İnsan saçı örneklerinde eser elementlerin katı örneklemeli atomik absorpsiyon yöntemi ile tayini
Determination of trace elements in human hair by solid sampling atomic absorption spectrometry
Yazar: ASLI BAYSAL
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN AKMAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Bakır = Copper ; Kurşun = Lead ; Nikel = Nickel ; Saçlar = Hair

Özet:
İnsan saçı, çevresel, beslenme ve çalışma ortamlarından insan bünyesine giren elementlerin ve bileşiklerin etkilerinin incelenmesinde, zehirlenme olaylarının araştırılmasında, vücut sıvılarının (kan, idrar vb.) temin edilemediği veya yeterli olmadığı durumlarda bilgi verebilen önemli ve hatta bazen tek materyaldir. İnsan saçı resmi kurumlar tarafından seçilen toksik metal maruziyetinin tayininde kullanılacak dokulardan biridir.Biyolojik örneklerde özellikle insan saçı örneklerinde eser elementlerin analizi için nötron aktivasyon, X-Işınları floresansı ve spektroskopik teknikler gibi farklı yöntemlerden yararlanılmaktadır. Genelde Elektrotermal Atomik Absorpsiyon Spektrometresi (ETAAS) ile insan saçında eser elementlerin tayini için örnekler çözülmektedir. Atomik Absorpsiyon Spektrometresi (AAS) ve İndüktif Eşleşmiş Plazma (ICP) teknikleri ile saçta rutin eser element analizi için genellikle örnekler asitlerle ya da bazlarla çözülmektedir. Normal çözme yönteminde ölçülecek her bir örnek çözeltisi için en az 50 mg saç örneğine ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca daha fazla tekrar için doğal olarak daha çok saç örneğine ihtiyaç vardır. Ancak özellikle adli araştırmalarda daha fazla örnek temin etmek her zaman mümkün olamayabilir. Analitlerin doğrudan katı örneklemeli AAS ile tayini örnek çözme yöntemleri ile karşılaştırıldığında bazı avantajları bulunmaktadır: (i) örnek çözeltilerle seyretilmediği için daha az örnek miktarlarında çalışılabilir (çoğunlukla 0,05-1,0 mg arasında) ki bu özellikle saç gibi sınırlı örnek miktarları olduğu zaman çok önemlidir. Bu yüzden ekstra zenginleştirme yöntemleri gerekli değilidir; (ii) örnekleri çözmek için zaman harcanmaz; (iii) çözme sırasında kullanılan toksik ve korozif kimysallardan kaynaklanan çevresel kirlilik riski bulunmaz; (iv) reaktiflerden, laboratuvar malzemelerinden ve diğer ekipmanlardan kaynaklanan kontaminasyonlar olmaz; (v) analit kaybı gözlenmez. Ancak diğer yandan çözme yöntemlerinde kullanılan madde miktarına göre fırına yüklenen her örnek bölümü için çok daha az miktarda örnek ile çalışıldığından (<1 mg), standart referans maddelerde dahil olmak üzere heterojen dağılımdan dolayı ortalama analit dağılımı tüm örneği temsil edememesi gibi bir dezavantajı bulunmaktadır. Dolasıyla çözme yöntemleri ile kıyaslandığında doğrudan katı örnekleme yönteminde kesinlik daha yüksek olabilir. Ancak bu özellik saç boyunca analizde analit dağılımına imkan verdiğinden kişinin ne zaman zehirlendiğini veya maruz kaldığını belirleyebildiğinden bir avantaj olabilir. Bu özelliklerinden dolayı katı örneklemeli AAS çok az miktarda temin edilse bile saçta yapılacak inorganik ve organik türlerin tayininde ve kronolojik olarak analitlerin bünyeye giriş tarihlenmesinde büyük avantaj sağlamaktadır.Bu çalışmada, kurşun, bakır ve nikelin insan saçında doğrudan katı örneklemeli AAS ile tayini tüm yönleriyle araştırması, metodun avantajları ve dezavantajları analitik sonuçlarla tartışılarak ve geleneksel yaş yakma ile karşılaştırılarak yapılmıştır. Bunlara ek olarak saç teli boyunca analit dağılımı incelemek için segmentel analiz gerçekleştirilmiştir.Kurşun, bakır ve nikel tayini için doğrudan katı örnekleme ile belirlenen yönteme göre, insan saçı örnekleri öncelikle asetonla, daha sonra 3'er kez destile deiyonize su ile en son tekrar aseton ile yıkama işlemi gerçekleştirilmiş ve örnekler 75 oC'de kurutulmuştur. 0,02-1,0 mg arasındaki saç örnekleri katı örnekleme sisteminin oto-örnekleyicisine bağlı platforma doğrudan yüklenmiştir. Piroliz sıcaklığı, atomlaşma sıcaklığı, madde miktarı etkisi modifier (Pd/Mg) ve/veya yardımcı reaktifler (hidrojen peroksit ve nitrik asit) ve/veya yüzey aktif madde (Triton X-100) kullanarak ya da kullanmadan etkisi incelenmiştir. Aletsel ve deneysel parametreler optimize edildikten sonra iki farklı standart referans madde (NCS DC 73347 and NCS ZC 81002b) ile geri kazanım çalışmaları yapılmıştır. Kurşun için geri kazanım sonuçları % 86,4 ve % 92,2, bakır için % 105,7 ve % 97,6, nikel için ise % 95,2 ve % 96,4 değerleri arasında bulunmuştur. Tayin sınırı (3?, N=10) kurşun, bakır ve nikel için sırasıyla 0,3 ng/g, 22 ng/g ve 35 ng/g olarak hesaplanmıştır. Analitlere maruz kalan kişilerin ne zaman ve ne kadar maruz kaldıklarını belirlenmesinde önemli olan segmentel analizde analitlerin mikro skaladaki heterojen dağılımları tayin edilmiştir. Bu amaçla aynı saç gruplarından 0,5 cm'lik saç örnekleri alınmış ve optimize edilen yöntem ile doğrudan katı örnekleme ile analiz edilmiştir. Bu prosedür, her seferinde 50 mg örnek gerektiği için yaş yakma yöntemleriyle gerçekleştirilememiştir. Son olarak, tanımlanan yöntem farklı kişilerin saçlarındaki kurşun, bakır ve nikel konsantrasyonlarının belirlenmesi için uygulanmıştır.

Abstract:
Hair is an important and sometimes the only material for the determination of elements and compounds especially when body fluids (blood, urine, etc.) are not available to investigate a poisoning event or effects of environmental, nutritional or occupational sources on the body. Hair is used as one of the tissues of choice officials in determining toxic metal exposure.For the trace elements analysis in biological samples, especially hair, like neutron activation, X-Ray fluorescence and spectroscopic etc different techniques can be used for the trace elements analysis in hair.Traditionally, hair is digested for the determination of its trace element content by ETAAS. In routine trace element analysis of hair by AAS or ICP, hair is necessarily digested mostly in acids or in bases. For ordinary digestion procedure, at least 50 mg hair is needed for every sample solution to be measured. For a few repetitions, of course, much more hair should be needed which may always be not possible especially for forensic analysis.Determination of analytes by solid sampling AAS, has some advantages compared to sample digestion techniques: (i) Since sample is not diluted with solvents, much lower amounts of samples (mostly <1 mg down to 0.05 mg) can be used for analysis which is important for limited amounts of samples, e.g. hair. Therefore, extra preconcentration is generally unnecessary; (ii) There is no loss of time for digestion; (iii) There is no risk of environmental pollution from toxic and corrosive chemicals during digestion; (iv) Contamination from reagents, laboratory wares and other apparatus does not occur. (v) Analyte loss is not involved. On the other hand, one of the disadvantages of solid sampling is that since the amount of sample introduced into the furnace is much smaller than that used in digestion methods, for every sample fraction introduced into the furnace (<1 mg), the average analyte distribution of the analyte in whole sample including CRMs may not be represented due to its heterogen distribution in microscale. Therefore, uncertainity is relatively high comparing to digestion method. However this property of solid sampling can be used as an advantage to obtain the distribution of analyte along a hair strand gives the exposure or poisoning time of a person. Becouse of the above mentioned properties, solid sampling AAS is advantageous for the determination of inorganic and organic species and and their dating entering to the body chronologically.In this study, all aspects of direct determination of lead, copper and nickel in hair samples by solid sampling AAS were investigated and the advantages and disadvantages of the method together with analytical results were discussed and compared with conventional wet digestion AAS technique. In addition, the segmental distribution of the analyte along the length of scalp hair strand(s) could be performed.A procedure for lead, copper and nickel determination in scalp hair by solid sampling electrothermal atomic absorption spectrometric method was described. Hair samples were washed once with acetone; thrice with distilled-deionized water and again once with acetone and dried at 75 oC. The hair samples (0.02 to 1.0 mg) were inserted directly on the platforms of solid sampling autosampler. The effects of pyrolysis temperature, atomization temperature, the amount of sample as well as addition of a modifier (Pd/Mg) and/or auxiliary digesting agents (hydrogen peroxide and nitric acid) and/or a surfactant (Triton X-100) on the determination of lead, copper and nickel by solid sampling atomic absorption spectrometry were investigated. After optimization of parameters, the average recoveries of lead in two different certified reference hair samples (NCS DC 73347 and NCS ZC 81002b) were 86.4 and 92.2%, for copper were 105.7 and 97.6%. The recoveries of nickel in the both certified reference hair samples were in 95.2 and 96.4%. The limits of detection (3?, N=10) for lead, copper and nickel were 0.3 ng/g, 22 ng/g and 35 ng/g, respectively. Heterogenous distribution of analyte in microscale for segmental analysis could be determined which is important to know analyte quantity and time of poisoning of a person was exposed. For this purpose, 0.5 cm of pieces were cut along the one or a few close strands and analyzed by solid sampling. This procedure could not be performed by wet-digestion method because 50 mg of sample is needed each time. Finally, the method was applied for the determination of lead, copper and nickel concentrations in the hairs of different persons.