T.C. ATOM ENERJİSİ KOMİSYONU Ankara Nükleer Araştırma Merkezi

Transkript

1 T.C. ATOM ENERJİSİ KOMİSYONU Ankara Nükleer Araştırma Merkezi

2 HAVA KİRİNDE BULUNAN ESER ELEMENTLERİN BNSTRtJMENTAL NÖTRON AKTİVASYON ANALİZİ YÖNTEMİ VE ATOMİK AB30RP- SİYON SPEKTROMETRESİ İLE ÖLÇÜLMESİ 2. Ki aim P.PAMUK - N.KAHRAMAN - D.KTJT Mart-1975

3 İÇİNDEKİLER I. GİRİŞ II. DENEY YÖNTEMİ 1. Aktivasyon Analizi 2. Atomik Absorpsiyon Spektrometresl III. SONUÇ VE TARTIŞMA KAYNAKLAR

4 ÖZET Çeşitli kaynaklardan havaya karışan ve büyük bir kısmı toksik olan eser elementlerin }evre kirlenmesi ve insan sağlığı yönünden etkileri büyüktür. Bu nedenle eser elementlerin ıavadaki konsantrasyonlarının devamlı kontrolü gerekmektedir. Son yıllarda J-ıava kirliliğinin büyük bir problem olduğu Ankara şehrinin yedi ayrı semtinden toplanan hava numunelerinde, enstrümantal nötron aktivasyon analizi yöntemi ve atomik ab^orpsiyon spektrometresi ile eser element tayinleri yapılmışıir. ABSTRACT Several trace elements are being introduced into the atomsphsre from various sources. Since many of the trace elements are highly toxic, the concentrations of them should be measured and controlled continuously for public health. Concentrations of trace elements hava been determined in air samples collected from seven different districts of Ankara by the use of instrumental neutron activation analysis and atomic absorption spectrophotometer.

5 I.GİRİŞ Isınmak için kullanılan yakıt maddel»rinden, motorlu araçlardan, endüstri artıklarından ve diğer yanma proseslerinden havaya karışan eser elementlerin çevre kirlenmesi ve insan sağlığı yönünden etkileri çok büyüktür. Özellikle ağır metaller toksik olmaları nedeniyle önem kazanmaktadırlar. Örneğin nikel, krom ve demirin 30İunum yoluyla alındıkları zaman kansere sebep oldukları gözlenmiştir (l). Mangan ve civanın sinir hastalıklarına sebep olduğu anlaşılmış, kadmiyumun yüksek tansiyonla, vanadyumun ise bazı kalp hastalıkları ile ilgili olduğu ortaya çıkmıştır (1,2). Ayrıca bu eser metaller atmosferde oluşan bazı gaz reaksiyonları için katalizör rolü oynarlar. Örneğin, demir ve mangan kükürt dioksiti kükürt trioksite oksitler ki, bu madde de sülfirik a3idi oluşturur (3). Eser elementler, bitki örtüsü için de zararlı oldukları gibi, metalden yapılmış malzemeleri de korozyona uğratırlar (1,3). Atmosferde bulunan eser elementlerin kaynakları çok çeşitlidir. Yakıt olarak kullanılan kömürden alüminyum, krom, demir, mangan, magnezyum, titanyum; fuel oilden özellikle nikel ve vanadyum; taşıt araçlarında kullanılan benzinden kurşun, brom, bakır ve çinko; çimento fabrikası artıklarından bakır, demir, stronsiyum, krom; çöplerin yakılmasından, demir, kadmiyum, antimon, v.b. havaya karışmaktadır. Görüldüğü gibi, eser elementler 3ağlık ve ekonomi yönünden pek çok zararlı etkilere sahiptirler. Bu nedenle bunların havadaki konsantrasyonlarının devamlı kontrolü gerekmektedir. Bu çalışmanın 1. kısmında hava numuneleri yalnızca Ankara Nükleer Araştırma Merkezi'nden toplanmış ve ışınlamadan sonra kimyasal ayırma yöntemi uygulanarak Nal(Tl) kristalli dedektörle analizlenmişlerdir (4). Çalışmanın ikinci kısmında ise atomik absorpsiyon spektrometre3i ve enstrumental nötron aktlvasyon analizi yöntemleri bir arada uygulanmıştır. Böylece daha çok sayıda elementin tayin edilmesi mümkün olmuştur. II.DENEY YÖNTEMİ Gerek aktivasyon analizi, gerek atomik absorpsiyon spektrometresi ile analizlenan numuneler Ankara'nın yedi

6 - 2 - ayrı semtinden toplanmıştır. Numuneleri topladığımız yerler, aşağıda verilmiştir. 1. Bahçelievler - 4. cadde son durak. 2. Ankara Nükleer Araştırma Merkezi - Beşevler, Pen Fakültesi arkası. 3. Kizxlay - Sümer sokak. 4. Kavaklıdere - Bestekâr 3okak. 5. Cebeci - Dörtyol, Talât Paşa BüVarı. 6. Ulus - Sümerbank önü. 7. Yenimahalle - Serdar ac<ak. Bu bölgelerde sabit numune toplana istasyonları kurulamadığından, numuneler farklı yükseklikteki yerlerden alınmışlardır. Numuneler, özellikleri yönünden Whatman 41 filtre kâğıdına eşdeğer CarlscLleicher ve Schüll Nr.589^ beyaz bant filtre kâğıdından yaklaşık m3 hava geçirmek suretiyle toplanmıştır. Filtre kâğıtları boş ve dolu olarak tartılarak aradaki farktan toplam bakiye bulunmuştur. Bundan sonraki işlemler her iki analiz yöntemi için farklıdır. 1.Aktivasyon Analizi Hava numunelerinin toplandığı filtre kâğıtları, kontamine olmanalarına dikkat edilerek kuvartz tüplere yerleştirilmiştir. Tayin edilecek elementlerin belirli konsantrasyonlardaki çözeltileri de yine aynı cins filtre kâğıtlarına emdirilerek gerekli standartlar hazırlanmış VB bunlar da kuvartz tüplere konulmuştur. Numune ve standartlar aynı şartlarda ve süreyle ÇNAHfl TR-1 reaktöründe ışınlarımı fjtır. Spektrumların alınmasında 60 cm3 hacmindeki Ge(Li) kristalli dedektör ve Laben-1024 kanallı analizör sistemi kullanılmıştır. Standart ve numune spektrumlarının karşılaştırılması ile hesaplanan sonuçlar ng/m3 olarak Tablo-1'de verilmiştir. 2. Atomik Absorpsiyon Spektrometresi Çalışmada, Varian Techtron Model 1200 Atomik Absorpsiyon spektrometresi kullanılmıştır. Numunelerin toplandığı filtre kâğıtları 3 mi. dumanlı nitrik asitle geri soğutucu altında.aıtılarak çözülmüş ve deiyonize su ile 25 mi. hacime tamamlanarak ölçümler alınmıştır. Her element için farklı konsantrasyonlarda bir seri standart hazırlanarak kalibrasyon grafikleri çizilmiş ve numunelerle çalışırken bu grafiklerden yararlanılmıştır.

7 1 Standartlar, stok çözeltilerinden deneyin yapıldığı gün seyreltilerek hazırlanmış; böylece beklemeden dolayı cam kaplarda olabilecek ndsorpsiyon önlenmiştir. Numunelerin çözülüp analize hazırlanması 3irası.-ıda madde kaybı olup olmadığı da araştırılmıştır. Bunun için, aranan elementlerin standartlarından belirli miktarlar filtre kâğıtları üzerine emdirilmiş ve bunlar numunelerle aynı işlemler uygulanarak analizlenmiştir. Sonuç olarak, çözme işlemi sırasında herhangibir kayıp olmadığı anlaşılmıştır. 3u arada, kullanılan filtre kâğıtları ve asitler de tayini iatenen elementler yönünden incelenmiştir. Böylece bulunan blank değerleri Tablo-2'de verilmiştir. Atomik ab3orpsiyon 3pektrometresi ile on tane elementin tayini yapılmış ve bulunan 3onuçlar Şekil 1-10*da verilmiştir. Grafiklerde sonuçlar, dağılım esasına göre gösterilmişlerdir. Ortalamalar, sınır değerler ve bu sınırların arasına düşen ölçüm sonuçlarının aritmetik ortalaması alınarak hesaplanmıştır. Aletin ölçme sınırının altına düşen değerler şekillerde küçük bir okla işaretlenmiş ve ortalama alınırken sıfır kabul edilmişlerdir. Tayin edilen elementlerin, deney şartlarında, atomik absorp3iyon spektrometre3inde bulunan ölçme sınırları, Tablo-3'de verilmiştir. III.SORUC VE TARTIŞMA Tablc 2'deki blank değerleri, Tablo 1 ve şekillerde verilen sonuçlara göre yüksek görünmektedir. Ancak numunelerle ilgili sonuçlar m3 için verilmiştir. En yüksek blank değeri demire aittir; bu da asitten ileri gelmektedir. Ancak bir filtre kâğıdı üzerine en az 200 m3 hava toplandığından m3 başına blankden düşen demir miktarı 0.05 /;g yani 50 ng olmaktadır. Bu değer de Şekil-1,7 deki sonuçlarla karşılaştırıldığında önemli bir etkisi olmadığı görülmektedir. Ankara'nın coğrafi konumuna göre, en kirli bölgelerin Kızılay, Ulus ve Dahçelievler olması beklenirdi. Ancak örneğin Kızılay'da tayin edilen elementlerin bir çoğunun, bu arada özellikle kurşun konsantrasyonunun düşük olduğu görülmektedir. Daha önce de belirtildiği gibi numuneler Kızılay'da bulvar üzerinden değil, bir ara sokaktan alınmıştır. Sokak içinde motorlu araç trafiği daha az olduğundan kurşun gibi

8 - 4 - başlıca kaynağı trafik olan bazı elementlerin düşük konsantrasyonda bulunmaları açıklanabilir. Bunun yanında, Tablo-1 ve şekiller incelendiğinde elementlerin semtlere göre dağılımının birbirine yakın olduğu görülmektedir. Genel olarak, havada, te3bit edilebilen elementlerin çoğunluğunun fuel oil, kömür gibi yakıtlardan ve taşıt araçlarında kullanılan benzinden geldiği düşünülürse, yaz numunelerinde bulunan miktarların en az olması gerekirdi. Ancak bakır, nikel çinko ve kurşunun yaz nümunelerindeki miktarları hemen hemen bütün semtlerde daha yüksektir. Aynı duruma başka ülkelerde yapılan benzer çalışmalarda da rastlanmıştır (3). Buna göre, Tablo-1 ve şekillerde verilen eser elementler yalnızca yakıtlardan ve benzinden ileri gelmemekte, başka kaynaklara da bağlı olmaktadır. Bu nedenle de, havada bulunan elementlerin semtlere ve mevsimlere göre dağılımlarını incelemek için, meteorolojik şartları da göz önünde bulundurarak tek tek kaynakları yönünden araştırmak gerekmektedir.

9 - ;> - TEŞEKKÜR Bu çalışmada, numunelerin toplanmasında ve grafiklerin çizilmesinde yardım eden Fuat Gözbebek ve Makbule Ercan'a; numunelerin ışınlanmasını sağlayan ÇNAEM Radyoizotop Üretim Bölümü ve Reaktör ilgililerine; sayımların alınmasında yardımcı olan ANAM Nükleer Fizik Grubu elemanlarına teşekkür ederiz.

10 b - 1. Robert E.Lee, Jr., Darryl J.Von Lehmden, "Trace Metal Pollution in the Environment" Environmental Protection Agency, National Environmental Research Center, Division of Atmospheric Surveillance, Research Triangle Park, N.C H.M.Perry and H.A.Schroeder, "Concentration of Trace Metals in Urine of Treated and untreated Hypertensive Patients Compared with Normal Subjects",J.Lab.Clin.Med. 46:336 (1955). 3. H.P.Johnstone and A.J. Moll, "Formation of Sulfuric Acid in Fogs" Ind.Engr.Chem. 52:361 (1360). 4. T.Altan, D.Kut, A.Kut, F.Pamuk "Hava lirinde Bulunan Eser Elementlerin Nötron Aktivaayon Analizi Yöntemiyle ölçülmesi" Ankara Nükleer Araştırma Merkezi Teknik Rapora, K W.H.Zeller and G.E.Gordon "Instrumental Neutron Activation Analysis of Atmospheric Po Hut ât s Utilizing Ge(Li) IT-Ray Detectors" Anal.Chem.Vol.42 p.257 February G.E.Gordon "Instrumental Activation Analysis of Atmospheric Pollutants and Pollution Source Materials" Proceedings of the International Symposium on Indentification and Measurement of Environmental Pollutants, B.Westley, Ed., National Research Council of Canada, Ottowa, 1971, pp R.J.Thompson, G.B.Morgan and L.J.Purdue "Analysis of Selected Elements in Atmospheric Particulate Matter by Atomic Absorption" Atomic Absorption Newsletter, Vol.9, No.3t May-June T.J.Kneip, M.Eisenbud, CD. Streklow, P.C.Freudenthal "Airborne Particulates in New York City" J. of the Air Pollution Control Association, Vol.20, No.3 pp (1970).

11 Element Cu Mn Co Cr Ni Zn Fe Sb Pb Miktar, jı* / 25* mi Tablo - 2 Filtre kâğıtları ve kullanılan asitlerde bulunan miktarlar. x : Filtre kâğıtları, numunelere uygulanan işlemlere göre çözülmüş ve hacim 25 mi'ye tamamlandıktan sonra ölçümler yapılmıştır.

12 Element ölçme limiti, fxtz / ml Cu 0.08 Mn 0.02 Co 0.07 Cr 0.02 Ni 0.08 Zn 0.01 Pe 0.02 Sb 0.25 Pb 0.06 Aa 0.25 Tablo - 3 Atomik absorpaiyon spektrometresiyle tayin «dilen elementlere ait ölçme limitleri.

13 2 Bahoelievler A.N. A.M. I O- Kavaklıdere. Cebeci Ulus Yenimahalle O ro ı -O- CO * T Bahçelievler U» A.N.A.K Kızıla/ * M>» Kavajdıdere Cebeci - K>-«0? Ulua Yenimahalle

14 Bahçelievler I JL. o» A* N* A«M i! Kısılajr A -O- o u» «M I Kavaklıdere _ Cebeci Ulus >5 I- -O- -O- Yenimahalle _ I i -i Bahçelievler J A* W* A*M Kızılay _ Kavaklıdere. CO Cebeci Ulus Yenimahalle v _ «O-t I

15 H» Q. ı E I»-' I Ulus Yenimahalle - Bahçelievler İl w Kısılajr - Kavaklıdere - Cebeci * Ulus Yenimahalle - Bahçelievler- A. M. A.» Kıulajr Kavaklıdere Cebeci A.N.A.N- -Oı -O- -0 > r I

16 o Bahçelievie» f i o -1 -O- o o <3_ (O 8 o w A.N.A.Kj Kızılay-J I Q~ Kavaklıdere - t ı Cebeci -! Ulus - Yenimahalle '» O ı *~* I Bahçelievler H <*- -- O ro u 8 S u> Â.K.A.N Kızılay- «G>- «Kavaklıdere - O* H- OD 103

17 ! Bahçelievler -! A.N.A.M. t O- Ki <J1 8 Kızılay - Kavaklıdere Cebeci - Ulus ı O 1 ı -e 1 t Q_ o «w VO H- Yenimahalle i o 8 t Bahçelievler. A* N* A*N * O 1 O Kızılay _ Kavaklıdere _ t - O * I Cebeci. -0- Ulus Yenimahalle -