Tablo 5. Geri kazanma verimine örnek hacminin etkisi………..12
Tablo 6. Geri kazanma verimine matriks iyonlarının etkisi………13
Tablo 7. Geri kazanma verimine analit ilavesinin etkisi……….14
Tablo 8. Standart referans madde sonuçları………15
Tablo 9. Yöntemin gıda örneklerine uygulanışı ile elde edilen analit iyonları………...15
