ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ

Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ BAKIR(II) VE ÇİNKO(II) NİN BİRLİKTE TAYİNİNDE POTANSİYOMETRİK VE KEMOMETRİK YÖNTEMLERİN UYGULANMASI Emine Gül CANSU ERGÜN KİMYA ANABİLİM DALI ANKARA 2010 Her hakkı saklıdır

2 ÖZET Yüksek Lisans Tezi BAKIR(II) VE ÇİNKO(II) NİN BİRLİKTE TAYİNİNDE POTANSİYOMETRİK VE KEMOMETRİK YÖNTEMLERİN UYGULANMASI Emine Gül CANSU ERGÜN Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Adnan KENAR Bu çalışmada, potansiyometrik olarak elde edilen verilerin değerlendirilmesinde kemometrik yöntemlerden biri olan çok bileşenli kalibrasyon teknikleri kullanılarak, bazı metal katyonlarının birlikte tayiniyle ilgili bir yöntem geliştirilmiştir. Cu(II) ve Zn(II) metallerinin iki bileşenli ve farklı kombinasyonlarından oluşan dört seviyeli kalibrasyon seti hazırlanmıştır. Titrasyon işleminden önce, metal iyonları karışımlarının her birine kompleksleştirici olarak etilendiamin eklenmiştir. Etilendiamin ile kompleks oluşturmuş metal katyonları çözeltisi daha sonra hidroklorik asit ile titre edilmiş ve bir asit baz titrasyonu şeklinde düşünülerek eklenen titrant hacmine karşı ph grafikleri elde edilmiştir. Çalışma aralığı olarak ph 3-9,5 aralığı seçilmiştir. Daha sonra bu veriler phml ve ph-dml/dph verilerine dönüştürülerek elde edilen matrislere çok değişkenli kalibrasyon yöntemleri (CLS, PCR, PLS1) uygulanmıştır. En iyi sonuçlar PLS1 yöntemi ile elde edilmiş ve çalışmanın kalan kısmında bu yöntem kullanılmıştır. Yöntemin doğruluğu standart referans numunenin analizi ile gösterilmiştir. Kalibrasyon seti ve numune için seçilen yöntem ile elde edilen sonuçlar ve geri kazanım değerleri % 95 güven seviyesinde verilmiştir. Kalibrasyon seti için geri kazanım değerleri Cu(II) ve Zn(II) için sırasıyla 100,15 ± 0,80 ve 99,68 ± 1,76 olarak bulunmuştur. Standart numunenin geri kazanım değerleri ise Cu(II) için 98,95 ± 4,53 ve Zn(II) için 101,5 ± 13,06 olarak bulunmuştur. Alt tayin sınırları Cu(II) için 5 ppm; Zn(II) için 5 ppm olarak belirlenmiştir. Cu(II) ve Zn(II) iyonlarının birlikte tayinine etki edebilecek iyonlar araştırılmış ve sonuçlar gösterilmiştir. Yöntem, ph-ml verileri ve bu verilerin birinci türevi olan ph-pml/dph verileri olmak üzere iki takım veriye uygulanarak, sonuçların arasında anlamlı fark olup olmadığı istatistik analiz ile gösterilmiştir. Cu(II) ile Zn(II) katyonlarının birlikte potansiyometrik tayini için geliştirilen bu yöntem basit, hızlı ve hiçbir pahalı cihaza gerek duymamaktadır. Bununla birlikte doğruluğu yüksek sonuçlar elde edilmesi açısından literatürde önemli bir boşluğu doldurmaktadır. Temmuz 2010, 107 sayfa Anahtar Kelimeler: bakır(ii), çinko(ii), potansiyometri, kemometri, çok değişkenli kalibrasyon i

3 ABSTRACT Master Thesis APPLICATION OF POTENTIOMETRIC AND CHEMOMETRIC TECHNIQUES FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF COPPER(II) AND ZINC(II) Emine Gül CANSU ERGÜN Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemistry Supervisor: Prof. Dr. Adnan Kenar In this study, a potentiometric titration method for the simultaneous determination of some metal ions with multivariate calibration was developed. Four-level calibration set was used with two component combinations of copper(ii) and Zinc(II). Ethylenediamine was added to each of the metal ion mixtures as a complexing agent before all the titration steps in the study. These solutions then titrated with hydrochloric acid, so the titration procedure was assumed as an acid-base titration. Working ph range was selected as 3-9,5. ph values were recorded for each volume of titrant added. Collected ml-ph data were first converted to ph-ml matrices and then ph-dml/dph matrices and multivariate calibration methods (CLS, PCR and PLS1) were applied. The best result was obtained from PLS1 and this method were used for the rest of the study. Accuracy of the method was tested with a standart sample analysis. All the results were given in the confidence level of 95 %. Recoveries for Cu(II) and Zn(II) in the calibration set are 100,15 ± 0,80 and 99,68 ± 1,76 respectively. Recoveries for Cu(II) and Zn(II) in the standart sample are 98,95 ± 4,53 and 101,5 ± 13,06 respectively. Limit of determination found by this method is 5 ppm for Cu(II) and 5 ppm for Zn(II). Interference ions were investigated and the results were demonstrated. In this work, phml data were evaluated as well as ph-dml/dph data with developed method. Significance of the results were compared statistically. The method developed for simultaneous potentiometric determination of Cu(II) and Zn(II) is simple, fast and there is no need to expensive instruments. Moreover, this method has enough accuracy to fill some blanks in the literature. July 2010, 107 pages Key Words: Copper(II), zinc(ii), potentiometry, chemometrics, multivariate calibration ii

4 TEŞEKKÜR Yüksek lisans tez çalışmalarıma başladığım andan itibaren tüm öğrenme isteğim ve çabalarıma sabır ve bilgileriyle saygı duyarak emek veren Ankara Üniversitesi Kimya Anabilim Dalı öğretim üyelerinden, başta danışman hocam Sayın Prof. Dr. Adnan KENAR a ve Sayın Prof. Dr. Mustafa TAŞTEKİN e; Çalışmalarımı takip ederek ihtiyacım olan desteği esirgememe inceliğini her zaman göstermiş olan, Ankara Üniversitesi Kimya Anabilim Dalı öğretim üyelerinden Sayın Prof. Dr. Esma KILIÇ ve Sayın Doç. Dr. Esin CANEL e; Yüksek Lisansımın ilk dönemini geçirdiğim 19 Mayıs Üniversitesinde bana bir dönemde dünyaları öğreten Sayın Prof. Dr. Ahmet UYANIK a teşekkürlerimi sunarım. Küçük prensesim Cansu ya benden daha iyi bakarak, olabilecek en gerçek yardımı yapan annem Semiha ERGÜN ve babam Ünal ERGÜN e; Kalpleri hep yanımda olan annem ve babama; Sevgili eşim Doç. Dr. İhsan ERGÜN e; Asu ya, Yiğit e; Son olarak bunca yıl sonra sevdiğim işi yapma cesareti bulduğum için kendime binlerce teşekkürler. Emine Gül CANSU ERGÜN Ankara, Temmuz 2010 iii

5 İÇİNDEKİLER ÖZET... i ABSTRACT... ii TEŞEKKÜR iii SİMGELER DİZİNİ... viii ŞEKİLLER DİZİNİ... x ÇİZELGELER DİZİNİ.. xii 1. GİRİŞ Kaynak Özetleri Bakır ve çinko tayinleri Potansiyometrik asit baz titrasyonları Kompleksometrik titrasyonlar ve çöktürme titrasyonları Diğer yöntemler KURAMSAL TEMELLER Kemometri Deneysel Tasarım Faktöriyel tasarım Kısmi faktöriyel tasarım Dört seviyeli deneysel tasarım Kalibrasyon Tek değişkenli kalibrasyon Çok değişkenli kalibrasyon Matrisler Matris transpozu Matrislerin çarpımı Matrislerin tersi Çok Değişkenli Kalibrasyon Yöntemleri En küçük kareler yöntemi (Classical Least squares-cls) Ters en küçük kareler yöntemi (Inverse Least squares-ils) Temel bileşen analizi (Principal component analysis, PCA) Faktörlerin bulunması ve algoritmalar.. 35 iv

6 2.5.4 Temel bileşen regresyonu (Principal Component Regression- PCR) Kısmi en küçük kareler yöntemi (Partial Least Squares-PLS) Yapay sinir ağları yöntemi (Artificial Neural Networks, ANN) Potansiyometride Çok Değişkenli Kalibrasyon Algoritması Potansiyometrik asit-baz titrasyonlarında çok değişkenli kalibrasyon algoritması Kompleksometrik titrasyonlar için çok değişkenli kalibrasyon algoritması Çöktürme titrasyonları çok değişkenli kalibrasyon algoritması Potansiyometri Potansiyometrik analiz yöntemleri Cam elektrot Potansiyometrik titrasyon Potansiyometrik verilerin dönüştürülmesi Etilendiamin MATERYAL VE YÖNTEM Kullanılan Cihazlar Otomatik titratör ph elektrot Kullanılan Kimyasal Madde ve Çözeltiler Su Diğer kimyasal maddeler Standart referans maddeler Standart referans numune Kullanılan çözeltiler Toplam iyonik şiddet ayarlayıcılı ligand (TİŞAL) çözeltisi ph kalibrasyon çözeltileri Bakır standart çözeltisi Çinko standart çözeltisi HCl çözeltisi NaOH çözeltisi Bozucu etkisi araştırılacak türlerle ilgili çözeltiler...56 v

7 3.3 Yöntem Kalibrasyon seti (training set) için çözeltilerin hazırlanması Titrasyonun yapılışı Verilerin toplanması ve matrislere aktarılması Verilerin dönüştürülmesi ml-ph verilerinin, ph-ml verilerine dönüştürülmesi ph ya karşı dml/dph verilerinin hesaplanması CLS yönteminin uygulanması PCR yönteminin uygulanması PLS1 yönteminin uygulanması Çapraz validasyon işlemi (cross validation) PRESS değerlerinin hesaplanması Malinowski yöntemiyle temel bileşen analizi Uygun yöntemin seçilmesi Alt tayin sınırının belirlenmesi Bozucu etki yapan türlerin belirlenmesi Geliştirilen yöntemin standart numuneye uygulanması Numunenin çözülmesi Deney çözeltisinin hazırlanması ARAŞTIRMA BULGULARI Kalibrasyon Çözeltilerinin Titrasyonu Titrasyon verilerinin dönüştürülmesi Kalibrasyon seti için verilerin dönüştürülmesi Standart numune için verilerin dönüştürülmesi Bozucu etkileri incelenecek türler için verilerin dönüştürülmesi CLS Yöntemiyle Kalibrasyon Setindeki Çözeltilerin Değerlendirilmesi PCR Yöntemiyle Kalibrasyon Setindeki Çözeltilerin Değerlendirilmesi PLS1 Yöntemiyle Kalibrasyon Setindeki Çözeltilerin Değerlendirilmesi En Uygun Yöntemin Belirlenmesi Alt tayin Sınırının Belirlenmesi Bozucu Etki Yapan Türlerin Belirlenmesi Yöntemin Standart Numuneye Uygulanması..87 vi

8 4.9.1 Şüpheli değerin (değerlerin) veri takımından atılması Standart numune analizinin sonuçları Veri Dönüştürmesi Yapmadan (Verilerin Türevleri Alınmadan) Bulunan Sonuçlar Kalibrasyon seti için türev alınmamış verilerle elde edilen sonuçlar Türev alınmamış veriler için uygun yöntemin belirlenmesi PLS1 yönteminin türev alınmamış standart numune verilerine uygulanması Şüpheli değerin veri takımından atılması Türev alınmamış veriler ile standart numune analizinin sonuçları SONUÇLAR VE TARTIŞMA 97 KAYNAKLAR.101 ÖZGEÇMİŞ vii

9 SİMGELER DİZİNİ AAS Atomik absorbsiyon spektrometresi ANN Yapay sinir ağları ANN-BP Yapay sinir ağları, geri besleme yöntemi A T A matrisinin transpozu A -1 CLS dml/dph dmmol/dph d 2 ph/dml 2 EAAS EDTA EGTA en FAAS G ICP-MS ILS ISE ISO IUPAC K K ol M mg ml mm mv N NIPALS A matrisinin tersi Klasik en küçük kareler ph ya karşı ml değerlerinin birinci türevi Tampon kapasitesi ph ya karşı ml değerlerinin ikinci türevi Elektrotermal atomik absorbsiyon spektrometresi Etilendiamin tetraasetik asit Etilenglikol-bis(2-aminoetil eter)-n,n,n',n'-tetraasetik asit Etilendiamin Alevli atomik absorbsiyon spektrometresi Grubbs testinden bulunan sayısal değer İndüktif eşli-plazma kütle spektrometresi Ters en küçük kareler İyon seçici elektrot International Standart Organization International Union of Pure and Applied Chemistry Asit ayrışma sabiti Oluşum sabiti Molar Miligram Mililitre Milimolar Milivolt Deney sayısı Nonlineer iterative partial least squares-doğrusal olmayan yineleyici kısmi en küçük kareler viii

10 NLPLS Doğrusal olmayan kısmi en küçük kareler yöntemi OSC Ortogonal sinyal düzeltme PC Temel bileşen sayısı PCA Temel bileşen analizi PCR Temel bileşen regresyonu ph Asitlik derecesi pka Asit ayrışma sabitinin eksi logaritması alınarak bulunan değer PLS Kısmi en küçük kareler PLS1 Kısmi en küçük kareler yönteminin iki tipinden birincisi PLS2 Kısmi en küçük kareler yönteminin iki tipinden ikincisi ppb Milyarda bir kısım ppm Milyonda bir kısım PRESS Hesaplanmış tahmin için artık hatalar kareleri toplamı R 2 RE RMSE RMSEC RMSEP s SS SVD t TİŞAL Regresyon katsayısı Rastgele hata (random error) Root mean square error Kalibrasyon için hatalar kareleri ortalamasının karekökleri Hesaplanmış tahmin için hatalar kareleri ortalamasının karekökleri Standart sapma Kareler toplamı Singular value decomposition- Tekil değer tahlili Serbestlik derecesi Toplam iyonik şiddet ayarlayıcı ligand µg Mikrogram α Bir türün kısmi bileşeni ix

11 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1 Dört seviye ve 15 faktörlü deneysel tasarım Şekil 2.2 İki faktör dört seviyeli deneysel tasarım.. 27 Şekil 2.3 Kombine Cam ph Elektrodu Şekil 2.4 Potansiyometrik titrasyonda ml-mv, birinci türev ve ikinci türev eğrileri Şekil 2.5 Aynı titrasyon değerleri için çizilen ml-ph; ph-ml; mlort-dph/dml; phort-dml/dph ve phort-dmmol/dph grafikleri...50 Şekil 2.6 Etilendiamin.51 Şekil 4.1 Etilendiamin için titrasyon grafiği (T1 titrasyonu).. 67 Şekil 4.2 Cu(II) ve etilendiamin için titrasyon grafiği (T16 titrasyonu)...67 Şekil 4.3 Zn(II) ve etilendiamin için titrasyonu grafiği (T12 titrasyonu) 68 Şekil 4.4 Cu(II), Zn(II) ve etilendiamin için titrasyon grafiği (T13 titrasyonu)..68 Şekil 4.5 Kalibrasyon setindeki çözeltilerin ph-ml ve ph-dml/dph grafikleri Şekil 4.6 CLS yöntemiyle çapraz validasyon kullanarak bulunan değerlerin bilinen derişimlere karşı grafiği (a) Cu(II), (b) Zn(II) Şekil 4.7 PRESS değerlerine göre temel bileşen sayısı...75 Şekil 4.8 Kalibrasyon çözeltileri için, çapraz validasyon işlemi uygulanarak PCR yöntemiyle hesaplanan sonuçların bilinen derişimlere karşı grafiği (a) Cu(II), (b) Zn(II) Şekil 4.9 PRESS değerlerine göre temel bileşen sayısı (a) Cu(II), (b) Zn(II) Şekil 4.10 Kalibrasyon çözeltileri için, çapraz validasyon işlemi uygulanarak PLS1 yöntemiyle hesaplanan sonuçların bilinen derişimlere karşı grafiği (a)cu(ii), (b) Zn(II) Şekil Bilinen derişimlere karşı, bulunan derişimlerin ortalamasının y hata çubukları ile verilmiş grafiği (a) Cu(II), (b) Zn(II) x

12 Şekil Alt tayin sınırının grafiksel gösterimi (a) Cu(II), (b) Zn(II) Şekil 4.13 Kalibrasyon seti için türev alınmamış (dönüştürülmemiş) verilere CLS yönteminin uygulanması ile elde edilen bilinen-bulunan grafiği (a) Cu(II) (b) Zn(II) Şekil 4.14 Kalibrasyon seti için türev alınmamış (dönüştürülmemiş) verilere PCR yönteminin uygulanması ile elde edilen bilinen-bulunan grafiği (a) Cu(II) (b) Zn(II) Şekil 4.15 Kalibrasyon seti için türev alınmamış (dönüştürülmemiş) verilere PLS1 yönteminin uygulanması ile elde edilen bilinen-bulunan grafiği (a) Cu(II) (b) Zn(II) xi

13 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1 İki faktör ve iki seviyeli faktöriyel tasarım..22 Çizelge 2.2 Üç faktör ve iki seviyeli faktöriyel tasarım..22 Çizelge 2.3 Dört faktör ve iki seviyeli faktöriyel tasarım Çizelge 2.4 Faktörler Çizelge 2.5 Seviyeler.. 24 Çizelge 2.6 AB etkileşimleri...24 Çizelge 3.1 Kullanılan kimyasal maddeler Çizelge 3.2 Neusilber IV numunesinin bileşimi.54 Çizelge 3.3 Kalibrasyon çözeltileri için seviye değerleri ve kalibrasyon çözeltilerinin hazırlanmasında kullanılan hacimler 57 Çizelge 4.1 T1, T16, T12 ve T13 kalibrasyon çözeltilerinin (ml-ph) titrasyon verileri Çizelge kalibrasyon çözeltisi için 0,2 birim ph ya karşılık gelen titrant hacmi değerlerinin birinci türevleri alınarak oluşturulan matris.71 Çizelge 4.3 Kalibrasyon çözeltileri için CLS, PCR ve PLS1 yöntemlerinin karşılaştırılması.81 Çizelge 4.4 Bozucu etkisi araştırılan türler ve etkileri 86 Çizelge 4.5 PLS1 yöntemi ile tayin edilen standart numune analizinin sonuçları (a) Cu(II), (b) Zn(II) Çizelge 4.6 Kalibrasyon seti için türevsiz verilere çok değişkenli kalibrasyon uygulanması ile elde edilen geri kazanım ve PRESS değerleri 94 Çizelge 4.7 PLS1 yöntemi ile türevleri alınmamış veriler kullanılarak tayin edilen standart numune analizinin sonuçları (a) Cu(II), (b) Zn(II) Çizelge 5.1 PLS1 yönteminin türevli verilere uygulanması ile kalibrasyon seti ve standart numune için elde edilen geri kazanım değerleri Çizelge 5.2 PLS1 yönteminin türevsiz verilere uygulanması ile kalibrasyon seti ve standart numune için elde edilen geri kazanım değerleri..98 xii

14 1. GİRİŞ Potansiyometrik analiz yöntemleri, devreden fark edilebilir bir akım geçmezken yapılan hücre potansiyeli ölçümlerine dayanan elektrokimyasal yöntemler olarak tanımlanır. Potansiyometrik ölçüm hücreleri, bir tane referans elektrot, bir tane indikatör elektrot ve bir ölçme hücresinden meydana gelen, kolay kurulabilir ve kullanılan diğer tekniklere göre göreceli olarak oldukça ucuza mal edilebilen hücrelerdir. En çok kullanılan potansiyometrik ölçme hücresi ph ölçümlerinde kullanılan ve ph elektrodu ve referans elektrottan oluşan ölçme hücresidir. ph elektrodunun yanı sıra, çeşitli iyonların tayininde kullanılan iyon seçici elektrotlar, ph elektrodu kadar olmasa da laboratuvarlarda kullanılabilen elektrotlar arasındadır. Bu sebeplerle potansiyometreler ve bu yöntemin gerektirdiği elektrotlar, özellikle ph elektrotları, birçok laboratuvarın vazgeçilmez cihazlarıdır (Skoog vd. 1998). Bir asit-baz sistemi titrasyonunda dönüm noktasının belirlenmesi genel olarak görsel indikatörlerle veya potansiyometrik yöntemlerle yapılmaktadır. Bu yöntemlerin temeli ph ya da potansiyelin en fazla değişim gösterdiği sıçrama noktasına dayanır. Genel olarak, ikili veya üçlü asit karışımından oluşan sistemlerde, herhangi iki asitin pka ları (Ka, asit ayrışma sabitidir) arasındaki fark 4 den küçük ise, asitlerin titrasyon eğrileri birbiriyle örtüşerek tayin işlemini zorlaştırmaktadır li yılların başında Gran (1950, 1952), potansiyometrik titrasyonların dönüm noktalarını, dönüm noktasında kesişen doğrusal fonksiyonlar cinsinden değerlendirebilmek için iki matematiksel işlem önermiştir. Daha sonra, Ingman (Ingman vd. 1966, 1973) ve Johansson (1970, 1975), kimyasal denge eşitliklerine dayanan yöntemler geliştirmişlerdir. Bu yöntemlerle, alınan verileri regresyon analiziyle düzenleyerek, karışımdaki asit bileşenlerini tayin etmek mümkün olmuştur. 1

15 1981 yılında, Gran ve çalışma arkadaşları (1981), denge eşitliklerine dayanan bir doğrusal çöktürme titrasyon yöntemi geliştirerek, bu yöntemi klorür tayininde uyguladılar. Son yıllarda ise, potansiyometrik yöntemleri kapsayan, Gran ve diğer matematiksel yöntemlerle yapılmış 52 atıflı bir derleme makale yayınlanmıştır (Michalowski vd. 2005). Gran, Ingman ve Johansson tarafından önerilen yöntemlerin iki ana dezavantajı vardır. Bunlardan birincisi, denge eşitliklerinin türetilebilmesi için, her asidin termodinamik ayrışma sabitinin biliniyor olması gerekir. Ancak belirli bir asit karışımı için yayınlanmış sabitler güvenilir olmayabilir ve sonuç olarak analizde hatalar meydana gelebilir. İkinci dezavantaj, bu yöntemleri kapsayan potansiyometrik titrasyon eşitlikleri termodinamik sabitlere dayanır ve genelde oldukça karmaşıktır. Bu nedenle, sistematik hataları indirgemek için, hatasız ph ölçümü çok önem kazanır. ph nın doğru ölçülmesi için ise elektrot sisteminin titizlikle kalibre edilmesi gerekir ki bu da oldukça zaman alıcı bir işlemdir (Ni ve Kokot 2008). Karmaşık sistemler için potansiyometrik titrasyon yöntemleri, çok bileşenli kalibrasyon yaklaşımları uygulanmaya başladıktan sonra anlamlı ölçüde ilerlemiştir (Lindberg ve Kowalski 1988). Çok bileşenli kalibrasyon yöntemleri, kemometri disiplininin konusudur. Kemometri bir kimya disiplinidir. Kemometri; matematik, istatistik ve yapısal mantığı kullanarak optimum deneysel yöntemleri seçmek veya tasarlamak; kimyasal verileri analiz ederek maksimum anlamlı kimyasal bilgiyi tedarik etmek ve kimyasal sistemlerle ilgili bilgi elde etmek için mükemmel bir araçtır (Esteban vd. 2006). Analitik yöntemlerin uygun kemometrik araçlarla birleştirilmesi, analizde kullanılan cihazların kapasitelerini anlamlı ölçüde arttırdığı gibi potansiyometrik titrasyon verilerinin karmaşık sistemler için çözümlenebilmesine de olanak vermektedir. 2

16 Son yıllarda, verilen bir numune içindeki çeşitli analitlerin birlikte tayini, kemometride çok ilgi duyulan bir alan haline gelmiştir. Bu tür tayinlerin temeli olan çok değişkenli kalibrasyon yöntemleri, ikinci derece verilere uygulanır. İkinci derece olarak ifade edilen veriler, her bir numune için bir sinyal vektörü üreten cihazlardan alınan verilerdir (spektrofotometrik ve voltametrik veriler gibi). Potansiyometrik yöntemlerle elde edilen veriler ise, birinci derece verilerdir (her numune için bir sinyal üreten veri). Bir titrasyon işleminden alınan veriler ikinci derece haline dönüştürülebilir. Dolayısıyla, verilerin dönüştürülmesi işlemi, çok değişkenli kalibrasyon yöntemlerini burada uygulanabilir kılar (Shamsipur 2004). Çok değişkenli kalibrasyon yöntemlerinin potansiyometrik titrasyon verilerine uygulanması ilk olarak, Lindberg ve Kowalski tarafından, 1988 yılında yaptıkları çalışma ile karşımıza çıkmıştır. PLS metodunun zayıf asitlerin birlikte tayininde uygulanmasını içeren çalışmalarında, önceden seçilmiş bir ph noktasına ulaşmak için gerekli titrant hacmi, sinyal verisi yerine alınarak, eklenen titrant hacmi ile analitin derişimi arasında doğrusal bir ilişki olduğu varsayılmıştır. Bu yaklaşımda, Gran veya diğer yöntemlerde önerilen belirli bir biçimlendirme veya model yoktur ve bu nedenle buradan gelecek hatalar oldukça azalır. Lindberg ve Kowalski tarafından yapılan çalışma sonrasında, aynı prensip ile çok değişkenli kalibrasyon yöntemleri, potansiyometrik asit-baz titrasyonları (Ni 1998), potansiyometrik kompleksometrik titrasyonlar (Ni ve Wu 1997) ve potansiyometrik çöktürme titrasyonlarında (Ni ve Wu 1999) uygulanmaya devam etmiştir. Bu çalışmada, potansiyometrik asit-baz titrasyonundan elde edilen verilere çok değişkenli kalibrasyon uygulanarak, Zn(II) ve Cu(II) metal iyonlarının birlikte tayini için bir yöntem geliştirilmesi amaçlanmıştır. Metal iyonları karışımına eklenen etilendiamin ile kompleks oluşturmuş metal iyonları karışımı, bir kuvvetli asit (HCl) ile titre edilmiş ve ph değişimleri kombine cam ph elektrodu ile ölçülmüştür. Elde edilen veriler, seçilen ph noktasına karşı eklenen titrant 3

17 hacmi grafiklerine dönüştürülerek bazı çok değişkenli kalibrasyon yöntemleri uygulanmış, hangi kalibrasyon yönteminin daha iyi sonuç verdiğine bakılarak yöntem seçimi yapılmış ve geliştirilen yöntemin Zn(II) ve Cu(II) metallerinin birlikte tayini için uygulanabilir olduğu, belli güven aralığında verilen sonuçlar ile gösterilmiştir. Şu bir gerçektir ki, çinko ve bakır metalleri doğada daima beraber bulunur, bu nedenle bu elementleri diğerinin varlığında tayin edebilmek önemlidir (Arvand vd. 2007). Literatürde, potansiyometrik titrasyon ile metal iyonlarının birlikte tayini için, potansiyometrik kompleksometrik ve potansiyometrik çöktürme titrasyon yöntemleri ve bu yöntemlerin kemometrik yöntemlere uygulanması ile ilgili çalışmalar mevcuttur (Ni ve Wo 1997, Brodnjak vd. 1999, Shamsipur 2004, Calvo ve Vale 2007). Bu çalışmalarda kullanılan iyon seçici elektrotlar her laboratuvarda kolayca bulunamayabilir. Ayrıca bu sistemler her zaman ilgili iyon seçici elektrot ile kullanılabilecek bir referans elektrot da gerektirmektedir. Potansiyometrik kompleksometrik titrasyon ile kombine cam ph elektrodu kullanarak elde edilen ph verilerine çok değişkenli kalibrasyon uygulanması ile metal iyonlarının birlikte tayini ile ilgili literatürde tek bir çalışma bulunmaktadır (Ni ve Peng 1995). Prensipte bu tezde amaçlanan çalışmaya paralel en yakın kaynak olmasına karşın, titrant olarak kullanılan ligandın seçimi için ve bu ligandın ph sının belli bir değere tamponlanması ve tampon ph değerinin araştırılması için yapılan zaman alıcı çalışmalar bakımından dezavantajlı olduğu söylenebilir. Uygun bir ligand ile kompleks oluşturmuş metal iyonlarının, cam ph elektrodu kullanarak ve kuvvetli bir asit ilave edilmesi ile asit-baz titrasyonu şeklinde düşünülerek yapılmış bir çalışmaya literatürde rastlanmamıştır. Potansiyometrik asit-baz titrasyonlarına çok değişkenli kalibrasyon uygulanarak yapılmış çalışmaların tümü asit karışımlarının tayini içindir. 4

18 Metal iyonlarının birlikte tayini için geliştirilen bu yöntem basit, hızlı ve hiçbir pahalı cihaza gerek duymaksızın uygulanabilmektedir. Her kimya laboratuvarında bulunabilecek bir ph elektrodu, ph-metre, basit titrasyon malzemeleri ve uygun bir bilgisayar programı kullanarak, metal iyonları birlikte tayin edilebilmekte ve makul sonuçlar elde edilmektedir. 1.1 Kaynak Özetleri Bakır ve çinko tayinleri Eser miktarda bakır ve çinko tayini, metalürjide ve çevresel analitik kimyada büyük öneme sahiptir. Bu elementlerin biyolojik, endüstriyel ve medikal bilimlerdeki önemli rolleri sebebiyle, yüksek duyarlılık ve seçicilikteki yöntemlere duyulan ihtiyaç giderek artmaktadır. Bakır, vücut için gerekli bir element olup günlük alınması gereken miktar 2 mg civarındadır ve 15 mg dan fazla alındığında zehirlidir. ABD de izin verilen doz limiti 1,3 ppm olarak açıklanırken, Kanada (1 ppm) ve Avrupa birliği (2 ppm) de benzer limitleri açıklamaktadır. Çinko çok geniş kullanım alanına sahiptir. Bunlardan en önemlisi, üretimin % ını oluşturan paslanmayı önleyici kaplamada kullanımıdır. Pirinç (bakır + % çinko) alaşımına ek olarak, çinkonun ağırlıklı oranda kullanılmasıyla meydana getirilen ve metal döküm veya pres dökümde kullanılmak üzere üretilen özel alaşımlar hızla artmaktadır. Çinko, levhalar halinde çatı kaplamada kullanılır ve yine çinkonun çok büyük miktarları, karbon- çinko kuru pillerin üretiminde kullanılmaktadır (Arvand 2007). Çinko ve bakır metalleri doğada daima beraber bulunur, bu nedenle birinin varlığında diğerinin tayin edilebilmesi önemlidir. Bu amaçla birçok yöntem mevcuttur. Bakır(II) tayini için yayınlarda; spektrofotometre, alevli atomik absorbsiyon spektrometresi (FAAS), elektrotermal atomik absorbsiyon spektrometresi (EAAS), indüktif eşli-plazma 5

19 emisyon spektrometresi, indüktif eşli-plazma kütle spektrometresi (ICP-MS), ayrımsal darbe anodik sıyırma voltametrisi (differential pulse anodic stripping voltammetry), ve iyon seçici elektrotlar gibi yöntemler önerilmiştir. Aynı şekilde çinko(ii) tayini için literatürde kullanılmış yöntemler ise, spektroflorometre, FAAS, ve spektrofotometrik yöntemlerdir. Bu yöntemlerin bazılarında seçicilik düşüktür (Frant 1995, Szigeti vd. 2005), bazıları için çok pahalı cihazlar veya reaktifler gerekmektedir (Cao vd. 1999, Tang vd. 2003), diğerleri ise çok zor ayırma işlemleri gerektirmektedir (Gillain vd. 1979, Hunt ve Wilson 1986, McLaren 1992, Dymott 1995, Oliveros vd. 1998, Giokas vd. 2002, Kulichenko vd. 2003). Basit ve ucuz tekniklerin de olmasına rağmen, bu teknikler birçok bozucu etkiden fazlaca zarar görmektedirler. Bu çalışmada, Cu(II) ve Zn(II) metallerinin birlikte tayini için hiçbir pahalı cihaz veya reaktife gerek duyulmadan doğru sonuçlar elde etmeyi mümkün kılan bir yöntem geliştirilmesi amaçlanmıştır Potansiyometrik asit baz titrasyonları Lindberg ve Kowalski 1988 yılında, potansiyometrik asit baz titrasyonlarının PLS kalibrasyonu kullanarak yorumlanması ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. Çok değişkenli kalibrasyonu potansiyometrik titrasyon verilerinin çözümlenmesinde uygulayan ilk çalışma olarak literatüre geçmiştir. Bu çalışmada, potansiyometrik titrasyon verilerinin çözümlenmesinde, Gran veya diğer matematiksel yöntemlere ihtiyaç kalmamıştır. PLS kalibrasyon yöntemi, potansiyometrik veri analizinde başarılı olmuştur. Çalışmada, asit-baz titrasyon eğrilerinin değerlendirilmesinde PLS kalibrasyonu kullanılmıştır. Önerilen yöntem, herhangi bir fiziksel formül ya da modele bağlı kalınmadan, yalnızca titrasyon eğrilerinden alınan bilgilerin yeterli olması bakımından avantajlıdır. Bilinen bileşimlerdeki numunelerle hazırlanan kalibrasyon seti, daha sonra 6

20 bilinmeyen seti tayin için kullanılmıştır. Burada dikkate alınması gereken, iki setin birbirine benzer olmasıdır. Geliştirilen yöntem ilk olarak, pka değerleri arasındaki farkın küçük olduğu iki monoprotik asit karışımının titrasyonuna uygulanmış, daha sonra dört veya beş diprotik asit içeren numunelerin titrasyonu için değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, pka ları arasındaki fark 0,1 olan monoprotik asitlerin birlike tayininin mümkün olduğunu göstermiştir. Diprotik asitler için ise, pka ları arasında 1,8-7,2 aralığında fark olan asitler birlikte tayin edilebilmektedir. Song vd yılında, polibazik asit karışımlarının potansiyometrik titrasyon verilerine üç-tabaka ANN-BP (artificial neural network-back propogation) modelini uygulamışlardır. Dikkat çektikleri nokta, asit karışımı sistemlerinin karmaşık çözelti kimyası dengelerinden dolayı doğrusal olmayışıdır. Maleik, propandioik, süksinik asitten oluşan üç bileşenli numune analizinde, önerdikleri yöntemle, ortalama % 4,5 bağıl hata ile tatmin edici sonuçlar elde etmişlerdir. Ni 1998 yılında, potansiyometrik titrasyon ile asit karışımlarının birlikte tayini ile ilgili bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada, bir titrasyon işlemindeki asit karışımlarının kimyasal dengesi araştırılmış ve doğrusal titrasyon eşitliği türetilmiştir. Bilinen derişimli ve bileşenli numunelerden çok değişkenli kalibrasyonu oluşturacak matematiksel modeller elde edilmiş ve daha sonra bu modeller bilinmeyen derişimleri tayinde kullanılmıştır. Asit karışımlarının potansiyometrik titrasyon verilerini değerlendirirken CLS, PCR, PLS gibi kemometrik yaklaşımlar uygulanmıştır. Önerilen yöntem ile 5 farklı asitten oluşan bileşimler şeklindeki iki sistem analiz edilmiştir. İki sistemde kullanılan asitler farklıdır. Birinci sistemde ağırlıklı monoprotik asitler (fosforik, malonik, formik, asetik ve kloroasetik asit karışımı) kullanılırken, ikinci sistemde poliprotik asitler (sitrik, borik, okzalik, malonik ve suksinik asit karışımı) kullanılmıştır. İkinci sistem çok daha iyi sonuçlar 7

21 vermiştir çünkü poliprotik asitlerin titrasyon eğrilerinde, iki veya üç sıçrama noktası bulunduğundan titrasyon eğrileri arasındaki farklılık daha belirgin olmuştur. Çalışmada, asit karışımları, (KCl iyonik şiddet ayarlayıcı olarak eklenmiş), NaOH ile, otomatik titratör yardımıyla titre edilmiş ve seçilen her 0,1 ph birimi için eklenen titrant hacimlerinden elde edilen verilere çok bileşenli kalibrasyon uygulanmıştır. Bilgisayar işlemleri için Q BASİC te yazılmış programlar kullanılmıştır. Asitlerin tekli titrasyon eğrilerinden, ortak bir çalışma aralığı belirlenmiştir. Her birinin özelliğini en net gösterdiği aralık olarak ph; 3,0-6,5 aralığı seçilmiştir. Kalibrasyon seti için Taguchi nin 4 seviyeli ortogonal tasarım yöntemi kullanılmıştır. Bu tasarım yönteminin en büyük avantajı, çok sayıda yapılması gereken deneylerden elde edilen sonuçlara, daha az sayıda deney ile ulaşabilmektir. Bu çalışmada ulaşılan sonuç şu şekilde ifade edilmiştir: Asit- baz titrasyon işlemlerindeki çözelti dengesi karmaşık olsa bile (özellikle poliprotik asit karışımlarında) titrasyon eşitliği doğrusaldır. Yani eklenen titrantın miktarı, karışımdaki asitlerin toplam derişimleri ile orantılıdır. Üst üste binmiş titrasyon eğrileri, beş bileşene kadar, kemometrik yaklaşımlarla çözümlenebilmektedir. Shamsipur 2002 yılında, ANN-BP modelini, antranilik, nikotinik, pikolinik, sülfanilik asitlerin dörtlü bileşiminden oluşmuş karışımlarının derişimleri ile eklenen farklı titrant hacimlerindeki çözeltilerin ph ları arasındaki karmaşık ve doğrusal olmayan ilişkiyi modellemek için kullanılmıştır. Bu modelle analiz edilen sentetik karışımlar % 4 den az hata ile sonuç vermiştir. Zampronio vd yılında, ANN ve PLS yöntemlerinin performanslarını karşılaştırmış ve ANN performansının daha iyi olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada, potansiyometrik asit-baz akış enjeksiyon titrasyonu ile toplanan verilere üç-tabaka ANN modeli uygulanmıştır. Sentetik numunelerdeki ve taze portakal sularındaki sitrik ve malik asit 8

22 analiz edilmiş ve ANN modelinin performansı tercihen PLS modeli ile karşılaştırılmıştır. Aktaş ve Yaşar 2004 yılında, p-kumarik, sinapinik, vanilik ve isovanilik asitlerin derişimleri arasındaki karmaşık ve doğrusal olmayan ilişkiyi ANN-BP ile modellemişler, ölçülen veri matrisinin temel bileşenlerini yapay sinir ağlarının girdisi olarak kullanarak % 4,18 den az bağıl hata ile sentetik karışımlardaki asit derişimlerini öngörebilmişlerdir. Aynı yöntem, ibuprofen, indomethacin ve naproxen için potansiyometrik veri çözümlemesine uygulanmış, % 2,30 dan daha düşük hata ile sonuç alınmıştır (Aktaş, Ertokuş 2008). Akhond vd yılında, potansiyometrik titrasyon ve PLS kalibrasyonu ile askorbik, tartarik ve sitrik asitin birlikte tayini ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. NaOH ile titre ettikleri tartarik ve sitrik asidin ikili karışımlarının analizinde, ayrıca tartarik, sitrik ve askorbik asitin üçlü karışımlarının analizinde PLS yöntemini kullanmışlardır. Çalışma şu temele dayanmaktadır: pka değerleri arasında 4 değerinden daha az farklılık olan asitlerin titrasyon eğrileri örtüşür ve bu nedenle titrasyon eğrisinden bu asitlerin birlikte tayini imkansız hale gelir, ancak PLS kalibrasyon yöntemi uygulanarak, bu asitlerin farklı derişimlerinin kombinasyonlarının baz ile titrasyonundan elde edilen verileri ile oluşturulmuş bir kalibrasyon setine uygulanan PLS yöntemi sonucunda, birlikte tayin başarılı bir şekilde sonuçlanmıştır. Çalışmada titrant olarak NaOH kullanılmış ve M ile M derişim aralığında, bu asitlerin ikili ve üçlü karışımlarının birlikte tayininde kayda değer sonuçlar elde edilmiştir. Ghorbani vd yılında, asetik, monokloroasetik ve trikloroasetik asitlerin birlikte tayininde, ortogonal sinyal düzeltme (OSC) ve PLS kullanarak kondüktometrik bir yöntem geliştirmiştir. Bu asitlerin analizinde, tek bir analit için bağıl tahmin hatası 9

23 sinyal düzeltme yapıldığında; % 7,18, % 12,50, % 7,00 ve sinyal düzeltme yapılmadığında; % 13,6, % 18,5, % 13,6 olarak bulunmuştur Kompleksometrik titrasyonlar ve çöktürme titrasyonları Ni ve Peng 1995 yılında, doğrusal olmayan PLS kalibrasyonu kullanarak ve kompleksometrik titrasyon ile karışık metal iyonlarının tayini konusunda bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada, karışık metal iyonlarının birlikte tayini için yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemde, metalin EGTA ile kompleksometrik titrasyonu, bir asit baz titrasyonu olarak düşünülmüştür. Bir standart metal iyon karışımları seti hazırlanarak EGTA ile titre edilmiştir. Bir ph cam elektrodu kullanarak potansiyel verileri kaydedilmiş ve daha sonra elde edilen verilere doğrusal olmayan kısmi en küçük kareler yöntemi (NLPLS) uygulanarak bilinmeyen numune tayin edilmiştir. Çalışmada, çinko(ii), bakır(ii) ve kadmiyum(ii) elementlerinin birlikte tayini amaçlanmıştır. Metal iyonlarının 8 adet ikili ve 12 adet üçlü bileşenlerinden oluşmuş ve her biri farklı derişimlerde hazırlanmış kalibrasyon çözeltileri, EGTA ile titre edilerek kalibrasyon verileri oluşturulmuştur. Metal iyonları, karışımların içinde M ve 4, M derişim aralığında bulunmaktadır. Yöntemin prensibi şu şekilde açıklanmıştır: Kompleksometrik titrasyonlarda, şelatlayıcı titrantların çoğu, metal iyonları ile kararlı kompleksler oluşturan poliaminokarboksilik asitlerdir. Genelde hidratlaşmış proton, H 3 O +, olarak bulunan hidrojen iyonları, aşağıdaki reaksiyona göre serbest kalırlar: M n+ + H Y x = xh + MY x 4 + n 4 Klasik yöntemlerde, titre edilecek çözeltinin ph değerinin sabit kalması için çözeltiye tampon ilave edilmiştir. Çözeltiye tampon ilave edilmez ise, çözeltinin ph sı titrasyon işlemi boyunca değişecektir. Bu değişimler, metal iyonlarının özellikleri ve derişimleri ile ilişkilidir. Metal türleri sayısı ve şartlı oluşum sabitlerinden, analiz edilecek sistem 10

24 hakkında fazlaca bilgi elde edilebilir. Ne var ki bu faktörler, kompleksleşme dengesini kullanarak açıklama yapmak için çok karmaşıktır. Bu çalışmada, tampon kullanmadan yapılan kompleksometrik titrasyon işlemi, bir asit baz titrasyonu olarak düşünülmüş ve titrasyon verilerini işlemede çok değişkenli kalibrasyon yöntemi kullanılmıştır. Analitleri bilinen molar seviyelerinde içerecek şekilde bir kalibrasyon seti hazırlanmıştır. Bu bileşenler, i satırlı (karışım numunelerinin sayısı) ve j kolonlu (her bir bileşenin mol sayısı) bir N matrisi ile kesin nicelikler olarak temsil edilmiştir. Kompleksometrik titrasyon işlemi yapılmış ve eklenen farklı titrant hacmindeki ph değerleri kaydedilmiştir. Daha sonra cevap matrisi olan R elde edilmiştir. R matrisi; her bir satırı bir numunenin titrasyon eğrisinden oluşmuş karışım numunelerinin sayısı olan i satırlı ve eklenen titrant hacimleri için ölçülen ph değerlerinin sayısı olan k kolondan oluşur. NLPLS yöntemi, N ve R matrislerinin eş zamanlı ayrışması ile yürütülür: R = TP' + E N = UQ' + F T; i satırlı ve d kolonlu (boyut sayısı) olan response score matrisidir. P; i satırlı ve k kolonlu response loading matrisidir. U; i satırlı d kolonlu bileşim skor matrisidir. Q; d j loading matrisidir. Daha sonra, t ve u vektörleri, bir kuadratik regresyon modeli ile birbirleriyle ilişkilendirilir. u c + c t + c t + h = Skor vektörleri, t, birbirine ortogonal olduğundan, birinci boyut, kalan matrislerden bir sonraki vektör setini tahmin etmeye olanak tanıyan klasik PLS regresyonunda olduğu gibi N ve R den çıkarılabilir: R ve N yerine sırasıyla E ' = R tp ve 11

25 ( c + c t c t 2 ) ' F = N + yazılabilir. Bu işlem, anlamlı bilgi kalmayıncaya dek q tekrarlanır. Tahmin adımında, işlem ters çevrilir ve hesaplanan matrisler (P ve U) ve c katsayısı bilinmeyen derişimi bulmak için kullanılır. Kalibrasyon seti, farklı bileşimlerin farklı oranlarını içermek üzere, üç bileşenli 12 karışım ve iki bileşenli 8 karışım hazırlanarak oluşturulmuştur. Bileşimler, kalibrasyon işleminden maksimum bilgi alabilmek amacıyla ortogonal olarak tasarlanmıştır. Bileşimler ve titrasyon boyunca ölçülen ph değerleri, sırasıyla N ve R kalibrasyon matrisleri olarak kullanılmıştır. Bakır(II), kadmiyum(ii) ve çinko(ii) nin, EGTA ile logaritmik kompleks oluşum sabitleri sırasıyla, 17,0; 15,6; ve 12,8 dir. EDTA ile oluşum sabitleri ise sırasıyla, 18,8; 16,5 ve 16,5 değerlerindedir. Buradan da görüldüğü gibi, EGTA ile oluşum sabiti değerleri arasındaki fark EDTA ya göre daha fazladır. Bu nedenle, metal karışımlarının analizinden daha fazla bilgi alabilmek amacı ile titrant olarak EDTA yerine EGTA seçilmiştir. EGTA türlerinin ph ya göre dağılımına bakılmış ve ph; 9,25 de baskın tür HY iken, ph; 5,5 da H 2 Y dir. Kompleksometrik titrasyon işleminde serbest kalan hidrojen iyonu miktarı, EGTA çözeltisinde protonlanmış türlerin bileşimleriyle ilişkilidir. Deney çözeltisine eşit miktarda eklenen EGTA çözeltilerinden, yüksek ph daki EGTA çözeltisi, düşük ph dakine göre daha az hidrojen iyonu verecektir. Aynı metal için ph; 9,25 deki EGTA ve ph; 5,50 deki EGTA ile titrasyon eğrileri incelenmiş ve benzer olduğu görülmüştür. Yalnızca, yüksek ph değerindeki eğrinin değişimi, düşük ph değerindekine göre daha yavaştır. ph; 12 gibi çok yüksek değerlere çıkıldığında ise, titrantta protonlanmış tür olmayacaktır. Bu nedenle EGTA için bir ph değeri belirlenmiştir. Yüksek ph değerinde daha geniş bir aralığı olduğundan ve titrasyon işleminden alınacak bilgileri etkilemeyeceğinden, bu değer seçilmiştir. Bu çalışmada, EGTA nın ph sı, NaOH ekleyerek 9,25 değerine ayarlanmıştır. 12

26 Bu çalışma, küçük miktarlarda metal iyonlarının (bu çalışmada Cd(II), Cu(II) ve Zn(II)) ikili ve üçlü bileşenlerini içeren karışımların kompleksometrik titrasyon ile analiz edilebileceğini göstermektedir. NLPLS kemometrik yaklaşımı, ortogonal yapılandırılmış kalibrasyon seti kullanarak metal iyonu derişimleri tayininde tatmin edici bir yaklaşım olmuştur. Doğrusal olmayan kısmi en küçük kareler yöntemi ile analiz edilmiş numuneler, klasik PLS yöntemi ile de analiz edilmiştir. NLPLS ile Cu(II), Cd(II) ve Zn(II) için bağıl hata sırasıyla % 3,95; % 9,26 ve % 6,87 iken, klasik PLS de % 4,14; % 9,10 ve % 6,87 olarak bulunmuştur. Ni ve Wu 1997 yılında, kompleksometrik titrasyon ve çok bileşenli kalibrasyon ile metal iyonu karışımlarının birlikte tayini ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada, çok bileşenli kalibrasyon yöntemi uygulanarak metal iyonu karışımlarının birlikte tayininde yeni bir kompleksometrik titrasyon yöntemi geliştirmiştir. Potansiyel ölçümlerinde indikatör elektrot olarak cıva-film elektrodu ve referans elektrot olarak da Ag/AgCl elektrodu kullanılmıştır. Titrasyon işleminde ortam, ph; 4,2 olacak şekilde tamponlanmıştır. Çünkü seçilen farklı bir ph, titrasyon eğrisinin şeklini değiştirmektedir. ph çok yüksek olursa, bazı metal iyonları hidrolize olabilir ve yanlış titrasyon eğrisi elde edilir. Bu çalışmada, ph sı 4,2 olarak tamponlanmış çözeltide, incelenen metal iyonlarının doğru titrasyon eğrisi verdiği saptanmıştır. Metal iyonu karışımları EDTA ile titre edilmiş ve seçilmiş her bir potansiyel noktasındaki titrant hacmi kaydedilerek elde edilen verilere, çok bileşenli kalibrasyon (CLS ve PLS) yaklaşımları uygulanmıştır. Pd(II), Cu(II), Zn(II) ve Co(II) metallerinin 2 li, 3 lü ve 4 lü bileşenlerinden hazırlanan 20 sentetik karışım M ve 3 1,5 10 M derişim seviyelerinde, önerilen yöntem ile analiz edilmiş ve kabul edilebilir sonuçlar elde edilmiştir. 13

27 Burada birlikte titre edilen metal iyonlarının EDTA ile kompleks oluşum sabitleri birbirine oldukça yakındır ve ayrı ayrı titre olamayacaklarından titrasyon eğrileri örtüşmektedir. Eğrilerin birbirine çok benzemesine karşın, bazı küçük farklılıkların bulunması, uygun kemometrik yöntemlerle daha da kompleks sistemleri analiz etmeyi mümkün kılar. Kemometrik kısımda kullanılan tasarım, son yıllarda sıklıkla tercih edilmeye başlanan Taguchi- ortogonal dizi tasarımı olup, analiz aşamasında PLS ve CLS kalibrasyon yöntemleri kullanılmış, PLS yönteminde çok daha doğru sonuçlara ulaşılarak düşük miktarlardaki metal iyonu karışımlarının 2 li 3 lü ve 4 lü bileşenleri analiz edilebilmiştir. Brodnjak-Voncina vd yılında, nehir ve içme sularındaki sülfat (titrant: Ba(II)) ve şarap numunelerindeki kalsiyum (titrant: oksalat) tayini için, potansiyometrik çöktürme titrasyon verilerini çözümlemede yapay sinir ağları, ANN, yöntemini kullanmışlardır. Sonuçlar, ANN yönteminin, ± % 10 hata ile titrasyon eğrilerinden bileşiklerin derişimlerini başarıyla öngörebildiğini göstermiştir. Bulunan sonuçlar şarap ve suyun hızlı analizleri için makul değerlerdedir. Ni ve Wo 1999 yılında, Potansiyometrik çöktürme titrasyonu ve çok değişkenli kalibrasyon ile halojen ve tiyosiyanat iyonlarının birlikte tayini ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada, halojen ve tiyosiyanat iyonları çöktürme titrasyonu ile tayin edilirken, titrant olarak gümüş nitrat kullanılabildiği ve indikatör elektrot olarak gümüş elektrodu, referans elektrot olarak da çift temaslı Ag/AgCl elektrodu kullanılarak dönüm noktasının potansiyometrik olarak belirlenebileceğinden bahsettikten sonra, halojen ve tiyosiyanat iyonlarının birlikte titre edilirken, özellikle de derişimleri arasında büyük fark var ise, titrasyon eğrilerinin üst üste binmesi nedeniyle ayrı ayrı tayinlerinin oldukça zorlaştığı vurgulanmıştır. Bu noktada, bu iyonların potansiyometrik çöktürme titrasyonu ile birlikte tayini için önerdikleri yöntemden bahsetmişlerdir. 14

28 Bu çalışmada, sözü edilen iki iyonun karışımlarının potansiyometrik çöktürme titrasyonu için doğrusal bir eşitlik geliştirilmiş ve bu eşitlik, çok bileşenli kalibrasyon yardımı ile karışımdaki bileşenlerin birlikte tayini için kullanılmıştır. Önerilen yöntem ile 1, M - 6, M aralığında (düşük derişim seviyelerinde) klor, brom, iyot ve tiyosiyanat iyonlarının 3 lü ve 4 lü bileşenlerinden oluşan 27 sentetik karışım analiz edilerek makul sonuçlar elde edilmiştir. Shamsipur vd yılında, modifiye edilmemiş karbon-pasta elektrodu ile Ag(I), Hg(II) ve Cu(II) iyonlarının birlikte potansiyometrik tayininde yapay sinir ağları, ANN, yönteminin uygulanması ile ilgili bir çalışma yapmıştır. Üç-tabaka ANN-BP modelini, gümüş, bakır ve civanın potasyum tiyosiyanat ile titrasyonunda, doğrusal olmayan potansiyometrik titrasyon verilerine uygulamışlardır. İndikatör elektrot olarak karbon pasta elektrodu kullanılmıştır. Önerilen yöntem ile sentetik karışımlarda bu metallerin birlikte tayini, düşük yüzde bağıl hatalar ile yapılabilmiştir ( % 0,1 0,55 aralığında). Bu çalışmada, modifiye edilmemiş bir karbon-pasta elektrodunun Ag(I), Cu(II) ve Hg(II) iyonlarına karşı seçicilik katsayısı ve yanıt özellikleri değerlendirilmiştir. İyonların farklı miktarlardaki karışımlarının derişimi ile farklı hacimlerde titrant eklenmiş çözeltinin potansiyeli arasındaki doğrusal olmayan karmaşık ilişkiyi modellemek için ANN kullanılmıştır. Ölçülen derişim ile alınacak cevabın doğrusal olmadığı durumlarda ANN kullanılmasının önerildiği bu çalışmada analiz edilen iyonlar için oldukça düşük hata ve yüksek korelasyon katsayısı elde edilmiştir. Calvo ve Valle 2007 yılında, Ca(II), Mg(II), Sr(II) iyonları karışımından 3,3 mm toplam iyon derişime kadar oluşturulmuş karışımların potansiyometrik EDTA titrasyonlarına ANN uygulamışlardır. Dış validasyon numuneleri ile bu üç katyon için beklenen ve elde edilen sonuçların karşılaştırmaları iyi çıkmıştır. n = 17, RMSE root mean square error- değerleri, Ca(II), Mg(II) ve Sr(II) için sırasıyla 0,18; 0,28; 0,32 mm 15

29 olarak bulunmuştur. Önerilen işlem, mineral su numunesi için uygulanmış ve referans yöntemlerle karşılaştırılmıştır Diğer yöntemler Liu vd yılında, çoklu bileşenlerin akış enjeksiyon analizi ile birlikte tayini ana başlığı altında; renklendirici reaktif olarak kullanılan zinkon ile kanda bakır-çinko tayini ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. Çalışmada, tek bir dedektör ile Cu(II) ve Zn(II) nin birlikte tayini için bir akış enjeksiyon sistemi anlatılmaktadır. İki numune sırayla, aynı taşıyıcı buhara enjekte edilmiş, Biri Zn(II) tayini, diğeri Zn(II) ve Cu(II) toplamı şeklinde alınmıştır. Zn(II) tayini için Cu(II) maskeleyici reaktif, paralel bir taşıyıcı buhara enjekte edilerek numune ile merging zone tekniği kullanılarak birleştirilmiştir. Cu(II) ve Zn(II) iyonlarının spektrofotometrik tayininde renklendirici reaktif olarak zinkon kullanılmıştır. Önerilen yöntem ile elde edilen sonuçlar, AAS yöntemi ile bulunan sonuçlara uyum göstermiştir. Porter 1995 yılında, Floresans dedeksiyonu ile ph gradiyent (ph değişim) akış enjeksiyon analizi kullanarak metal iyon karışımlarının tayini ile ilgili bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada, ph gradiyent akış enjeksiyon sistemi, floresans dedeksiyonu ile birleştirilmiş ve Zn(II), Cd(II), Pb(II), Mg(II) ve Al(III) iyonlarının 3 lü ve 4 lü karışımları tayin edilmiştir. Metal katyonlarının oluşturduğu floresans-zaman taramalarına PLS algoritması uygulanmıştır. Geliştirilen yöntem ile çeşme suyu numunelerinde Zn(II), Al(III) ve Mg(II) analiz edilerek, elde edilen sonuçlarla karşılaştırılabilir değerlere ulaşılmıştır. Ghasemi vd yılında, kısmi en küçük kareler (PLS) yöntemi ile bir metal kromik indikatör olan zinkon kullanarak Cu(II), Ni(II), Co(II) ve Zn(II) nin birlikte tayini ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. 16

30 Yöntemin prensibi, bakır, nikel, kobalt ve çinkonun 2-karboksi-2 -hidroksi-5 sülfoformazil benzen (zinkon) ile ph; 8,0 de oluşturduğu komplekse dayanmaktadır. Duyarlılık ve seçicilik üzerine ph nın etkisi 3,0 10,0 aralığında incelenmiş ve ph değeri 8 olarak optimize edilmiştir. Yabancı iyonların etkisi araştırılarak tolere edilebileceği sınırlar verilmiştir. Zinkon derişiminin etkisine bakılmış ve 1, M (reaktifin aşırısı ilave edilmiştir) derişim değeri seçilmiştir. Her bir katyonun doğrusal dinamik aralığını bulmak için tek bileşenli kalibrasyon yapılmıştır. 0,001 M zinkon çözeltisi için 25 ml tampon çözeltisine uygun miktarda zinkon ilave edilerek hacim destile su ile 100 ml ye tamamlanmıştır. ph 8,0 de 5,0 ml zinkon çözeltisi içine 100 ppm lik bakır çözeltisinden farklı hacimlerde ilave edilmiş ve destile su ile hacmi 10 ml ye tamamlanmıştır. 30 dakika sonra 600 nm de absorbansı okunmuştur. Aynı işlemler nikel, kobalt, bakır ve çinko içinde yapıldıktan sonra çözeltilerin absorbansı 665 nm; 656 nm ve 630 nm de okunmuştur. İki adet standart çözelti seti hazırlanmıştır. Kalibrasyon seti 35 standart çözelti içermektedir. Kalibrasyon karışımlarının bileşimi (4,4) kafes tasarımına göre seçilmiştir. Modelin değerlendirilmesi için de 7 deney karışımı kullanılmıştır. Her bir katyon çözeltisinin derişimi doğrusal dinamik aralıktadır. Her bir çözeltiyi hazırlamak için 5,0 ml zinkon çözeltisi içine (ph 8,0) 10 ml lik balon jojede her bir katyon çözeltisinden (20 ppm) farklı hacimlerde eklenip 30 dakika sonra absorbansları kaydedilmiştir. Faktörlerin optimum sayısını belirlemek için çapraz validasyon yöntemi kullanılmıştır. Absorpsiyon spektrumu nm arasında kaydedilmiştir. Kalibrasyon çözelti setinde sırasıyla Cu(II), Ni(II), Co(II) ve Zn(II) için derişim aralığı 0 2,6; 0 4,6; 0 3,0 ve 0 4,92 ppm dir. Sırasıyla Cu(II), Ni(II), Co(II) ve Zn(II) için farkların ortalama karekökü (RMSD) ve korelasyon katsayıları 0,0181; 0,0488; 0,0309; 0,0463 ve 0,9428; 0,9849; 0,9680; 0,9918 olarak bulunmuştur. Shams 2004 yılında, Cu(II), Zn(II) ve Pb(II) nin, morin varlığında, adsorptif sıyırma voltametrisi yöntemiyle birlikte tayini adlı bir çalışma yapmıştır. Geliştirilen yöntemin temeli, analiz edilecek elementlerin morin (2',3',4',5,7- pentahidroksiflavon) kompleksinin cıva-damla elektrodu üzerine adsorbal birikmesi, 17

31 takiben ayrımsal darbe modulasyonu kullanılarak, adsorbe olmuş türlerin voltametrik tarama ile indirgenmesi esasına dayanır. Cu(II), Pb(II) ve Zn(II) için alt tayin sınırları sırasıyla; 0,06; 0,08 ve 0,06 ppb olarak bulunmuştur. Shpigun vd yılında, Akış enjeksiyon spektrofotometresinde kinetik ayırma başlığı altında, Zn(II) ve Cu(II) iyonlarının tek akış ile birlikte tayini ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada, metal-zinkon kompleks oluşumu ve bu komplekslerin ph; 9,18 de amino polikarboksilik asitlerle yer değiştirme reaksiyonlarındaki kinetik farkından yararlanılarak, karışımlardaki Cu(II) ve Zn(II) iyonlarının birlikte tayini için bir akış enjeksiyon spektrofotometrik yöntemi geliştirilmiştir. Zn(II) tayini için doğrusal çalışma aralığı; 0,2 9,7 µg/ml ve Cu(II) tayini için doğrusal çalışma aralığı; 0,2 3,5 µg/ml olarak verilmiştir. Önerilen yöntem, ön ayırma gerektirmeden, farklı vitamin formülasyonlarındaki Cu(II) ve Zn(II) iyonlarının tayininde uygulanmıştır. Ancak, Cu(II)/Zn(II) miktar oranı 5 in üzerindeyken Zn(II) kesinliği oldukça düşmektedir. Ayrıca yöntemin, çinko(ii) derişiminin bakır(ii) ye göre yüksek olduğu numunelerde daha uygulanabilir olduğu belirtilmiştir. Yöntemin prensibi, tayin edilecek bileşenlerin spektrumundaki yüksek örtüşmenin, kinetik farkıyla çözülmesi veya alternatif olarak, spektrumlar örtüşmüyor ise spektrumları kullanarak çözüme gidilmesidir. Ancak eğer spektrumlar kısmen örtüşüyor ise, her iki alternatifi kullanabilme avantajı doğmaktadır. Çalışmada bu farklı yaklaşımlar denenmiştir. Arvand vd yılında, spektrofotometrik H- nokta standart ekleme (H-Point Standard addition) yöntemini kullanarak, miseler ortamda, 1-(2-piridilazo)2-Naftol ile çinko(ii) ve bakır(ii) in birlikte tayini ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada, Cu(II) ve Zn(II) metal iyonlarının birlikte tayini veya Cu(II) varlığında Zn(II) nin seçici tayini için spektrofotometrik verilerin işlenmesinde, H-nokta standart ekleme yöntemi kullanılmıştır. Burada ligand olarak kullanılan PAN ve onun Zn(II) ve Cu(II) 18