Çevre örneklerinde nikelin eser seviyelerde tayini için eşzamanlı ekstraksiyon ve önderiştirme yöntemi geliştirilmesi
Development of a simultaneous extraction and preconcentration method for the determination of nickel at trace levels in environmental samples
Yazar: İPEK ŞAHİN TAN
Danışman: PROF. DR. SEZGİN BAKIRDERE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Derin ötektik çözücüler = Deep eutectic solvents ; Kompleksleşme = Complexation ; Nikel = Nickel ; Sıvı faz mikroekstraksiyonu = Liquid phase microextraction

Özet:
Metal kaplama endüstrisi başta olmak üzere birçok endüstriyel alanda sıklıkla kullanılan nikel, insan vücudunda birikimi ile ölümcül hastalıklara sebep olabilmektedir. Günümüzde nikel, Uluslararası Kanser Araştırmaları Ajansı (IARC) tarafından insan kanserojeni olarak sınıflandırılmıştır. İnsan sağlığı ve çevreye potansiyel bir tehlike oluşturan bu elementin hassas ve yüksek doğrulukta tayini büyük önem taşımaktadır. Eser miktarlarda nikel tayini için gelişmiş birçok modern analitik cihaz bulunmaktadır. Bu tez kapsamında geliştirilen ön deriştirme yöntemi farklı tayin sistemleri ile birleştirilerek, nikelin düşük konsantrasyonlarda yüksek doğrulukta tayin edilmesi amacı ile kullanılmıştır. Bu kapsamda, geliştirilen sıvı sıvı mikroekstraksiyon (SSME) yönteminde derin ötektik çözücü kullanılmış, geleneksel dağıtıcı sıvı sıvı mikroekstraksiyon yöntemlerine göre daha çevreci bir yöntem geliştirilmiştir. 
Derin ötektik çözücü (DES) ile ditizon (DTZ; ligand) içeren karışım çözeltisi mikroekstraksiyon işleminde ekstraksiyon çözücüsü olarak kullanılmış ve örnek içerisinde bulunan analit ile analit-ligand kompleksi oluşturularak kolorimetrik bir prob elde edilmiştir. 
Derin ötektik çözücünün yardımı ile oluşturulan analit-ligand kompleksinin ön deriştirilmesi de eş zamanlı olarak gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen derin ötektik çözücü esaslı eş zamanlı kompleksleşme ve ön deriştirmeye dayalı sıvı sıvı mikroekstraksiyon (DES-EKÖ-SSME) yönteminde nikelin ekstraksiyonuna etki eden tüm parametreler tek değişken esaslı optimizasyon çalışmaları ile incelenerek en yüksek ekstraksiyon veriminin sağlandığı deneysel koşullar belirlenmiştir. Nikelin ön deriştirilmesi için geliştirilen DES-EKÖ-SSME yöntemi alevli atomik absorpsiyon spektrofotometresi (AAAS), UV-VIS spektrofotometresi (UV-VIS) ve akıllı telefon destekli dijital görüntüleme esaslı kolorimetrik tayin sistem (AT-DGK) ile kombine edilerek analit tayini eser seviyelerde yapılmıştır. AAAS siteminde yapılan nikel tayininde geliştirilen yöntem ile geleneksel AAAS sisteminin gözlenebilme limitinde 169 katlık bir iyileştirme kaydedilmiş, her bir analitik yöntem için geniş doğrusal çalışma aralığı kaydedilmiştir. Geliştirilen yöntemin uygulanabilirliği AAAS sisteminde test etmek için 4. Ulusal Kutup Bilim Seferi'nde (Şubat, 2020) Güney Kutbu'nun Horseshoe Adası'ndan toplanan göl suyu numuneleri gerçek örnek olarak seçilmiş ve geliştirilen yöntem bu göl suyu numunelerine uygulanmıştır. Yapılan geri kazanım deneyleri sonuçlarına göre, matriks eşleştirme kalibrasyon stratejisi uygulanarak iki farklı göl suyu örneğinde %94-113 arasında yüzde geri kazanım sonuçları elde edilmiştir. AT-DGK ve UV-VIS spektrofotometre sistemlerinde ise geri kazanım çalışmaları Bursa ve İstanbul illeri Organize Sanayi Bölge'lerine ait şebeke suları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar sonucunda da her iki yöntemde de %100'e yakın geri kazanım değerleri yüksek tekrarlanabilir sonuçlar ile elde edilmiş, bu durum geliştirilen analitik yöntemlerin gerçek örneklere uygulanabileceğini ortaya koymuştur.

Abstract:
Nickel, which is frequently used in many industrial areas, especially in the metal plating industry, can cause fatal diseases with its accumulation in the human body. Sensitive and highly accurate determination of this element, which poses a potential hazard to human health and the environment, is of great importance. Many modern analytical instruments can be used for the determination of trace amounts of nickel. In this thesis, it was aimed to determine nickel at low concentrations with high accuracy by combining the developed preconcentration method with different determination systems. For this purpose, a deep eutectic solvent was used in the developed liquid liquid microextraction (LLME) method, and a more environmentally friendly method was presented compared to traditional dispersive liquid liquid microextraction methods. The mixture solution containing deep eutectic solvent (DES) and dithizone (DTZ; ligand) was used as the extraction solvent in the microextraction procedure and a colorimetric probe was formed by forming an analyte-ligand complex with the analyte in the sample solution. 
By the help of deep eutectic solvent, preconcentration of the analyte-ligand complex formed was simultaneously achieved. In the developed deep eutectic solvent-assisted simultaneous complexation and preconcentration based liquid-liquid microextraction (DES-SCP-LLME) method, all parameters affecting the extraction of nickel were optimized with univariate-based optimization studies, and the experimental conditions that provided the highest extraction efficiency were determined. The developed DES-SCP-LLME method for nickel preconcentration was combined with flame atomic absorption spectrophotometer (FAAS), UV-VIS spectrophotometer (UV-VIS) and smartphone-assisted digital imaging based colorimetric determination system (SP-DIC) to determine analyte at trace levels.  With the developed method in the determination of nickel in the FAAS system, a 169-fold improvement in the detection limit was recorded compared to the detection limit of the traditional FAAS system, and a wide linear working range was obtained for each analytical method.
In order to check the applicability of the developed method in the FAAS system, lake water samples collected from Horseshoe Island of the South Pole in the 4th National Polar Science Expedition (February, 2020) were selected as real samples and the developed method was applied to these lake water samples. According to the results obtained from the recovery experiments, the percent recovery results between 94-113% were calculated in two different lake water samples by applying the matrix matching calibration strategy. In the SP-DIC and UV-VIS spectrophotometer systems, the recovery studies were carried out using the tap water samples taken from the Bursa and İstanbul Organized Industrial Zones. As a result of these studies, recovery values close to 100% were obtained with highly reproducible results in both methods and this proves. The applicability of the developed analytical methods to real samples.