TOPRAKTA BULUNAN Zn, Cu, Pb ve Cd METALLERİNİ 4-MORFOLİNOASETOFENON TİYOSEMİKARBAZONLA EKSTRAKTE ETTİKTEN SONRA ICP-AES İLE TAYİNİ

Transkript

1 Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi Sayı: 5, Sayfa -9, 008 TOPRAKTA BULUA Zn, Cu, Pb ve Cd METALLERİİ 4-MORFOLİOASETOFEO TİYOSEMİKARBAZOLA EKSTRAKTE ETTİKTE SORA ICP-AES İLE TAYİİ Ecir Yılmaz, Erdal Özkan Selçuk Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, Kimya Eğitimi Anabilim Dalı ÖZET Bu çalışmada, toprakta bulunan bitkiye yararlı ve bazı toksik ağır metalleri 4- Morfolinoasetofenon tiyosemikarbazonla (MAPT) organik bir faz içersine ekstrakte ettikten sonra organik çözücü uçurulup kalan katı ise seyreltik nitrik asit içersinde tekrar çözülerek ICP-AES ile tayinleri yapılmıştır. Metallerin konsantrasyonu doğrudan kalibrasyon ve standart ekleme metodu kullanılarak belirlendi. Ayrıca yaygın olarak kullanılan DTPA ekstrakt metodu ile karşılaştırıldı. Doğrudan kalibrasyon ve standart ilave metotları arasında kesinlikleri açısından anlamlı bir fark görülmezken, MAPT ile yapılan ekstraksiyon sonuçları DTPA metodu ile elde edilen sonuçlara yakın olduğu gözlendi. MAPT kullanarak geliştirdiğimiz metot çinko ve kurşun için, en az DTPA metodu kadar kesinliği iyi, az çözücü gerektirmesi ve geniş ph aralığında çalışma imkanı tanımaktadır. Günümüzde rutin toprak analizlerinin ne denli çok ve sıkça yapıldığını düşünürsek, geliştirilen bu metot doğru ve güvenilir olup rutin analizlerde alternatif bir metot olarak kullanılabilir. Anahtar Kelimeler: Eser element, toprak, ağır metaller, ICP-AES

2 Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi Sayı: 5, Sayfa -9, 008 DETERMIATIO OF Zn, Cu, Pb ve Cd METALS I SOIL BY ICP-AES AFTER THE EXTRACTIO WITH 4- MORFOLIOACETOPHEOE THIOSEMICARBAZOE Ecir Yılmaz, Erdal Özkan Selçuk University, Faculty of Education, Department of Chemistry eciryilmaz@selcuk.edu.tr, eozkan@selcuk.edu.tr ABSTRACT In this study, some heavy metals in soil were extracted with 4- morpholinoacetophenone thiosemicarbazone (MAPT) into an organic phase. Following the evaporation of organic solvent, the residue was dissolved with diluted nitric acid and then analysed by ICP-AES. The data obtained from ICP- AES were used to calculate metal concentrations by using calibration curve and standart addition method. The same soil analysis was repeated with diethylenetetraaminepentaasetik asit (DTPA) method. Statistical calculations showed that at the %95 confidence level there is no significant difference between the precisions of DTPA and MAPT method. The amounts of metals that were extracted from soil by DTPA and MAPT were about the same. The developed method not only requires less chemicals but also provides wider ph working range for some metals. When we consider the number of soil analyses, proposed method can be used as an alternative to DTPA extraction method. Keywords: Trace elements, soil, heavy metals, ICP-AES

3 Toprakta Bulunan Zn, Cu, Pb ve Cd Metallerini 3 GİRİŞ Domagk (946), tarafından tiyosemikarbazonların anti-überküloz aktiviteli bileşikler olduğunun keşfi gerçekleşince, farmakolojik çalışmalar önem kazanmıştır. Jayasree ve ark. bazı tiyosemikarbazon türevlerini sistematik olarak inceleyerek bunların metal iyonları ile oluşturdukları şelatların mikrobiyolojik aktiviteye sahip oldukları sonucuna varmışlardır. Tiyosemikarbazonların metal kompleksleri Buttler (968) tüberküloz(verem), Orlova ve ark. (968) grip, Bauer ve ark. (963) sıtma ve çiçek hastalığı, Petering ve ark. (964) romatizma ve bazı tümör çeşitlerine karşı etkili oldukları ve bu etkiyi biyolojik sistemlerde bulunan eser miktardaki metaller ile kompleks oluşturması sonucunda gösterdiğini tespit etmişlerdir. (Singh, Garg, ve Singh 978). Tiyosemikarbazoların metallere bidentat ve ünidentat bağlanışı sırasıyla Şekil a ve b de gösterilmiştir. R 3 R 4 C H C X R R R3 R 4 C H C X R R M+n +n M (a) (b) X= O atomu olduğu durumda, semikarbazon X= S atomu olduğu durumda, tiyosemikarbazon Şekil. Tiyosemikarbazonların metallere (a) bidentat ve (b) ünidentat bağlanışı Tiyosemikarbazonlar fizikokimya ve analitik kimya alanında çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin Özkan ve Atalay (995a), -metilindol-3- karboksilaldehit-4-fenil 3-tiyosemikarbazonu kullanarak Co metalini kinetikspektrofotometrik olarak tayin etmişlerdir. Jouad, Amedee Magali, Mustayeen ve Gilles (00), 5-metil--furaldehit tiyosemikarbazonun Co, i, Cu ve Cd komplekslerinin sentezini, yapısını ve spektral çalışmalarını yapmışlardır. Ayrıca Özkan ve Atalay (995b), i metalini MAPT kullanarak kinetikspektrofotometrik olarak tayin etmişlerdir. Jouad, Magali, Mustayeen ve Gilles (005) yaptıkları bir çalışmada 3-furaldehit tiyosemikarbazonun nikel(ii), bakır(ii) ve kadmiyum(ii) komplekslerinin yapısını ve spektral çalışmalarını gerçekleştirmişlerdir. YÖTEM Toprak umunelerinin Toplanması Araştırmada kullanılan toprak numunesi Keçeli atık su kanalının güzergahı olan Konya ili Çumra Sakyatan bölgesinden alınmıştır. Toprak numuneleri Şekil de gösterildiği şekilde zikzak çizerek tarlalardan ve Şekil 3 de gösterilen V şeklinde yaklaşık 0 cm derinliğinde çukurlar açılarak her iki yüzeyden ince bir tabaka şeklinde temiz bir kürek yardımı ile alınarak plastik kovalara konuldu. Toprak Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

4 4 E. Yılmaz, E. Özkan numunesi alma aşamasında kullanılan çelik kürek iyice temizlendi. Ayrıca plastik kova ve polietilen numune kapları :4 oranında seyreltilmiş HO 3 ile temizlenmiş veya bir gün boyunca asit çözeltisi içersinde bırakılarak temizlendikten sonra kullanılmıştır. Toprakda Cd un eser miktarda bulunması, numune alma aşamasında ve kullanılacak hale getirme aşamasında kirlenmeyi önemli hale getirmektedir. Tarlalardan alınan topraklar kova içersinde toplandıktan sonra homojen hale getirmek amacıyla iyice karıştırılmıştır. Karıştırılan bu toprak numunesinden yaklaşık kg alınmıştır. Alınan tüm toprak numuneleri, açık ve temiz bir laboratuvar ortamında kurutulduktan sonra büyük parçalar el ile parçalanmıştır. Parçalama işlemini takiben toprak numuneleri mm elekten elenerek alt kısımda kalan kısmı kullanılmak üzere temizlenmiş ve polietilen numune kaplarına konmuştur. Kirlenmeye karşı eleme aşamasında çelik elekler kullanılmıştır. Araştırma boyunca kullanılan toprak numuneleri dış etkenlerden korumak için bu kaplar karanlık ve kuru bir ortamda saklanmıştır. Ayrıca kullanmadan önce toprağın daha homojen hale gelmesini sağlamak amacıyla toprak, geniş süzgeç kağıtları üzerine ince bir tabaka halinde yayıldıktan sonra, kağıdın köşelerinden sırayla tutarak kaldırmak suretiyle, toprak kağıdın ortasında toplandı. Bu işlem birkaç defa tekrarlandı. Şekil. Zikzak şekilde değişik noktalardan örnekleme yapma Şekil 3. Örnekleme noktalarında (V) harfi şeklinde açılan numune çukuru Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

5 Toprakta Bulunan Zn, Cu, Pb ve Cd Metallerini 5 Kimyasal Maddeler Sülfürik asit: Tiyosemikarbazonların sentezi esnasında kullanılan ekstra saflıktaki bu reaktif %98 lik ve özgül ağırlığı,84 olup Merck firmasından temin edilmiştir. Dimetil formamit (DMF): Ligand çözeltilerinin hazırlanmasında kullanılan ultra saflıktaki DMF Merck firmasından temin edilmiştir. Su: Deneysel çalışmalar boyunca çözeltilerin hazırlanmasında ve cam kapların yıkanmasında Konya Ticaret Borsası laboratuvarından temin edilen deiyonize su (0-8 MΩ) kullanıldı. itrik asit: Çalışma boyunca kullanılan seyreltik asit Merck firmasından temin edilen % 65 ve özgül ağırlığı,39 olan nitrik asit, :4 (asit:saf su) oranında seyreltilerek gerek yıkama işlemleri için ve metal çözeltilerin hazırlanmasında, gerekse organik fazın uçurulmasından sonra kalan katıyı çözme işleminde kullanılmıştır. 0, M aoh çözeltisi: Ekstra saflıkta aoh katısından 8 g alarak ultra saf su ile önce çözüldü ve daha sonra L lik balon jojeye aktarılarak hacim çizgisine kadar tamamlandı. 0, M HCl çözeltisi: Özgül ağırlığı,9 olan ve % 37 lik HCl çözeltisinden 6,8 ml alınarak ultra saf su ile L ye tamamlandı. Stok Metal Çözeltileri Bütün metal çözeltileri, derişimi 000 ppm olan 500 ml lik ambalajlarda ICP saflık kalitesinde Merck firmasından temin edilmiştir. Kalibrasyon için hazırlanan standart metal çözeltileri önceden hazırlanmış bulunan 00, 0 ve ppm lik karışık standart çözeltilerini kullanarak hazırlanmıştır. Metallerin derişim aralığı 0,- 5 ppm dir. ph, tampon çözeltisi (HCl + KCl) 5 ml 0, M KCl üzerine 4,5 ml 0, M HCl çözeltisinden ilave edildi. Daha sonra manyetik karıştırıcı ile karıştırarak çözeltinin ph sı damla damla 0, M HCl veya 0, M aoh çözeltisi ilave edilerek ph-metre yardımıyla, ye ayarlandı. Çözeltinin son hacmi ultra saf su ile 00 ml ye tamamlandı. ph,7 tampon çözeltisi (KHP + HP - ) Merck firmasından temin edilen potasyum hidrojen ftalattan hazırlanan 0, M lık çözeltiden 50 ml alındı. Daha sonra bu çözeltinin üzerine 6, ml 0, M hidroklorik asit ekleyerek ph-metre yardımı ile hazırlanmıştır. Çözeltinin son hacmi 00 ml ye ultra saf su ile tamamlandı. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

6 6 E. Yılmaz, E. Özkan ph 3,8 tampon çözeltisi (CH 3 COOH + CH 3 COOa) 0 ml 0, M CH 3 COOa 3H O üzerine 88,0 ml 0, M CH 3 COOH ilave edildikten sonra ph-metre yardımıyla damla damla 0, M aoh veya 0, M HCl asit ilave ederek ph 3,8 e ayarlandı. Çözeltinin son hacmi ultra saf su ile 00 ml ye tamamlandı. ph 8,5 tampon çözeltisi (H 3 + H 4 Cl) Ekstra saflıktaki amonyum klorürden 8,7 gram alınarak ultra saf suda çözdükten sonra, 3 M lık H 3 çözeltisinden yaklaşık 0 ml eklendi. Daha sonra 3 M lık amonyak çözeltisinden damla damla eklenerek ph-metre yardımı ile tampon çözeltinin ph sı 8,5 ye ayarlandı ve çözeltinin son hacmi 00 ml ye tamamlandı ph 0,0 tampon çözeltisi (a CO 3 + ahco 3 ) Ekstra saflıkta bulunan 4,0 g ahco 3 ve,50 g a CO 3 bir miktar ultra saf suda çözüldükten sonra ph-metre yardımıyla damla damla 0, M HCl ilave edilerek çözeltinin ph sı 0,0 a ayarlandı ve son hacmi 00 ml ye tamamlandı. Metal Ekstraksiyonuna ph nın Etkisi Toprakta bulunan metalleri ekstrakte etmek için dimetil formamit (DMF) ortamında çözülen 0 - mol/l liganddan ml,,0000 g toprak numunesi ve ml hazırlanan tampon çözeltisi eklenerek, son hacim DMF ile 6 ml olacak şekilde kapaklı 30 ml lik koyu renkli şişelere konuldu ve kapakları sıkıca kapatıldı. Bu işlem, hazırlanan 5 ayrı tampon çözelti (ph =,;,7; 3,8; 8,5 ve 0,0) için tekrarlandı. Hazırlanan bu çözeltiler Heildolp marka çalkalayıcı ile 300 devir/dakika hızda yaklaşık 0 saat çalkalandı. Bunu takiben 4500 devir/dakika hızda 0 dakika santrifüjlendi. Mavi bant süzgeç kağıdından süzülen numunelerin çözücüleri düşük sıcaklıkta çeker ocak içerisinde seramik ısıtıcı üzerinde uçuruldu. Çözücüsü uçurulan kalıntı :4 oranında seyreltilmiş HO 3 içersinde çözülerek son hacmi 5 ml ye tamamlandı. Metal Ekstraksiyonuna Ligand Derişimlerinin Etkisi Çalışmamızda MAPT ın üç farklı derişimli (0, 0 -, 0,5 0 -,,0 0 -, mol/l) çözeltileri hazırlandı. Optimum ph değerini (ph=3,8) sağlayan asetat tamponu kullanarak metal iyonlarının ekstraksiyonu gerçekleştirildi. 30 ml lik koyu renkli şişelere ml ligand, ml tampon çözelti ve,0000 g toprak konularak son hacimler 6 ml olacak şekilde DMF eklendi. Bu işlem MAPT un üç farklı derişimi için tekrarlandı. Çalkalama, santrifüjleme, süzme ve çözücü uçurma işlemleri bir önceki bölümde anlatıldığı şekilde yapıldı. Daha sonra numunelerin analizi ICP-AES cihazında gerçekleştirildi. Ligandın her bir derişimi için elde edilen sinyallere karşılık gelen metal derişimleri, ligand derişimine karşı grafiğe geçirildi. Çizilen bu grafikten optimum ligand derişimi belirlendi. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

7 Toprakta Bulunan Zn, Cu, Pb ve Cd Metallerini 7 Metal Ekstraksiyonuna Çalkalama Süresinin Etkisi Çalışmamızda optimum ph ve ligand derişimi belirlendikten sonra çalkalama süresinin etkisini belirlemek için dört farklı sürede (, 5, 5 ve 0 saat) çalkalama işlemi gerçekleştirildi. Çalkalama şişelerine,0000 g toprak numunesi, 0 - M ligand çözeltisinden ml ve ml ph = 3,8 değerini sağlayan asetat tamponu ilave ederek son hacim DMF ile 6 ml ye tamamlandı. Şişelerin kapakları sıkıca kapatıldıktan sonra, çalkalama, santrifüj, süzme ve çözücü uçurma işlemleri ph etkisi bölümünde anlatıldığı şekilde tamamlandı. umunelerin analizi sonucunda elde edilen metal derişimleri, çalkalama süresine karşı grafiğe aktarıldı. Çizilen bu grafikten her bir metal için uygun olan optimum çalkalama süresi belirlendi. Metal Ekstraksiyonuna Toprak Miktarının Etkisi Çalışmamızda optimum toprak miktarını belirlemek amacıyla üç farklı toprak miktarı (0,5000;,0000 ve,5000 g) kullanılarak optimum ph, çalkalama süresi ve 0 - mol/l ligand derişiminde metallerin ekstraksiyonu gerçekleştirildi. Koyu renkli çalkalama şişelerinin içerisine hassas şekilde yukarıda belirtilen toprak miktarları tartılarak konuldu. Bunların üzereine ml ligand ve ml tampon çözeltisi ilave edilerek son hacimleri 6 ml ye DMF ile tamamlandı. Çalkalama, santrifüj, süzme ve çözücü uçurma işlemleri ph etkisi bölümünde anlatıldığı şekilde tamamlandıktan sonra ICP-AES cihazında metal miktarları belirlendi. Her bir metal için, ölçülen emisyon şiddetine karşılık gelen metal derişimine karşı toprak miktarları grafiğe aktarıldı ve buradan optimum toprak miktarı tespit edildi. Kalibrasyon Çözeltilerin Hazırlanması ve Grafiklerin Çizilmesi Kalibrasyon grafiklerini çizmek için kullanılan çözeltiler ICP saflıkta ve derişimi 000 mg/l olan metal çözeltilerinden hazırlanmıştır. Öncelikle yukarıdaki derişimi verilen çözeltiden 00,0 ppm 00 ml karışık standart çözeltisi hazırlandı. Daha sonra hazırlanan bu karışık 00,0 ppm lik standart çözeltiden 0,0 ppm lik 00 ml standart çözelti hazırlandı. Daha sonra 0,0 ppm lik standart çözeltiden,0 ppm lik 00 ml karışık standart çözelti hazırlandı. Hazırlanan bu karışık standart çözeltilerden uygun hacim alınarak çözeltilerin derişimleri 0,, 0,5,,0, 3,0, ve 5,0 mg/l ve hacimleri 50 ml olacak şekilde hazırlanmıştır. Hazırlanan bu standart çözeltiler MAPT un kullanılmasıyla gerçekleştirilen ekstraksiyon işleminden sonra elde edilen numunedeki metallerin tayin işleminde kullanıldı. Standart İlave Etme Tekniği İle Metallerin Tayini Standart ilave etme tekniği ile metalleri tayin etmek için 5 ayrı numune hazırlandı. Birinci numuneye standart ilavesi yapılmadı. Diğer numunelere ise 0,0 ppm lik karışık standart metal çözeltisinden,5-5 ml ilave edilerek Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

8 8 E. Yılmaz, E. Özkan derişimleri,0;,0; 4,0 ve 6,0 ppm olacak şekilde hazırlandı. Elde edilen sonuçların grafikleri çizilerek doğru denklemleri belirlendi. Belirlenen bu doğru denklemlerinden standart ilavenin sıfır olduğu andaki metal miktarları hesaplandı. Elde edilen değerler istatik hesaplamaları yapıldıktan sonra metodların kesinliklerinin karşılaştırılmasında kullanıldı. DTPA (dietilentriamin pentaasetik asit) Ekstraktının Hazırlanması Dietilentriamin pentaasetik asit (DTPA) ekstrakt çözeltisi, 0,005 M DTPA, 0,0 M kasiyum klorür (CaCl ) H O) ve 0, M trietanolamin (TEA) den oluşur. Ekstra saflıkta bulunan 49, g TEA, 9,67 g DTPA ve 4,7 g kalsiyum klorür yaklaşık 00 ml ultra saf su içerisinde çözüldü. Çözünme tamamlandıktan sonra hacim ultra saf su ile 9 L ye tamamlandı. Çözeltinin ph sı ph-metre ile : oranında seyreltilmiş hidroklorik asit ile 7,30 a ayarlandı. Son hacim saf su ile 0 L ye tamamlandı. Havada kurutulmuş mm boyutundaki toprak numunesinden 0 g tartıldı. Tartılan toprak 5 ml lik Erlenmayer e kondu ve üzerine yukarıda hazırlanan DTPA ekstrakt çözeltisinden 0 ml ilave edildi. İki saat boyunca çalkalandıktan sonra santrifüjlenerek Whatman 4 numaralı süzgeç kağıdından süzüldü. Daha sonra analizleri yapıldı. Kompleks Stokiyometrisinin Belirlenmesi Tiyosemikarbazonlar genellikle, incelenen literatür doğrultusunda ve Singh ve arkadaşlarının makalesinde belirttiği üzere : (Metal:Ligand) oranında, bazen de : oranında ligandla reaksiyona girmektedir. Ligand :Metal stokiyometrisi tekrar çalışılmadı. Çünkü, Atalay ve Özkan (994) kullanmış olduğumuz ligandın stokiyometrisini ilk kez sentezlediklerinde Job metodunu kullanarak : (metal : ligand) olarak belirlemişlerdir. Kullanılan Cihazlar Bu çalışmada, emisyon ölçümleri Konya Ticaret Borsası (KTB) laboratuvarında bulunan Perkin Elmer 000 marka indüktif eşleşmiş plazma atomik emisyon spektrofotometresi kullanılarak yapılmıştır. Öncelikle literatür doğrultusunda kullanılabilecek kimyasal maddelerin belirlenmesi işlemi yapıldı. Deneyde kullanılacak çözeltiler ve tampon çözeltilerin ph larını ayarlamak için Crison microph 00 marka ph-metre ve Metrohm marka kombine cam-ph elektrodu kullanıldı. ph-metrenin kalibrasyonu, Hanna firmasından temin edilen ph = 4,0 ve ph = 7,0 tampon çözeltileri kullanılarak yapıldı. Çalkalama işlemi Heidolph Instrument Unimax 00 model hız ve zaman ayarlı karıştırıcı kullanılarak yapıldı. Tartım işlemleri ise Sartorius Basic marka virgülden sonra dört basamaklı (0,mg hassaslık) analitik terazi kullanılarak gerçekleştirildi. Sentezlenen tiyosemikarbazonların erime sıcaklığı Electrothermal marka erime noktası tayin cihazı kullanılarak tespit edildi. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

9 Toprakta Bulunan Zn, Cu, Pb ve Cd Metallerini 9 4-Morfolinoasetofenon tiyosemikarbazonun (MAPT) Sentezi 4-Morfolinoasetofenon tiyosemikarbazon ligandı daha önce Bingöl, Saf, Coşkun, Akgemci ve Atalay (005) tarafından kullanılan sentez metodu kullanılarak sentezlenmiştir. 0 mmol 4-morfolinoasetofenon 50 ml lik bir cam balon içerisinde mutlak alkolde çözüldü. Üzerine mmol tiyosemikarbazit ilave edildi. Ortama, hem ortamın asitliğini düzenleyen hem de kataliz etkisi yapan birkaç damla derişik sülfürik asit ilave edildi. Karışım oda sıcaklığında yaklaşık 90 dak. karıştırıldı. Bir gün boyunca buzdolabında bekletilen karışım süzülerek birkaç defa mutlak alkol ile yıkandı. Son olarak elde edilen tiyosemikarbazon : etanol-su karışımında yeniden kristallendirilerek 0 o C de etüvde kurutuldu. Erime noktası 44-44,5 o C olarak erime noktası tayin cihazı ile belirlendi. Sentezlenen MAPT etanol, karbon disülfür, kloroform, karbon tetraklorür ve benzende çözünmezken - dimetil formamit, dimetil sulfoksidde çözünmektedir. Sentezlenen MAPT ın erime noktası, Atalay ve Özkan (994) tarafından sentezlenip rapor edilen değerlerle uyum gösterdiği gözlendi. Tiyosemikarbazonun sentez reaksiyonu Şekil 4 de verilmiştir. O S S CH 3 O C + H C H O C CH 3 HC H + H O H Şekil 4. MAPT un sentez reaksiyonu BULGULAR VE YORUMLAR MAPT İçin Optimum Deney Koşullarının Belirlenmesi Öncelikle, DMF li ortamda kompleks oluşumuna etki edebilecek ph, ligand derişimi, çalkalama süresi ve numune olarak kullanılacak toprak miktarı gibi parametreler çalışıldı. Metal Ekstraksiyonuna ph nın Etkisi Katı-sıvı faz ekstraksiyonlarında ortamda bulunan metalleri maksimum düzeyde şelatlaştırarak ekstrakte ederken ortamın ph sı önemli rol oynamaktadır. Analizler KTB laboratuvarında bulunan ICP-AES ile gerçekleştirildi. Her bir metal için ayrı ayrı ekstrakte edilen metal miktarı ph ya karşı grafiğe geçirildi. Her bir metal için emisyon şiddetini veren optimum ph değerleri, Şekil 5 de verilmiştir. Buna göre, MAPT kullanıldığında bütün metaller için ph 3,8-8,5 aralığı optimum aralık olarak belirlendi. Deneyler ph=3,8 de asetat tamponunda gerçekleştirildi. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

10 0 E. Yılmaz, E. Özkan,0 Metal Derişimi (mg/kg),6, 0,8 0,4 0, Zn Cu Pb Cd ph Şekil 5. Metal ekstraksiyonuna ph nın etkisi (Toprak miktarı=,0000 g, Çalkalama süresi=0 saat, [MAPT]= 0 - M) Optimum Ligand Derişiminin Belirlenmesi Çalışmamızda optimum ligand derişimini belirlemek amacıyla üç farklı derişime (0, 0 -, 0,5 0 -,,0 0 - ) sahip olan MAPT çözeltileri hazırlandı. MAPT için ekstrakte edilen metal miktarları, ligand derişimine karşı grafiğe geçirildi. Bu grafik Şekil 6 da verilmiştir. Ekstrakte edilen metal miktarları, ligandların derişimlerinin artması ile parelel olarak artmaktadır. Ligand derişimi 0 - mol/l ye ulaşınca ekstrakte edilen metal miktarlarının sabit kaldığı gözlenmiştir. Bu nedenle MAPT için optimum derişim 0 - mol/l olarak belirlendi ve çalışma boyunca bu ligand derişimi kullanıldı. Metal Derişimi mg/kg,6,4,,0 0,8 0,6 0,4 0, 0,0 0,0 0, 0,4 0,6 0,8,0, Ligand Derişimi x0 - ( mol/l) Zn Cu Pb Cd Şekil 6. Metal ekstraksiyonuna MAPT derişiminin etkisi (Çalkalama süresi=0 saat, Toprak miktarı=,0000 g, ph=3,8) Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

11 Toprakta Bulunan Zn, Cu, Pb ve Cd Metallerini Optimum Çalkalama Süresinin Belirlenmesi Çalkalama işlemi, taneciklerin kinetik enerjilerini arttırır. Bunun sonucu reaksiyon hızı da artar. İşte bu nedenle, optimum ph ve ligand derişimi belirlendikten sonra çalkalama süresinin etkisini belirlemek amacıyla MAPT için dört farklı sürede (, 5, 5, 0 saat) çalkalama işlemi gerçekleştirildi. Her bir metal için ölçülen emisyon şiddetine karşı çalkalama süreleri Şekil 7 de grafiğe geçirildi. MAPT kullanıldığında, dört metal için de optimum çalkalama süresi olarak 5 saat olarak belirlendi ve çalışma boyunca uygulandı. Metal Derişimi (mg/kg) 4,5 4,0 3,5 3,0,5,0,5,0 0,5 0, Çalkalama Süresi (saat) Zn Cu Pb Cd Şekil 7. Metal ekstraksiyonuna çalkalama süresinin etkisi ([MAPT]= 0 - M, Toprak miktarı=,0000 g, ph=3,8) Optimum Toprak Miktarının Belirlenmesi Çalışmamızın temel amacı toprakta eser miktarda bulunan bazı metalleri tayin etmektir. Bunun için belirli şartlar altında toprak miktarının değişmesi ile ekstrakte edilen metal miktarının değişip değişmediğini görmek amacıyla ph, çalkalama süresi ve ligand derişiminin ( 0 - mol/l) optimum değerlerinde MAPT için üç farklı toprak miktarı (0,5000;,0000 ve,5000 g), kullanılarak ph etkisi bölümünde anlatıldığı şekilde metallerin ekstraksiyonu gerçekleştirildi. Daha sonra her bir metal için ölçülen metal derişimine karşı toprak miktarları grafiğe geçirildi. Çizilen bu grafik Şekil 8 de verilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre bütün metaller için MAPT kullanıldığında,0000 g toprak miktarının optimum değer olduğu belirlendi ve çalışma boyunca bu değer kullanıldı. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

12 E. Yılmaz, E. Özkan Metal Derişimi mg/kg,0,5,0 0,5 0,0 0,4 0,9,4 Toprak Miktarı (g) Zn Cu Pb Cd Şekil 8. Metal ekstraksiyonuna toprak miktarının etkisi ([MAPT]= 0 - M, Çalkalama süresi=5 saat, ph=3,8) Çalışma sonucunda MAPT için optimum ph değeri dört metal için 3,80-8,50, ligand derişimi 0 - M, çalkalama süresi 5 saat ve toprak miktarı,0000 g belirlenmiştir. Kalibrasyon Grafiği Tekniği Kullanarak Elde Edilen Sonuçlar Elde edilen sonuçlar ve istatistik hesaplamalar Tablo de verilmiştir. Tablo. Doğrudan kalibrasyon tekniği kullanarak MAPT ile elde istatistik değerleri edilen sonuçlar ve Deney o Zn mg/kg Cu mg/kg Pb mg/kg Cd mg/kg ,60 0,556 0,578 0,590 0,545 0,985,034 0,945,0 0,960 0,370 0,405 0,44 0,45 0,380 0,060 0,034 0,045 0,050 0, x 0,576 0,989 0,406 0,049 s 0,06 0,038 0,033 0,00 BSS % 4,5 % 3,84 % 8,3 % 0,4 x m ts / 0,576±0,03 0,989±0,047 0,406±0,04 0,049±0,0 :Deney sayısı, x = Ortalama, BSS: Bağıl standart sapma, x m ts / : Güven aralığı t =,78(5 - = 4) serbestlik derecesi için, s:standart sapma, % 95 Güven seviyesinde Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

13 Toprakta Bulunan Zn, Cu, Pb ve Cd Metallerini 3 Standart İlave Etme Tekniği Kullanarak Elde Edilen Sonuçlar Elde edilen sonuçlar Tablo de verilmiştir. Tablo. Standart ilave etme tekniği kullanarak MAPT ile elde istatistik değerleri edilen sonuçlar ve Deney o Zn mg/kg Cu mg/kg Pb mg/kg Cd mg/kg ,65 0,640 0,590 0,65 0,580,044,00,0,035,054 0,434 0,43 0,43 0,405 0,390 0,06 0,069 0,055 0,05 0, x 0,6,03 0,47 0,06 s 0,06 0,09 0,09 0,007 BSS % 4,5 %,84 % 4,56 %,7 x m ts / 0,6±0,03,03±0,04 0,47±0,04 0,06±0,009 :Deney sayısı, x = Ortalama, BSS: Bağıl standart sapma, x m ts / : Güven aralığı t =,78(5 - = 4) serbestlik derecesi için, s:standart sapma, % 95 Güven seviyesinde DTPA Metodu İle Elde Edilen Sonuçlar Toprak numunesinde bulunan metaller DTPA metodu ile de tayin edildi. Sonuçlar ve istatistik hesaplamalar Tablo 3 de verilmiştir. Tablo 3. DTPA ile elde edilen analiz sonuçları ve istatistik değerleri Deney o Zn mg/kg Cu mg/kg Pb mg/kg Cd mg/kg ,78 0,648 0,684 0,666 0,66 0,96 0,995 0,990 0,980 0,990 0,498 0,597 0,487 0,56 0,543 0,00 0,0 0,04 0,07 0, x 0,677 0,983 0,58 0,03 s 0,03 0,04 0,044 0,003 BSS % 4,58 %,4 % 8,30 % 3 x m ts / 0,677±0,038 0,983±0,07 0,58±0,055 0,03±0,004 :Deney sayısı, x = Ortalama, BSS: Bağıl standart sapma, x m ts / : Güven aralığı t =,78(5 - = 4) serbestlik derecesi için, s:standart sapma, % 95 Güven seviyesinde Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

14 4 E. Yılmaz, E. Özkan Uygulanan Metotların Kesinliklerinin Karşılaştırılması Standart ilave etme ve doğrudan kalibrasyon tekniklerinin kesinlikleri arasında önemli bir fark olup olmadığı görmek amacıyla F testi uygulandı. Tablo ve deki verilerden yararlanarak hesaplamalar yapıldı. Doğrudan kalibrasyon ve standart ilave etme tekniğnin standart sapma değerleri her bir metal için Tablo ve de verilmiş ve bu değerler kullanılarak F değerleri hesaplanarak Tablo 4 de verilmiştir. % 95 güven seviyesinde F kritik = 6,39 dur. Bu sonuçlara göre her bir metal için F< F kritik olduğundan her iki tekniğin kesinliği arasında önemli bir fark görülmediği söylenebilir. Tablo 4. MAPT ile Kalibrasyon ve standart ilave etme tekniklerini için F değerleri Zn Cu Pb Cd F değeri,00 4,00 3,0,04 DTPA metodu ile geliştirilen ekstraksiyon metodunun kesinliklerini karşılaştırmak için F testi uygulandı. Testten elde edilen F değerleri aşağıda Tablo 5 de verilmiştir. F kritik = 6,39 dur. Buna göre ekstrakte edilen Zn ve Pb için F<F kritik olduğu için, DTPA metodu ile MAPT metodunun (doğrudan kalibrasyon tekniği kullanarak) kesinlikleri arasında anlamlı bir fark olmadığı görüldü. Ancak Cu ve Cd için F>F kritik olduğundan iki metodun kesinlikleri arasında %95 güven seviyesinde anlamlı bir farkın olduğu görüldü. Tablo 5. DTPA ve MAPT(kalibrasyon tekniğini kullanarak) için F değerleri Zn Cu Pb Cd F değeri,4 7,36,78, MAPT metodu (standart ilave etme tekniği kullanarak) ile DTPA metodunun F değerleri aşağıda Tablo 6 da verilmiştir. Buna göre, F kritik = 6,39 dur. Dört metal için F<F kritik olduğu için, %95 güven seviyesinde her iki metodun kesinlikleri arasında önemli bir fark olmadığını söyleyebiliriz. Tablo 6. DTPA (kalibrasyon tekniği) ve MAPT(standart ilave etme tekniği ) için F değerleri Zn Cu Pb Cd F değeri,4,84 5,36 5,44 Uygulanan Metotların Karşılaştırılması Ayrıca, uygulanan bu iki metot arasında fark olup olmadığı da araştırıldı. Tablo ve deki verilerden faydalanarak birleşik standart sapma (s b ) hesaplandı. Toprağın ekstraksiyonu sonucu kalibrasyon tekniği kullanarak elde edilen metal miktarı x = 0 6 ve standart ekleme tekniği kullanarak elde edilen ise,, x = 0, 576 dır. %95 güven seviyesinde 8 serbestlik derecesi için t =,3 dir. Elde edilen sonuçlar Tablo 7 de verilmiştir. Bu durumda, Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

15 Toprakta Bulunan Zn, Cu, Pb ve Cd Metallerini 5 Tablo 7. Standart ilave etme ve kalibrasyon tekniği kullanarak MAPT ile elde sonuçların istatistik değerleri Zn mg/kg Cu mg/kg Pb mg/kg Cd mg/kg x x 0,036 0,04 0,0 0,03 ( + ) t s b 0,038 0,044 0,039 0,03 s b 0,06 0,030 0,07 0,009 t =,3(5+5- = 8) serbestlik derecesi için İstatistik hesaplama sonuçları, her bir metal için iki teknik arasında anlamlı bir farkın olmadığını göstermektedir. Bu nedenle, toprakta bulunan bu elementlerin tayininde doğrudan kalibrasyon tekniğinin standart ilave etme tekniğine gerek duymadan kullanabileceğini söyleyebiliriz. Çünkü numune sayısının fazla olduğu rutin analizlerde, standart ilave etme metodunun kullanılması çok zaman alır ve fazla kimyasal madde gerektirir. Bu ise bir çok durumda dezavantaj oluşturur. DTPA metodu ile, MAPT metodu (doğrudan kalibrasyon ve standart ilave etme tekniği kullanarak) arasında fark olup olmadığı araştırıldı. Tablo, ve 3 deki verilerden yararlanarak ( + ), ve x değerleri hesaplandı. t s b s b x MAPT metodu (kalibrasyon tekniği kullanarak) ile topraktan metallerin ekstraksiyonu sonucu elde edilen Zn miktarı x = 0, 576, DTPA metoduyla elde Zn miktarı ise x = 0,667 dir. %95 güven seviyesinde 8 serbestlik derecesi için t =,3 dir. Elde edilen sonuçlar Tablo 8 de verildi. Tablo 8. Kalibrasyon tekniği kullanarak MAPT ve DTPA ile elde edilen sonuçların karşılaştırılması için istatistik değerleri Zn mg/kg Cu mg/kg Pb mg/kg Cd mg/kg x x 0,0 0,006 0, 0,036 ( + ) t s b 0,04 0,04 0,057 0,0 s b 0,09 0,09 0,039 0,007 t =,3(5+5- = 8) serbestlik derecesi için MAPT (doğrudan kalibrasyon tekniği kullanarak) ve DTPA metotlarından elde edilen değerlerin istatistik hesaplama sonuçları, Zn, Pb ve Cd metalleri için iki metot arasında %95 güven seviyesinde ( + ) X X t sb olduğundan anlamlı bir farkın ortaya çıktığını söyleyebiliriz. Ancak Cu için Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

16 6 E. Yılmaz, E. Özkan X ( + ) X t s olduğundan bu iki metot arasında anlamlı bir fark b yoktur. MAPT metodu ile (standart ilave etme tekniği kullanarak) ekstraksiyon sonucu tayin edilen Zn miktarı x = 0 576, DTPA metoduyla elde edilen ise, x = 0, 667 dir. %95 güven seviyesinde 8 serbestlik derecesi için t =,3 dir. Elde edilen sonuçlar Tablo 9 da verilmiştir. Tablo 9. Standart ilave etme tekniği kullanarak MAPT ve DTPA ile elde edilen sonuçların karşılaştırılması için istatistik değerleri t s b Zn mg/kg Cu mg/kg Pb mg/kg Cd mg/kg x x 0,065 0,048 0, 0,047 ( + ) b t =,3(5+5- = 8) serbestlik derecesi için 0,04 0,05 0,050 0,007 s 0,08 0,07 0,034 0,005 MAPT (standart ilave etme tekniği kullanarak) ve DTPA metotlarını kullanarak elde edilen değerlerin istatistik hesaplama sonuçları, her bir metal için iki metot arasında %95 güven seviyesinde dört metal için ( + ) X X t sb olduğundan iki metot arasında anlamlı bir fark vardır. Yapılan tanık deneyler sonucu elde edilen veriler kullanılarak standart sapma ve tayin sınır ( X min ) değerleri % 95 güven seviyesinde hesaplandı ve sonuçlar Tablo 0 da verildi. X min = > t s b( Zn ) Zn Zn + b( b( Zn ) Zn ) = >, 3 x 4 4, 88 x x 5 5 = > 6, 7 4 x 0 ppm Zn X min > 0,67 µg/l Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

17 Toprakta Bulunan Zn, Cu, Pb ve Cd Metallerini 7 Tablo 0. Tanık deneyinden elde edilen sonuçlar ve istatistik hesaplamalar MAPT Zn mg/l Cu mg/l Pb mg/l Cd mg/l -0,007-0,005-0,003-0,004-0,006-0,005-0,004-0, ,007-0,005-0,003-0, ,006-0,005-0,004-0, ,006-0,005-0,005-0, ,006-0,005-0,006-0, ,006-0,004-0,006-0,004 Standart sapma 0,0005 0,0004 0,003 0,0004 X min > 0,67 µg/l 0,49 µg/l,66 µg/l 0,49 µg/l SOUÇ Bu çalışma, yaygın olarak kullanılan DTPA metoduna alternatif olarak farklı bir tiyosemikarbazon ile topraktaki Zn, Cu, Pb, ile Cd gibi ağır metalleri ekstrakte ederek yeni bir ekstraksiyon metodu önermek amacıyla yapıldı. Optimum şartları çalışırken elde edilen sinyallerde az da olsa iniş-çıkışlar oldu. Bunun en büyük sebebinin numune hazırlama aşamasında olduğunu düşünüyoruz. Bu aşamada süzme işleminden elde edilen numunenin çözücüsü uçuruldu, daha sonra kalan katı seyreltilmiş nitrik asit içersinde çözüldü. Bu işlemler kimi zaman ölçülen sinyalde artış ve azalışa neden oldu (Yılmaz 006). Diğer bir neden ise, Cd metalinin uçucu olmasıdır. Çözücü uçurma aşamasında meydana gelebilecek madde kayıpları veya kirlenme söz konusu olabilmektedir. Elde edilen sonuçlar bize MAPT un metallerle sağlam kompleks verdiğini gösteriyor. Atalay ve Özkan (994) yılında yaptıkları çalışmada MAPT un bazı metaller ile yaptıkları komplekslerin oluşum sabitlerini (log Kol ) hesaplamışlardır. MAPT için bu değerler 5-4 aralığındadır. Bu değerler elde etmiş olduğumuz sonucu destekler niteliktedir (Yılmaz 006). Yapılan istatistiksel hesaplamalar, analiz sonrası topraktaki metal derişimlerinin hesaplanmasında doğrudan kalibrasyon tekniği, standart ilave etme tekniğine gerek duyulmaksızın kullanılabilir. Çünkü bu iki tekniğin kesinlikleri arasında %95 güven seviyesinde anlamlı bir farkın olmadığı görüldü. Sonuç olarak rutin toprak analizlerinde daha az zaman ve daha az kimyasal madde gerektirmesi nedeni ile doğrudan kalibrasyon tekniği kullanılabilir (Yılmaz 006). Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

18 8 E. Yılmaz, E. Özkan Ancak, DTPA metodu ile MAPT için geliştirdiğimiz metodun kesinlikleri arasında % 95 güven seviyesinde anlamlı bir fark oluşmamasına rağmen, metotlar arasında belirtilen güven seviyesinde anlamlı bir farkın ortaya çıktığı görüldü. Bu anlamlı farkın çıkması olağandı. Çünkü bizim yapmaya çalıştığımız toplam metal miktarını tayin etmekten ziyade bitkiye yararlı veya zararlı olan ekstrakte edilebilen kısmı ekstrakte etmek ve tayinlerini gerçekleştirmekti. Bu da kullanılan ligandın metallerle ne ölçüde kararlı kompleks yapabildiği ile ilgili olduğu için ekstrakte edilen metal miktarlarındaki farklılık normaldi. Önerilen metod, özellikle toprakta bulunan bitkiye yararlı olan Zn ve Cu ve zararlı olan Pb ve Cd metallerinin rutin olarak tayininde kullanılabilir. YAZAR OTLARI Bu çalışma Doç.Dr. Erdal ÖZKA ın danışmanlığında Ecir Yılmaz ın Doktora Tez çalışması dahilinde yapılmıştır. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

19 Toprakta Bulunan Zn, Cu, Pb ve Cd Metallerini 9 KAYAKLAR Atalay T. and Özkan E., (994). Thermodynamic studies of some complexes of 4-morpholinoacetophenone thiosemicarbazone. Thermochim. Acta, 37, Jouad E. M., Amedee R., Magali A., Mustayeen A.K., and Gilles M.B., 00, Synthesis, structural and spectral studies of 5-methyl -furaldehyde thiosemicarbazone and its Co, i, Cu and Cd complexes. Polyhedron, 0, Jouad, E. M., Magali A., Mustayeen, A.K. and Gilles M.B., (005). Structural and spectral studies of nickel(ii), copper(ii) and cadmium(ii) complexes of 3-furaldehyde thiosemicarbazone. Polyhedron, 4,37-33 Özkan E. and Atalay T., 995, Kinetic-spectrophotometric determination of cobalt with -methylindole-3-carboxylaldehyde-4-phenyl-3-thiosemi carbazone. Tr. J. of Chem., 9, Özkan, E. ve Atalay, T. (995). Kinetic-spectrophotometric determination of nickel with 4'-Morpholinoacetophenone Thiosemicarbazone. Chimica Acta Turcica, 3, 49-5 Singh, R.B., Garg B.S. and Singh R.P., (978). Analytical applications of thiosemicarbazones: a review. Talanta, 0, Yılmaz, E. (006). Toprakta Bulunan Eser Miktardaki Bazı Ağır Metalleri Bazı Tiyosemikarbazonlarla Organik Bir Faza Ekstrakte Ettikten Sonra ICP- AES İle Tayini. Doktora Tezi. Konya. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa -9, 008

20 0 Selçuk Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı: 5, Sayfa 0, 008