Metal Analizi

Metal Analizi Nasıl Yapılır? konusuna geçmeden önce Metalleri tanıyalım. Su ve atıksularda metallerin etkisi, yararlıdan aşırı derecede toksik olmaya kadar değişim göstermektedir. İçme sularında, alıcı ortamlarda ya da atıksularda bazı metaller gerekli, diğer bazıları ise olumsuz etki yapabilecek niteliktedir. Bazı metaller ise konsantrasyonlarına bağlı olarak gerekli ya da toksik özellikte olabilirler.
 
Metaller (Antimuan, Bizmut, Kadmiyum, Kalsiyum, Sezyum, Krom, Kobalt, Bakır, Altın, İridyum, Demir, Kurşun, Lityum, Magnezyum, Mangan, Nikel, PLatiıı, Potasyum, Radyum, Rutenyum, Gümüş, Sodyum, Stronsiyum, Talyum, Kalay ve Çinko) enstrümental ya da kolorimetrik metotlarla tayin edilebilirler. Enstrümental metotlar gerek hızlı oluşları gerekse matriks etkilerinin daha kolay oluşu gibi nedenlerle tercih edilirler. Kolorimetrik metotlar, belli bir metotta girişim olduğu taktirde kullanılmaktadır. Bu metotta çoğunlukla bir ön işlem gerekli olmaktadır.
 

Atomik Absorbsiyon Spektrofotometrik Metodu İle Metal Analizi

Atomik absorpsiyon spektrofotometrik (AAS) metodu, numunenin alev içine emilerek atomize edilmesi açısından alev fotometresine benzemektedir. Temel fark, alev fotometresinde yayılan ışık ölçüldüğü halde, atomik absorpsiyon spektrofotometresinde alev içerisinden geçirilen ışık önce monokromatöre, oradan da detektöre gönderilerek alevde atomize edilen metalin absorbe ettiği ışık miktarı ölçülür. Alev emisyonu ile ölçümü güç olan pek çok metal için atomik absorpsiyon spektrofotometresi çok hassas sonuçlar vermektedir. Alev fotometresi sodyum, potasyum ve stronsiyum analizlerinde iyi sonuçlar vermektedir.
 
Çoğu metal, numunenin hava-asetilen alevine emdirilmesi suretiyle doğrudan analiz edilebilmektedir. En önemli girişim etkisi kimyasal olup, atomların moleküler kombinasyonu sonucu ışığı absorbe etmemesinden kaynaklanmaktadır. Bu durum, alev sıcaklığının yeterli olmaması durumunda moleküllerin dissosiye olmaması ya da dissosiye olmuş atomun okside olarak daha fazla dissosiye olamaması sonucunda ortaya çıkmaktadır.
 

Standartların Hazırlanması

Bilinen metal konsantrasyonlarında matris etkisi (diğer iyonların tür ve şiddeti) ayarlanmış çözeltilere benzer su kullanılarak standart çözeltiler hazırlanmalıdır. Çok seyreltik standartlar, bir günden daha uzun süre için saklanacağında, 500 mg/L’den daha büyük konsantrasyonlarda stok çözelti hazırlanarak buzdolabında saklanmalı ve gerektiğinde seyreltilmelidir. Stok standart çözeltiler, çeşitli ticari kaynaklardan temin edilir.
 

Metal Analizi İçin Gerekli Araç ve Gereçler

• Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi

 

Metal Analizi İçin Gerekli Reaktifler

– Hava: Atomik absorpsiyon spektrofotometresinde kullanılacak hava, yağ, su ve yabancı maddeleri uzaklaştırmak için uygun bir filtreden geçirilerek temizlenmiş ve kurutulmuş olmalıdır. Hava, kompresör ya da ticari olarak hazırlanmış basınçlı hava ile temin edilebilir.

– Asetilen: Standart ve ticari olarak satılan asetilen kullanılmalıdır. Asetilen silindirleri içerisinde bulunan asetonun yakma başlığını tahrip etmemesi için, silindirdeki basınç 689 kPa’ın altına düştüğünde silindir değiştirilmelidir.

– Metalsiz su: Bütün reaktiflerin ve standartların hazırlanmasında metalsiz su kullanılmalıdır.

– Kalsiyum çözeltisi: 630 mg kalsiyum karbonat, 50 ml hidroklorik asit, (1+5 sulandırılmış HCI) içerisinde çözülür. Gerekirse çözünmenin tamamlanması için ısıtılır ve kaynatılır, daha sonra soğutularak 1000 ml’ye seyreltilir.

– Hidroklorik asit, derişik

– Lantanyum çözeltisi: 58.65 g Lantanyum oksit, La₂O₃ 250 ml derişik HCI içinde çözülür. Madde çözününceye kadar asit ilave edilir, daha sonra su ile 1000 ml’ye seyreltilir.

– Hidrojen peroksit: % 30’luk

– Nitrik asit: HNO₃ derişik

– Aqua regia: 3 hacim konsantre HCl, 1 hacim konsantre HNO₃‘e ilave edilir.

– İyot çözeltisi, 1 N: 20 g potasyum iyodür, 50 ml destile suda çözülür, 12.7 g iyot ilave edilir, 100 ml’ye seyreltilir.

– Siyanojen iyodür (CNI) çözeltisi: 50 ml suya, 6.5 ml potasyum siyanür KCN, 5.0 ml 1N iyot çözeltisi ve 4 ml derişik NH₄OH ilave edilir, karıştırılarak 100 ml’ye seyreltilir. Çözelti her 2 haftada bir hazırlan malıdır.

– Standart metal çözeltileri: Aşağıda verilen stok metal çözeltileri, 1.5 ml derişik HNO₃/l içeren çözeltiyle seyreltilerek hazırlanır.

– Antimuan: 2.7426 g antimuan potasyum tartarat hemihidrat, K(SbO)C₄H₄O₆. 1/2 H₂O , 1000 ml suda çözülür. 1 ml = 1 mg Sb

– Bizmut: 1.000 g bizmut metali, küçük bir hacim (1+1) HNO₃ içinde çözülür. %2’lik HNO₃ ile 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Bi

– Kadmiyum: 1.000 g kadmiyum metali küçük bir hacim (1+1) HCI içinde çözülür, 1000 ml’ye su ile seyreltilir. 1 ml = 1 mg Cd

– Kalsiyum: 2.4972 g CaCO₃ üzerine 50 ml su ilave edilir. Çözünmenin tamamlanması için damla damla derişik HCI (10 ml kadar) ilave edilir, 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Ca

– Sezyum: 1.267 g sezyum klorür, CsCl, 1000 ml suda çözülür. 1 ml = 1 mg Cs

– Krom: 2.828 g potasyum dikromat, K₂Cr₂O₇, 200 ml suda çözülür. 1.5 ml derişik HNO₃ ilave edilir, 1000 ml’ye su ile seyreltilir. 1 ml = 1 mg Cr

– Bakır: 1.000 g bakır metali 15 ml (1+1)’lik HNO₃ ile çözülür, 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Cu

– Kobalt: 1.407 g kobalt oksit, Co₂O₃, 20 ml sıcak, derişik HCI içinde çözülür, soğutulur ve su ile 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Co

– Altın: 0.1000 g altın metali az miktarda aqua regia içinde çözülür, kumluğa kadar buharlaştırılır. 1 ml = 1 mg Au

– İridyum: 1.147 g amonyum kloroiridat (NH4)₂IrCl₆ hacimce %1’lik HCl’ten küçük bir miktar kullanmak suretiyle çözülür. %1’lik HCI çözeltisiyle 100 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 5 mg Ir

– Demir: 1.000 g demir tel, 50 ml (1+1)’lik HNO₃ çözeltisi içinde çözülür, suyla 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Fe

– Kurşun: 1.598 g kurşun nitrat Pb(NO₃)₂, 200 ml suda çözülür. 1.5 ml derişik HNO₃ ilave edilir ve suyla 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Pb

– Lityum: 5.324 g lityum karbonat, Li₂CO₃, küçük bir hacim (1+1)’lik HCl içinde çözülür, suyla 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Li

– Magnezyum: 4.952 g magnezyum sülfat, MgSO₄, 200 ml suda çözülür. 1.5 ml derişik HNO₃ ilave edilir, suyla 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Mg

– Mangan: 3.076 g mangan sülfat, MnSO₄.H₂O 200 ml suda çözülür, 1.5 ml derişik HNO₃ ilave edilir, suyla 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Mn

– Nikel: 1.273 g nikel oksit NiO, küçük bir hacim %10’luk (hacimce) HCl’de çözülür, suyla 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Ni

– Platin: 0.1000 g platin metali, küçük bir hacim aqua regia içinde çözülür, kuruluğa kadar buharlaştırılır. 5 ml derişik HCl ve 0.1 g NaCl ilave edilir, kuruluğa kadar buharlaştırılır. Kalıntı, 20 ml (1+1) HCl ile çözülür ve 100 ml’ye suyla seyreltilir. 1 ml = 1 mg Pt

– Potasyum: 1.907 g potasyum klorür, KCl, suda çözülür, 1000 ml’ye tamamlanır. 1 ml = 1.0 mg K

– Rodyum: 0.412 g amonyum heksaklororodat, (NH₄)₃RhCl₆.1.5H₂O, %10’luk (hacimce) HCl çözeltisinden küçük bir miktar kullanmak suretiyle çözülür, % 10’luk HCl ile 100 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Rh

– Rutenyum: 0.2052 g rutenyum klorür, RuCl₃, küçük bir miktar % 20 HCI (hacimce) ile çözülür, %20’lik HCI ile 100 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Ru

– Gümüş: 1.575 g gümüş nitrat, AgNO₃, 1.5 ml derişik HNO₃ ile çözülür, suyla 1000 ml’ye tamamlanır. 1 ml = 1 mg Ag

– Sodyum: 2.542 sodyum klorür, NaCl, 140°C’de kurutulur, suda çözülür, suyla 1000 ml’ye tamamlanır. 1 ml = 1 mg Na

– Stronsiyum: 2.415 g stronsiyum nitrat, Sr(NO₃)₂, 1000 ml, %1’lik HNO₃ çözeltisi ile çözülür. 1 ml = 1 mg Sr

– Talyum: 1.303 g talyum nitrat, TlNO₃, suda çözülür. 10 ml derişik HNO₃ ilave edilir ve 1000 ml’ye suyla tamamlanır. 1 ml = 1 mg Tl

– Kalay: 1.000 g kalay metali, 100 ml derişik HCl ile çözülür, suyla 1000 ml’ye seyreltilir. 1 ml = 1 mg Sn

– Çinko: 1.000 g çinko metali, 20 ml (1+1)’lik HCl ile çözülür ve 1000 ml’ye suyla seyreltilir. 1 ml = 1 mg Zn
 

Metal Deneyinin Yapılışı

Aletin Çalıştırılması: Aletlerin yapısı ve modelleri birbirinden farklı olduğu için her alet için geçerli olabilecek talimatları vermek mümkün değildir. Genellikle alet şu şekilde çalıştırılır: Analizi yapılacak metalin lambası alete takılır. İlgili metal için dalga boyu ayarlanır. Alet çalıştırıldıktan sonra ısınması için 10-20 dakika beklenir. Isınmadan sonra akım ayarı yapılır ve dalga boyu optimum enerji kazanımına göre düzeltilir.
 
Yakma başlığının pozisyonu düzenlenir. Hava akım hızı ile asetilen akım hızı ayarlandıktan sonra alev yakılır. Standart çözelti emdirilerek, maksimum hassasiyeti verecek emme hızı ayarlanır. Yeni hazırlanmış standardın absorbansı, yeni katot lamba takıldıktan sonra okunarak saklanır ve daha sonraki ölçümlerde lambanın kontrolü bu değere göre yapılır. Okuma işlemi bittikten sonra alev; önce asetilen vanası, sonra da hava vanası kapatılarak söndürülür.
 
Standart Eğrinin Hazırlanması: Her standart metal çözeltisinden en az üç farklı konsantrasyonda çözelti hazırlanmalıdır. Çözeltiler aleve emdirildikten sonra absorbans değerleri kaydedilir. Kalsiyum ve magnezyum kalibrasyonu için 100 ml standart, 10 ml lantanyum çözeltisi ile karıştırılıp daha sonra okuma alınmalıdır.
 
Krom kalibrasyonu için 100 ml krom çözeltisi, 1 ml %30’luk H₂O₂ ile karıştırıldıktan sonra emdirme yapılır. Demir ve mangan kalibrasyonu için 100 ml standart, 25 ml kalsiyum çözeltisi ile karıştırılır.
 
Absorbans değerleri metal konsantrasyonlarına karşı lineer ölçekte noktalanarak kalibrasyon eğrisi çizilir. Doğrudan konsantrasyon okuyan aletler için bu adım gereksizdir. Bazı aletlerde yüzde absorpsiyon değerlerini absorbans değerine çevirmek gerekebilir. Kalsiyum ve magnezyum için kalibrasyon eğrileri, lantanyum çözeltisi ile seyreltme yapmadan önceki orijinal konsantrasyonlara göre hazırlanır. Demir ve mangan için kalibrasyon eğrileri, kalsiyum çözeltisi ile seyreltme yapmadan önceki orijinal konsantrasyonlara göre hazırlanır. Analiz sırasında standartlar periyodik olarak kontrol edilmelidir. Bir grup numune analiz edildikten sonra arada bir standart çözelti ile ölçüm yapılmalıdır.
 
Numunenin Analizi: Litresinde 1.5 ml derişik HNO₃ içeren su emdirilerek giriş kısmı temizlenir. Şahit çözelti atomize edilir ve aletin sıfır ayarı yapılır. Numune atom ize edildikten sonra absorbansı okunur.
 
Kalsiyum ya da magnezyum tayininde, 100 ml numune, 10 ml lantanyum çözeltisi ile, demir ya da mangan tayinlerinde 100 ml numune, 25 ml kalsiyum çözeltisiyle, krom analizinde ise, 100 ml numune 1 ml %30’luk H₂O₂ çözeltisiyle karıştırıldıktan sonra analiz edilir. Standart çözeltiler numunelerden önce ve sonra analiz edilir. Her numuneden sonra şahitle aletin stabilitesi kontrol edilmelidir. Numunenin metal konsantrasyonu kalibrasyon eğrisinden okunur.