Farklı elementlerin duyarlılıklarının alevli atomik absorpsiyon spektrofotometre cihazında arttırılmasına yönelik analitik yöntemlerin geliştirilmesi
Sensitivity enhancement of flame atomic absorption spectrophotometer for various elements by developing analytical methods
Yazar: ÇAĞDAŞ BÜYÜKPINAR
Danışman: PROF. DR. NEVİM SAN ; PROF. DR. SEZGİN BAKIRDERE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Alevli atomik soğurma spektrometresi = Flame atomic absorption spectrometry

Özet:
Ağır metaller sahip oldukları fiziksel özelliklerden ötürü endüstrinin çeşitli dallarında kullanılmaktadır. Bazı metaller eser miktarlarda canlı metabolizmasında bulunup önemli mekanizmalara katılmakta, bazıları ise düşük derişimlerde dahi canlılar üzerinde toksik özellik gösterebilmektedir. Ağır metallerin su ve toprak örneklerinde düşük derişimlerdeki tayinleri insan sağlığı açısından büyük önem arz etmektedir. Alevli Atomik Absorpsiyon Spektrofotometrisi (AAAS) hızlı ve ekonomik olmasından dolayı metal tayini için sıkça kullanılan bir yöntemdir. Fakat örnek alma sistemi olarak kullanılan sisleştiricinin düşük veriminden ötürü tayin limitlerinin diğer yöntemlere kıyasla yüksek kalmasına neden olmaktadır.
Bu çalışmanın ana hedefi; yeni analitik yöntemler geliştirerek çinko (Zn), mangan (Mn), kobalt (Co), nikel (Ni), kurşun (Pb) ve kadmiyum (Cd) elementlerinin yüksek doğruluk ve duyarlılıkta tayinleri için AAAS sisteminin analitik performansının arttırılmasıdır. Bu amaçla yarıklı kuvars tüp (YKT), atom tuzaklama (AT), hidrür oluşturma (HO) ve uçucu bileşik oluşturma (UBO) yöntemleri kullanılarak sırasıyla YKT-AAAS, T-YKT-AT-AAAS, HO-AAS ve UBO-AAS sistemleri ile çalışmalar yapılmıştır.
Zn, Mn, Co, Ni, Pb ve Cd elementleri için YKT-AAAS sisteminde, alev başlığı üzerinde konumlandırılan bir yarıklı kuvars tüp aracılığıyla analit atomlarının ışık yolu üzerinde daha uzun süre kalmaları sağlanarak atom-ışık etkileşiminin artırılması amaçlanmıştır. T-YKT-AT-AAAS sisteminde ise, Pb ve Cd elementleri için atom tuzaklama çalışmaları yürütülmüştür. Ortam sıcaklığının arttırılması ve indirgen bir atmosfer oluşturularak analit atomlarının aynı anda salınması için mevcut literatür çalışmalarından farklı olarak sisteme hidrojen gazı gönderilmiştir.
Hidrür oluşturabilen elementler için kullanılmakta olan HO-AAS sistemi ile analitler kuvvetli indirgen bir ortamda hidrür bileşiklerine dönüştürülmektedir. Oldukça uçucu olan hidrürlerin sıvı matriksten ayrılmaları sonrası hızlı bir şekilde atomlaştırıcıya taşınmaları ile matriks etkisi ortadan kaldırılmakta ve keskin sinyaller elde edilmektedir. Bu çalışmada HO-AAS sistemi ile Cd ve Pb elementlerinin optimum çalışma koşulları belirlenmiş ve sistem analitik performansı tespit edilmiştir.
AAAS sisteminin duyarlılığını artırmaya ve matriks etkilerinden uzak düşük limitlerde tayin yapmak amacı ile  UBO-AAS sistem parametreleri optimize edilmiştir.  Bu sistem düşük molekül ağırlıklı organik asitler içeren analit çözeltilerinin UV ışık ile aydınlatılmaları sonucu uçucu analit türevlerinin oluşumuna dayanmaktadır. Bu yöntem dahilinde özgün bir UBO-AAS sistemi oluşturulmuş ve Co, Ni, Cd elementleri için çalışmalar yapılmıştır.
Zn, Mn, Co, Ni, Pb ve Cd elementleri için AAAS ile birlikte YKT-AAAS, T-YKT-AT-AAAS, HO-AAS ve UBO-AAS sistemlerinde optimizasyon çalışmaları yürütülmüştür. Optimum koşullar altında bütün sistemlerin analitik performansları değerlendirilmiştir. Her element için kullanılan yöntemlerin tayin sınırları karşılaştırılmıştır. Sertifikalı referans maddelerin analizi ile geliştirilen analitik yöntemlerin doğruluğu test edilmiştir. Su ve toprak örnekleriyle yapılan geri kazanım çalışmaları ile sistemlerin gerçek örneklere uygulanabilirliği araştırılmıştır.

Abstract:
Heavy metals are used in various branches of the industry due to their physical properties. Some metals are found in living metabolism and participate in important mechanisms, while others are toxic to living things even at low concentrations. Determination of heavy metals in water and soil samples at low concentrations is of great importance for human health. Because Flame Atomic Absorption Spectrophotometry (FAAS) is fast and economical, it is a commonly used method for metal detection. However, due to the low efficiency of the nebulizer used as the sampling system, the determination limits are higher than the other methods.
In this study, it was aimed to increase the analytical performance of the FAAS system for the determination of zinc (Zn), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), lead (Pb) and cadmium (Cd) with high accuracy and sensitivity by developing new methods. For this purpose, studies have been carried out with SQT-FAAS, T-SQT-AT-FAAS, HG-AAS and PVG-AAS systems by using slotted quartz tube (SQT), atom trapping (AT), hydride generation (HG) and photochemical vapor generation (PVG) methods, respectively.
The aim of the studies in SQT-FAAS system was to increase the atom-light interaction by prolonging the residence period of the analyte atoms on the light path through a slotted quartz tube positioned on the flame head for Zn, Mn, Co, Ni, Pb and Cd elements. Atom trapping studies for Pb and Cd elements were carried out in T-SQT-AT-FAAS system. Hydrogen gas has been sent to the system in order to increase the ambient temperature and create a reducing atmosphere to release the analyte atoms at the same time, as a new method in the literature.
With the HG-AAS system, which was used for hydride-forming elements, analytes were converted to hydride compounds in a strong reducing environment. After the hydrides which are quite volatile were separated from the liquid matrix and rapidly transported to the atomizer, the matrix effect was eliminated and sharp signals were obtained. In this study, optimum working conditions and system analytical performance of the HG-AAS system for Cd and Pb elements were determined.
The PVG-AAS system parameters have been optimized with the aim of increasing the sensitivity of the FAAS system and performing the determination at low limits without any matrix effects. This method is based on the formation of the volatile analyte derivatives by irradiating analyte solutions containing low molecular weight organic acids with the UV light. With this method, a unique PVG-AAS system has been developed and studies for Co, Ni, Cd elements have been carried out.
Optimization studies in SQT-FAAS, T-SQT-AT-FAAS, HG-AAS and PVG-AAS systems for Zn, Mn, Co, Ni, Pb and Cd elements were carried out. The analytical performance of all systems under optimum conditions were evaluated. The limits of detection of each methods used for each element were compared. The accuracy of the systems was determined by analysis of certified reference materials. Water and soil samples were used to study the performance of the systems in light and heavy matrix real samples.