Manyetik katı faz ekstraksiyonu yöntemi ile kobalt ve kadmiyum iyonlarının önderiştirilmesi ve ICP-OES  tayini
Preconcentration of with magnetic solid phase extraction and determination by ICP-OES
Yazar: MELİKE YOĞURTÇUOĞLU ÇİFTÇİ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ALTUNDAĞ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Analitik kimya = Analytical chemistry

Özet:
Endüstri ve sanayinin artması ile doğal kaynakları yok olmakta ve çevre kirliliği artış göstermektedir. Çevrede biriken ağır metaller ekosisteme dahil olarak besin zincirine katılmaktadır. Bu sebepten günümüzde ağır metal tayinleri ve ağır metallerin geri kazanımları önem kazanmıştır.
Bu çalışmada ekstraksiyon yöntemlerinden biri olan manyetik katı faz ekstraksiyon yöntemi kullanılmıştır. Bu tez, adsorban olarak sırasıyla APTES ve TX-114 ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanoparçacığının sentezlenmesi ve daha sonra bu nanoparçacıkların Co(II) ve Cd(II) ağır metal katyonları ile zenginleştirilerek manyetik katı faz ekstraksiyon tekniği ile tayin edilmesi çalışmasıdır. FESEM, EDX, FT-IR ve TGA cihazları kullanılarak ağır metal tayini için sentezlenen manyetik nanoparçacıkların karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu aşamadan sonra tüm tayinler ICP-OES cihazı ile yapılmıştır. Yapılan deneylerin tümünde iç standart madde olarak In kullanılmıştır. Çalışmada hem Co(II) hem de Cd(II) iyonları için tüm aşamalar ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. pH değeri, adsorban miktarı ve temas süresinin zenginleştirilme çalışmasına etkileri araştırılmış ve böylece zenginleştirme için optimum koşullar tespit edilmiştir. İlave olarak yapılan çalışmalarda adsorpsiyon izotermlerinin, adsorpsiyon kinetiğinin, desorpsiyon ve ortak iyon çalışmalarının Co(II) ve Cd(II) ağır metal katyonlarının geri kazanıma etkileri araştırılmıştır. Yöntemin hem Langmuir hem de Freundlich izoterm modelleriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Geliştirilen yöntemin analitik performansı RSD (bağıl standart sapma), LOD ( gözlenebilme limiti) , LOQ (ölçülebilme limiti) , ve EF ( zenginleştirme faktörü) analitik değerleri bulunarak değerlendirilmiştir. Co(II) ve Cd(II) ağır metal katyonları ile zenginleştirilen adsorban madde, harici bir manyetik alan uygulaması yapılarak herhangi ek bir işlem yapılmadan çözeltiden kolaylıkla ayrılmıştır. Yapılan çalışmada pH=7, adsorban miktarı 10 mg ve temas süresi 180 dakika olarak optimum koşullar belirlenmiştir. Bu koşullarda Co(II) ve Cd (II) ağır metal katyonlarının sulu çözeltiden önderiştirilme işlemi gerçekleştirilmiştir. İzoterm çalışmalarında, ayrı deneylerde Co(II) ve Cd(II) derişiminin 1 mg/L ile 50 mg/L arasında farklı değerler uygulanarak adsorpsiyona etkisini incelenmiş olup Co için Langmuir modeli (R2>0,99) Freundlich modeli (R2>0,97); Cd için Langmuir modeli (R2>0,98) Freundlich modeli (R2>0,96) için değerleri bulunmuştur. Adsorpsiyon kinetik çalışmalarında sözde birinci dereceden ve sözde ikinci dereceden denklemlerle çalışılmıştır. Co(II) iyonu için sözde ikinci derecede denklemin (R2>0,99) değeri neticesinde sözde birinci dereceden denklemden (R2<0,74) daha uyumlu; Cd(II) iyonu için sözde ikinci derecede denklemin (R2>0,99) değeri neticesinde sözde birinci dereceden (R2<0,73) daha uyumlu olduğu görülmüştür. Co(II) ve Cd(II) iyonlarının desorplanması üzerindeki etkisi asidik ve bazik ortamlarda, 0,25 mol/L ile 1,5 mol/L aralığında 4 farklı konsantrasyonda incelenmiş olup, HCl'nin 1,5 mol/L derişimde hem Co(II) hem de Cd(II) için maksimum geri kazanıma ulaştığı tespit edilmiştir.
NaOH'ın desorpsiyon çalışmasında her iki ağır metal için de kayda değer geri kazanım elde edilememiştir. Ortak iyon çalışmasında birçok katyon ve anyonun farklı derişimlerdeki geri kazanımına etkisi incelenmiş olup bu iyonların belirli konsantrasyonlardaki varlığında Co(II) ve Cd(II) ağır metal katyonlarının deneysel olarak %95 üzerinde geri kazanıldığı görülmüştür. Bağıl standart sapma değerleri (RSD), ölçülebilme limiti (LOQ), gözlenebilme limiti(LOD) ve zenginleştirme faktörü (EF) sırası ile Co2+ için %3,05, 1,88 μg/L, 0,564 μg/L, 109,41; Cd2+ için %1,40, 2,963 μg/L, 0,889 μg/L, 20,99 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In recent years, magnetic nanoparticles have been used frequently in the SPE method. A new method for SPE, magnetic solid phase extraction (MSPE), was using these nanoparticles. As magnetic nanoparticles are used magnetic sorbents or modified magnetic sorbents. In this method, magnetic sorbents are used for the extraction of target analytes. In the first step, the analytes are adsorbed, and then these particles are separated from the sample solution using an external magnetic field and after this analyzed. Magnetic sorbents have many advantages over traditional sorbents. This method, which is easier and gives faster results, can be preferred over SPE. Other advantages of the widespread use of MSPE can be listed as follows: use of less organic solvents, less waste generation, higher enrichment factor nanoparticles with suitable materials is necessary in order to avoid these negative situations.
The thesis is the synthesis of the Fe3O4 nanoparticle modified with APTES and TX-114, respectively, as adsorbent, and then determining these nanoparticles by magnetic solid phase extraction technique, by enriching them with Co(II) and Cd(II) heavy metal cations. Using FESEM, EDX, FT-IR, and TGA devices, the characterization of magnetic nanoparticles synthesized to determine heavy metals was performed. After this stage, all the determinations were made with the ICP-OES device. In was used as a standard internal substance in all of the experiments. All chemicals used for the experiment were of analytical purity, therefore they were used directly.
The most powerful of elemental analysis laboratories, ICP OES, is widely used in routine analysis with its robustness, precise, accurate procedures and technique that will benefit greatly from fast. It is capable of simultaneous determination for up to 70 elements. ICP-OES has the least interference of all analytical atomic spectrometry techniques.
The study performed all sets separately for Co (II) and Cd (II) ions. The effects of pH value, adsorbent amount, and contact time on the enrichment study were investigated, and thus optimal conditions for enrichment were determined. In addition, the effects of adsorption isotherms, adsorption kinetics, desorption, and foreign ion studies on the recovery of Co(II) and Cd(II) heavy metal cations were investigated. Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe3+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, Al3+, NH4+, NO3-, SO42-, CH3COO- ions were used in foreign ion study. The method was compatible with both Langmuir and Freundlich isotherm models. The analytical performance of the developed method was evaluated by finding the analytical values RSD (relative standard deviation), LOD (limit of detection), LOQ (limit of quantification), and EF (enrichment factor). The adsorbent material enriched with Co(II) and Cd(II) heavy metal cations is easily separated from the solution by applying an external magnetic field without additional processing. The study determined optimal conditions as pH = 7, adsorbent amount 10 mg, and contact time 180 minutes. The heavy metal cations Co(II) and Cd(II) from the aqueous solution were initiated in these conditions.
In isotherm studies, the effects of Co(II) and Cd(II) concentration on adsorption were examined by applying different values between 1 mg/L and 50 mg/L in separate experiments, and the Langmuir model for Co (R2 > 0.99) was found for Freundlich model (R2 > 0.97); the Langmuir model for Cd (R2 > 0.98) was found for Freundlich model (R2 > 0.96). In adsorption kinetics studies, so-called first-degree and so-called second-degree equations were studied. As a result of the value of the so-called second-order equation (R2 > 0.99) for the Co(II) ion, it was observed that the so-called first-order equation (R2 < 0.74) is more compatible than the so-called second-order equation (R2 > 0.99). The so-called second-order equation (R2 < 0.73) for the Cd(II) ion is more compatible than the so-called first-order equation. The effect of Co(II) and Cd(II) ions on displaying was studied at four different concentrations in acidic and basic environments, ranging from 0.25 mol/L to 1.5 mol/L. It was found that HCl achieves maximum recovery for both Co(II) and Cd(II) at a concentration of 1.5 mol/L. NaOH's desorption study did not achieve significant recovery for both heavy metals. The joint ion study examined the effect of recovery of many cations and anions at different concentrations. In the presence of these ions at specific concentrations, the Co(II) and Cd(II) heavy metal cations were experimentally recovered over 95%. In order of relative standard deviation values (RSD), limit of quantification (LOQ), limit of detection (LOD) and enrichment factor (EF) were calculated as for Co2+ 3.05%, 1.88 μg/L, 0.564 μg/L, 109.41; for Cd2+ 1.40%, 2.963 μg/L, 0.889 μg/L, 20.99.