T.C. ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ PLASTİKLERDE METAL ANALİZLERİ VE ORGANİK MATRİKSİNİN KARAKTERİZASYONU Elif TÜMAY ÖZER DOKTORA TEZİ KİMYA ANABİLİM DALI Bu Tez 12 / 11/ 2010 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oybirliği/oy çokluğu ile kabul edilmiştir. Prof. Dr. Şeref GÜÇER Prof. Dr. Cevdet DEMİR Danışman Prof. Dr. Yücel TAŞDEMİR Prof. Dr. O. Yavuz ATAMAN Prof. Dr. Necati BEŞİRLİ ii ÖZET Tez çalışması kapsamında bölgemizde aktif olarak çalışan birçok sektörde kullanılan plastik malzemelere ait kalite parametrelerinin belirlenmesinde karşılaşılan bazı analitik problemlerin çözümüne ilişkin metotlar geliştirilmiştir. İlk bölümde, plastiklerdeki zararlı metal (Cd, Cr, Hg ve Pb) düzeylerinin AAS ile belirlenmesine yönelik klasik açık sistem yaş yakma ile örnek hazırlama basamağı, kemometrik yaklaşımlarla optimize edilerek iyileştirilmiştir. Ayrıca ksilen kullanılarak, ısıl işlem sonrası EDXRF ile metal tayinine yönelik yeni geliştirilen metot, sertifikalı referans malzeme ile valide edilmiştir. Metodun uygulamasında plastik poşetlerdeki metal analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu metot hızlı ve güvenilir örnek hazırlama sağlamıştır. Gözlenebilme sınırları Cd, Pb ve Hg için 12 mg/kg iken; Cr için 24 mg/kg seviyesindedir. Ayrıca bu metallerin ambalaj örneklerinden gıda ve benzeri çözücülere olan migrasyonları farklı sıcaklık ve sürelerde ICP teknikleri ile çalışılmıştır. Organik matriks karakterizasyonu çalışmalarında ise, yapay güneş ışığına maruz bırakılan yapılarda yüzey fonksiyon ve morfolojisinin değişimi ATR-FTIR ve SEM teknikleri ile incelenmiş ve bu tekniklerin sektördeki uygulamalarına yönelik örnekler verilmiştir. Ayrıca plastik esaslı kompozit tekstil ürünlerinin yanması sırasında oluşabilecek sağlığa zararlı bileşenlerin nitel analizi çözücü tuzağı sonrası GC-MS ile gerçekleştirilmiştir. Kalitatif analizde başta poliaromatik hidrokarbon bileşiklerinden naftalen olmak üzere EPA tarafından zararlı kabul edilen yapılara rastlanmıştır. Bunlara ek olarak fitalat esterlerinin plastik üründeki derişimlerinin belirlenmesinde organik çözücüler ile ultrasonik ekstraksiyon sonrası GC-MS ile analizleri gerçekleştirilmiştir. Fitalat esterlerinin oyuncaklardan yapay tükürüğe geçişlerinin izlenmesi hedeflenmiş, bu amaçla geçiş sonrası sulu fazdan aktif karbon ile ayırma ve zenginleştirme işlemi geliştirilmiştir. Adsorpsiyon üzerine etkili parametreler (pH, aktif karbon miktarı ve süre) merkezi kompozit dizayn ile optimize edilmiştir. Aktif karbon yüzeyinden elüsyon için farklı çözücüler denenmiştir. Yatay çalkalama ile (37 ºC’de 2 saat) yapay tükürük çözeltisine oyuncaklardan fitalat esterleri migrasyonu gerçekleştirilmiştir. Olası geçişlerin analizinde optimize edilen aktif karbon metodu kullanılmıştır. Anahtar Kelimeler: plastik, metal, AAS, EDXRF, migrasyon, yanma ürünleri, GC- MS, fitalat, tükürük iii ABSTRACT In this study, new analytical methods were developed for solution of some problems related to determination of quality parameters in plastic materials used in many sector of our region. Firstly, sample preparation step performed with open wet ashing system which is a conventional method used for the determination of toxic metal (Cd, Cr, Pb and Hg) level in plastics by AAS was improved by using chemometric approaches. In addition, new EDXRF method developed for the metal determination exploiting xylene after heat treatment was validated with certified reference material. The metal analyses were carried out in plastic bags for the application of the new method. The new solvent treatment method was obtained for a rapid and accurate sample preparation step. While detection limit of the new method for Cr was 24 mg/kg, this value for Cd, Pb and Hg was 12 mg/kg. Migration of these metals from packaging material to food and food simulants was also tested in different temperatures and periods by ICP techniques. Secondly, the effects of artificial sunlight on some different plastic components were analyzed in organic matrices characterization studies. The changes on the surface and structure were evaluated with SEM and ATR-FTIR techniques, respectively. Examples of the application of these techniques intended to industry were also performed. Thirdly, for qualitative analysis of unhealthy gas products produced during the combustion of plastic based composite textile materials, the gas products were collected in solvent trap and analyzed by GC-MS. According to qualitative analysis results, particularly naphthalene, one of the polyaromatic hydrocarbon compounds, and many other compounds adopted hazardous by EPA were identified. In addition, determine concentration of phthalate esters in plastics, GC-MS analyses were performed following ultrasonic extraction by using organic solvents. Enrichment of analyte with activated carbon from aqueous phase was also performed after migration for monitoring the phthalate migration from plastic toys into saliva. Central composite experimental design was carried out to optimize the extraction parameters, including pH, adsorption time and the amount of active carbon. Elution from the surface of activated carbon was tested by different solvents. A horizontal agitation method was utilized to extract phthalates into the simulated saliva for 2 hours at 37ºC. The optimized method was applied to study the migration of phthalates from different children’s toys into saliva. Key words: plastic, metal, AAS, EDXRF, migration, combustion products, GC-MS, phthalate, artificial saliva iv İÇİNDEKİLER Sayfa TEZ ONAY SAYFASI……………………………………................ ii ÖZET…………………………………….............................................................. iii ABSTRACT……………………………………................................................... iv İÇİNDEKİLER……………………………………............................................ v KISALTMALAR DİZİNİ……………………………………....................... x ÇİZELGELER DİZİNİ……………………………………........................... xiii ŞEKİLLER DİZİNİ…………………………………….................................... xvii GİRİŞ……………………………………............................................................... 1 1. KAYNAK ÖZETLERİ………………………………................. 3 1.1. Plastik Nedir?………………………………............................ 3 1.1.1.Yaygın Olarak Kullanılan Plastikler…………………… 3 1.1.2.Bölgesel Bazda Dünya Plastik Malzeme Tüketimi ve Türkiye……………………………….............................. 4 1.1.3.Plastik Üretiminde Kullanılan Katkı Maddeleri………… 6 1.2.Plastikler ve Metal İçeriği………………………………........ 10 1.2.1.Plastiklerdeki Metal Düzeyleri ile İlgili Sınırlamalar ….. 10 1.2.2.Plastiklerde Metal Analizleri ve Örnek Hazırlama Teknikleri………………………………........................ 12 1.3.Plastiklerdeki Organik Katkı Malzemeleri Ve Migrasyonları…. 24 1.3.1.Organik Katkı Malzemelerinden Fitalat Esterleri………. 37 1.3.2.Fitalat Esterleri İle İlgili Kısıtlamalar…………………… 38 1.3.3.Fitalat Esterlerinin Analizleri………………………………… 41 1.3.4.Fitalatlar ve Aktif Karbon İle İlgili Literatürler………… 48 1.3.5.Fitalatların Tükürüğe Geçişleri (Migrasyonu)…………... 50 1.4. Çalışmada Kullanılan Analiz Metotları Ve Metotlarla İlgili Kuramsal Bilgiler………………………………..................... 51 1.4.1. Atomik X-Işını Spektrometri…………………………... 51 1.4.1.1. Temel Prensipler………………………………. 51 1.4.1.2. Madde ile X-Işını Etkileşimi………………….. 52 1.4.1.3. Fotoelektrik Absorpsiyon……………………... 53 1.4.1.4. Elastik ve Elastik Olmayan Saçılma………….. 56 1.4.1.5. X-Işını Absorpsiyonu………………………….. 57 v 1.4.1.6. X-Işını Flüoresans Spektrometre Cihazı………. 58 1.4.1.7. X-Işını Flüoresans Spektrometride Örnek Hazırlama İşlemi………………………… 60 1.4.1.8. Kalitatif ve Kantitatif Analiz………………… 61 1.4.2. Gaz Kromatografi Temel İlkeleri…………………… 63 1.4.2.1. Gaz-Sıvı Kromatografi..……………………... 63 1.4.2.2. Gaz Kromatografi ile Spektroskopik Yöntemlerin Birlikte Kullanımı……………… 66 1.4.2.3. Kütle Spektrometre Düzeneği……………….. 67 1.4.3.Atomik Spektroskopi………………………………….. 70 1.4.3.1. Atomik Absorpsiyon Spektrometre ve Temel Olaylar………………………………………… 71 1.4.3.2. Atomik Absorpsiyon Spektrometride Girişimler………………………………........ 74 1.4.3.3. Zemin Düzeltme Metodları………………….. 75 1.4.4. Merkezi Kompozit Dizayn ……………………………. 77 2.MATERYAL ve YÖNTEM………………………………………. 79 2.1. MATERYAL…………………………………………………. 79 2.1.1.Çalışmada Kullanılan Cihazlar……………………….. 79 2.1.1.1. Atomik Absorpsiyon Spektrometre (AAS)…….. 79 2.1.1.2.Enerji Dağılımlı X-ışını Flüoresans Spektrometre (EDXRF)……………………….. 79 2.1.1.3. Gaz Kromotograf – Kütle Spektrometre (GC-MS)………………………………………… 80 2.1.1.4. İndüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometre (ICP-MS)………………………………………. 81 2.1.1.5. İndüktif Eşleşmiş Plazma-Optik Emisyon Spektrometre (ICP-OES)……..……………….. 81 2.1.1.6. Yatay Yanma Test Cihazı……………………… 82 2.1.1.7. Yapay Gün Işığı Test Cihazı………………….. 82 2.1.1.8. Fourier Dönüşümlü İnfrared (FTIR) Spektrometre…………………………………. 82 2.1.1.9. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)………. 83 2.1.1.10. Etüv…………………………………………… 83 2.1.1.11. pH Metre……………………………………… 83 2.1.1.12.Terazi…………………………………………. 83 2.1.1.13. Saf Su Aleti…………………………………… 83 2.1.1.14. Ultrasonik Banyo…………………………….. 84 vi 2.1.1.15. Karıştırıcı ve Isıtıcılar………………………. 84 2.1.1.16. Açık Sistem Yaş Yakma Cihazı……………… 84 2.1.1.17. Mikrodalga Yaş Yakma Cihazı……………... 84 2.1.1.18. Evaparatör…………………………………...... 85 2.1.2. Çalışmada Kullanılan Kimyasallar ve Çözeltiler………. 85 2.1.2.1. Kimyasallar……………………………………. 85 2.1.2.2. Çalışmada Kullanılan Plastik Örnekler………. 86 2.2. METOT……………………………………............................ 88 2.2.1. Açık Sistem Yaş Yakma Tekniği Kullanarak Atomik Absorpsiyon Spektrometre (AAS) ile Plastiklerde Metal Tayinleri…………………………………........... 88 2.2.2. Ksilen ile ön işlem sonrası Enerji Dağılımlı X-ışını Flüoresans Spektrometre (EDXRF) ile Cd, Cr, Hg ve Pb ayini.………………………................................... 91 2.2.3. Toksik Özellik Gösteren Bazı Elementlerin Migrasyon Çalışmaları..………………………………................. 92 2.2.4. Otomotiv Plastiklerinin Değişik Ortamlardaki Yüzey Değişimlerinin Spektroskopik Tekniklerle İncelenmesi.……………………………….................. 93 2.2.5.Otomotiv Tekstilleri Yanma Ürünlerinin Gaz Kromatograf Kütle Spektrometre (GC-MS) İle Karakterizasyonu…………………………………...... 94 2.2.6. Bazı Ambalaj ve Oyuncak Örneklerindeki Fitalat Esterlerinin Ultrasonik Solvent Ekstraksiyonu Sonrası GC-MS İle Analizleri ……………………… 94 2.2.7. Oyuncaklardaki Fitalat Esterlerinin Yapay Tükürük Çözeltisine Migrasyonu …………………………… 95 2.2.7.1. Fitalat Esterlerinin Yapay Tükürük Çözeltisine Ekstraksiyonu (Ajitasyon)…… 95 2.2.7.2. Tükürük Çözeltisindeki Fitalat Esterlerinin Aktif Karbon ile Batch Tipi Ayrımı / Zenginleştirilmesi ve Metot Optimizasyonu.. 95 2.2.7.3. Yapay Tükürük Çözeltisinde Fitalat Esterlerinin Hidrolizi……………………. 97 3. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA………………… 98 3.1. Açık Sistem Yaş Yakma Tekniği Kullanarak Atomik Absorpsiyon Spektrometre (AAS) ile Plastiklerde Metal Tayinleri……………………………………………………... 98 3.1.1.Polietilen yapılı Sertifikalı Referans Malzemeye (ERM-EC 681k ) ait Verilerin Değerlendirilmesi……… 98 vii 3.1.2. Polivinil klorür yapılı Sertifikalı Referans Malzemeye (FLX-PVC2) ait Verilerin Değerlendirilmesi………….. 103 3.2. Ksilen ile ön işlem sonrası Enerji Dağılımlı X-ışını Flüoresans Spektrometre (EDXRF) ile Cd, Cr, Hg ve Pb 108 Analiz Verileri…………………………................................ 3.2.1. Organik Çözücü ile İşlem Basamağının Optimizasyonu. 108 3.2.2. Matriks Benzeştirme………………………………….... 108 3.2.3. Ksilen ile Hazırlanan Örneklerde Tekrarlanabilirlik…... 110 3.2.4. EDXRF Kalibrasyon Eğrileri………………………….. 110 3.2.5. Sertifikalı Referans Malzemenin Analizi……………… 112 3.2.6. Önerilen EDXRF Metodunun Uygulamaları …………. 113 3.3. Toksik Özellik Gösteren Bazı Elementlerin Migrasyon Sonuçları………………………………................................... 114 3.4. Otomotiv Plastiklerinin Değişik Ortamlardaki Yüzey Değişimlerinin Spektroskopik Tekniklerle İnceleme Sonuçları.……………………………….................................. 117 3.5. Otomotiv Tekstilleri Yanma Ürünlerinin Gaz Kromatograf Kütle Spektrometre (GC-MS) İle Karakterizasyon Sonuçları.………………………………................................... 121 3.6. Bazı Ambalaj ve Oyuncak Örneklerindeki Fitalat Esterlerinin Ultrasonik Solvent Ekstraksiyonu Sonrası GC-MS ile Analiz Sonuçları……………………………….................................... 124 3.6.1. Fitalat Esterlerinin Kalibrasyon Verileri……………. 124 3.6.2. Fitalat Esterlerinin Ultrasonik Ekstraksiyon İşlemlerine Ait Veriler………………………………...................... 126 3.7. Oyuncaklardaki Fitalat Esterlerinin Yapay Tükürük Çözeltisine Migrasyonu……………………………….......... 128 3.7.1. Aktif Karbon ile Tükürük Çözeltisinden Fitalat Esterlerinin Ayrımı ve Metodun Optimizasyonu……… 128 3.7.2. Aktif Karbon Yüzeyinden Fitalatların Elüsyon İşleminde Çözücü Seçimi……………………………. 136 3.7.3. Aktif Karbon İşleminde Kalibrasyon Verileri………. 137 3.7.4. Aktif Karbon Metodu ile Oyuncaklardan Yapay Tükürük Çözeltisine Fitalat Esterleri Migrasyon Verileri…………………………………………………. 138 3.7.5. Yapay Tükürük Çözeltisinde Fitalat Esterlerinin Hidrolizi………………………………………………... 139 SONUÇ………………………….….................................................. 141 KAYNAKLAR…………………………..…..................................... 143 EKLER………………………………………………………………. 152 viii ÖZGEÇMİŞ………………………………......................................... 159 TEŞEKKÜR………………………………......................................... 160 ix KISALTMALAR DİZİNİ AAS -Atomik Absorpsiyon Spektrometri AB -Avrupa Birliği ABS -Akrilonitril bütadien stiren ASA -Akrilonitril stiren akrilat ATBC -Asetil tribütil stirat ATR -Azaltılmış toplam yansıma BBP -Benzilbutil fitalat BHT -Butillenmiş hidroksi toluen CI -Kimyasal iyonlaştırma CSTEE -Toksitite, Ekotoksisite ve Çevre üzerine Bilimsel Komite CVAAS -Soğuk buhar tekniği ile AAS DAP -Diamil fitalat DBP -Di-n-butil fitalat DCHP -Disikloheksil fitalat DCP -Doğru akım argon plazma DDP -Didesil fitalat DEHA -Di-(etilheksil) adipat DEP -Dietil fitalat DEPH -Di-2-etilheksil fitalat DIBP -Diisobutil fitalat DIDP -Di-isodesil fitalat DIHP -Di-isoheptil fitalat DINP -Di-isononil fitalat DLLME -Sıvı-sıvı mikro-ekstraksiyon DMP -Dimetil fitalat DnOP -Di-n-oktil fitalat DNP -Dinonil fitalat DRC -Dinamik reaksiyon hücresi DSC -Diferansiyel taramalı kalorimetre DTDP -Ditridesil fitalat EDXRF -Enerji Dağılımlı X-ışını Flüoresans Spektrometri EI -Elektron impakt EPA -Çevre Koruma Örgütü ESBO -Epoksileşmiş soya tohumu yağı ESI -Elektrosprey iyonlaştırma ETV -Elektrotermal buharlaştırma EuP -Directive on Energy Using Products FAB -Hızlı atom bombardımanı FI -Alan İyonlaştırma FID -Alev İyonlaştırma Detektörü x FTIR -Fourier Dönüşümlü İnfrared Spektrometri GC-ECD -Gaz kromatografi- Elektron Yakalama Detektörü GC-FID -Gaz Kromatografi Alev İyonlaştırma Detektörü GC-MS -Gaz Kromatografi Kütle Spektrometri GD -Akkor boşalımlı plazma GFAAS -Grafit Fırınlı Atomik Absorpsiyon Spektrometri GLC -Gaz-sıvı kromatografi GSC -Gaz-katı kromatografi HDPE -Yüksek Yoğunluklu Polietilen H-NMR -Hidrojen- Nükleer Magnetik Rezonans HOPG -High Oriented Pyrolytic Graphite HPLC-DAD -Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografi Diyot Array Detektörü HPLC-MS -Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografi Kütle Spektrometri IC -İyon kromatografi ICP -İndüktif Eşleşmiş Plazma ICP-AES -İndüktif Eşleşmiş Plazma -Atomik Emisyon Spektrometri ICP-MS -İndüktif Eşleşmiş Plazma -Kütle Spektrometri ICP-OES -İndüktif Eşleşmiş Plazma -Optik Emisyon Spektrometri ID-ICPMS -İzotop seyreltmeli İndüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometri IDTIMS -İzotop seyreltmeli termal iyonlaşmalı Kütle Spektrometri INAA -Enstrümental Nötron Aktivasyon Analizi IPAA -Enstrümental Foton Aktivasyon Analizi IR -İnfrared Spektrometri IUPAC -International Union of Pure and Applied Chemistry LC-MS -Sıvı Kromatografi Kütle Spektrometri LDPE -Alçak Yoğunluklu Polietilen LOD -Gözlenebilme sınırı LPME -Sıvı faz mikroekstraksiyon MALDI -Matriks yardımlı desorpsiyon/iyonlaştırma MIP -Mikrodalga-indüklenmiş argon plazma MIP-AES -Mikrodalga İndüktif Plazma Atomik Emisyon Spektrometri MS -Kütle Spektrometri NAA -Nötron Aktivasyon Analizi PA -Poliamid PAH -Poliaromatik hidrokarbonlar PBB -Polibromlu bifeniller PBDE -Polibromlu bifenil eter PC -Polikarbonat PCB -Poliklorlu bifeniller PD -Plazma Desorpsiyonu PE -Polietilen PET -Polietilen teraftalat xi PP -Polipropilen PPO -Polifenilen oksit PS -Polistiren PTFE -Politetrafloroetilen (teflon) PU -Poliüretan PVC -Polivinil klorür PVDC -Poliviniliden klorür R -Geri Kazanım ROHS -Restriction of Hazardous Substances SAN -Stiren akrilonitril SB -Stiren-bütadien SEM -Taramalı Elektron Mikroskobu SIM -Selektif iyon modu SIMS -İkincil İyon Kütle Spektrometri SM -Spesifik migrasyon SML -Spesifik migrasyon limiti SPECT -Spektrofotometri SRM -Sertifikalı referans madde TBA -Terbütilamonyum TCD -Termal iyonlaştırmalı detektör TDI -Günlük alımı tolere edilebilir düzey TGA -Termal gravimetrik analizler TID -Termiyonik detektör TITR -Titrimetri TM -Toplam migrasyon TS -Termosprey iyonlaştırma TXRF -Toplam Yansımalı X-ışını Flüoresans Spektrometri UV-VIS -Ultraviyole-Görünür Bölge Spektrometri VOC -Uçucu organik bileşikler WEEE -Waste Electrical and Electronical Equipments XPS -X-ışını Foton Spektrometri XRF -X-ışını Flüoresans Spektrometri xii ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa Çizelge 1.1.1.1. Yaygın kullanılan plastik çeşitleri ve geri dönüşüm sembol ve kodları………………………………………………………… 4 Çizelge 1.1.2.1. Dünyada plastik malzeme tüketiminin ülkelere göre dağılımı……………………………………………………… 4 Çizelge 1.1.2.2. Dünya plastik hammadde tüketimi………………………...... 5 Çizelge 1.1.3.1. Plastiklerde kullanılan dolgu maddelerinin fiziksel özellikleri……………………………………………………. 8 Çizelge 1.2.1.1. Bazı standart test metotları………………………………..... 11 Çizelge 1.2.2.1. Polimer türleri ve onlar için kullanılan çözücüler…………... 15 Çizelge 1.2.2.2. BCR 680 ve BCR 681 için kullanılan katkı maddeleri……... 16 Çizelge 1.2.2.3. Çalışmada kullanılan ölçüm teknikleri……………………… 17 Çizelge 1.2.2.4. Yüksek yoğunluklu polietilen matrikse eklenen element form ve miktarları…………………………………………………. 18 Çizelge 1.2.2.5. Çalışmada kullanılan örnek hazırlama ve ölçüm teknikleri… 20 Çizelge 1.3.1. Plastik ambalajlardan kaynaklanan monomer veya oligomerlerin migrasyonları………………………………… 30 Çizelge 1.3.2. GC sistemi ile ambalaj malzemelerinden ekstrakte edilebilen yapılar ve genel olarak örnek hazırlama basamakları………. 32-33 Çizelge 1.3.3. GC sistemi ile ambalaj malzemelerinden ekstrakte edilebilen uçucu yapılar ve genel olarak örnek hazırlama basamakları... 34 Çizelge 1.3.1.1. Yaygın olarak kullanılan bazı fitalat esterleri ve fizikokimyasal özellikleri………………………………………………………. 37 Çizelge 1.3.2.1. 2007/19/EC direktifinde yer alan bazı fitalatlara ilişkin SML değerleri……………………………………………………….. 39 Çizelge 1.3.2.2. Bazı fitalatların tolere edilebilecek geçiş değerleri…………… 40 Çizelge 1.4.1.2.1. K-, L- ve M- tabakalarındaki enerji seviyeleri………………... 53 Çizelge 1.4.2.1.1. Dolgulu ve kapiler kolon özellikleri………………………….. 65 Çizelge 1.4.2.1.2. Gaz-sıvı kromatografi için uygun bazı durgun fazlar………… 66 Çizelge 1.4.2.3.1. Moleküler kütle spektrometrelerinde kullanılan iyon kaynakları………………………………………………………. 69 xiii Çizelge 1.4.3.1. Atomik spektroskopide kullanılan atomlaştırıcı tipleri………... 70 Çizelge 1.4.3.1.1. Atomik spektroskopide numune verme yöntemleri……………. 72 Çizelge 1.4.3.1.2. Atomik spektroskopide kullanılan alevler……………………... 74 Çizelge 2.1.1.1.1. Atomik absorpsiyon cihazının çalışma koşulları………………. 79 Çizelge 2.1.1.2.1. Çalışmada kullanılan çizgi ve hedefler………………………… 80 Çizelge 2.1.1.3.1. Fitalat esterlerine ait alıkonma zamanları ve selektif iyon kütle/yük değerleri……………………………………………... 81 Çizelge 2.1.1.4.1. Agilent 7500a Series ICP-MS’e ait çalışma koşulları…………. 81 Çizelge 2.1.1.5.1. Optima 2100DV marka ICP-OES’e ait çalışma koşulları……... 82 Çizelge 2.1.2.2.1. Sertifikalı referans maddelerin (CRM) element içerikleri………………………………………………………... 87 Çizelge 2.2.1.1. Yaş yakmadaki parametrelerin gerçek ve kodlanmış değerleri.. 88 Çizelge 2.2.1.2. Merkezi kompozit dizayn matrisi……………………………… 89 Çizelge 2.2.1.3. PVC yapılı CRM için parametrelerin gerçek ve kodlanmış değerleri……………………………………………………… 90 Çizelge 2.2.1.4. PVC yapılı CRM’de kullanılan merkezi kompozit dizayn matrisi………………………………………………………….. 90 Çizelge 2.2.2.1. Mikrodalga sisteminde kullanılan program……………………. 92 Çizelge 2.2.7.2.1. Parametrelerin gerçek ve kodlanmış değerleri…………………. 96 Çizelge 2.2.7.2.2. Merkezi kompozit dizayn matrisi……………………………… 96 Çizelge 3.1.1.1. PE yapılı CRM’de Cd, Cr, Hg ve Pb elementlerine ait geri kazanım değerleri (%)………………………………………….. 98 Çizelge 3.1.1.2. PE yapılı CRM’de Hg için hesaplanan regresyon istatistikleri... 99 Çizelge 3.1.1.3. PE yapılı CRM’de Cd için hesaplanan regresyon istatistikleri… 100 Çizelge 3.1.1.4. PE yapılı CRM’de Cr için hesaplanan regresyon istatistikleri… 101 Çizelge 3.1.1.5. PE yapılı CRM’de Pb için hesaplanan regresyon istatistikleri… 102 Çizelge 3.1.1.6. PE yapılı CRM’de her bir elemente ait kodlanmış ve gerçek optimum değerler…................................................................... 103 Çizelge 3.1.2.1. PVC yapılı CRM’de Cd ve Pb elementlerine ait geri kazanım değerleri (%)…………………………………………………… 104 Çizelge 3.1.2.2. PVC yapılı CRM’de Cd için hesaplanan regresyon istatistikleri…………………………………………………….. 105 xiv Çizelge 3.1.2.3. PVC yapılı CRM’de Pb için hesaplanan regresyon istatistikleri…………………….................................................. 106 Çizelge 3.1.2.4. PVC yapılı CRM’de her bir elemente ait kodlanmış ve gerçek optimum değerler…................................................................... 107 Çizelge 3.2.4.1. EDXRF kalibrasyon grafiklerine ait analitik parametreler……. 111 Çizelge 3.2.4.2. Metotlara ait gözlenebilme sınırları……………………………. 112 Çizelge 3.2.5.1. Sertifikalı referans malzeme için EDXRF ile elde edilen Cd, Cr, Hg, Pb sonuçları (n = 3)……………………………………. 113 Çizelge 3.2.6.1. Gerçek örneklerin analiz sonuçları (n=3)…………………….... 114 Çizelge 3.3.1. ICP-MS ile analiz edilen farklı renkteki PET şişelerin metal içerikleri……………………………………………………….. 115 Çizelge 3.3.2. ICP-MS ile analiz edilen farklı renkteki PET şişelerin asetik asit ekstraktına ait migrasyon verileri………………………….. 115 Çizelge 3.3.3. ICP-MS ile analiz edilen farklı renkteki PET şişelerin alkol ekstraktına ait migrasyon verileri……………………......…….. 115 Çizelge 3.3.4. ICP-MS ile analiz edilen farklı renkteki PET şişelerin su ekstraktına ait migrasyon verileri…………………………….. 116 Çizelge 3.3.5. ICP-OES ile analiz edilen farklı renkteki PET şişelerin zeytinyağı ekstraktına ait migrasyon verileri………………… 116 Çizelge 3.3.6. ICP-MS ve ICP-OES ile analiz edilen farklı ekstraktlardaki metallere ait gözlenebilme değerleri (LOD)………………...…. 116 Çizelge 3.4.1. Örneklerin FTIR spektrumlarının korelasyon katsayıları (n=36)…………………………………………………………... 117 Çizelge 3.6.1.1. Kalibrasyon grafiklerine ait analitik parametreler……………... 125 Çizelge 3.6.2.1. Ambalaj malzemesinin ultrasonik ekstraksiyon işleminde farklı çözücüler için elde edilen geri kazanım değerleri ( n=3)………. 126 Çizelge 3.6.2.2. Örneklere ait fitalat ester değerleri (n=3)……………………… 127 Çizelge 3.7.1.1. DMP, DEP, DBP, BBP, DEHP ve DnOP bileşenlerine ait geri kazanım değerleri (%)………………………………………….. 128 Çizelge 3.7.1.2. DMP için hesaplanan regresyon istatistikleri………………….. 129 Çizelge 3.7.1.3. DEP için hesaplanan regresyon istatistikleri…………………... 130 Çizelge 3.7.1.4. DBP için hesaplanan regresyon istatistikleri………………….. 131 xv Çizelge 3.7.1.5. BBP için hesaplanan regresyon istatistikleri………………….. 132 Çizelge 3.7.1.6. DEHP için hesaplanan regresyon istatistikleri………………… 133 Çizelge 3.7.1.7. DnOP için hesaplanan regresyon istatistikleri……………….. 134 Çizelge 3.7.1.8. Her bir fitalat esterine ait gerçek optimum değerler…………… 135 Çizelge 3.7.3.1. Önerilen metodun analitik performans değerleri………………. 138 Çizelge 3.7.4.1. Oyuncaklardan yapay tükürük çözeltisine gerçekleşen migrasyon değerleri (n=3)……………………………………... 138 xvi ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 1.1.2.1. Sektörler Bazında Dünya Plastik Kullanımı (%)…...……….. 5 Şekil 1.1.2.2. Türkiye Tüketiminin Plastiklere Göre Dağılımı (%)…...…… 6 Şekil 1.3.1. Gıda ambalajlarında migrasyon ve uygunluk değerlendirmeleri için genel bir strateji şeması……………... 26 Şekil 1.3.2. Gıda ile temasta bulunabilecek gıda ve benzerlerinin test çözeltileri…………………………………………………….. 28 Şekil 1.3.3. Gaz örneklerinde çevre kirleticilerinin kromatografik analizlerindeki örnek hazırlama işlemlerinin şematik 35 gösterimi………………………………………………........ Şekil 1.3.1.1. Fitalat esterlerinin genel molekül yapısı…………………… 37 Şekil 1.3.3.1. Membran esaslı katı faz ekstraksiyon aparatı………………. 45 Şekil 1.3.4.1. Oksijen içeren karbon yüzeyinde yüzey grupları ve elektron yoğunluğu dağılımı………………………………............... 48 Şekil 1.3.4.2. Fitalat esterlerinin aktif karbon yüzeyi ile etkileşimi......... 49 Şekil 1.4.1.1.1. Elektromanyetik spektrumda X-ışınlarının bölgesi………... 52 Şekil 1.4.1.3.1. X-ışını flüoresans olayı…………………………………….. 54 Şekil 1.4.1.3.2. Elektronik geçişlere ait şema………………………………. 55 Şekil 1.4.1.3.3. Bir X-ışını ile etkileşiminde, bakıra ait fotoelektrik etki kesitinin X-ışını fotonun enerjisine bağımlı olarak 56 değişimi……………………………………………………... Şekil 1.4.1.4.1. Elastik ve elastik olmayan saçılmanın şekilsel gösterimi…... 56 Şekil 1.4.1.6.1. Genel olarak XRF cihazına ait parçalar…………………….. 58 Şekil 1.4.1.6.2. X-ışını tüpü…………………………………………………. 58 Şekil 1.4.1.6.3. Enerji Dağılımlı X-ışını Flüoresans Spektrometrenin genel şeması……………………………………………………….. 59 Şekil 1.4.1.6.4. a) Doğrudan uyarmalı, b) İkincil hedefli uyarmalı XRF…… 60 Şekil 1.4.2.1.1. Gaz Kromatografinin Bileşenleri…………………………… 63 Şekil 1.4.2.2.1. Gaz kromatografi / kütle spektrometrenin şematik gösterimi…………………………………………………….. 67 xvii Şekil 1.4.2.3.1. Bir kütle spektrometrenin bileşenleri……………………...... 67 Şekil 1.4.2.3.2. Bir jet ayırıcının şeması…………………………………….. 68 Şekil 1.4.2.3.3. Kuadropol kütle spektrometre..…………………………….. 69 Şekil 1.4.3.1.1. Atomik Absorpsiyon Spektrometrinin temel bileşenleri…… 71 Şekil 1.4.3.1.2. Laminer akışlı bek…………………………………………... 73 Şekil 1.4.3.3.1. Döteryum (D2) zemin düzeltmesi (A,B: sadece AA olduğunda; C,D: zemin absorpsiyonu ile birlikte AA 76 olduğunda) …………………………………………………. Şekil 1.4.3.3.2. Zeeman zemin düzeltmesi………………………………….. 76 Şekil 2.2.5.1. Yatay yanma cihazı ve sonrası örnek toplama gösterimi…… 94 Şekil 3.2.1.1. Ksilende çözülmüş gerçek bir örnek (kırmızı) ve kalibrasyon standardına (mavi) ait Mo hedefindeki EDXRF spektrumları. 109 Şekil 3.2.1.2. Katı örnek (kırmızı) ve sıvı kalibrasyon standardına (mavi) ait Mo hedefindeki EDXRF spektrumları…………………… 109 Şekil 3.2.3.1. EDXRF için ksilen ile hazırlanan örneklerde tekrarlanabilirlik çalışması………………………………… 110 Şekil 3.2.4.1. EDXRF’e ait ilgili elementlerin kalibrasyon grafikleri…….. 111 Şekil 3.4.1. Siyah poliamid örneğine ait FTIR spektrumu………………. 118 Şekil 3.4.2. Beyaz polipropilen örneğine ait FTIR spektrumu…………... 118 Şekil 3.4.3. Siyah Poliüretan örneğine ait FTIR spektrumu……………... 119 Şekil 3.4.4. Siyah poliamid örneğine ait SEM görüntüleri……………… 120 Şekil 3.4.5. Siyah poliüretan örneğine ait SEM görüntüleri (x500)……... 120 Şekil 3.4.6. Siyah poliüretan örneğine ait SEM görüntüleri (x6000)……. 121 Şekil 3.5.1. Diklormetan ekstraktına ait toplam iyon kromatogramı……. 122 Şekil 3.5.2. Kloroform ekstraktına ait toplam iyon kromatogramı……… 122 Şekil 3.5.3. Heksan ekstraktına ait toplam iyon kromatogramı…………. 123 Şekil 3.6.1.1. Altı adet fitalat esterine ait kalibrasyon grafikleri………,….. 125 Şekil 3.6.2.1. Oyuncak örneğinden DEHP ekstraksiyonunda çözücü seçimi………………………………………………………... 127 Şekil 3.7.2.1. Aktif karbon çalışmasında çözücü seçimi…………………... 136 Şekil 3.7.3.1. Aktif karbon metoduna ait fitalat esterleri kalibrasyon xviii grafikleri……………………………………………………... 137 Şekil 3.7.5.1. Asidik ve bazik ortamda ester hidroliz reaksiyonları……….. 139 Şekil 3.7.5.2. Farklı pH’larda zamana bağımlı hidroliz çalışması…………. 140 1. GİRİŞ Plastikler bütün dünyada demir, tahta ve cam gibi malzemelerin yerine alternatif malzeme olarak kullanılmakta ve her gün yeni uygulamalara imkân sağlamaktadır. Gerek ekonomik, gerekse kolay uygulanabilir olması, plastiğin diğer maddelere göre tüketimini hızla artırmakta ve plastik tüketiminin fazlalığı, ülkelerin gelişmişliğinin bir göstergesi olarak değerlendirilmektedir (http://www.pagev.org.tr, 2006). Bu yönden bakıldığında Türk Plastik Sanayi’nin dünya plastik sektörü içindeki payı %1,6 düzeyindedir. Diğer taraftan Türkiye, plastik işleme kapasitesi ile Avrupa’da İspanya’dan sonra 6. sırada yer alırken, Avrupa’da sentetik elyaf üretiminde ikinci, pencere profilinde de üçüncü sıradadır. Türkiye'de plastik tüketimini yönlendiren başlıca sektörler, dünyada da olduğu gibi ambalaj ve inşaat malzemeleri sektörleridir. En yaygın olarak kullanılan ticari plastik malzemelerin başında; polietilen (PE), polietilen teraftalat (PET), polipropilen (PP), polistiren (PS) ve polivinil klorür (PVC) gelmektedir. Bu ürünlerin üretimi sırasında plastiğe istenilen özelliği vermek amacıyla birçok katkı maddesi kullanılmaktadır. Metal ve ametaller plastik ürünlere yardımcı kimyasallar aracılığıyla katılabilmektedir. Bunlara verilebilecek örneklerin başında, plastiğin üretiminde kullanılan katalizörler, yanmazlık sağlayan kimyasallar, antimikrobiyal özellik verenler, yumuşatıcılar (plasticier), Pb ve Cd içeren ısı stabilizerleri ve boyalar gelmektedir. Plastik malzemelerde bulunan metal değerlerine uluslar arası düzeyde bazı sınırlamalar getirilmiştir. Bunlar, Avrupa Birliği’nce yayınlanan; Restriction of Hazardous Substances (ROHS), Waste Electrical and Electronical Equipments (WEEE) ve Directive on Energy Using Products (EuP) direktifleridir. Ambalaj kaynaklı plastiklerden organik bileşenlerin gıda örneklerine ve iç ortam havasına geçmesiyle ilgili migrasyon (göç) çalışmaları, yükselen plastik ambalaj ve malzeme üretimi ile artmaktadır. Bu çalışmaların özünde, plastiği oluşturan monomer ve oligomerler gibi yapıtaşlarının dışında, plastiğin işlenmesi ve değişik özellikler kazandırılması amacıyla eklenen katkı maddelerinin plastikten ayrılması ve bulunduğu 2 ortama göre değişik kimyasal formlara dönüşümü önemlidir. Bazı migrasyon ürünlerinin toksisitesi ve düzeyleri halk sağlığı açısından oldukça zararlı olabilir. Tez çalışması kapsamında bölgemizin aktif olarak çalıştığı elektronik, ambalaj, oyuncak, otomotiv sektörlerinde kullanılan plastik malzemelerin kalitelerini belirleyecek, ürünler üzerinde geri dönüşümün rolünü belirleyerek, sektöre ihtiyaç duyduğu hizmeti verebilecek ve dolayısıyla üniversite sanayi işbirliğini sürdürebilir kılacak bazı analitik problemlerin belirlenip, bunların analizinde duyarlı, kesin, hızlı ve doğruluğu yüksek metotların geliştirilmesi hedeflenmiştir. Plastiklerde başlıca karşılaşılan sorunlar: 1. Plastiklerde yasaklı metaller: a) Atomik Absorpsiyon Spektrometre (AAS) ile analizde yaş yakma basamağının optimizasyonu b) Enerji Dağılımlı X-Işını Flüoresans Spektrometre (EDXRF) ile yeni ve hızlı bir kalibrasyon ve örnek hazırlama basamağının geliştirilmesi 2. Plastiklerdeki metallerin gıda ve benzerlerine migrasyonu: İndüktif Eşleşmiş Plazma (ICP) teknikleriyle gıda ve benzerlerinin analizleri 3. Güneş ışığına karşı plastiklerin yüzey değişimleri: İnfrared (IR) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yüzey fonksiyonlarının izlenmesi 4. Plastik esaslı kompozit tekstil malzemelerinin yanması sırasında meydana gelen gazlar: Çözücü tuzak tekniği sonrası gaz kromatograf-kütle spektrometre (GC-MS) ile gaz türlerinin kalitatif izlenmesi 5. Organik katkı malzemelerinden fitalat esterlerinin ve oyuncaklardan tükürüğe geçişlerinin analizi: Ultrasonik ekstraksiyon ile malzemedeki miktarlarının tayini ve tükürüğe migrasyon çalışmasında örnek hazırlama basamağında aktif karbon ile ayırma ve zenginleştirme basamağının geliştirilmesi tez kapsamında araştırılacak konular arasındadır. 3 1. KAYNAK ÖZETLERİ 1.1. Plastik Nedir? Plastik bir tür polimerdir, küçük yapıtaşları olan monomerlerin değişik reaksiyonlar sonucu bir araya getirdiği büyük zincirli yapılardır. Monomerlerin isimlerine göre değişik adlar alırlar. Tek bir tür monomerden oluşabileceği gibi birkaç monomerden oluşan polimerlerde vardır. Plastik, istenilen biçimi alabilen anlamına gelen Yunanca "plastikos" sözcüğünden gelir (http://en.wikipedia.org/wiki/Plastic, 2010). Plastiklerin başlıca özelliği, kolayca biçim değiştirmeleri ve kalıplama ya da haddeleme gibi işlemlerle çeşitli biçimlere sokulabilmeleridir. Plastikler, araba parçalarından oyuncak bebek yapımına, içecek kaplarından buzdolabı aparatlarına kadar günlük yaşamımızda çok fazla kullanım alanı bulunan materyaller arasında yer almaktadır. Bunun yanı sıra plastiklerin cam, metal, kauçuk, ağaç, inorganik maddeler gibi diğer malzemelerle de birlikte kullanılmaları, gelişen teknolojiye paralel olarak hızla artmaktadır. 1.1.1. Yaygın Olarak Kullanılan Plastikler Yaygın olarak kullanılan plastik çeşitleri ve geri dönüşümlü plastik kodlarını anlatmada kullanılan semboller, Çizelge 1.1.1.1.’de özetlenmiştir. Polietilen (PE) ucuz olması sebebiyle geniş bir kullanım alanına sahiptir. Polipropilen (PP); yiyecek kapları ve araçları, polistiren (PS); paketleme köpükleri, yiyecek kapları, tek kullanımlık bardak, tabak ve kaşık, bıçakları, polietilen terafitalat (PET); meşrubat kapları, poliamid (PA) (naylon); fiber, diş fırçası, balıkçı misinaları, poliester (PES); fiber, dokumada, polivinil klorür; su boruları, döşeme, duş perdeleri, polikarbonat (PC); CD, gözlük camı, akrilonitril bütadien stiren (ABS); elektronik eşyaların kasaları (bilgisayar, monitör, yazıcı, klavye), poliviniliden klorür (PVDC) (saran); yiyecek kaplamaları, politetrafloroetilen (PTFE)(teflon); ısıya dayanıklı, yalıtım bantları, kızartma tavaları ve su kaydırakları, poliüretan (PU); yalıtım köpükleri, 4 döşeme köpükleri, bakalit; elektrik sistemlerinde yalıtım, poliaktik asit; biyolojik olarak parçalanabilen termoplastik yapımında ve zirai amaçla kullanılmaktadır. Çizelge 1.1.1.1. Yaygın kullanılan plastik çeşitleri ve geri dönüşüm sembol ve kodları. Polietilen terafitalat Yüksek Yoğunluklu Polivinil Klorür Alçak Yoğunluklu (PET, PETE) Polietilen (HDPE) (PVC) Polietilen (LDPE) Polipropilen (PP) Polistiren (PS) Diğerleri Kaynak: http://tr.wikipedia.org/wiki/Geri_donusum, 2010 1.1.2. Bölgesel Bazda Dünya Plastik Malzeme Tüketimi ve Türkiye 1990 yılında 86 milyon ton olan dünya plastik malzeme tüketimi, 2003 yılında 176 milyon tona çıkmıştır. Tüketimin 2010 yılında 250 milyon tona çıkması beklenmektedir. Çizelge 1.1.2.1 bölgesel bazda değerlendirildiğinde, dünya plastik malzeme tüketiminde Japonya dışındaki Güney Asya, Kuzey Amerika ve Batı Avrupa ülkelerinin en büyük paya sahip oldukları gözlenmektedir. Çizelge 1.1.2.1. Dünyada plastik malzeme tüketiminin ülkelere göre dağılımı. 1990 2003 2010 Milyon Ton 86 176 250 Tüketimin %Dağılımı Afrika - Orta Doğu 4,0 6,0 5,5 Orta Avrupa 6,0 3,5 4,0 Latin Amerika 4,0 5,5 5,5 Japonya 12,0 6,0 5,5 Güney Asya ( Japonya Hariç ) 16,5 32,0 36,0 K.Amerika 29,0 25,0 24,0 Batı Avrupa 28,5 22,0 19,5 Kaynak: http://www.pagev.org.tr, 2006 5 Dünya plastik hammaddelerinin cinslerine göre tüketimi aşağıdaki Çizelge 1.1.2.2.’de verilmekte olup, tüketim artış hızı en yüksek mamuller PET ve PC dir. Çizelge 1.1.2.2. Dünya plastik hammadde tüketimi. Milyon Ton Yıllık Artış 2003 2010 (%) LDPE 31,7 43,5 4,6 HDPE 25,7 37,5 5,5 PP 35,4 53,4 6,0 PVC 28,6 38,0 4,2 PS+EPS 14,6 19,8 4,4 ABS/ASA/SAN 6,2 9,3 6,0 PA 2,2 3,4 6,5 PC 2,2 3,8 8,0 PET 9,1 17,5 10,0 PU 10,0 14,5 5,5 Kaynak: http://www.pagev.org.tr, 2006. Şekil 1.1.2.1.’de özetlendiği gibi, dünya plastik tüketimini yönlendiren sektörlerin başında ambalaj sanayi %29 ile birinci sırada olup, bunu %24 ile inşaat sanayi izlemektedir. Şekil 1.1.2.1. Sektörler Bazında Dünya Plastik Kullanımı (%) Türk plastik sanayi’nin dünya plastik sektörü içindeki payı %1,6 düzeyindedir. Diğer taraftan Türkiye, plastik işleme kapasitesi ile Avrupa’da İspanya’dan sonra 6. sırada yer alırken, Avrupa’da sentetik elyaf üretiminde ikinci, pencere profilinde de 6 üçüncü sıradadır. Şekil 1.1.2.2.’de Türkiye'de plastik tüketimini yönlendiren başlıca sektörler gösterilmiştir, dünyada da olduğu gibi ambalaj ve inşaat malzemeleri sektörleri ön sırada yer almaktadır (http://www.pagev.org.tr, 2006). Şekil 1.1.2.2. Türkiye Tüketiminin Plastiklere Göre Dağılımı (%) Plastik Sanayisi’nin temel girdilerini; termoplastikler, termoset plastikler ve katkı maddeleri oluşturmaktadır. 1.1.3. Plastik Üretiminde Kullanılan Katkı Maddeleri Plastik üretiminde, istenen ihtiyacı karşılamak, kalite ve kullanım kolaylılığını arttırmak amacıyla değişik katkı maddeleri kullanılmaktadır. Bu maddeler sayesinde plastiğe istenilen özellikler kazandırılabilmektedir. Plastik üretiminde genel olarak kullanılan katkı maddeleri ve yardımcı kimyasallar; a) Antiblok ve kaydırmayı sağlayan ajanlar b) Antioksidanlar c) Antistatik ajanlar d) Esnekleştirme ajanları e) Hava kabarcığı sağlayan veya köpükleştiren ajanlar f) Dolgu maddeleri g) Alev geciktiriciler ve duman tutucular h) Isı stabilizerleri i) Yağlayıcılar ve proses yardımcıları j) Plastizerler k) Ultraviyole ve Görünür Bölge ışık stabilizerleridir. 7 Antiblok ajanlar; gıda ambalajı olarak film yapılı plastiklerin üretiminde, yüzeylerin birbirine yapışmasını engel olmak için kullanılan katkı maddeleridir. Genellikle inorganik yapılar antiblok ajanı olarak kullanılmaktadır. Amorf silika, diatome toprağı, nephelin syenin, kil, CaCO3, talk pudra örnek olarak verilebilir. Yüzeyler arasına kaygan özellik vererek, sürtünmeyi engelleyen katkı maddeleri ise uzun zincirli (22 karbon) amid vaksları, erukamid, oleamid, stearamid, etilen bis- stearamidtir. Plastik malzemeler ısı ve ışık almadan uzun süre stabil olmasına rağmen, ısı ve ışık altında oksidasyona uğrayarak yapılarında bozulmalara neden olabilirler. Plastiklerin oksidasyonuna engellemek amacıyla; 2-6 di-ter-butil 4-metilfenol veya butillenmiş hidroksi toluen (BHT), steraril 3,5 di-ter-butil-4-hidroksi sinamat, 2,2’ metilen-bis (4-metil 6-ter-butil fenol), 2,3’ metilen-bis (6-ter-butil 4-metil fenol), alfa- tokoferol (aktif formu vitamin E), Irganox 1010 ve Irganox 1076 gibi yapılar kullanılmaktadır. Plastik malzeme yüzeyinde oluşabilecek elektrik yükü, plastiğin yüzeyinde parçalanma, yırtılma gibi olaylara, paketleme makinelerinde bazı güçlüklere, yangın ve patlama riskinin artmasına neden olabilmektedir. Bu nedenle yapıya uygun antistatik ajanlar kullanılmaktadır. Antistatik ajan olarak; gliseril monostearatlar, etoksi aminler, etoksi alkil sülfonatlar, dietanolamidler kullanılır. Plastik malzemenin fiyatının düşürülmesinde etkin olarak kullanılan dolgu maddeleri ve fiziksel özellikleri, Çizelge 1.1.3.1.’de özetlenmektedir. Bunların bazıları hem dolgu maddesi olarak kullanılırken, malzemeye farklı özellikler de katabilmektedir. Örneğin; Sb2O3 ve Al2O3’in alev geciktirici özelliği, karbon siyahının polimerin iletkenliğini arttırma ve UV stabilizer özellikleri bulunmaktadır. Ticari olarak kullanılan birçok plastik türünün kolay tutuşabilme ve yanma sırasında yoğun bir duman yayma özelliği bulunmaktadır. Bu duman birçok yangında dolaylı olarak ölümle sonuçlanan vakalara yol açmaktadır. Bu sebeple plastik ürünlerde 8 tutuşma sıcaklığını yükseltmek, yanma hızını ve ısı yayılım hızını yavaşlatmak, duman oluşumuna engel olabilmek amacıyla birçok alev geciktirici kimyasal kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları; metal hidroksitleri (özellikle Al ve Mg), boratlar, brom ve klorlu organik bileşikler, demir, azot, fosfor, silikon ve kalay içeren bileşiklerdir. Elektrik ve elektronik eşyalarda geniş kullanım alanı bulan polibromlu bifenil eterlerin (PBDE) kullanımları, Avrupa Birliği direktifleri ile sınırlandırılmıştır (EPCEU 2003a, EPCEU 2003b). Çizelge 1.1.3.1. Plastiklerde kullanılan dolgu maddelerinin fiziksel özellikleri. Dolgu Maddesi Tipi Yoğunluğu Kırılma Termal (g/cm3) indeksi iletkenliği Al2O3 Alev geciktirici 2,42 1,57–1,59 0,08 BaSO4 Barytes 4,47 1,64 2,6 CaCO3 Kireç taşı 2,71 1,6 1,1 CaMgCO3 Dolomit 2,9 1,5–1,68 2,7 CaSO4 Gipsum 2,32 1,52–1,53 2,1 Feldspar Nefelin syenit 2,6 1,53 2,5 Cam Katı E-cam boncuk 2,5 1,55 0,7 Kaolin Kalsinlenmiş 2,5–2,7 1,57–1,62 2,1 MgCO3 Magnesit 3,0–3,2 1,51–1,7 2,2 Mika Muskovit 2,7–3,1 1,55–1,57 0,3–0,8 Mika Pilogopit 2,7–3,1 1,55–1,60 0,4 Silika Quartz 2,64 1,54 1,3 Silika Diatome 2,10 1,42–1,48 0,07 Silika Dumanlı 2,2 1,46 0,015 Talk Montana 2,7–2,8 1,57 2,1 Wollastonit - 2,9 1,63 2,5 Isı stabilizerleri genel olarak PVC türü plastiklerde kullanım alanı bulmaktadır. PVC ısıya maruz kaldığında ortama parçalanma ürünü olarak HCl gazı verir ve ürünün sarması ve koyulaşmasına sebep olur. Sağlık açısından zararlı olan bu yapının oluşumuna engel olmak amacıyla çeşitli metal içeren ısı stabilizerleri kullanılır. Bunların başında; kurşun (Pb) içeren, kurşun karbonat, kurşun fitalat, kurşun sterat, 9 kurşun sülfat, kurşun fosfat, kurşun içeren karboksilatlar yer almaktadır. Ayrıca, karışık metal stabilizerleri (Ba-Zn, Ca-Zn, Ca-Ba-Zn) ve organo-kalay bileşikleri de kullanım alanı bulmaktadır. Plastizer olarak kullanılan bazı yağların da ısı stabilizeri olarak gıda ambalajlarında kullanımı söz konusu olmaktadır. Plastizerler; plastik ürünlere yumuşaklık ve kolay şekil verme özelliklerini verirler. Butil streat, asetiltributil stearat, alkil sebakatlar, fitalatlar, adipatlar, epoksileşmiş soya tohumu yağı (ESBO), keten tohumu yağı genel olarak kullanılan plastizerlerdir. Özellikle PVC ürünlerin fazla sert olması nedeniyle, bu ürünlerde plastizerlerin kullanımı geniş yer bulmaktadır. Plastizer olarak kullanılan fitalatlar; di-2-etilheksil fitalat (DEPH), di-isononil fitalat (DINP) ve di-isodesil fitalat (DIDP), dibutil fitalat (DBP), di-isoheptil fitalat (DIHP) olarak verilebilir. PVC’de kullanılan plastizerlerin başında da di-(etilheksil) adipat (DEHA) gelmektedir. DEHA içeren PVC yapılı gıda ambalajlarının direkt olarak yağlı gıdalarla temasında DEHA geçişi söz konusu olmaktadır. Bazı plastik ürünler üretimi ve raf ömürleri süresince güneş ve flouresans lambada bulunan UV ışınıma maruz kalmakta ve yapılarında bazı bozunmalar meydana gelmektedir. Buna engel olmak amacıyla ışık stabilizerleri kullanılır. Bunlar çok farklı yapılarda olabilmektedir. Karbon siyahı ve titan dioksit gibi bazı dolgu maddelerinin UV ışını absorplama özellikleri sayesinde ışık stabilizeri olarak da kullanımı söz konusudur. Ayrıca renk verici pigment olarak kullanılan kurşun oksit, krom oksit, demir oksit, kadmiyum sülfür gibi inorganik yapıların da UV ışığı absorplama özelliğinden yararlanılır. En yaygın olarak kullanılan organik yapılı ışık stabilizeri; 2- hidroksibenzofenon, 2-hidroksibenzotriazol ve türevleridir. Bunlara ek olarak son dönemlerde kullanılmaya başlayan engellenmiş amin stabilizerler (HALS) de vardır (Pritchard 2005, Arvanitoyannis ve Bosnea 2004). 10 1.2. Plastikler ve Metal İçeriği 1.2.1. Plastiklerdeki Metal Düzeyleri ile İlgili Sınırlamalar Metal ve ametaller plastik ürünlere yukarıda değinilen katkı maddeleri aracılığıyla katılabilmektedirler. Bunlara verilebilecek örneklerin başında; plastiğin üretiminde kullanılan katalizörler, yanmazlık sağlayan kimyasallar, antimikrobiyal özellik verenler, yumuşatıcılar (plastizerler), Pb ve Cd içeren ısı stabilizerleri ve boyalar yer alır. Örneğin; PVC üretiminde, kadmiyum ve kurşun, renk verici olarak kullanılabilmektedir. Polistiren (PS) ve Akrilonitril/Bütadien/ Stiren (ABS)’de PBDE alev geciktirici olarak, kırmızı/oranj/sarı plastiklerde kadmiyum, kurşun ve krom (VI), kurşun kromat renklendirici olarak kullanılabilmektedir (Baylakoğlu 2006). Plastik malzemelerde bulunan metal değerlerine uluslar arası düzeyde bazı sınırlamalar getirilmiştir. Bunlar Avrupa Birliği’nce yayınlanan; • Restriction of Hazardous Substances (RoHS), Waste Electrical and Electronical Equipments (WEEE) ve Directive on Energy Using Products (EuP) direktifleridir. • Çin’de : “Management Methods on the Prevention and Control of Pollution Caused by Electronic information Products (Chinese RoHS)” ve Amerika Birleşik Devletleri’nde US (California): Electronic Waste Recycling Act (S.B. 20), Electronic Waste, Advanced Disposal Fees (S.B. 50) verilebilir. Avrupa birliği RoHS direktifine göre, 1 Temmuz 2006 tarihinden itibaren satışa sunulan elektrikli ve elektronik cihazlar kurşun, civa, krom(VI), kadmiyum, polibromlu bifeniller (PBB), polibromlu difenil eterler (PBDE) gibi bileşenleri içermemek zorundadır. Bu yasaklı maddelerin üründe bulunma oranı, Pb, Cr (VI), Hg, PBDE ve PDE için %0,1 ve Cd için ise %0,01’dir (EPCEU, 2003a). RoHS direktifinin kapsamında yer alan ürünler; küçük ve büyük ev aletleri, IT / iletişim cihazları, tüketici ekipmanları, aydınlatma cihazları, elektrikli ve elektronik el 11 aletleri, oyuncaklar, hobi ve spor aletleri, tıbbi cihazlar, denetim ve kontrol cihazları, otomatik dipsenserlerdir. Bu iki direktifin gerekleri yerine getirilmediği takdirde üreticilere para cezası, hapis cezası, ürününü o ülkeye sokmama cezası gibi çeşitli yaptırımlar uygulanır. RoHS’a uygunluk değerlendirmeleri sırasında kullanılan bazı standart test metotları Çizelge 1.2.1.1’de görülmektedir. Çizelge 1.2.1.1. Bazı standart test metotları. Ülke Standart Başlık GB 98/710674 DC Packaging. Determination of presence of any of four specified heavy metals NL NEN-ISO 6101- Rubber- Determination metal content by AAS 2:1997 DK DS/EN 1122 Plastics- Determination of Cd GB BS 6534 Quantitative determination of lead in tin coatings CH IEC62321.Ed.1, Procedures for the determination of levels of six regulated 111/24/CD substances (Lead, Mercury, Cadmium, Hexavalent Chromium, Polybrominated Biphenyls, Polybrominated Diphenyl Ethers) in electrotechnical products. Ulusal olarak plastik ürünlerdeki metal düzeyleri ile ilgili de bazı sınırlamalar bulunmaktadır. Özellikle plastik ambalajlarda kullanılan metal içeriğine çeşitli yönetmeliklerle sınırlamalar getirilmiştir. Bunlardan ilki Çevre ve Orman Bakanlığı tarafından 24 Haziran 2007 tarihli resmi gazetede yayımlanan Ambalaj Atıklarının Kontrolü Yönetmeliğidir. Bu yönetmeliğin 15.maddesi; ambalaj hammaddesi üreticileri, yardımcı madde üreticileri ile cam dışındaki ambalaj üreticileri, ürettikleri ve/veya ithal ettikleri ambalajlarda veya ambalaj türevlerinde bulunabilecek kurşun, civa, kadmiyum, artı altı değerlikli krom konsantrasyonlarının toplamı, bu Yönetmeliğin yayımını takip eden iki yıl içinde ağırlık olarak 250 ppm, üç yıl içinde de 100 ppm’i aşmayacak şekilde gerekli tedbirleri alması gerekliliğini belirtmektedir (Ambalaj Atıklarının Kontrolü Yönetmeliği 2007). 12 Buna ek olarak Türk Gıda Kodeksi Yönetmeliği gereğince plastik ambalajlarda kullanılan boyaların içeriğindeki metal düzeyleri kütlece; kurşun %0,01 g, Arsenik %0,005 g, Krom %0,025 g, Antimon %0,025 g, Civa %0,005 g (N/10'luk HCl'de), Kadmiyum %0,01 g, Çinko %0,2 g, Selenyum %0,01 g, Baryum %0,01 g, aromatik amin kalıntıları % 0,05 g'ı aşmamalıdır. Karbon karasında benzen ekstraktı en çok %0,1 olmalıdır. Ayrıca Türk Gıda Kodeksi ek 23 ‘te Alçak ve Yüksek Dansite Polietilen ile İlgili Teknik Özellikler açıklanmıştır. Bu bölümde yer alan sınırlamalar da ise; işletme kalıntılarından Ca, Al, Si, Ti, Cr, V un oksitlerinin toplamının en çok %0,1, alçak basınç tekniğiyle üretilen polietilende ise Ti, Mg, Fe, Al, Si, Cr ve Cl en çok %0,2 oranında bulunması gerektiği vurgulanmıştır (Türk Gıda Kodeksi 1997). 1.2.2. Plastiklerde Metal Analizleri ve Örnek Hazırlama Teknikleri Metal analizinde genel olarak kullanılan ölçüm teknikleri; • Ultraviyole/Görünür Bölge Spektrometri (UV/VIS), • Alevli veya Grafit Fırınlı Atomik Absorpsiyon Spektrometri (AAAS ve GFAAS), • İndüktif Eşleşmiş Plazma Optik Emisyon Spektrometri (ICP-OES), • İndüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometri (ICP-MS), • X-Işını Flüoresans Spektrometri (XRF) ‘dir. AAAS, GFAAS, ICP-OES, ICP-MS tekniklerinde genel olarak; örneğin çözünürleştirildikten sonra ölçüm cihazına sıvı formda verilmesi gerekmektedir. Bu amaçla açık sistem veya kapalı sistem yaş yakma teknikleri uygulanabilir. Açık sistem yaş yakma işleminde örnek bir beher içerisinde inorganik asitler (HCI, HNO3, H2SO4, HCIO4, HF, vb.) ve H2O2 gibi yükseltgeyici madde karışımları ile yüksek sıcaklıklara (100-300 ºC) kadar ısıtılarak organik yapının bozunması sağlanır. Kapalı sistem yaş yakma işleminde ise, genellikle teflon kaplara konulan örnek ve asit karışımı, mikrodalgalar kullanılarak parçalanır. Mikrodalga parçalama 2450 MHz’lik elektromanyetik radyasyon kullanarak örnek çözünürleştirmede kullanılan bir tekniktir. Mikrodalgalar polar moleküller ile etkileşimde bulunurlar ve moleküler dipol 13 momentlerine göre elektromanyetik alanda bu moleküllerin düzenlenmesine neden olurlar. Sabit alan, moleküllerin dönmesine ve moleküler arası çarpışma sayesinde ısının oluşmasına neden olur. Sonuç olarak, mikrodalga parçalamanın hızı, mikrodalgalar ile parçalamada kullanılan asitlerin birlikte gösterdiği etkiye göre değişim gösterir. Ayrıca seramik krozelerde metal alkali hidroksit, karbonat veya boratlarıyla (genellikle Li3BO4) karıştırılan örneğe yüksek sıcaklıklarda (800-1000 ºC) kuru yakma işlemi ve ardından kalıntının HNO3 ile çözelti formuna dönüşümü de yapılabilir (Sneddon ve ark. 2006). XRF yöntemi malzemelerin element içeriğini tayin etmek amacıyla, tahribatsız analiz metodu özelliğinden dolayı yaygın olarak kullanılan yöntemler arasındadır. Bu teknikte X ışını; analiz edilecek küçük bir alana odaklanabilmekte, yaklaşık 100 μm derinliğe kadar etki edebilmektedir. Bununla birlikte diğer analiz yöntemlerinde saatlerce süren analiz işlemleri yerine, bir kaç dakikalık analiz süresi yeterli olmaktadır. XRF yöntemi ile içerisinde berilyumdan uranyuma kadar olan elementleri bulunduran malzemelerin analizleri yapılmaktadır. Ancak titanyumdan daha hafif elementlerde duyarlılık düşüş gösterir. Parçalamasız bir teknik oluğu için matriks etkisi önemli ölçüde sonuçları etkiler. Söz konusu olumsuzluk, son yıllarda bilgisayar kontrollü XRF cihazlarının yazılım desteği ile cihazın kalibrasyonu test edilecek malzemeye göre özelleştirilmekte ve cihazın hatası minimize edilmektedir. Dezavantajlarından bir diğeri de X-ışınlarının örneğe nüfuz etme derinliğinin 0,01-0,1 mm arasında sınırlı kalmasıdır. Bu da ancak homojen örneklerle çalışma zorunluluğunu getirmektedir. Ayrıca tayin sınırları (mg/kg) optik atomik spektroskopik tekniklere göre oldukça yüksektir. Literatürde bulunan bir çalışmada, plastiklerde bulunan 3d geçiş metallerinin değişik XRF teknikleri ile tayinleri ve kalibrasyon standartları hazırlama teknikleri karşılaştırılmıştır. XRF tekniklerinden enerji dağılımı XRF (EDXRF) (polarize ve non- polarize) ve dalga boyu dağılımlı XRF (WDXRF) ile çalışılmıştır. Standart kalibrasyon hazırlamada katı standart hazırlamaya ilişkin homojenizasyon problemlerine dikkat çekilip, yağda çözünen standartlarla (Cr, Mn, Co, Ni, Cu) parafinin karıştırıldığı 14 kalibrasyon standartları hazırlanmıştır. Matriks olarak PE Lupolen 6060D BASF seçilmiştir. Kalibrasyon örneklerinin hazırlanmasında üç farklı yol izlenmiş. İlk olarak; elementlerin oksit formları HDPE ile iyice karıştırılarak extrude edilmiş ve peletler halinde kesilerek silindir diskler (çap: 30 mm) elde edilecek şekilde kalıplanmıştır. Ancak bu metot ile yapılan ölçümlerde, homojenizasyonun tam olarak sağlanamadığı ortaya çıkmıştır. Diğer bir metotta ise PE tozu, asetil ve asetonat formundaki organometalik standart karışımı ile ksilen içinde bir süspansiyon hazırlanmıştır. PE tozu ve ksilen çözeltisi iki saat karıştırılmış ve solvent evaparatörde uçurulmuştur. Toz havan tipi öğütücüde ezilen karışım sıcak presleme yöntemi (160 ºC sıcaklık ve 2,8.103 N/cm3 basınç) ile silindir diskler haline getirilmiştir. Bu metotların dışında sıvı kalibrasyon örneklerinin hazırlanması da gerçekleştirilmiştir. Bunun için yağda çözünmüş organometalik bileşenler kullanılmış ve parafin yağı ile seyreltilmiştir. Seyreltilen standartlar “spectrocups” adı verilen hücrelere alınarak okuma yapılmıştır (Metz ve ark.1994). Simmross ve ark. ise katı polietilen örneklerindeki Cd tayininde örnekleri ısı ve basınç altında ince filmler olarak düz kuvars cam üzerinde hazırlamış ve TXRF ile ölçümleri gerçekleştirmiştir. Metot kalibrasyonunda VDA 001-004 Cd standart referans maddelerini kullanmıştır (Simmross ve ark.1997). Geri dönüşümde kullanılacak materyalin ağır metal içeriğinin belirlenmesi önemli bir parametredir. Elektrikli eşyalarda kullanılan ve geri dönüşümlü plastiklerdeki metal miktarları analizini ele alan bir çalışmada, farklı örnek hazırlama ve farklı ölçüm teknikleri karşılaştırılmıştır. Örnek hazırlamada, açık sistem yaş yakma ve mikrodalga ile örnekleme üzerine Pb, Cd, Sb değerleri verilmiş ve bu örneklerin analizi EDXRF, AAS, GFAAS ve ICP-OES cihazları ile analiz edilmiştir. Örnekler sıvı azotla soğutulduktan sonra; partikül büyüklüğü ≤1000 µm olacak şekilde öğütülmüştür. Yaş yakma için 0,5 g örnek kjeldahl balonuna alınıp, 10 mL der. H2SO4 eklenmiştir. Bunsen bekinde siyah bir sıvı elde edilinceye kadar ısıtılmış, soğutulup H2O2 damla damla eklenip, tekrar ısıtılmıştır. Bu işlem renksiz bir sıvı elde edilinceye kadar sürdürülmüştür. Soğutulan örneğe 15 mL der. HCl eklenerek Sb stabilize edilmiş ve çözelti 100 mL’ye tamamlanmıştır. Mikro dalga ile örnek hazırlamada ise 0,15 g örnek, 15 5 mL der. HNO3, 1,5 mL HBF4, 1,5 mL H2O2 ve 1 mL saf su eklenerek mikrodalga fırında yakılmıştır. Soğutma sonrası örnekler 25 mL’ye tamamlanmıştır. EDXRF için örnek hazırlama işlemi için 0,5 g aktif karbon 7,5 mL 5 M NaOH ile karıştırılmış ve bu karışıma 10 mL mikrodalga ile parçalanmış örnekten ilave edilmiştir. İki saat oda sıcaklığında karıştırılıp, kalıntı ayrılmış ve 80ºC’de 8 saat kurutulmuştur. Buradan alınan 0,4 g aktif karbon toz kaplarına doldurularak direkt EDXRF ile ölçüm gerçekleştirilmiştir (Ernst ve ark. 2000). Elektronik cihaz atıklarında bulunan termoplastiklerin tekrar dönüşümünde metal kalıntı analizi için geliştirilen yeni bir çalışmada ise; örnekler değişik organik çözücülerle çözülerek uygun forma getirilip, TXRF ile element analizi (Ti, Zn, Br, Cd, Sn, Sb, Pb) gerçekleştirilmiştir. Metodun validasyonu ise Enstrümental Nötron Aktivasyon Analizi (INAA) kullanılarak yapılmıştır. Plastik örnekler, bir dakika kadar sıvı azot ile muamele edilip, soğuk parçalar öğütücüde partikül büyüklüğü 1 mm olacak şekilde parçalanmış, 60ºC’deki etüvde iki saat kurutulmuştur. Hazırlanan örnekten 3 mg alınıp, örnek türüne göre değişik solventlerde ultrasonik banyoda, kapalı viallerde çözülmüştür. Kullanılan polimerler ve uygun çözücüler Çizelge 1.2.2.1’de verilmiştir. Çizelge 1.2.2.1. Polimer türleri ve onlar için kullanılan çözücüler. Polimer Çözücü Stiren-bütadien (SB) Toluen veya kloroform Polifenilen oksit (PPO) Toluen Akrilonitril bütadien stiren (ABS) Asetik asit etil esteri veya Diklormetan Polistiren-polietilen (PS-PE) Toluen Akrilonitril bütadien stiren / poliamid Diklormetan Polivinil klorür (PVC) Tetrahidrofuran Kaynak: FINK, H., U. PANNE, M. THEISEN, R. NIESSNER, T. PROBST, X. LIN. 2000. Determination of metal additives and bromine in recycled thermoplasts from electronic waste by TXRF analysis. Fresenius J. Anal. Chem., 368: 235–239. Sonra 100 mg internal standart (yağda çözünmüş Co) eklenmiş ve kısa süreli ultrasonik karıştırma yapılmış. Bu çözeltiden alınan 10 µL alınıp, quartz taşıyıcı kaplara (Ө30mm, h3mm) konulmuş. Çözücü 180 ºC sıcak yüzey üzerinde uçurulmuş ve TXRF ile analiz edilmiştir (Fink ve ark. 2000). 16 Diğer bir çalışmada, plastik kaplamalarda kullanılan polietilen için sertifikalı referans madde (CRM) yapımı, hazırlanması, homojenizasyonu, kararlılığı üzerine çalışılmış ve on yedi farklı laboratuara gönderilen iki ayrı içerikteki örneğe ait elde edilen sonuçlar ve kullanılan metotlar dâhilinde yorumlar yapılmıştır. BCR 680 ve BCR 681 olarak adlandırılan iki CRM’de As, Br, Cd, CI, Cr, Hg, Pb ve S tayini gerçekleştirilmiştir. Matriks olarak yüksek yoğunluklu polietilen olan Lupolen tipi polimer seçilmiş ve bu yapıya değişik formdaki metaller oksitleri, tuzları veya pigmentleri formunda yerleştirilmiştir. Çalışmada kullanılan katkı maddeleri ve formları Çizelge 1.2.2.2.’de özetlenmiştir. Çizelge 1.2.2.2. BCR 680 ve BCR 681 için kullanılan katkı maddeleri Element Hedeflenen Eklenen bileşenler Konsantrasyon BCR-680 BCR-681 Kimyasal Adı C.I.Pigment Adı (mg/kg) (mg/kg) Cd 140 25 (Ca, Zn)S, (Cd/Hg)S Yellow 37 Cr 120 20 BaCrO4, PbCrO4/PbSO4 Yellow 31, yellow 34 Pb 110 15 PbCrO4/PbSO4 Yellow 34 Hg 25 5 (Cd/Hg)S – As 30 4 As2O3 – S 650 70 BaSO4, PbCrO4/PbSO4, White 21, yellow 34 (Cd/Hg)S Cl 800 90 Phthalocyanine green Green 7 Br 780 100 Phthalocyanine green Green 36 Kaynak: LAMBERTY, A., W.VAN BORM, P.QUEVAUVİLLER. 2001. Collaborative study to improve the quality control of trace element determinations in polymers. Part 2. Certification of polyethylene reference materials (CRMs 680 and 681) for As, Br, Cd, Cl, Cr, Hg, Pb, and S content. Fresenius J.Anal. Chem, 370: 811-818. Seçilen elementlerin çoğu pigmentleri şeklinde PE matrikse katılmış ve matriksle oldukça uyumlu olduğu belirtilmiştir. İlave edilen katkı maddeleri partikül büyüklüğü 1 µm olacak şekilde öğütüldükten sonra matriksle karıştırılarak extrude edilmiş (T=200 ºC) ve 10 mg’lık parçalar halinde kesilerek şişelenmiştir. Homojenizasyonun gerçekleşip, gerçekleşmediğini anlamak için hazırlanan değişik örneklerden küçük 17 (mikro) miktarlar alınarak; Cd, Hg ve Pb Zeeman düzeltmeli GFAAS ile analiz edilirken, alınan gram düzeyindeki örnekler ise XRF ile analiz edilmiştir. Bunun için örnekler sıcak (150 °C) presleme ile (30 kN) pelet haline getirilmiştir. Çalışmada kullanılan teknikler Çizelge 1.2.2.3.’de özetlenmektedir (Lamberty ve ark.2001). Çizelge 1.2.2.3. Çalışmada kullanılan ölçüm teknikleri. Element Ölçüm Tekniği As ICP-MS, ICP-OES, IPAA, INAA, SPECT Br IDTIMS, IPAA, INAA, TITR Cd GFAAS, ICP-OES, ICP-MS, ID-ICP-MS, IDTIMS, INAA, IPAA Cl IC, IDTIMS, IPAA, INAA, TITR Cr ICP-MS, ICP-OES, ID-ICP-MS, IDTIMS, INAA, IPAA Hg CVAAS, ICP-OES, ICP-MS, ID-ICP-MS, INAA Pb GFAAS, ICP-OES, ICP-MS, ID-ICP-MS, IDTIMS S ICP-OES, IDTIMS, INAA CVAAS: Soğuk Buhar Tekniği ile AAS GFAAS: Grafit Fırınlı AAS IC: İyon Kromatografi ICP-MS: İndüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometri ICP-OES: İndüktif Eşleşmiş Plasma Optik Emisyon Spektrometri ID-ICP-MS: İzotop Seyreltmeli İndüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometri IDTIMS: İzotop seyreltmeli Termal İyonlaşmalı Kütle Spektrometri INAA: Enstrümental Nötron Aktivasyon Analizi IPAA: Enstrümental Foton Aktivasyon Analizi SPECT: Spektrofotometri TITR: Titrimetri Kaynak: LAMBERTY, A., W.VAN BORM, P.QUEVAUVİLLER. 2001. Collaborative study to improve the quality control of trace element determinations in polymers.Part 2. Certification of polyethylene reference materials (CRMs 680 and 681) for As, Br, Cd, Cl, Cr, Hg, Pb, and S content. Fresenius J.Anal. Chem, 370: 811-818. Aynı grubun konu ile ilgili ilk bölüm çalışmasında ise standart referans malzeme yapımında kullanılan katkı maddeleri ise Çizelge 1.2.2.4’te özetlenmiştir. 18 Çizelge 1.2.2.4. Yüksek yoğunluklu polietilen matrikse eklenen element form ve miktarları. Element Form Eklenen miktar (mg/kg) As As(III) oksit 13 Br Phthalocyanine gren 262 Cd Cd(II) oksit 112 Cl Phthalocyanine gren 244 Cr Cr(VI) oksit 89 Hg Hg (I) sülfat 12 Pb Pb (II) kromat 91 S Ba (II) sülfat 237 Ti Ti (IV) oksit 0,02 Kaynak: VAN BORM, W., A. LAMBERTY, P. QUEVAUVİLLER. 1999. Collaborative study to improve the quality control of trace element determinations in polymers. Part 1. Interlaboratory study. Fresenius J. Anal. Chem., 365: 361–363. Standart referans maddelerin mikro boyutta homojenizasyonunu konu alan bir çalışmada senkrotron mikro-XRF cihazı ile element dağılımları incelenmiş, BCR 680 kodlu standart referans malzemeye ait sonuçlar Monte Carlo simulasyon modeli ile değerlendirilmiştir (Kempenaers ve ark. 2001). Farklı bir çalışmada ise kapalı sistem mikrodalga parçalama ve yüksek basınçlı kül etme sistemiyle örnek hazırlama metotları kullanılarak yiyecek kaplarındaki (PE, PET, PP, PS) metaller (Pb, Cd, Cr, Hg) ekstrakte edilip; ICP-MS, ICP-AES ve soğuk buhar AAS (CVAAS) teknikleri ile tayin edilmiştir. Yüksek basınçlı kül etme işlemi H2SO4 ve HNO3 ile kombine edilirken; PS örneği için sadece HNO3 uygun olarak seçilmiştir. Mikrodalga ile parçalama işlemi için (PS hariç) H2SO4 / HNO3 / H2O2 kullanılmış. Örnekler yaş yakma işlemi öncesi küçük parçalara ayrılıp; sıvı azotta kurutulup, titanyum örnek öğütücüde parçalanmıştır. Yüksek basınçlı kül etme işlemi için; 200 mg toz örnek, 1,5 mL H2SO4, 1,5 mL HNO3 kullanılmış. PS örneği için sadece 3 mL HNO3 kullanılmıştır, çünkü PS’de reaksiyon oldukça ekzotermik ve Pb kaybı gözlenmiştir. Mikrodalga sisteminde ise; 200 mg ve 5 mL asit karışımı (40 mL H2SO4 + 32 mL HNO3 + 20 mL H2O2) kullanılarak uygun güç programında yaş yakma işlemi 19 gerçekleştirilmiştir. PS örneği için sadece 5 mL HNO3 kullanılmıştır (Perring ve ark. 2001). Polimer katkı malzemelerinde bulunan major miktardaki elementlerin analizinde (Al, Ba, Ca, Cd, Mg, P, Zn) mikrodalga indüktif plazma atomik emisyon spektrometre (MIP-AES) kullanılan bir çalışmada, örnek hazırlama kapalı sistem yaş yakma tekniği ile gerçekleştirilmiştir. Kapalı sistem ile yaş yakmada HNO3 (3 mL) yanısıra P kaybını önlemek amacıyla NaNO3 (0,1 g) kullanılmıştır. Metodun doğruluğu Spex 5-yağda çözünmüş element standardı ile çalışılarak belirlenmiştir (Jankowski ve ark. 2001). Farklı bir çalışmada ise katı örneklerdeki element analizinde elektrotermal buharlaştırmalı grafit tüplere konulan katı örneklere değişik ısıtma programları uygulanmış ve analitin matriksten uzaklaştırılması sağlanarak elde edilen yapı direkt olarak teflon borularla ICP-MS’e taşınarak multi element analizi gerçekleştirilmiştir. Bu metodun; PE, PET, PA gibi materyallerin yanı sıra değişik çevre örneklerinde de kullanılabilirliği vurgulanmıştır (Vanhaecke ve ark. 2002). XRF ile yapılan bir çalışmada; V, Cr, Ni, Ge ve Sb elementlerinin tayininde kalibrasyon standartları için poliüretan ve poliester matriksleri kullanılarak ksilen çözeltisi içerisinde çözünmüş organometalik standartlar uygun koşullar altında matrikse yerleştirilmiştir. Homojenizasyon, film kalınlığı ve stabilite çalışmaları GFAAS destekli olarak gerçekleştirilmiş olup, uygulamalar olarak içecek kapları (PET), çöp kutusu (PE), kitap standı (PS) ve ABS tabakları gibi farklı örnekler seçilmiştir. Kalibrasyon standartları hazırlamada 10 g saf polyester (poliüretan) içine 0,1 ile 1 g organometalik standart içeren ksilen çözeltisi ilave edilip, 0,1 g 2-Bütadien Peroksit eklenip çalkalanmış daha sonra karışım alüminyum diskler üzerine dökülerek 12 saat oda sıcaklığında bekletilmiştir. Disklerin homojenizasyon testleri XRF ile elementel haritaları çıkarılarak belirlenmiştir (Nakano ve Nakamura 2003). Ayrıca matristen gelen etkilerin gözlenebilmesi için vaks, parafin gibi plastik yapıyı temsil edecek yapılar ile karıştırılmış standartlar ile de kalibrasyon verileri elde edilmiştir (Mans ve ark. 2007). 20 Bu alanda yapılan çalışmalar gözden geçirilirse, polimer matriksinde (PVC ve poliüretan) ağır metal analizine ilişkin farklı örnek hazırlama ve ölçüm metotları kullanılarak laboratuarlar arası paralel test çalışması özetlenmiştir. On iki katılımcıyla yapılan çalışmada Pb, Cr ve Cd analiz sonuçları genel bir ISO metodu olmaması sebebiyle katılımcılar kendi metotları üzerinden değerlendirme yapmıştır. Katılımcılar tarafından kullanılan örnek hazırlama ve ölçüm metotları Çizelge 1.2.2.5’de özetlenmiştir. Elde edilen veriler değerlendirildiğinde aynı derişimde metal içeriğine sahip iki farklı polimerin (PVC ve PU) standart sapma ve sonuçlarında, göze çarpan farklılıklar olduğu ve değişen matrikse göre örnek hazırlama ve ölçüm basamaklarının tekrar optimize edilmesi gerekliliği vurgulanmıştır. PU sonuçlarının PVC sonuçlarına göre daha düşük çıktığı, bunun da matriks farklılığından olabileceği düşünülmüştür. Örnek hazırlama işlemi olmaksızın yapılan direkt ölçüm sonuçlarının kötü olduğu belirtilmiş, bu da tam atomlaşmanın sağlanamaması ile yorumlanmıştır (Ritter ve Ark. 2004). Çizelge 1.2.2.5. Çalışmada kullanılan örnek hazırlama ve ölçüm teknikleri. Parçalama Metodu Analiz metodu Element Örnek hazırlamadan direkt ölçüm GFAAS Cr, Cd, Pb HNO3- mikrodalga GFAAS Cr, Cd, Pb HNO3/H2O2- mikrodalga GFAAS Cr, Cd, Pb HNO3/H2O2/H2SO4-yaş yakma GFAAS Cr, Cd, Pb HNO3/H2O2- mikrodalga AAAS Cr, Cd HNO3/H2SO4-UV parçalama AAAS Cr, Cd, Pb HNO3- mikrodalga ICP-OES Cr, Cd, Pb HNO3/H2O2- mikrodalga ICP-OES Cr, Cd, Pb HNO3/HClO4-yüksek basınçla kül etme ICP-OES Cr, Cd, Pb HNO3/HClO4-UV parçalama ICP-MS Cr, Cd, Pb Kaynak: RITTER, A., MICHEL, E., SCHMID, M., AFFOLTER, S.2004. Interlaboratory test on polymers: determination of heavy metals in polymer metrices. Polymer Testing 23: 467-474. Ticari olarak satılan ambalaj malzemelerindeki (kâğıt, alçak ve yüksek yoğunluklu PE, PP) Cr, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Cd, Sb, Ba, Hg, Tl, Pb ve U içeriği tayininde ICP-uçuş zamanlı kütle spektrometre kullanılan bir çalışmada ise örnek hazırlamada mikrodalga sistemi kullanılmıştır. Kâğıt, alçak yoğunluklu PE ve PP örneklerinin yaş yakma 21 işleminde HNO3 ve H2O2, yüksek yoğunluklu PE örneklerinin parçalanmasında ise HNO3, H2O2 ve H2SO4 kullanılmıştır (Skrzydlewska ve Balcerzak. 2004). Farklı bir çalışmada ise, polietilen üretiminde kullanılan değişik katalizatörlerin içerdiği elementlerin (Ziegler-Natta, Philips, Metallocene) polimer üzerinde bırakacağı kalıntılar (Mg, Ti, V, Cr, Zr) TXRF ve Rutherford Spektrometre ile analiz edilmiştir. TXRF için kalibrasyon standartları hazırlamada matriks olarak vaks belirlenmiş olup, 10 g vaks değişik konsantrasyonda metal içeren standart çözelti ile karıştırılmış, 363 K de karıştırılarak eritilmiştir. TXRF için örnek hazırlama: 40 g örnek polimeri eritmek amacıyla 493 K’ye, daha sonra 1 saat 593 K’de ve 12 saat 773 K’de bekletilerek polimerin toz halini alması sağlanmış. İnorganik kalıntıları çözmek için 2 mL HNO3 eklenmiş ve ısıtmayla tamamen çözünmesi sağlanmış, soğutma ve seyreltme sonrası 5 µL sıvı akrilik diske alınmış ve solvent uçurulmuştur (Bichinho ve ark. 2005). Nötron aktivasyon analizi ile metalize edilmiş plastik örneklerdeki (ambalaj, otomobil aksesuarları, oyuncaklar, kartlar ve kompakt diskler) element düzeylerinin belirlenmesi de literatürde yer almaktadır. Çalışmada örneklerin polimerik yapıları infrared spektrometre (IR) ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile belirlenmiştir (Soares ve ark. 2005). PVC örneklerdeki katkı malzemelerinin element tayininde UV lazer ablasyon ICP- AES kullanan bir çalışmada direkt ölçüm gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ise yaş yakma sonrası ICP-AES, nötron aktivasyon analizi (NAA) ve XRF teknikleri ile karşılaştırılmıştır (Hemmerlin ve ark. 1997). Resano ve ark. yaptığı bir çalışmada LA- ICP-MS ile polimerik yapıdan direkt olarak ağır metal analizleri gerçekleştirilmiştir. Metodun kalibrasyonunda ERM-EC 680 ve ERM-EC 681 sertifikalı referans maddeler kullanılmıştır. Organik yapıdan ICP-MS ile direkt Cr ölçümlerinde matriksten kaynaklanan ArC+ iyon interferensi üzerinde durulmuş ve bunun giderimi için dinamik reaksiyon hücresi (DRC) kullanılmıştır. Valide elden metot ile polietilen poşetler, ABS ve plastik tuğlalardaki metal analizleri gerçekleştirilmiştir (Resano ve ark. 2005). 22 Li ve ark. yaptığı bir çalışmada plastiklerde Cd, Pb ve Cr tayininde, örnek doğrudan ultrasonik slurry (bulamaç) halinde elektrotermal buharlaştırma hücresi üzerinden ICP- MS’e verilmiştir. Örnek hazırlamada polistiren (PS) ve polivinil klorürlü (PVC) örnekler partikül büyüklüğü <100µm altında olacak şekilde öğütücüden geçirilip, 0,1 g örnek alınmış uygun oranlarda NH4NO3, HNO3 ve Triton-X100 ile karıştırılmıştır. İstenilen miktarda standart çözelti bu karışıma ilave edilmiştir (Li ve Jiang 2006). Diğer bir çalışmada PE ve PVC örneklerinde mikrodalga fırın ile parçalama sonrası ICP-AES ile Pb, Cr, Cd tayini gerçekleştirilmiştir. 20 mg PVC örneği 2 mL HNO3 ile mikrodalga fırında yaş yakma işlemine tabi tutulmuş ve soğutma sonrası örnekler 20 mL’ye seyreltilmiştir. Örnekler gözenek büyüklüğü 0,5 µm büyüklüğündeki filtrelerden geçirilerek ICP-AES ile okuma yapılmıştır. PE örneğinden de 60 mg alınıp, 4 mL HNO3 ile muamele edilmiş, ayrıca örneklere HNO3/H2SO4 (3:1) karışımı ile yaş yakma işlemi uygulanmış ve elde edilen veriler yorumlanmıştır. Sonuçların kalitesinin kontrolü için aynı örnek hazırlama işlemleri uygulanarak CRM680 ve CRM681 sertifikalı referans maddeleri ile de çalışılmıştır. PE’nin sadece HNO3 ile yaş yakma işleminde beyaz renkli çökelek oluştuğu belirtilmiş ve 0,45µm gözenek büyüklüğündeki filtrelerden süzülen örnekler ICP-AES ile analiz edilirken, filtrede kalan kalıntı ise EDXRF ile analiz edilip; herhangi bir metal kalıntısı olup olmadığı kontrol edilmiştir. EDXRF analizlerinde sadece Ti ve Si‘a rastlanmış, Ti‘un katalizör kalıntısı olabileceği belirtilmiştir. PVC örneklerinin parçalanmasında sadece HNO3 kullanıldığında PE’e göre daha zor parçalandığı; bunu gidermek için mikrodalga fırınının gücünün arttırıldığı belirtilmiştir. PE örneklerinde HNO3/H2SO4 karışımının sonuçları HNO3’e göre daha iyi iken, Pb tayininde ortamda bulunan H2SO4’in çökelmeye neden olup, analitin kaybolmasına sebep olduğu söylenmiş ve bu nedenle Pb tayininde önerilmemiştir (Sakurai ve ark. 2006). Süperkritik su kullanılarak yapılan farklı bir çalışmada; PE örneklerde Cd tayini anlatılmış. Süperkritik su ile yapılan parçalama işleminde paslanmaz çelikten yapılan bir reaktör kullanılmış. 50 mg BCR-680 örneği alınarak; 3,25 g sulu H2O2 çözeltisi (%16,5 g/g) ile reaktör kabına konulmuş. Daha sonra reaktör kabı KNO3-NaNO3 banyosuna batırılmış ve 573-673 ºK sıcaklık aralığında çalışılarak örnekler 23 parçalanmıştır. Soğutma sonrası reaktör açılmış ve kalıntılardan uzaklaştırmak için 200 nm gözenek büyüklüğündeki filtrelerden süzülen örnek 50 mL’ye tamamlanıp, ICP- AES ile Cd tayini gerçekleştirilmiştir (Sato ve ark.2006). Sertifikalı referans madde yapımıyla ilgilenen farklı bir çalışmada ise Japon Analitik Kimya Topluluğu tarafından poliester bazlı bir referans madde yapımı ile XRF ile poliester matriksinde Hg tayinine ilişkin bir laboratuarlar arası çalışma yapılmıştır. Bu amaç için hazırlanan referansın yapımında öncelikle; poliester reçine (1800 g) ve 76 g organometalik standart içeren toluen çözeltisi polipropilen beherlerde 10 dakika karıştırılmıştır. Daha sonra karışım 100 g’lık porsiyonlara ayrılmış ve 1 g başlatıcı (2- bütanon peroksit) ile karıştırılmıştır. Karışım iyice karıştırılarak ve alüminyum kalıplara (40 mm çap; 5 mm kalınlık) hızlıca dökülmüş ve oda sıcaklığında 12 saat bekletilmiştir. Hazırlanan disklerin yüzeyleri öğütücü yardımıyla parlatılıp; 4,00±0,02 mm kalınlığına getirilmiş ve XRF ile Hg tayini gerçekleştirilmiştir. Hg tayininde ortamda bulunabilecek olası Hg türlerinin (HgS gibi) X-ışınları altında ısınmasıyla oluşabilecek kayıplar araştırılmıştır. Bunun için ölçüm sırasında örneğin bulunduğu ortam önem kazanmaktadır. Bu amaçla ölçümde, değişik X-ışın güçleri ve vakum, hava gazı ve helyum gazı gibi ortamlarda ölçümler gerçekleştirilmiş. Yüksek X-ışını demetinin civanın kaybına yol açtığı, bu amaçla 0,1 kW (HgLα) altında vakum ve helyum gaz ortamında; 0,25 kW altında ise hava ortamında çalışmanın kayıpları azaltacağı vurgulanmıştır. Ayrıca Hg kaybını önlemek amacıyla bakır filtre kullanımının en iyi metotlardan biri olacağı belirtilmiştir (Nakano ve ark. 2006). XRF ile plastiklerde Cr, Cd, Pb ve Hg tayinleri için önerilen referans metotlardan biri de Uluslar arası Elektroteknik Komisyonu tarafından yayınlanmış IEC 62321.Ed.1:111/24/CD metodudur. Bu metot genel olarak elektronik ürünlerdeki plastik yapılarda bulunan zararlı metaller için kullanıldığı gibi ambalaj malzemelerindeki analizler için de kullanım alanı bulabilir. Metoda göre XRF ile gerçekleştirilen ölçümlerde önerilen X-ışını çizgileri; Cd için Kα, Cr için Kα, Pb için Lβ, Hg için Lβ, Br için Kα’dır. Ayrıca seçilen elementlerle girişim etkisi gösterebilecek diğer elementler de özetlenmiştir. Buna göre, Cd için Br, Pb, Sn, Ag, Sb; Pb için Br, As; Hg için Br, Pb, Bi, 24 Au; Cr için Cl; Br için Fe ve Pb önerilmektedir (International Electrotechnical Commission 2005). Plastiklerdeki metal analizlerinde genel olarak grafit fırınlı atomik absorpsiyon (GFAAS), alevli atomik absorpsiyon (AAAS) ve X-ray floresans spektrometri (XRF) teknikleri kullanılmaktadır. Plastiklerdeki metal bileşenlerin analizi çok uzun yıllardır yapılmasına rağmen; bu sonuçların sertifikalı referans madde (SRM) ile karşılaştırılması yapılmamaktadır. Bunun en önemli sebebi her türdeki polimer malzemeyi temsil edebilecek sertifikalı referans maddenin olmamasıdır. Plastiklerde ticari olarak bulunan sertifikalı referans maddeler; VDA 001-004 Cd in polyethylene (40,9 ; 75,9; 197,9 ve 407 mg/kg) ve ERM-EC 680 ve 681 Polyethylene high -low level ( As, Br, Cd, Cl, Cr, Hg, Pb, S), FLX-PVC set: PVC with Cd and Pb olarak bilinmektedir. Polietilen ve polivinil klorür matriksleri dışında başka bir sertifikalı referans madde henüz genel olarak kullanım alanı bulmamıştır. Son dönemde ABS türündeki plastiklerdeki element içeriklerin belirlenmesi amacıyla Mans ve ark. tarafından Br, Cd, Cr, Hg, Pb içeren yeni bir kalibrasyon seti hazırlanmıştır. Üretilen ABS türü plastiğe eklenen elementlerin organometalik formdakileri matriks içerisinde iyi bir dağılım göstermiştir. Standart malzemenin makroskopik homojenizasyonunun belirlemesinde XRF; mikroskopik homojenizasyonunun belirlenmesinde ise LA-ICP-MS ve senkrotron mikro-XRF teknikleri kullanılmıştır (Mans ve ark. 2008). 1.3. Plastiklerdeki Organik Katkı Malzemeleri ve Migrasyonları Plastiklerden kaynaklanan organik bileşenlerin gıda örneklerine ve iç ortam havasına geçmesiyle ilgili migrasyon (göç) çalışmaları yükselen plastik ambalaj ve malzeme üretimi ile artmaktadır. Bu çalışmaların özünde plastiği oluşturan monomer ve oligomerler gibi yapıtaşlarının dışında; plastiğin işlenmesi ve değişik özellikler kazandırılması amacıyla eklenen katkı maddelerinin plastikten ayrılması ve bulunduğu ortama göre değişik kimyasal formlara dönüşümü önemlidir. Bazı migrasyon ürünlerinin toksisitesi ve düzeyleri halk sağlığı açısından zararlı olabilir. 25 Plastik malzemelerden kaynaklanan organik bileşenlerin çevreye dağılması temel olarak iki yolla gerçekleşebilir. 1. Plastik malzemenin içine konulan gıdalara geçen kısım 2. Plastik malzemenin bulunduğu hava ortamına yaydığı gaz emisyon a. Oda şartlarında, b. Yüksek ısıya maruz bırakıldığında, Plastik malzemenin gıda ambalajı olarak kullanılabilirliğinin kontrolünde uygulanabilecek genel stratejiyi gösteren akış şeması şekil 1.3.1’de verilmektedir. Kullanılan malzemenin gıda ambalajı olarak kullanımını belirlemede ilk basamak plastiğin türünün belirlenmesidir. Bunun için Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ve Fourier Transform Infrared (FTIR) gibi teknikler kullanılarak plastiğin termal özellikleri ve fonksiyonel grupları belirlenip, malzemenin yapısı aydınlatılır ve olası katkı ürünleri tahmin edilebilir. Daha sonrasında ise oluşabilecek migrasyonların çalışmalarına geçilir. Migrasyon kavramı ‘belirli koşullar altında ambalaj malzemesinden gıda maddesine bir kütle transferi’ olarak tanımlanabilir. Çoğu kez toplam migrasyon olarak belirtilen toplam geçiş ile ilgili deney yöntemiyle tayin edilen ve ambalajdan gıdalara göç eden maddenin kütlesidir. Geçen maddeler ise migrant olarak adlandırılır. Spesifik migrasyon ise ya özellikle toksikolojik açıdan önemli olan ya da migrasyon mekanizmasını ve miktarını belirlemek için düzenlenmiş deneylerde kullanılan bileşiklerden bir veya bir kaç tanesinin belirlenmesidir. Migrasyonu yapan (göç eden) maddeler bir veya daha çok bireysel olan kimyasal türler olabilir. Eğer tek bir kimyasal türün migrasyonu ölçülüyorsa sonuç SM ile kısaltılan spesifik migrasyon (temel olarak SML ile kısaltılan spesifik migrasyon limiti olarak) olarak tanımlanır. Eğer kimyasal türler bir grup olarak ölçülüyorsa toplam grup migrasyonu olarak söylenir ve amaç toplam migrasyonu tayin etmekse TM olarak kısaltılan toplam migrasyondan söz edilir. 26 Materyal uygun mu? Polimerin tanımlanması (FTIR) ve sınıflandırılması (DSC) Ekstraksiyon Potansiyel uçucu için alternatif bileşenlerin analizi testler nedir? (head-space GC) Potansiyel uçucu olamayan Uçucu çözücülere kütle bileşenlerin analizi Alternatif transferi (H-NMR, GC-MS/FID, testler • Toplam migrasyon HPLC, UV) • Spesifik migrasyon Reaksiyon ürünleri ve Migrasyon potansiyel migrantların Tahmin kirletici özellikler ve modelleme Yağlı gıda benzerlerine kütle transferi • Toplam migrasyon Ekstraktların mutajenik • Spesifik migrasyon etkileri Şekil 1.3.1. Gıda ambalajlarında migrasyon ve uygunluk değerlendirmeleri için genel bir strateji şeması. (Kaynak : ARVANITOYANNIS, I.S., L. BOSNEA, ,2004. Migration of Substances from Food Packaging Materials to Foods. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 44, 63-76.) Kimyasal migrasyonu etkileyen en önemli faktörler; 1.Ambalaj malzemesinin bileşimi: Ambalaj malzemesi herhangi bir kimyasal migrasyonun kaynağıdır. İlk olarak herhangi bir kimyasal migrasyon, ambalaj malzemesinde bulunan kimyasalın derişimine bağlıdır. 2.Gıdayla Temas Eden Malzemeler ve Özelliği: Gıdanın fiziksel özelliklerine ve paketin şekli ile boyutuna bağlıdır. Gıda ile temas kapsamını ve çeşidini tayin etmek için gereken diğer faktör ise bariyer tabakasının varlığıdır. Eğer migrasyon yapabilen kimyasal, ambalaj malzemesinin tek bir tabakasında varsa ve gıdayla arasında da ara bir tabaka olarak bariyer bulunuyorsa bu migrasyonu önleyebilir ya da geciktirebilir. Bu 27 durum genellikle modern çoklu lamine edilmiş ambalaj malzemelerinin bir katında bulunan mürekkep, yapıştırıcı gibi kimyasalların gıda ile temasını önlemesi açısından tercih edilmektedir. 3.Gıdanın Özelliği: Ambalajla temas eden gıdanın özelliği iki sebeple önemlidir. a.) Uyumsuzluk: Eğer ambalaj malzemesi gıdanın tipine uygun değilse gıda ile ambalaj malzemesi arasında oluşan güçlü etkileşim kimyasal maddelerin serbestleşmesini (migrasyonunu) hızlandırmasına sebep olabilir. b.) Çözünürlük: Gıda özelliği kimyasal migrasyon üzerinde etkili olduğu için gıda maddeleri ambalaj kimyasallarının çözünürlüğünü tayin eder. Bu, aynı zamanda oluşabilecek migrasyonun büyüklüğünü etkiler. Geleneksel olarak gıdalar sulu, asidik, alkolik, yağlı ve kuru olmak üzere beş ayrı sınıfa ayrılır. 4. Gıdayla temas eden malzemelerin sıcaklığı: Kimyasalların migrasyonu, ısı etkisiyle hızlanan kimyasal veya fiziksel işlemlere benzemektedir. Bu yüzden sıcaklığın artmasıyla migrasyon daha hızlı oluşur. Ambalaj malzemeleri; derin dondurucuda veya buzdolabında düşük sıcaklıkta depolama, ortam sıcaklığı, sterilizasyon sıcaklığı, kaynama, mikrodalga ve hatta paketli olarak pişme şartları gibi geniş sıcaklık şartları aralığında kullanılmaktadır. 5. Gıdayla temasın süresi: Kısa temas süreleri için uygun malzemeler uzun servis süreleri için uygun olmayabilir (http://www.safetechnopack.org). Son yıllarda, ambalaj malzemeden gıda ve benzerlerine geçiş yapabilecek yapıların izlenmesi gerekliliği anlaşılmış, bu amaçla yine Türk Gıda kodeksinde plastiklerin yapısına giren kimyasal maddeler, gıda benzeri çözücülerle 60 ppm, veya gıda ve benzeri çözücülerin temas ettiği yüzeylerde 10 mg/dm2’den daha fazla çözünürlük vermemesi gerektiği belirtilmiştir. Geçiş ve ekstraksiyon çalışmaları kendi kategorilerindeki gıdalarla 10 gün süreyle ve normal koşullardaki en yüksek sıcaklığın üzerindeki bir sıcaklıkta yapılmalıdır. Plastiklerle temasta bulunabilecek gıda maddeleri; sulu maddeler, alkollü maddeler, yağlı maddeler, kuru, katı maddeler, asitli maddeler olarak sınıflandırılmıştır (Türk Gıda Kodeksi Yönetmeliği 1997). Ambalaj ile temasta bulunabilecek gıdalar ve benzerlerinin simültane testlerde kullanılabilecek çözücüler şekil 1.3.2.’de özetlenmektedir. Bu çözücülerle yapılan denemelerde 40 °C’de 10 gün veya 70 °C’de 2 saat olarak yapılması öngörülmektedir. 28 AMBALAJ ÖRNEĞİ SAF SU %3’lük %10’lük REKTİFİYE CH3COOH C2H5OH ZEYTİNYAĞI Benzer A Benzer B Benzer C Benzer D Şekil 1.3.2. Gıda ile temasta bulunabilecek gıda ve benzerlerinin test çözeltileri. (Kaynak: Türk Gıda Kodeksi, Gıda Maddeleri ile Temasta Bulunan Plastik Madde ve Malzemelerin Bileşenlerinin Migrasyon Testi İçin Temel Kurallar Tebliği. 2005. T.C. TARIM ve KÖYİŞLERİ BAKANLIĞI Koruma ve Kontrol Genel Müdürlüğü. Resmi Gazete Tarihi: 04.07.2005, Resmi Gazete Sayısı: 25865) Toplam migrasyonun kütle/yüzey olarak belirlendiği bir çalışmada mikrodalga fırınlarda kullanılan poliamid (PA), polietilen (PE), polietilen teraftalat (PET), polipropilen (PP) ve polivinil klorür (PVC) yapısına sahip ambalajların sulu, asidik (%3’lük CH3COOH) ve alkollü (%15’lik etanol) gıda benzerlerine olan geçişleri araştırılmıştır. Çalışmada 40 °C / 10 gün; 80 °C / 30 dk; 121 °C / 30 dk ve mikrodalga fırında 3 dk olmak üzere farklı süre ve sıcaklıklarda denemeler gerçekleştirilmiştir. PVC yapısındaki örneğin sulu, asidik ve alkollü gıda benzerlerine verdiği migrasyon mikrodalga fırında en yüksek düzeyi göstermiştir. Genel olarak sulu, asidik ve alkollü gıda benzerlerine uzun süreli temasta daha fazla geçiş olduğu gözlemlenmiştir (Galotto ve Guarda 1999). Naylon 12 dodekanolaktamın polikondenzasyon reaksiyonlarıyla üretilen bir plastik türüdür. Yapının monomeri olan laurolaktamın Avrupa Birliği 90/128/EEC direktifine göre spesifik migrasyon limiti 5 mg/kg olarak belirlenmiştir. Naylon 12’den gıda benzerlerine olabilecek laurolaktam migrasyonu ile ilgili bir çalışmada; adı geçen monomerin izoktan, %10 etanol, %50 etanol, %95 etanol ve zeytinyağına olabilecek olası geçişleri (40 °C/ 10 gün) araştırılmıştır. Laurolaktamın analizi; DB624 (30 m x 0,32 mm x 1,8 µm) kolon kullanılarak GC-FID sisteminde gerçekleştirilirken; laurolaktam ve oligomerlerinin (-di, -tri,-tetramer ) analizi için Hypersil ODS5 kolona sahip HPLC-DAD ve HPLC-MS sistemleri ile yapılmıştır (Stoffers ve ark.2003). Naylon 6 ve Naylon 12 ‘nin; Avrupa standartları EN 1186-1’e göre aynı anda iki taraflı migrasyon testine tabi tutulduğu farklı bir çalışmada ise; gıda benzeri çözücüler olarak su ve zeytinyağı kullanılmış ve çözgenlere geçen kaprolaktam ve laurolaktam miktarları 2 saat 100 °C sıcaklık için araştırılmıştır. Sulu ekstraktlar 29 direkt olarak LC-MS ile analiz edilirken, yağ ekstraktları ile öncelikle boyut ayırmalı kromatografi ile temizlendikten sonra LC-MS’e verilmiştir. Kaprolaktamın polaritesi yüksek olması sebebiyle su ekstraktına geçişinin daha fazla olduğu gözlemlenmiştir (Stoffers ve ark. 2005). Ambalaj malzemelerden gıda ürünlerine gerçekleşebilen migrasyonlar sadece plastik katkı maddeleri ile sınırlı olmayıp, çoğu zaman ambalaj malzemeyi oluşturan monomer ve oligomerler de migrasyon gösterebilir. Çizelge 1.3.1’de ambalaj malzemeden gıda ürünlerine gerçekleşen monomer ve oligomerler migrasyonları ve bazı tayin metotları özetlenmiştir. Gıda ambalajlarının gıdalara yaptığı migrasyonlarda gıda ile temasta bulunan gıda ambalajının yüzey alanı en önemli parameterlerdendir. Gıdaların ağırlıkları azalıp, temasta bulunan yüzey alanı arttıkça, bireylerin günlük aldıkları gıda miktarlarına bağlı olarak, migrasyon ürünleriyle temas etme olasılıkları da doğal olarak artmaktadır. Bunun için bazı çalışmalarda gıda ambalajının büyüklüğüne göre tolere edilebilecek toplam migrasyon ve spesifik migrasyon değerlerinin gözden geçirilmesi vurgulanmıştır (Grob ve ark. 2007). Ambalajlama işlemlerinde kullanılan lineer düşük yoğunluklu polietilen (LLDPE) filmlerin içerdiği antioksidanlardan; tris-(2,4-di-tert-butilfenil) fosfit (Irganox 168) ve oktadesil-3-(3,5-di-tert-butil-4-hidroksifenil) propiyonat (Irganox 1076)’ın gıda benzeri çözücülere yaptığı migrasyonlarla ilgili yapılan bir çalışmada gıda benzeri çözücüler olarak destile su, asetik asit (4 mL/100 mL su) ve etanol (20 mL/ 100 mL su) kullanılmıştır. LLDPE yapılı filmlerin kobalt-60 ışınlayıcı ile farklı dozlarda γ-ışınlama işlemi gerçekleştirilmiştir. Ambalaj malzemeler, ışınlama işlemi ile mikrobiyal kirlenme ve zararlı böceklere karşı korunmaktadır. Işınlamanın dozu ve süresinin gıda benzerlerine oluşacak antioksidan geçiş miktarı üzerine etkisi incelenmiştir. Irganox 168 ve Irganox 1076’nın gıda benzerlerine geçişlerinin incelenmesi işleminde selektif iyon modunda, HP-5 kolona sahip GC-MS kullanılmıştır. Ayrıca ışınlama sonrası oluşan parçalanma ürünlerinden 2,4-di-tert-butilfenol (2,4-DTBP), 1,3-di-tert- butilbenzen (1,3-DTBB) ve toluenin ışınlama dozunun arttırılması ile arttığı gözlemlenmiştir. Işınlama süresinin artışı gıda benzeri çözücülere olan antioksidanların geçişini azaltmıştır (Joen ve ark. 2007). 30 Çizelge 1.3.1. Plastik ambalajlardan kaynaklanan monomer veya oligomerlerin migrasyonları. Ambalaj Gıda Monomer/Oligomer Tayin Metodu Malzemesi PS Günlük gıdalar Stiren dimer/trimerleri GC + GC/MS PS Bardaklar Yoğurt Stiren Purge& Trap PS Su, süt, zeytinyağı Stiren GC/MS Poliester pişirme Zeytinyağı Benzen kabı PVC film Peynir DEHA LDPE Gıda benzeri Irganox 1010 HDPE Gıda benzeri Sıvılar Irganox 1076 Head-Space analizi PVC film Peynir Dioktiladipat PVC film Peynir DEHA Polimerik materyal Süt ürünleri Stiren Polistiren Süt ürünleri Stiren/ Etil benzen Purge& Trap LDPE Süt Naftalin GC/MS PC Gıda benzeri sıvılar Bisfenol-A (BPA) HPLC (Kaynak : ARVANITOYANNIS, I.S., L. BOSNEA, ,2004. Migration of Substances from Food Packaging Materials to Foods. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 44, 63-76.) Tehrany ve ark. yaptığı bir çalışmada; poliamid (PA) ve polietilen teraftalat (PET) polimer yapılı ambalaj malzemelerinden dört farklı gıda benzeri çözücünün bulunduğu ortamda etil asetat, asetaldahit, asetonitril, metil etil keton, isopropil asetat ve butiraldehit migrasyonlarına ilişkin dağılma katsayıları incelenmiştir. Gıda benzeri çözücü olarak su, %10’luk etil alkol, %3’lük asetik asit ve %95’lik etil alkol kullanılmıştır. Değişik oranlarda dağılım gösteren yapıların, dağılma katsayılarını etkileyen parametreler; polarite, çözünürlük, hidrojen bağları, toplam enerji, önemli fonksiyonel gruplar, polimerlerin hidrofobikliği, gıda benzeri çözücülerin farklılığı olarak verilmiştir. Migrasyonun dağılma katsayısının incelenmesinde head-space Gaz Kromatografi-Alev İyonlaştırmalı Detektör (GC-FID) kullanılmıştır (Tehrany ve Desobry 2007). 31 1,4-difenil butadienin (DPBD)’nin düşük yoğunluklu polietilen filmlerden ketçap, portakal suyu, gıda benzeri çözücülere; su ve %3’lük asetik aside farklı süre ve sıcaklıklarda yaptığı migrasyonların araştırıldığı bir çalışmada ise, DPBD’nin ketçap ve portakal suyundaki miktarının analizinde heksanla ekstraksiyon işlemi sonrası santrifüj edilen ekstraklar, buharlaştırıcıda uçurulup, konsantre edilmiş ve asetonitrilde çözülerek, analiz için HPLC-DAD’a enjekte edilmiştir. Analiz 330 nm’deki dalga boyunda yapılmıştır. Sonuçlar portakal suyuna geçen DPBD miktarının ketçap ve gıda benzerlerine göre daha yüksek olduğunu ve gıda benzerlerinden su ve asetik asit çözeltisinin ketçap migrasyonunu temsil ederken; gerçekte portakal suyunu temsil etmediği vurgulanmıştır (Silva ve ark. 2008). GC sistemi ile ambalaj malzemelerinden ekstrakte edilebilen uçucu ve uçucu olmayan yapılar ve genel olarak örnek hazırlama basamakları Çizelge 1.3.2 ve 1.3.3’te özetlenmiştir (Jenke 2003). 32 Çizelge 1.3.2. GC sistemi ile ambalaj malzemelerinden ekstrakte edilebilen yapılar ve genel olarak örnek hazırlama basamakları. Materyal Örnek Örnek Hazırlama Kolon Fırın Deteksiyon Diğerleri Ekstrakte edilebilenler Programı Kauçuk Su Evaparotörde Çapraz bağlı metil 30°C; 1 dk FID 325°C Splitless 2-Bütoksietanol, sikloheksanon, ekstraksiyonu Uçurma Silikon 8°C/dk ile T=250°C difenilamin, 121°C/ 2 saat (25mmx0,3mm) 250°C’ye 9,10-dihidroksi- ve DB-Wax-30N 9,9-dimetil-akridin, dibütilformamid, 1,1, 2,2-tetrakloroetan, asetofenon, 2-fenil- 2-propanol, benzotiazol, 2,2,5,5-tetrametil- tetrahidrofuran PET Çözgen Evaparotörde HP1 8°C /dk ile FID 280°C Split Isofitalik asit, terefitalik asit, PET ekstraksiyonu Uçurma (50 mmx0,25 200-280°C T=250°C oligomerleri 40°C/ 10 gün mm) PVC Su ekstraktı Evaparotörde J&W DB-5 32°C; 1.5 dk FID 350°C 3µL Sikloheksanon Uçurma (15m x 0,53 mm x 6°C/dk ile Splitless 15 µm) 75°C’ye; T=210°C 30°C/dk ile 250°C; 2 dk PVC Ürünler Asitlendirme, J&W DB-5 30°C; 0,5 dk FID 350°C Soğuk kolon Di-(etilheksil) fitalat, Solvent (30m x 0,32 mm x 6°C/dk ile enjeksiyonu Dibütil fitalat, sikloheksanon, ekstraksiyonu, 0,25 µm) 225°C’ye fitalid, Evaparotörde uçurma 2-etil-1-heksanol, 2,6- di-ter-bütil-p-kresol Filtre Su ve etanol Katı faz J&W DB-5 60°C; 2dk MS 1 mL, split Fitalatlar, yağ asitleri, kartuşları ekstraktları ekstraksiyonu ve (60m) 10°C/dk ile T=250°C fenoller, siloksanlar, akrilatlar, evaparotörde uçurma 280°C’ye alifatikler, amitler PC Diklormetan Direkt enjeksiyon Restek RTx-5 10°C/dk ile MS m/z 2 µL, split Bisfenol A ekstraktı FSOT, 100-280°C; 213 T=280°C (30m x 0,25 mm, 3 dk T=290°C 1,0 µm) PVC Tıbbi Solvent 3% QF-1 veya 3% 120 °C’de 1 MS EI+ T=230 °C 9,10-Epoksi stearat ester malzemeler ekstraksiyonu, SE-30 on dk, 4°C/dk T=230°C Evaparotörde uçurma supelcoport ile 225°C’ye 33 Kauçuk Diklormetan Direkt enjeksiyon J&W DB-5 50°C; 5 dk MS EI+ 1 µL, splitles Tribütoksietil fosfat, izolasyon ekstraktı (30m x 0,32 10°C/dk ile T=200°C T=200°C BHT, difenilamin, mmx0,25 µm) 275°C’ye; 4-(2,2,3,3-tetrametilbütil) 20 dk fenol, 2,20- metilen-bis[6,(1,1 dimetiletil)-4-etil] fenol Lamine Soxhlet ve n- Evaparotörde uçurma J&W DB-5 10°C /dk ile MS T=220 °C Penta to okta-dekan, poliolefin heptan ekstraktı ve/veya silanlama (30m x 0,32 100-280°C Fitalik asit esterleri, mmx0,25 µm) mono to hepta-kosan, 13-diokosenik asit, nonanoik asidin alkil esterler PET Soxhlet Evaparotörde uçurma J&W DB-1 50°C; 10 dk MS SIM T=280 °C Etilen glikol, BHT, ekstraksiyonu ve/veya silanlama (15m x 0,53 mm x 10°C/dk ile mod ve Fitalik asit esterleri, palmitik, 1 µm) 280°C’ye FID stearik, oleik asit, terefitalik asit, alkil terefitalik asit, esterleri, 2,6-bis-(1,1metiletil)- 4-etil fenol, pirogallol Poliolefin Solvent Evaparator ile TRB-5 40°C; 1 dk MS EI+ 1 µL, splitles Alifatik hidrokarbonlar, ekstraksiyonu konsantre etme (60 mx 0,25 mm x 20°C/dk ile T=300°C Uzun zincirli ve siklik yapılılar 0,5 µm) 300°C’ye; 26 dk PE Solvent Direkt enjeksiyon DB-1 50°C; 2 dk MS Splitles 1,3- Di-ter-butil benzen, ekstraksiyonu (30m x 0,25 mm x 5°C/dk ile EI+,40- T=205°C oligomerler, 2,4-di-tertbutilfenol, 0,32 µm) 340°C’ye;10 700 dalton, antioksidanlar, butanoik asit vinil dk T=270°C ester Kauçuk Su Evaparator ile 3% OV17 on 10°C /dk ile MS EI+ 2 µL, Benzotiazol türevleri ekstraksiyonu konsantre etme Cas-Chrom Q, 140-200°C T=250 °C T=250°C 1.5m_2mm 34 Çizelge 1.3.3. GC sistemi ile ambalaj malzemelerinden ekstrakte edilebilen uçucu yapılar ve genel olarak örnek hazırlama basamakları Materyal Örnek Örnek Hazırlama Kolon Fırın Programı Deteksiyon Diğerleri Ekstrakte edilebilenler Kağıt ve tahta Su, etanol Her bir viale 2,5 g Chrompack 70 °C ‘de; 2 dk MS Ayrıca difüzyon Butanal, pentanal, veya örnek; CP-Sil 8 CB, 5 °C/dk ile trap heksanal, heptanal, kloroform 70 °C’de 30-60 dk 50 m x 110°C’ye 2-heptanal, etil ekstraktları 0.32 mm x asetat, kloroform, 1,2 µm metil asetat, nonanal, o-ve p-ksilen, benzen, benzaldehit, vb. PVC torba Torbanın 1-5 mg örnek viale SE-54, 30 °C ‘de; 2 dk MS Uçan gazlar sıvı Etanol, pentan, asetik and formik belirli konur, 120 °C’de 5- 20 m x 10 °C/dk ile azot soğutmalı asit, sikloheksanal, Bir parçası 20 dk 0.2mm 280°C’ye trapta tutulur ksilen, sikloheksanon, direkt olarak pentanal, heptanal, nonanal, fitalatlar, BHT, tetradekanoik asit, heksadekanoic asit Poliolefin 7 cm2 ‘lik Sıcaklık etkisi 30 ile 2% OV-7 on 10 °C /dk ile 0- FID ve MS Ayrıca purge ve Metanol, 1-propanol, ambalaj materyal 125 °C arasında 3 Aue 150°C’ye trap sistemi t-butanol, toluen, 2-metil-2- malzemeleri dk’lık desorpsiyon 2 m x2 mm propanol,1-etoksi-2-propanol, süresi ile çalışılmış metil etil keton, 2-(2- hidroksipropoksi-1) propanol Plastik Su 1 L su örneği 600 HP Ultra 2, 40 °C ‘de; 2 dk MS Analit CS2 ile 2-etil-1-heksanol, di- şişelerdeki içme mL/dk akıştaki N2 ile (30 m x 10 °C/dk ile aktif karbon 2-etilheksil suyu 8 saat süpürülür, 0.53 mm, 120°C’ye; 3 dk yüzeyinden fitalat aktif karbonda 1.5 µm) desorbe edilir tutulur. Işınlanmış PE Bir parça 80 °C’de gazlar sıvı Porapak Q, 60 °C ‘de; 8 dk FID ve MS Tenax-GC Asetik asit, butirik film malzeme azotlu trapte (3.1m x 4 °C/dk ile (18 cm x 5 mm) asit, etanol, isopropanol, tutuklanır, 200 °C’de 3.2mm) veya 230°C’ye (60/80 mesh) n-propanol, n-butan, desorbe edilir. Ucon Oil veya trap 2-pentanaon, 2-heksanon, HB2000 60 °C ‘de; 16 dk 3-heksanon, 3-heptanon, toluen, LB550X, 4 °C/dk ile butanal, asetaldehit, propan, (80m x 140°C’ye propiyonik asit 0.2mm) 35 Plastik malzemelerin oda sıcaklığında yaydığı uçucu organik bileşenler dışında yüksek ısıya maruz bırakıldığında (yandığında) ortama verdiği uçucu bileşenler de araştırmacılar tarafından ele alınmış önemli konular arasında yer almaktadır. Geri dönüşümlü plastiklerin tekrar kullanımı sırasında ısıl işlemlerin uygulandığı bilinmektedir. Bu sebeple hangi sıcaklıkta bozundukları ve bozunma sırasında etrafa yaydığı toksik bileşenlerin belirlenmesi gerekmektedir. Plastik esaslı malzemelerin yüksek sıcaklıklardaki pirolizi; karbondioksit, karbon monoksit gibi gazların yanı sıra ve kullanılan malzeme yapısına göre değişebilen poliaromatik hidrokarbonlar (PAH), dibenzofuranlar, halojenli dibenzo-p-dioksinler vb. bileşik oluşumuna neden olabilmekte ve sağlık açısından yanma sırasında ölümle sonuçlanan vakalara sebebiyet vermektedir. Gaz Örnekleri (Atmosfer vb.) Çözgen Tuzağı Adsorbentler Direkt örnekleme Konsantre etme Elüsyon Türevlendirme Termal Desorpsiyon LC veya GC GC Şekil 1.3.3. Gaz örneklerinde çevre kirleticilerinin kromatografik analizlerindeki örnek hazırlama işlemlerinin şematik gösterimi. (Kaynak: TOYO’OKA, T. 1999. Modern Derivatization Methods for Seperation Sciences. John Wiley & Sons Ltd.p:298.) Plastik esaslı ürünlerin ısıya maruz kaldığında ortama verdiği organik emisyonların örnekleme işlemleri genel olarak üç farklı metotla gerçekleştirilmektedir. Bunlar; gaz örneklerin bazı çözücülerden geçirilmesi ile yapılan çözgen tuzağı metodu, katı yüzeylerde analitlerin adsorbe edilerek toplandığı adsorbent metodu ve TEDLAR, vakumlu cam şişe veya kanister adı verilen paslanmaz çelik vakumlu kaplarda örneklerin toplanıp direkt ölçüm yapıldığı direkt örnekleme metodudur. Şekil 1.3.3’te genel olarak gaz örneklemede kullanılan metotlar özetlenmiştir. 36 Bu tür çalışmalarda genel olarak; polimerlerin termal kararlılıklarının belirlenmesi esası ile kullanılan termal gravimetrik analizler (TGA) sonrası oluşan gaz emisyonların bir kromatografik metotla belirlenmesi yer almaktadır. Hemvichian ve ark. yaptığı bir çalışmada üç farklı aromatik amin esaslı polibenzoksazin polimerlerinin termal kararlılıkları TGA ile belirlenmiş ve yaklaşık 820°C sıcaklığa kadar çıkıldığında oluşabilecek organik emisyonlar için TGA çıkışına bağlanan ve kloroform içeren bir solvent tuzağı ile örnekleme sağlanmıştır. Elde edilen kloroform çözeltisi daha sonra manuel olarak GC-MS’e verilerek, oluşan emisyonların kalitatif analizleri gerçekleştirilmiştir. Oluşan emisyonlar yapıya bağlı değişim göstermiş, ancak genel olarak; benzen, amin, fenol, 2,3-benzofuran, bifenil ve iso-kinolin türevlerine rastlanmıştır (Hemvichian ve Ishida 2002). Polistiren üretiminde monomer olarak kullanılan stirenin yanması sırasında oluşan emisyonların tayin edildiği bir çalışmada ise farklı fırın sıcaklıklarında yakılan stirenin meydana getirdiği poliaromatik hidrokarbonlar (PAH), partiküler madde ve yanma gazlarından CO ve CO2 miktarlarının değişimi izlenmiştir. Tayin edilen PAH’lar; naftelen, inden, bifenil, fluoren, antrasen, piren, benzopiren, perilen, benzoperilen gibi yapılardır. PAH’ların örnek hazırlama işleminde yanma gazları XAD-4 reçinesi ve selüloz filtreler üzerinde toplanarak diklormetan ile yıkama işlemi yapılmış ve ele geçen çözelti GC-MS ile analiz edilmiştir (Westblad ve ark. 2002). Benzer bir çalışmada ise polietilenin yanması sırasında oluşan uçucu ve yarı uçucu yaklaşık 230 adet bileşen kalitatif olarak belirlenmiştir. Bunları PAH’lar, uzun zincirli alkan, alken ve aldehitler oluşturmaktadır. Örnek toplama işleminde TEDLAR bag ve XAD-2 reçineleri kullanılmıştır. Uçucu bileşiklerden metan, etan, etilen, propilen, butan, asetilen, benzen, toluen gibi hafif hidrokarbonlar TEDLAR bag ile örnekleme işlemi sonrası GC-alev iyonlaştırmalı dedektör (FID) ile analiz edilmiştir. Yarı uçucu bileşikler ise XAD-2 reçinesinin diklormetan ile yıkanması sonrası GC-MS ile analiz edilmiştir (Font ve ark. 2004). 37 1.3.1. Organik Katkı Malzemelerinden Fitalat Esterleri Genel olarak fitalatlar olarak bilinen fitalat esterleri; düşük molekül ağırlığına sahip sentetik organik moleküllerdir. Polimer reçinelerine elastikleştirme ve benzeri özellikler sağlamak amacıyla katılmaktadırlar (Murphy 2001). Fitalatlar ilk olarak 1920’li yıllarda sentezlenmesine rağmen, endüstriyel olarak yüksek miktarda kullanımları 1950’li yıllara, PVC üretimine rastlamaktadır. Genel olarak molekül yapıları şekil 1.3.1.1’de verilmiştir. Şekil 1.3.1.1. Fitalat esterlerinin genel molekül yapısı. Ticari olarak çok fazla kullanılan bazı fitalat esterlerinin kimyasal isimleri ve fizikokimyasal özellikleri Çizelge 1.3.1.1. ‘de özetlenmiştir. Çizelge 1.3.1.1. Yaygın olarak kullanılan bazı fitalat esterleri ve fizikokimyasal özellikleri İsim CAS No Mol Ağırlığı K.N. Sudaki Yoğunluk Refraktif (g/mol) (ºC) çözünürlük (g/cm3) indeks (g/L) Dimetil fitalat 131-11-3 194,18 282 <1 1,192 1,514- (DMP) C10H10O4 1,516 Dietil fitalat 84-66-2 222,24 295 1 1,121 1,501- (DEP) C12H14O4 1,503 Di-n-butil fitalat 84-74-2 278,35 340 0,013 1,043 1,491 (DBP) C16H22O4 Benzilbutil fitalat 85-68-7 312,36 370 0,00269 1,1 - (BBP) C19H20O4 Di(2-etil-heksil) 117-81-7 390,56 384 - 0,981 1,485- fitalat (DEHP) C24H38O4 1,487 Di-n-oktil fitalat 117-84-0 390,56 380 - 0,980 1,485 (DnOP) C24H38O4 38 Fitalatlar PVC, oyuncaklar, kişisel bakım ürünleri, boyalar, endüstriyel plastikler, tıbbi aletler gibi evsel ürünlerden farklı endüstriyel ürünlere kadar geniş bir yelpazede kullanım alanı bulmaktadırlar. Özellikle sert olan polivinilklorürü esnek plastiğe çevirmede kullanılırlar. Plastiklere eklendiklerinde uzun polivinil moleküllerin birbirleri üzerinde kaymasına izin verirler. Düşük molekül ağırlıkları ve polimere olan fiziksel bağlanmaları sebebiyle, ürünlerden çevreye yayılarak kirletici olarak davranmaktadırlar (Staples ve ark. 1997). 1970-80’li yıllarda araştırmacılar fitalatların sağlık üzerine olumsuz etkileri üzerine araştırma yapmaya yönelmiştir (Shea 2003). Fitalatların mutajenik, kanserojenik ve endokrin kesici özellikleri olduğundan şüphelenilmiştir (Casas-Hernandez ve ark. 2003). Ayrıca bu yapıların yağdaki çözünürlüklerinin yüksek ve biyolojik olarak depolanabilir olmaları nedeniyle vücuttaki yağ dokularında ve özellikle böbrek ve karaciğer gibi yağ oranı yüksek organlarda tutulması söz konusudur. Bu nedenle kolayca besin zincirine katılarak çevreye dağılmaları mümkün olmaktadır. Deney hayvanları üzerinde yapılan çalışmalarda bu küresel kirleticilerin vücutta birikimi sonucu; özellikle erkek üreme sistemlerinde zarara ve çocuklarda solunum yolu hastalıklarına (astım vb.) neden olabileceği vurgulanmıştır. Ayrıca hayvanlar üzerine yapılan çalışmalarda; bu yapıların plasentadan fetüse; anne sütünden de yeni doğana geçişi saptanmıştır (Huber ve ark. 1996, Ema ve ark. 1997, Arcadi ve ark. 1998, Wilkinson ve ark. 1999, Shea 2003, www.cleanproduction.org, 2010 ). 1.3.2. Fitalat Esterleri İle İlgili Kısıtlamalar Bu sebeplerden dolayı; fitalatların plastik oyuncaklar ve gıda ile temasta bulunan ambalajlardaki toplam miktarlarına, spesifik migrasyon limitlerine, günlük alımlarına yasal olarak bazı düzenlemeler getirilmiştir (EU Commission Directive 2002/72/EC, 2002/152/EC, EC-CSTEE 1999). Fitalat esterlerinin de bazı durumlarda içerisinde bulunduğu ambalaj malzemesinden gıdalara geçişi söz konusudur. Sağlık açısından fitalat esterlerinin toksik ve kanserojenik etkisinin bilinmesi sebebiyle Avrupa Birliği (AB) tarafından bazı sınırlamalar getirilmiştir. Bunlar plastik direktiflerinden 2002/72/EC ve yenilenen 39 haliyle 2007/19/EC direktifleridir. Bu direktiflere göre ambalaj malzemelerinden kullanılan bazı yardımcı kimyasalların spesifik migrasyonlarına (SML) bazı kısıtlamalar getirilmiştir. Bu limitler Çizelge 1.3.2.1’de özetlenmiştir (EU Commission Directive 2002/72/EC). Çizelge 1.3.2.1. 2007/19/EC direktifinde yer alan bazı fitalatlara ilişkin SML değerleri CAS No Bileşik Adı Düzenleme 000115-28-6 Heksakloroendometilen SML = ND Tetrahidrofitalik asit 000121-91-5 Isofitalik asit SML = 5 mg/kg 000099-63-8 Isofitalik asit diklorür SML = 5 mg/kg 001459-93-4 Isofitalik asit, dimetil esteri SML = 0,05 mg/kg 000088-99-3 o-Fitalik asit - 000131-17-9 Fitalik asit, diallil esteri SML = ND 046728-75-0 5-Sülfoisofitalik asit, mono-lityum SML = 5 mg/kg tuzu 006362-79-4 5-Sülfoisofitalik asit, monosodyum SML = 5 mg/kg tuzu 003965-55-7 5-Sülfoisofitalik asit, monosodyum SML = 0,05 mg/kg tuzu, dimetil esteri 000100-21-0 Terafitalik asit SML = 7,5 mg/kg 000100-20-9 Terafitalik asit, diklorür SML = 7,5 mg/kg 000120-61-6 Terafitalik asit, dimetil esteri - — (%50) Fitalik asit n-desil n-oktil SML = 5 mg/kg (1) esteri, (%25 ) Fitalik asit di-ndesil esteri, (%25 w/w) Fitalik asit di-n- oktil esteri karışımı 000085-68-7 Fitalik asit, benzil bütil esteri Son üründeki miktarı %0,1 aşmamalı SML = 30 mg/kg (gıda ve benzerleri) 000117-81-7 Fitalik asit, bis (2-etilheksil) esteri Son üründeki miktarı %0,1 aşmamalı SML = 1.5 mg/kg (gıda ve benzerleri) 000084-74-2 Fitalik asit, dibutil esteri Son üründeki miktarı %0,05 aşmamalı SML = 0,3 mg/kg (gıda ve benzerleri) 40 AB günlük alımı tolere edilebilir (TDI) düzeyin 1,86 mg/50 kg ağırlığındaki insan olarak önermiştir. Toksitite, Ekotoksisite ve Çevre üzerine Bilimsel Komite (CSTEE) ise TDI düzeylerini 37 µg DEHP/kg gün, 100 µg DBP/kg gün, 200 µg BBP/kg gün, 150 µg DINP/kg gün, 370 µg DOP/kg gün, 200 µg DEP/kg gün ve 300 µg DEHA/kg gün olarak belirlemiştir (EC-CSTEE 1999). Özellikle çocuk oyuncakları ve bakım ürünlerinden fitalat migrasyonuna son zamanlarda oldukça önem verilmiştir (RIVM report 1998, Rijk and Ehlert 1999). Çocukların bu yapılara maruz kalması sindirim, deri veya her ikisi ile birlikte olabilmektedir. Avrupa Parlamentosu 5 Temmuz 2005 tarihinde; oyuncak ve çocuk bakım öğelerinde bazı fitalatların (DEHP, DBP ve BBP) kullanılmasını Avrupa Birliği çapında oybirliği ile kısıtlamıştır. Ayrıca üç yaş ve altı çocukların kullandığı oyuncak ve çocuk bakım öğelerinde; DINP, DIDP ve DnOP kullanımı da yasaklanmıştır (Tullo 2005). Özellikle üç yaş ve altında kullanılan bakım ürünleri ve oyuncaklardan çiğneme yoluyla tükürüğe gerçekleşebilen migrasyon limitleri ise Çizelge 1.3.2.2.’de özetlenmiştir. Çizelge 1.3.2.2. Bazı fitalatların tolere edilebilecek geçiş değerleri Maksimum tolere Yapı ekstrakte miktar (mg)* DINP 1,2 DnOP 3,0 DEHP 0,4 DIDP 2,0 BBP 6,8 DBP 0,8 *Bu değerler 10 cm2 yüzey alanındaki yapıdan; 6 saatlik test periyodunda ve 8 kg çocuk ağırlığı içindir. Kaynak: COMMISSION RECOMMENDATION of 1 July 1998 on childcare articles and toys intended to be placed in the mouth by children of less than three years of age, made of soft PVC containing certain phthalates (notified under document number SEC(1998) 738). Official Journal of the European Communities (1998)L 217/35. Tüm bunlar göz önünde alındığında fitalatların hem plastiklerdeki düzeylerinin belirlenmesi hem de migrasyonlarının tayininde duyarlı ve doğru analitik tekniklerin geliştirilmesi gerekmektedir. 41 1.3.3. Fitalat Esterlerinin Analizleri Fitalat esterlerinin tekli analizlerinde genel olarak kullanılan cihazlar; gaz ve sıvı kromatografidir. Bunun yanı sıra; fitalat tuzları ve esterlerinin toplam olarak gideriminin takibinde ise Ultraviyole-Görünür Bölge Spektrometre (UV-VIS) ile 228- 230 nm dalgaboyundaki absorbans ölçümleri kullanılmaktadır. Fitalat esterlerinin analizinde kullanılan örnek hazırlama metotları, örneğin türüne göre bazı farklılıklar gösterse de genel olarak kullanılan örnek hazırlama basamakları şu ana başlıklar altında toplanabilir. 1. Çözücü kullanılan teknikler; sıvı-sıvı ekstraksiyonu, soxhlet ekstraksiyonu, 2. Adsorben kullanılan teknikler; katı faz kolon ekstraksiyonu, batch tipi ekstraksiyon, 3. Çözücüsüz teknikler; termal desorber ve head-space metotları olarak verilebilir. Plastik oyuncaklarda DINP, DIDP, BBP, DBP, DTDP, DEP ve DMP moleküllerinin analizinde örnek hazırlama işleminde klasik yöntemlerden soxhlet ekstraksiyonu kullanılmıştır. Çalışmada yaklaşık 1 g kadar örnek 100 mL diklormetan ile soxhlet cihazında 16 saat 60 °C’de ekstrakte edilmiş ve ele geçen ekstrakt evoparatörde uçurulduktan sonra GC-MS ile analiz edilmiştir (Rastogi 1998). Whal ve ark. yaptığı bir çalışmada ise örnek hazırlama işleminden gelebilecek kirlilik ve solvent tüketimini ortadan kaldıracak temeli termal desorpsiyon işlemine dayalı bir metot geliştirilmiştir. Analizi edilecek örnek boş camdan yapılmış termal desorpsiyon tüplerine yerleştirilmiş, fitalat esterlerinin desorpsiyonu 120 °C’de taşıyıcı gaz ile süpürme ile sağlanmıştır. Desorpsiyonu sağlanan analitler sıvı azot ile soğutulmuş enjeksiyon sisteminde (-150 °C) tutuklanarak, daha sonra ısıtmak suretiyle (280 °C) GC-MS’e verilmiştir. Desorpsiyonu sağlanan türlerin kalitatif tayinleri gerçekleştirilmiştir. Örnek olarak sağlık sektöründe sıklıkla kullanılan plastik yapılı serum hortumu, enjektörler, kan torbaları vb. seçilmiştir. Yumuşak yapılı örneklerde en sıklıkla rastlanan fitalat türevinin DEHP olduğu belirtilmiştir (Wahl ve ark. 1999). 42 Li ve arkadaşlarının (2004) yaptığı bir çalışmada; kan torbası, serum hortumu (PVC) gibi tıbbi malzemeler ile gıda ambalajları (PE) ve mineral su şişeleri (PET) gibi plastik örneklerde; katı faz mikro ekstraksiyon sistemi ile kombine gaz kromatograf alev iyonlaştırmalı detektör kullanılarak fitalik asit esterleri analiz edilmiştir. Çalışmada katı faz olarak kullanılan fiber (calix[4]arene/hidroksil-terminated silicone (C[4]/OH- TSO) oil coated fiber)(40 µm) sol-gel tekniği ile grup tarafından sentezlenmiştir. C[4]/OH-TSO yapılı fibere ait ekstraksiyon parametreleri; ekstraksiyon zamanı, iyonik direnç olarak belirtilmiş ve GC için kullanılacak termal desorpsiyon sıcaklık ve süreleri de optimize edilmiştir. Çalışmada analizi gerçekleştirilen fitalat esterleri; dimetil- (DMP), dietil-(DEP), dibutil-(DBP), diamil-(DAP), di-n-oktil-(DnOP), bis(2-etilheksil)- (DEHP), dinonil-(DNP) ve didesil fitalat(DDP) esterleridir. Ekstraksiyon işlemi belirli bir miktarda alınan örnek parçalarının metanol ile ultrasonik banyoda oda sıcaklığında 30 dakika çalkalanması ile gerçekleştirilmiştir. Metanollü ekstrakt daha sonra su ile seyreltilmiş ve katı faz ekstraksiyonuna tabi tutulmuştur. Adsorpsiyon için ortamın iyonik şiddetinin ayarlanmasında 180 g/L NaCl kullanılmış, fiber ile birlikte örnek 40 dakika 30 °C’de karıştırılarak, fiber yüzeyine fitalat esterlerinin adsorpsiyonu gerçekleştirilmiştir. Ele geçen fiber yapı GC’nin enjektör kısmına yerleştirildikten sonra; fitalat esterlerinin desorpsiyonu 300 °C’de bir dakika enjeksiyon bloğunun ısıtılması ile sağlanmıştır. Çalışmada ayrıca ticari olarak kullanılan polidimetil siloksan (100 µm), poliamid (85 µm) ve polidimetil siloksan-divinilbenzen (65 µm) adsorbenleri ile de çalışılarak yeni geliştirilen adsorbenin üstünlüğü vurgulanmıştır. Buna ek olarak tıbbi ürünlerde en sıklıkla rastlanan fitalat esterinin DEHP (%11,9-16,7) olduğu kaydedilmiştir (Li ve ark. 2004). Kan torbası ve gıda ambalajlarındaki bis(2-etilheksil) fitalatın (DEHP) tayininin yapıldığı farklı bir çalışmada ise Uçuş zamanlı selektif kütle detektörü kullanılarak örnek hazırlama yapılmaksızın direkt ölçüm gerçekleştirilmiştir. Kan torbası örneklerinin iç yüzeyinde kimyasal bir bağ olmadan adsorplandığı savunulan DEHP’in analizinde yüzey ölçüm tekniği olarak kullanılabilecek bir teknik olduğu vurgulanmıştır. Kan torbalarında yüksek miktarda DEHP’a rastlanırken, gıda ambalajlarında tayin edilememiştir. Metodun karşılaştırmasında ise; katı faz mikro enjeksiyon headspace modunda GC-MS tekniği kullanılmıştır (Chen ve ark. 2004). 43 Fitalat esterlerinin kromatografik metotlarla analizlerinde en sıklıkla karşılaşılan örnek hazırlama metotları katı faz ekstraksiyonudur. Ambalaj filmleri, torbaları, plastik kaşık, çatal, mikrodalga kapları gibi yirmibeş farklı gıda amaçlı kullanılan plastik malzemede sekiz fitalat tayininin açıklandığı bir çalışmada; örnek hazırlama basamağında LC-C18 kolon ile matriks bileşenleri ayrılmış ve analitler GC-MS selektif iyon modunda tayin edilmiştir. Farklı yapı ve şekillerdeki örnekler öncelikle sıvı azot ile cam bir beherde birkaç saniye muamele edildikten sonra öğütülerek partikül büyüklüğü 2 mm’ nin altında olması sağlanmıştır. İnce film ve torbalar sıvı azotla öğütme işlemi gerçekleştirilememiştir. Yaklaşık 1 gram örnek 10 mL heksan ile 30 dakika bekletilmiş ve 10 dakika ultrasonik banyoda çalkalanmıştır. Solvent dekante edilerek işlem tekrar edilmiş ve iki solvent birleştirilmiştir. Heksan ekstraktı daha sonra azot atmosferinde (45-50 °C) uçurulmuş ve kalıntı 500 µL %5 asetonitril-su karışımında çözülerek önceden şartlandırılmış C-18 kolona aktarılmıştır. Kolondan öncelikle 5 mL su ile geçirilmiş ve fitalatlar kolondan 5 mL asetonitril ile elue edilmiştir. Elue edilen solvent azot atmosferinde uçurulduktan sonra 1 mL heksan ile çözülerek GC-MS analizleri gerçekleştirilmiştir. Selektif iyon modundaki çalışmalarda; dietil fitalat (DEP) için; 121, 177, 222, dipropil fitalat (DPP) için; 191, 209, diisobutil fitalat (DIBP) için; 57, 223, dibutil fitalat (DBP) için;104, benzil butil fitalat (BBP) için; 91, 132, 206, disikloheksil fitalat (DCHP) için; 55,167, di(2-etilheksil)fitalat (DEHP) için; 113, 167, 279, dioktil fitalat (DOP) için; 279 kütle pikleri kullanılmıştır (Shen 2005). Farklı bir çalışmada; polivinil klorür (PVC) yapılı gıda ambalajlarındaki dietilheksiladipat (DEHA) ve asetil tribütil stirat (ATBC) tayininde; bulutlanma noktası ekstraksiyonunu takip eden mikrodalga destekli geri ekstraksiyon metodu kullanılmıştır. DEHA ve ATBC yapılarının gıda ve benzerlerinden su, asetik asit ve etil alkol çözeltilerine yaptığı migrasyonlar, lipofilik yapılı isooktan gibi yapılara göre daha düşük oranda olduğu bilinmektedir. Bu amaçla daha polar olan bu gıda benzerlerine olan migrasyon çalışmalarında zenginleştirme işlemleri önemli bir basamak olarak göze çarpmaktadır. Bu amaçla kullanılan bulutlanma noktası ektraksiyon işleminde analitlerin iyonik olmayan Triton X-114 ile misel oluşturması sağlanmıştır. Misel oluşumunda önemli parametreler olan iyonik şiddet, triton X miktarı, ortam pH’ı optimize edilmiş ve ele geçen çökelek santrifüj işlemi sonrası isooktan ile mikrodalga 44 ekstraksiyon işlemine tabi tutularak organik faz, gaz kromatograf ile analiz edilmiştir (Zygoura ve ark. 2005). Cai ve ark. yaptığı bir çalışmada suda çözünebilen organik solventlerin güçlü inorganik tuzlar yardımıyla faz ayrılması ilkesine dayanan sıvı-sıvı ekstraksiyonu kullanılmıştır. Bu çalışmada su örneklerine plastik malzemelerden geçebilecek altı farklı fitalat esterinin (DEP, DPP, DBP, DCHP, DOP, DNP) tayini gerçekleştirilmiştir. 100 g ambalaj filmi 400 mL saf su ile ultrasonik karıştırıcıda 30 dakika çalkalanmış ve 48 saat oda sıcaklığında bırakılmıştır. Elde edilen su ekstraktı daha sonra suda çözünebilen organik solvent olarak propanol ile karıştırılarak homojen bir çözelti elde edilmiştir. Çözeltiye 10 g (NH4)2SO4 tuzu katılıp, çözünene kadar karıştırılmış ve faz ayrımı için bekletilmiştir. Organikçe zengin faz evaparöterde deriştirilerek uygun şartlar altında HPLC’de analiz edilmiştir. Çalışmada ekstraksiyon verimine etki edecek parametreler olan; organik solvent türü ve miktarı, inorganik tuz türü ve miktarı, ortam pH’ı optimize edilmiştir (Cai ve ark. 2007). Otomasyon ile analizi esas alan bir çalışmada ise sudaki fitalat eserlerinin GC- FID ile analizinde ekstraksiyon işlemi; direkt olarak kromatograf üzerine monte edilebilen ve membran esaslı katı faz ekstraksiyonunu temel alan bir aparat ile yapılmıştır. Çalışmada kullanılan ekstraksiyon ünitesi şekil 1.3.3.1.’de şematize edilmiştir (Bergström ve ark. 2007). Plastikleştirici olarak kullanılan di-2-etilheksil fitalat (DEHP) ve di-2- etilheksil adipatın (DEHA); ambalajlardan köri soslarına geçişi ve bunların köri soslarındaki tayinini ele alan farklı bir çalışmada ise; köri soslarından ultrasonik solvent ekstraksiyonu ile alınan analitlerin Florisil kartuşları kullanılarak zenginleştirilip, temizleme işlemi gerçekleştirilmiş ve GC-FID ile tayin edilmiştir (Kueseng ve ark. 2007). 45 Şekil 1.3.3.1. Membran esaslı katı faz ekstraksiyon aparatı. ( Parça numaraları: örnek pompası(1), örnek pipeti (2), örnek tepsisi (3), pipet iğnesi portu (4), ekstraksiyon kartuş yuvası-güvenlik kartuşu (CG) (5), atık valfi (6), atık şişesi (7), solvent pompası (8), 4mL hacimli solvent viali (9), GC iğnesi (10), solvent kabı (11) ve yıkama sıvısı (12)) (Kaynak: Bergström, S., T. Barri, J. Norberg, J. A. Jönsson, L. Mathiasson. 2007. Extracting syringe for extraction of phthalate esters in aqueous environmental samples. Analytica Chimica Acta 594: 240–247) Basit ve etkili sıvı faz mikroekstraksiyon (LPME) tekniği ile kombine GC- MS’in kullanıldığı farklı bir çalışmada ise; fitalat esterlerinin (DMP, DEP, DAP, DBP, BBP, DEHP) analizi gerçekleştirilmiştir. Sıvı-sıvı ekstraksiyonu doğrudan organik süspansiyon mikro damla tekniği ile uygulanmıştır. Ekstraksiyon verimi üzerine etkili parametrelerin (çözücü türü, sıcaklık, tuz etkisi, karıştırma süresi, vb.) optimizasyonu sağlanmıştır. Çalışmada uygun solvent olarak 1-dodekanol belirlenmiş ve uygun çalışma şartları altında su örneğine eklenerek yüzeyinde yüzdürülüp, karıştırılmış ve buz banyosunda soğutulan mikro damlacık dondurulmuş ve sulu fazdan ayrılarak mikro viale alınıp, GC-MS ile analiz edilmiştir (Farahani ve ark. 2008). Adipat, stirat ve fitalat türevi plastizerlerin analizinde gaz kromatograf alev iyonlaştırmalı dedektörün kullanıldığı farklı bir çalışmada ise; etil asetat ile soxhlet cihazında yapılan ekstraksiyon ile on altı farklı plastizerin tayini gerçekleştirilmiştir. Örneklerin ekstraksiyon işleminde yaklaşık 1 gram örnek küçük parçalara ayrılarak tartılmış ve etil asetat ile soxhlet cihazında 3 saat 20 dakika kadar ısıl işleme tabi 46 tutulmuştur. Ekstraksiyon sırasında örneğin topaklanmasının ekstraksiyon verimini düşürdüğü vurgulanmış ve bunu engellemek için örneğin olabildiğince küçük parçalara ayrılması önerilmiştir. Buna ek olarak standart olarak hazırlanan ve belirli oranlarda adipat, stirat ve fitalatların (%5–30) katıldığı filmlerden, gıda benzerleri; etanol ve iso- oktan türevi lipofilik yapılara migrasyon çalışmaları yapılmıştır. Önerilen ekstraksiyon metodu gıda ambalajı ve derin dondurucularda kullanılan poşetler gibi gerçek örneklere de uygulanarak, bu örneklerdeki plastizerlerin yapı ve türleri de belirlenmiştir (Bonini ve Ark. 2008). Örnek hazırlama işlemlerindeki son gelişmeler ve otomasyona bağlı sistemlerin kullanıldığı bir çalışmada ise; dimetil-(DMP), dibutil-(DBP), bis(2-etilheksil)-(DEHP), diisononil-(DINP), diisodesil (DIDP) fitalat, 4-nonilfenol, tributil kalay oksit gibi östrojen hormonu modulatörlerinin sediment ve topraktaki tayininde, hızlandırılmış solvent ekstraksiyonu cihazından yaralanılmıştır. Bu cihaz ile yüksek basınç, sıcaklık ve inert gaz ortamında örnekler uygun organik solvent karışımları ile ekstraksiyona tabi tutulmuş ve bir dizi filtrasyon işlemi sonrası örneğin direkt olarak sıvı kromatograf ile analizi gerçekleştirilmiştir. Ekstraksiyonda kullanılan hızlandırılmış solvent ekstraksiyonu cihazı ile klasik katı-sıvı ekstraksiyonu ve mikrodalga destekli sıvı ekstraksiyonu metotlarına göre daha iyi geri kazanım değerleri elde edildiği ve analiz süresinin kısaldığı vurgulanmıştır (Reid ve ark. 2009). Çözücüsüz tekniklerin kullanıldığı bir çalışmada; ilgili fitalat esterlerinin (DMP, DEP, DBP, BBP, DEHP ve DnOP) silikon polikarbonat membranlardan geçirgenliği üzerine çalışmalar yapılıp, silikon polikarbonat esaslı membranların içerisine konulan Tenax-TA adsorbeninin üzerinde toplanması gerçekleştirilmiştir. Membranlar direkt olarak su örneklerine maruz bırakılıp, uygun ortamda fitalat esterlerinin Tenax-TA üzerine difüzyonu sağlanmış ve Tenax-TA adsorbenleri termal desorber tüplerine alınarak, gaz kromatograf-kütle spektrometre (GC-MS) ile selektif iyon modunda (SIM) analizleri gerçekleştirilmiştir (Steele ve ark. 2009). Çözücüsüz teknikleri konu alan farklı bir çalışmada ise; gaz kromatografi ile birlikte Headspace katı faz mikroekstraksiyon tekniği kullanarak alkolsüz içeceklerdeki 47 fitalat ester (DBP, DAP, DnOP, DEHP, DNP, DDP) içeriği belirlenmiştir. Mikroekstraksiyon tekniğinde sol-jel olarak calix[6]aren fiberi kullanılmıştır. Bir Taguchi's L (5625 ) ortogonal deneysel tasarım ile sıcaklık, ekstraksiyon zaman, tuz konsantrasyonu ve karıştırma hızı gibi ekstraksiyon parametreleri optimize edilmiştir (Chen ve ark. 2009). Fitalat esterlerinin de konu alındığı bir çalışmada; sularda farklı organik yapıların (PAH, PCB, fitalat) analizlerinde; karıştırma amaçlı kullanılan karıştırıcı magnet (bar) ile analitin deriştirilmesi sonrası termal desorber ünitesine bağlı GC-MS ile analizi gerçekleştirilmiştir. Verime etki eden parametrelerinin (numune hacmi, NaCl miktarı, MeOH miktarı, desorpsiyon zamanı, desorpsiyon sıcaklığı, desorpsiyon gaz akış hızı, vb.) belirlenmesi işleminde Plackett Burman tasarımı, bu tasarımdan elde edilen maksimum etkili parametrelerin optimizasyonunda ise merkezi kompozit deneysel tasarımı kullanılmıştır (Prieto ve ark. 2007). Su örneklerinde kişisel bakım ürünlerinden kaynaklı olabilecek bazı zararlı kimyasalların analizinin dağıtıcı sıvı-sıvı mikro-ekstraksiyonu ile yapıldığı farklı bir çalışmada ise; iki adet fitalat esterinin (BBP, DOP) ve beş adet polisiklik musk (4-asetil-1,1-dimetil-6-ter-butillindan (celestolide, ADBI), 1,3,4,6,7,8-heksahidro-4,6,6,7,8,8-heksametilsiklopenta[γ]-2-benzopiran galaksolit, HHCB), 7-asetil-1,1,3,4,4,6-heksa-karmetiltetralin (tonalide, AHTN), 6- asetil-1,1,2,3,3,5-heksametillindan (phantolide, AHMI), 5-asetil-1,1,2,6-tetrametil-3- isopropillindan (traseolide, ATII)) türünün analizi gerçekleştirilmiştir. Örnek hazırlama basamağında kullanılan dağıtıcı (dispersif) sıvı-sıvı mikro-ekstraksiyon (DLLME) metodunda; uygun ekstraksiyon karışımı ve dağıtıcı çözücü hızla sulu örneğe şırınga ile enjekte edilir ve bulutlu bir faz elde edilir. Numunedeki analit ince damlacıklar halinde ekstraksiyon solventinde toplanır ve zenginleştirilmiş analit santrifüj yardımıyla sedimentasyona uğratılıp, ayrılır ve analiz edilir. Ekstraksiyon(CCl4) ve dağıtıcı (MeOH) solvent hacmi, pH, iyonik şiddet, ekstraksiyon zamanı, santrifüj hızı gibi metot parametrelerinin optimizasyonunda Plackett Burman tasarımı(27-4) kullanılırken, verime etkisi en fazla olan üç parametrenin optimizasyonunda merkezi kompozit deneysel tasarımı kullanılmıştır (Panagiotou ve ark. 2009). 48 1.3.4. Fitalatlar ve Aktif Karbon İle İlgili Literatür Yüzey fonksiyonlarının fazlalığı sebebiyle aktif karbon, birçok organik bileşiğin adsorpsiyonunda kullanılmaktadır. Şekil 1.3.4.1.’de oksijen ortamında aktif karbon yüzeyinde oluşabilecek olası elektron dağılımı özetlenmektedir. Toksik organik bileşenlerin evsel ve endüstriyel atık sulardan gideriminde aktif karbon kullanımı iyi bilinen ve pratikte uygulanan yaygın bir metottur. Fitalat esterlerinin düşük çözünürlük ve yüksek hidrofobik karakteri sayesinde; sulu fazdan gideriminde de aktif karbon kullanımı etkili ve güvenilir bir yol olarak karşımıza çıkar. Ancak aktif karbon kullanarak sulu ortamdan fitalat esterlerinin giderimine ilişkin literatüre çok fazla çalışma kazandırılmamıştır. Bu çalışmaların özünü; aktif karbon kullanarak uygun çalışma şartlarında (pH, sıcaklık, temas süresi, aktif karbon miktarı, fitalat konsantrasyonu, vb.) su ve değişik matrikslerden fitalat esterlerinin adsorpsiyonu veya giderimi oluşturmaktadır. Şekil 1.3.4.1. Oksijen içeren karbon yüzeyinde yüzey grupları ve elektron yoğunluğu dağılımı. (Kaynak: MENÉNDEZ, J.A., I. MARTÍN-GULLÓN.2006. Types of carbon adsorbents and their production. Activated carbon surfaces in environmental remediation (Interface science and technology series, 7) Elsevier Ltd. Oxford, UK. p.1-45. 49 Dietil fitalatın (DEP) su fazından aktif karbon ile gideriminin yapıldığı benzer bir çalışmada DEP konsantrasyonu, sulu fazın pH’ı, adsorben miktarı gibi parametrelerin giderim verimine etkisi araştırılmış ve adsorpsiyon kinetiğinin Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon izoterm modelleri ile uyum gösterdiği belirtilmiştir. DEP analizlerinde C18 kolona sahip, HPLC kullanılmıştır (Mohan ve ark. 2007). DEP’ın konu alındığı farklı bir çalışmada ise; su örneklerinden DEP gideriminde farklı adsorbenlerin giderim güçleri karşılaştırılmıştır. DEP’ın işlemler sırasında izlenmesinde 228 nm’deki UV-VIS absorbans ölçümlerinden yararlanılmıştır. Karşılaştırmada kullanılan adsorbenler; aminlenmiş poliester reçine (NDA-101), okside edilmiş poliester reçine (NDA-702), homojenize polistiren reçine (XAD-4), akrilik ester reçinesi (Amberlite XAD-7) ve kömür esaslı granül aktif karbon (AC-750)’dur. Fitalat esterlerinin aktif karbon yüzeyine hidrojen bağı etkileşimi ile tutunduğu belirtilmiştir (şekil 1.3.4.2). DEP gideriminde ilgili denge izotermleri Freundlich eşitliği ile uyumlu olduğu ve adsorpsiyon kapasitelerinin NDA-702 > NDA-101 > AC-750 > XAD-4 > XAD-7 sırasıyla değiştiği vurgulanmıştır (Zhang ve ark. 2008). Hidrojen bağı etkileşimleri Şekil 1.3.4.2. Fitalat esterlerinin aktif karbon yüzeyi ile etkileşimi (Kaynak: ZHANG, W., Z. XU, B. PAN, C. HONG, K. JIA, P. JIANG, Q. ZHANG, B.PAN. 2008. Equilibrium and heat of adsorption of diethyl phthalate on heterogeneous adsorbents. Journal of Colloid and Interface Science, 325: 41–47.) 50 Buna ek olarak; aktif karbon yüzeyinin çeşitli reaktifler eklenerek modifiye edildiği çalışmalara da rastlanmaktadır. Yapılan bir çalışmada, yüzeyi Cu2+ iyonları ve terbütilamonyum (TBA) ile modifiye edilmiş aktif karbon kullanılarak fitalat giderimi sağlanmıştır. Fitalatların gideriminin kontrolü Ultraviyole-Görünür Bölge Spektrometre (UV-VIS) ile 283 nm dalgaboyundaki absorbans ölçümleri ile yapılmıştır (Adhoum ve ark. 2004). Aktif karbonun sulardan dietilheksil fitalat (DEHP) gideriminde kullanıldığı farklı bir çalışmada ise; Cr(III) katalizörlüğünde ozonlama işlemi ile birlikte aktif karbon kullanımının su matriksinde %75 oranında DEHP giderimi sağladığı rapor edilmiştir. Proses süresince DEHP analizleri; diklormeten ile sıvı-sıvı ekstraksiyonunu izleyen GC-FID ile gerçekleştirilmiştir (Khan ve ark. 2008). Organik kirleticilerin nehir sularından uzaklaştırılmasını konu alan bir çalışmada ise; farklı boyut ve yüzey alanına sahip aktif karbon türleri ile işlem yapılmış ve adsorbe olan türler aktif karbon yüzeyinden diklormetan ile Soxhlet ekstraksiyonu yapılarak alınmıştır. Organik bileşenlerin analizinde ise; yüksek çözünürlüklü GC-MS, GC-FID ve GC-ECD kullanılmıştır (Paune ve ark.1998). 1.3.5. Fitalatların Tükürüğe Geçişleri (Migrasyonu) Fitalat esterlerinin oyuncaklardan tükürük çözeltisine olası geçişlerinin incelenmesinde az sayıda örnek hazırlama metodu bulunmaktadır. Bunun temel nedeni olarak çiğnemeyi tam olarak simule edecek standart bir metodun henüz bulunamamasıdır. Buna ek olarak tükürük çözeltisinin içeriğinin yaşa ve kişiye bağlı değişim gösterebilmesi, geçişte sıcaklığında etkili olması belirsizliği arttıran parametreler arasında yer almaktadır. Ayrıca unutulmaması gereken diğer bir nokta fitalat esterlerinin yapay veya oral mukosa ortamdaki hidrolizleridir (Munksgaard ve ark. 1990, Niino ve ark. 2001). Alman Consensus grup tarafından ‘Baş aşağı getirme- head over heel’ olarak adlandırılan metotla PVC oyuncaklardan disononil fitalat (DINP) salınımı incelenmiştir (RIVM report 1998). Bu metot Rijk ve Ehlert tarafından valide edilmiş (Rijk ve Ehlert 1999) ve ayrıca Simoneau ve ark. tarafından standart sapma ve tekrar edilebilirliği geliştirilmiştir (Simoneau ve ark. 2001, Simoneau ve Rijk 2001). Bouma ve ark.(2002) bu metodu kullanarak DINP ve DEHP’ın yapay tükürük çözeltisine geçişlerini sıvı kromatograf ile incelemiştir (Bouma ve Schakel 2002). Farklı bir yaklaşımda ise lineer yatay karıştırma ile yapılan yapay tükürük çözeltisine 51 olan migrasyon, laboratuarlar arası yapılan bir çalışmaya konu olmuştur (Earls ve ark. 2003). Bunlara ek olarak; ultrasonik ekstraksiyon uygulanarak da yapay tükürük çözeltisine migrasyon çalışmaları yapılmış (Steiner ve ark. 1998) ve çiğnemeyi standardize etmek amacıyla Instron Universal Test Makinesi ile de oyuncaklardan DINP migrasyonu çalışılmıştır (Gill ve ark. 1999). Tüm bu migrasyon çalışmaları vücut dışı ekstraksiyon prosedürüne dayalıdır. Oyuncaktan tükürüğe geçişin gerçekleşmesi sonrası; tükürük örnekleri organik çözücüler ile (n-heksan, diklormetan, isooktan, vb.) sıvı-sıvı ekstraksiyonuna tabii tutulmuştur. Ancak bu bileşenlerle çalışmada kör problemlerine sıklıkla rastlanmaktadır, çünkü fitalat esterleri düşük konsantrasyonlarda da olsa çevreden bulaşmaktadırlar. Bu nedenle ekstraksiyon metodu dikkatli bir şekilde uygulanmalıdır (Fankhauser-Noti ve Grob 2007). 1.4. Çalışmada Kullanılan Analiz Metotları Ve Metotlarla İlgili Kuramsal Bilgiler 1.4.1. Atomik X-Işını Spektrometri X-ışını spektroskopisi, diğer optik spektroskopiler gibi elektromanyetik ışının emisyon, absorpsiyon, saçılma, flüoresans ve kırınım ölçümüne dayanır. X-ışını flüoresans ve X-ışını absorpsiyon yöntemleri periyodik çizelgedeki atom numarası sodyumdan büyük bütün elementlerin kalitatif ve kantitatif tayini için yaygın olarak kullanılmaktadır. 1.4.1.1. Temel Prensipler X-ışınları, yüksek enerjili elektronların yavaşlatılmasıyla veya atomun iç orbitallerindeki elektronların elektronik geçişleriyle oluşturulan kısa dalga boylu elektromanyetik ışınlardır. Elektromanyetik spektrumun X-ışınları bölümü, ultraviyole ile γ-ışınları arasındaki bölgede yer alır (şekil 1.4.1.1.1). 52 Dalgaboyu, λ 100 10 1.0 0.1 Å Ultrasoft X-ışınları Soft X-ışınları Sert X-ışınları γ -ışınları UV Be Kα Fe Kα U Kα ANALİTİK BÖLGE Enerji, E keV 0.1 1.0 10 100 Şekil 1.4.1.1.1. Elektromanyetik spektrumda X-ışınlarının bölgesi Kaynak: KELLNER, R., J.-M. MERMET, M. OTTO, H.M. WİDMER. 1998. Analytical Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany, 916 p. X-ışınları analitik amaçla dört farklı metot ile elde edilebilir: (1) bir metal hedefin yüksek enerjili elektron demeti ile bombardımanı, (2) ikincil bir X-ışınları demeti flüoresansı elde etmek için bir maddenin birincil X-ışınlarına maruz bırakılması, (3) bozunması sonucu X-ışınları emisyonu oluşturan bir radyoaktif kaynağın kullanılması ve (4) sinkrotron bir radyoaktif kaynaktan. X-ışınları, kaynakları ultraviyole ve görünür bölge emisyon kaynakları gibi, genellikle hem sürekli hem çizgi spektrum oluştururlar. Sürekli ışımaya aynı zamanda beyaz ışıma veya Bremsstrahlung adı verilir. 1.4.1.2. Madde ile X-Işını Etkileşimi X-ışınları ile madde etkileşimi; Bohr Atom Modeli ile daha net açıklanabilmektedir. Bu modelde; Z atom numarasına sahip bir elementin elektronları K, L, M, N,O ve P adı verilen tabakalarda (kabuklarda) yer almaktadır. Her tabaka maksimum 2n2 adet elektron barındırabilir. Her tabakada bulunan elektronlar; açısal kuantum sayısı ( l=0,…,n-1), manyetik kuantum sayısı (m= -l,…,0,…l) ve spin kuantum sayılarına (s= -1/2,+1/2) göre farklandırılmıştır. Bir atomdaki iki elektron hiçbir zaman aynı kuantum sayılarına sahip olamaz. Bir atomda bulunan elektronlar farklı enerji 53 seviyelerinde bulunurlar. K tabakasındaki elektronlar, L tabakasındaki elektronlara göre daha kuvvetli bağlanmışlardır. K tabakasında bir enerji seviyesi, L tabakasında üç enerji seviyesi (L1, L2, L3), M tabakasında beş farklı enerji seviyesi vardır (çizelge 1.4.1.2.1). Çizelge 1.4.1.2.1. K-, L- ve M- tabakalarındaki enerji seviyeleri Tabaka n l=0,…,n-1 j=│l ± 1/2│ Max. elektron sayısı (2j+1) K 1 0 1/2 2 L1 2 0 1/2 2 L2 2 1 1/2 2 L3 2 1 3/2 4 M1 3 0 1/2 2 M2 3 1 1/2 2 M3 3 1 3/2 4 M4 3 2 3/2 4 M5 3 2 5/2 6 Atomun elektronlarının X-ışını ile etkileşimi iki yolla gerçekleşebilir. Gelen foton ya atom tarafından absorplanır ya da saçılmaya uğrar. Bunlardan fotoelektrik absorpsiyon en etkin olan etkileşimdir. Burada madde karakteristik X-ışınları ile etkileşimi sonucu maddeye özgü X-ışınları meydana getirir. Saçılma olayında ise; sürekli bir X-ışını flüoresans spektrumu gözlenir, uyarıcı radyasyon örnek tarafından saçılıma uğratılır ve detektöre düşer. 1.4.1.3. Fotoelektrik Absorpsiyon Fotoelektrik absorpsiyon sürecinde X-ışını tüpünden gelen X-ışını (birincil ışın) fotonu hedef atomdan bir elektronu uzaklaştırır (bir iç kabuğun iyonlaşması, foto elektron), bu hal çok kararsız olduğundan boşluk daha dıştaki bir kabuktaki bir elektronla doldurulur. Bu sırada ya Auger elektron salımı ya da X-ışını flüoresansı gerçekleşir. Fotoelektrik absorpsiyon, gelen fotonun enerjisi bağlı elektronun enerjisine eşit veya daha büyük olduğu durumlarda gerçekleşmektedir. Şekil 1.4.1.3.1’de X- 54 ışınları ile bombardıman edilen bir atomdan yayınlanan flüoresans X ışınlarının oluşumu özetlenmiştir. Şekil 1.4.1.3.1. X-ışını flüoresans olayı. Kaynak: KELLNER, R., J.-M. MERMET, M. OTTO, H.M. WİDMER. 1998. Analytical Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany, 916 p. K tipi X-ışınları; atomun K tabakasında bir elektron boşluğu oluştuğunda meydana gelebilir. Daha yüksek enerji seviyelerinden (n=2,3,…) K tabakasına (n=1) düşen elektronlara karşılık gelen tüm geçişleri içerir (Kα ,Kβ ,..gibi). L tipi X-ışınları; atomun L tabakasında bir elektron boşluğu oluştuğunda meydana gelebilir. n=3,4,…. den L tabakasına (n=2) düşen elektronlara karşılık gelen tüm geçişleri içerir (Lα ,Lβ gibi). M tipi X-ışınları; atomun M tabakasında (n=3) bir elektron boşluğu oluştuğunda söz konusudur. n=4,5,… ten n=3 ’e elektronik geçişlerden kaynaklanır. Geçişlere ait şematik gösterim Şekil 1.4.1.3.2’de özetlenmiştir. 55 ∞ P 6 O ∞ 5 N 4 M 3 Mα Mβ Mγ L 2 Lα L β L γ K n=1 K α K β K γ Şekil 1.4.1.3.2. Elektronik geçişlere ait şema. Kaynak: KELLNER, R., J.-M. MERMET, M. OTTO, H.M. WİDMER. 1998. Analytical Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany, 916 p. Şekil 1.4.1.3.3’de X-ışını fotonunun enerjisine bağlı olarak bakırın fotoelektrik etki kesiti gösterilmektedir. Gelen fotonun enerjisi azaldıkça, etki kesiti artar, daha fazla boşluk oluşabilir. X-ışını absorpsiyon spektrumlarında belirli enerjilerde fotoelektrik tesir kesitlerinde ani azalmalar görülür. Bu köşelere absorpsiyon kenarları adı verilir. Şekil 1.4.1.3.2’de görülen bakırın absorpsiyon spektrumunda 8,98 keV enerji seviyesinde, elementin en yüksek enerjili K elektronunu tam fırlatmak için gerekli enerjiye eşittir. Bu enerjin hemen solundaki enerji K elektronunu uzaklaştırmaya yetmediği için absorpsiyon etki kesitinde ani bir azalma olur. Daha düşük enerjilerdeki diğer pikler bakırın L enerji seviyesinden bir elektron uzaklaştırılmasına karşı gelmektedir. 56 Şekil 1.4.1.3.3. Bir X-ışını ile etkileşiminde, bakıra ait fotoelektrik etki kesitinin X-ışını fotonun enerjisine bağımlı olarak değişimi. Kaynak: KELLNER, R., J.-M. MERMET, M. OTTO, H.M. WİDMER. 1998. Analytical Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany, 916 p. 1.4.1.4. Elastik ve Elastik Olmayan Saçılma Saçılma; foton madde etkileşiminde, maddenin fotonun yönünü değiştirmesine neden olabilir. Eğer gelen fotonun enerjisi çarpışma öncesi ve sonrasında aynı kalıyor ise buna elastik veya Rayleigh saçılması denir. Elastik saçılma bağ elektronları ile gerçekleşir ve X-ışını difraksiyonu olayını açıklamada kullanılır. Eğer gelen foton çarpışma sonucu enerjisinin bir kısmını kaybediyor ise buna elastik olmayan saçılma veya Compton saçılması adı verilir (şekil 1.4.1.4.1.) Şekil 1.4.1.4.1. Elastik ve elastik olmayan saçılmanın şekilsel gösterimi. 57 Bu tür saçılmada foton bağ elektronları ile zayıf etkileşimde bulunur. Gelen foton madde ile etkileşimi sonucu θ açısı ile saçılırsa; fotonun başlangıç ve çarpışma sonucundaki enerjisi eşitlik 1.4.1.4.1’de verilen Compton eşitliği ile hesaplanabilir; E ' E= (1.4.1.4.1) 1 E+ (1− cosφ) 511 1.4.1.5. X-Işını Absorpsiyonu Bir X-ışını demeti maddeden geçtiğinde, bazı fotonlar fotoelektrik absorpsiyon ile kaybolurken, bazıları ise saçılmaya uğrar. Gelen ışın demetinin yoğunluğuna I0, ışın demetinin geçtiği maddenin tabaka kalınlığına d, yoğunluğuna ρ denilirse, maddeden geçen ışın demetinin çıkış yoğunluğu da I ise; Beer yasası diğer tipik elektromanyetik ışınlara olduğu gibi, burada da uygulanabilir (eşitlik 1.4.1.5.1); I = I0e −μ ρ d (1.4.1.5.1) Gelen foton sayısı (yoğunluk) azalırken, enerjisi değişmez. µ sabitine kütle absorpsiyon katsayısı adı verilir ve birimi cm2/g ‘dır. Kütle absorpsiyon katsayısı; fotoelektrik absorpsiyon etki kesitine, elastik ve elastik olmayan saçılma ile ilgili olup, maddeyi oluşturan atomların türüne ve etkileşimde bulunan fotonun enerjisine göre değişir. Kompleks matrislerin kütle absorpsiyon katsayısı, yapıyı oluşturan elementlerin kütle absorpsiyon katsayılarına bağlı bir eşitlik ile hesaplanabilir (eşitlik 1.4.1.5.2): n μ = ∑μi wi (1.4.1.5.2) i=1 Burada µi; kütle absorpsiyon katsayısı, wi ise; örneği oluşturan elementin ağırlık yüzdesidir. Kütle absorpsiyon katsayısı kantitatif analizde önemli bir rol oynar. Hem birincil ışıma hem de madde ile etkileşim sonucu oluşan flüoresans ışıma örnek tarafından absorplanabilir. Konsantrasyonla gözlenen flüoresans yoğunluğu arasındaki ilişki de, bu katsayının dikkate alınması gerekmektedir. 58 1.4.1.6. X-Işını Flüoresans Spektrometre Cihazı XRF cihazı genel olarak; örnekleme hücresi, X-ışını kaynağı ve spektrometre olmak üzere üç ana parçadan oluşur. Şekil 1.4.1.6.1.’de cihaza ait ana parçalar gösterilmiştir. Spektrometre kaynaktan gelen ışınların örnek tarafından emisyona uğratılması sonucu X-ışının değişimini enerji, dalga boyu ve yoğunluk değişiminden yararlanarak ölçebilir ve ölçme prensibine göre konfigürasyonu değişim göstermektedir. Şekil 1.4.1.6.1. Genel olarak XRF cihazına ait parçalar X-ışını kaynağı olarak kullanılan X–ışını tüpleri; cam bir tüp içerisinde vakum altında bulunan tungsten bir flament (katot) ve bir anottan oluşur. Anodu yüksek saflıkta; Cr, Mo, Rh, Ag, W metallerinden biri oluşturur. Şekil 1.4.1.6.2.’de bir X-ışını tüpü gösterilmektedir. Şekil 1.4.1.6.2. X-ışını tüpü Kaynak: KELLNER, R., J.-M. MERMET, M. OTTO, H.M. WİDMER. 1998. Analytical Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany, 916 p. Anotta bulanan atomların elektronlar ile olan etkileşimi sürekli ve karakteristik türde olmak üzere iki farklı X-ışını oluşumuna neden olur. Sürekli X-ışını; yüksek 59 enerjili elektronlar ile hedef atomun çarpışması sonucu yavaşlaması ile oluşur. Karakteristik X-ışınları ise anodun yaydığı belli dalga boyu ve enerjideki fotonlardır. X- ışını tüpünün yaydığı X-ışını spektrumu uygulanan voltaja, anodun yapıldığı materyale ve berilyum pencere kalınlığına göre değişim göstermektedir. XRF cihazları; örneğin uyarılma şekline ve detektör türüne göre iki ana grup altında incelenebilir. Örneğin uyarılma şekline göre; tüp uyarmalı XRF, radyoizotop uyarmalı XRF, ikincil hedefli XRF, senkrotron (hızlandırıcılı) XRF, toplam yansımalı XRF olmak üzere beş farklı türü vardır. Detektör türüne göre ise; dalga boyu dağılımlı XRF, enerji dağılımlı XRF ve filtreli cihazlar bulunmaktadır. Enerji dağılımlı XRF cihazlarında temel sistem, düşük güçte bir X-ışını tüpü ve örneğe 45°C açı ile yerleştirilmiş bir Si(Li) detektörden oluşur (şekil 1.4.1.6.3.). Bir dizi birincil ışın filtresi; en iyi uyarmayı almak için X-ışını tüpünden gelen spektrumu değiştirir. Yönlendirici filtreler ise; tüpten gelen ve ölçülen ışınların düzenlenmesinde kullanılır. Tüm sistemden helyum gazı geçirilerek veya sistem vakum altında iken ölçüm gerçekleştirilir. Şekil 1.4.1.6.3. Enerji Dağılımlı X-ışını Flüoresans Spektrometrenin genel şeması Kaynak: KELLNER, R., J.-M. MERMET, M. OTTO, H.M. WİDMER. 1998. Analytical Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany, 916 p. Daha ayrıntılı sistemlerde; cihazın gözlenebilme sınırlarını düşürmek amacıyla ikincil hedefli uyarma kullanılır. X-ışını bir metal disk üzerine düşürülerek ışınlama gerçekleştirilir. X-ışını ikincil hedefler ile belirli enerjilere göre polarize edilerek duyarlılık arttırılır. 60 Şekil 1.4.1.6.4. a) Doğrudan uyarmalı, b) İkincil hedefli uyarmalı XRF Kaynak: KELLNER, R., J.-M. MERMET, M. OTTO, H.M. WİDMER. 1998. Analytical Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany, 916 p. Enerji dağılımlı XRF cihazlarında örneği uyarmada genel olarak kullanılan yöntemlerden direkt uyarmalı ve ikincil hedefli uyarmalı XRF türleri Şekil 1.4.1.6.4.’de gösterilmiştir. İkincil hedef olarak; Mo, Al2O3 ve HOPG (High Oriented Pyrolytic Graphite) kullanılmaktadır. 1.4.1.7. X-Işını Flüoresans Spektrometride Örnek Hazırlama İşlemi XRF tekniği; malzemelerin element içeriğini belirlemek amacıyla, tahribatsız analiz özelliğinden dolayı, hem sıvı hem de katı örnek analizinde yaygın olarak kullanılır. Duyarlılık aralığı ppm (mg/kg) ile % konsantrasyon aralığında değişebilir. Endüstriyel proseslerin kontrolünde (metalürji, çimento, cam), madencilikte, jeokimya alanında, materyal araştırmalarında, çevre analizleri ve arkeoloji alanında yaygın olarak kullanılır. Genel ilke olarak; XRF az bir örnek hazırlığı gerektirir. XRF cihazında örnekler, çapı 1 ila 3 cm, yüksekliği 1 cm olan örnek tutucular ile cihaza yerleştirilir. Katı örnekler uygun boyutlara getirildikten sonra kalitatif analiz gerçekleştirilir. Sıvı ve toz örnekler altında ince Mylar penceresi olan özel kaplara aktarılır. Ancak kantitatif analizde dikkate alınması gereken en önemli noktalar örneğin homojen ve yüzeyinin pürüzsüz olmasıdır. Çünkü X-ışınları örnek yüzeyinin sadece birkaç mikrometre derinliğine kadar nüfuz eder. 61 Metal örnekler, metalin işlenmesi ile bir disk haline getirilir. Daha sonra diskin bir yüzünün alümina veya silisyum karbür gibi bir aşındırıcı veya elmas ile taşlanarak parlatılması gerekmektedir. XRF; cevher, mineral, sediment ve dondurulmuş biyolojik örnekler gibi çok sayıda ve farklı türdeki örneğin analizine imkân sağlamaktadır. Ancak örneklerin ölçüm öncesi toz haline getirilerek, parçacık büyüklüğü 50 µm çapından daha az olacak şekilde öğütülmesi gerekmektedir. Daha sonra toz örnekler preslenerek pelet haline getirilir. Bazı durumlarda peletin mekanik kalıcılığını arttırmak amacıyla %5-10 miktarında bağlayıcı materyal (selüloz, polivinil asetat gibi) ile preslenir. Bunun dışında, özellikle eser elementlerin belirlenmesinde füzyon sistemi ile yüksek sıcaklıkta eritiş yapılarak, cam diskler hazırlanır ve yüksek homojenizasyon sağlanır. XRF yöntemi atmosfer kirleticilerinin analizinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Hava örnekleri, tanecikleri tutmak için emilerek mikrogözenekli bir filtreden ve ayrıca sırasıyla ortotoludin, gümüş nitrat ve sodyum hidroksit ile muamele edilmiş üç adet filtre kâğıdından yapılmış disklerden geçirilir. Reaktifler verilen sırada kloru, sülfürleri ve kükürt dioksidi tutar. Filtreler daha sonra XRF ile analiz edilir (Kellner ve ark. 1998, Skoog ve ark. 1999). 1.4.1.8. Kalitatif ve Kantitatif Analiz XRF tekniğinde kalitatif analiz oldukça basittir. İlgili elementin enerji veya dalga boyu çizgisi üzerinde bir pik varlığını doğrulamada kullanılır. Ancak yarı kantitatif ve kantitatif çalışmalar daha zordur. Yarı kantitatif çalışmalarda; örneğin spektrumundaki pik yüksekliklerinin dikkatlice ölçümüyle yarı kantitatif veriler elde edilir. Yaklaşık bir derişim elde edilmesi amacıyla eşitlik 1.4.1.8.1 kullanılır. PX= PS.WX (1.4.1.8.1) Burada PX belirli bir süre içinde sayım sayısı cinsinden bağıl çizgi şiddeti; WX örnekteki tayin edilen elementin ağırlık kesridir. PS faktörü aynı sayım koşullarında, WX 1’e eşit olduğunda gözlenecek çizginin bağıl şiddetidir. PS değeri saf bir elementle veya bilinen bir derişimdeki standart örnek ile tayin edilir. Bu eşitliğin kullanımında, 62 tayini yapılan türlerin emisyonunun, örnekte bulunan diğer elementlerden etkilenmeyeceği varsayımına dayanmaktadır. Ancak bu varsayım geçerli olmayabilir ve sonuç olarak iki kat veya daha fazla derişim hatası yapılabilir. Flüoresans sonucu oluşan X-ışınları sadece örneğin yüzeyindeki değil, aynı zamanda yüzeyin oldukça altındaki atomlardan kaynaklanır. Böylece gelen ve flüoresans sonucu oluşan ışınların bir kısmı örnek içinde derinliğine önemli bir kalınlıkta yol alırken, absorpsiyon ve saçılma meydana gelir. Her iki ışın demetindeki azalma miktarı ortamın kütle absorpsiyon katsayısına bağlı olup, bu değer örnekteki bütün elementlerin kütle absorpsiyon katsayıları tarafından belirlenir. Bu yüzden ilgili element için detektöre ulaşan bir çizgi sadece kendi konsantrasyonuna bağlı olmayıp, aynı zamanda matriks elementlerinin kütle absorpsiyon katsayılarıdan ve derişimlerinden de etkilenir. Matriksin neden olduğu absorpsiyon etkileri eşitlik 1.4.1.8.1’e göre hesaplanan sonuçların yüksek veya düşük çıkmasına neden olur. Eğer matriks, gelen veya yayınlanan ışın demetini, tayin elementinden daha kuvvetli olarak absorplayan bir elementin oldukça önemli miktarını içeriyorsa, bu durumda absorpsiyonun daha az olduğu standartla hesaplanan PS daha küçük olduğundan, WX düşük çıkacaktır. Öte yandan, numunenin matriks elementleri standarttaki elementlerden ışını daha az absorplarsa yüksek WX değerleri bulunacaktır. İkinci bir matriks etkisi, arttırıcı etki olarak adlandırılır ve sonuçların daha yüksek çıkmasına neden olur. Bu etkinin kaynağı gelen ışının örnekte bulunan başka bir matriks elementini uyarması sonucu elde edilen karakteristik emisyon spektrumunun analiz çizgisinde ikincil bir uyarmaya neden olmasıdır. XRF analizlerinde matriks etkilerini düzeltmek için çeşitli teknikler geliştirilmiştir. Bunlardan deneysel olarak kullanılanlar; standart kalibrasyon, iç standart kullanımı, örnek ve standartların seyreltilmesi, Compton/empirik kalibrasyonu, ortalama atom sayısı kalibrasyonudur. Teorik matriks düzeltmelerde ise; matemetiksel modellemeler (Lachance–Traill, Claisse–Quintin, Rousseau vb.) ve kemometrik yaklaşımlar kullanılmaktadır (Kellner ve ark. 1998, Skoog ve ark. 1999). 63 1.4.2. Gaz Kromatografi Temel İlkeleri Gaz kromatografide (GC), ısı ile buharlaştırılan örnek kromatografi kolonunun girişine enjekte edilir ve inert bir gaz ile elüe edilir. Diğer kromatografik yöntemlerin aksine gaz faz analitin molekülleri ile etkileşmez; gazın tek görevi; analiti kolon boyunca sürüklemektir. İki tür gaz kromatograf vardır: gaz-katı kromatograf (GSC) ve gaz-sıvı kromatograf (GLC). Gaz-sıvı kromatografi birçok alanda yaygın olarak kullanıldığı için adı genelde kısaca gaz kromatografi olarak anılır. 1.4.2.1. Gaz-Sıvı Kromatografi Gaz-sıvı kromatograf analitin gaz haldeki hareketli faz ile bir katının yüzeyine tutturulmuş durgun sıvı faz arasında dağılımı üzerine kurulmuştur. Bir gaz kromatograf cihazının temel bileşenleri şekil 1.4.2.1.1. ‘de gösterilmektedir. Şekil 1.4.2.1.1. Gaz Kromatografın Bileşenleri Kaynak: SKOOG, D., F. J. HOLLER, T. A. NIEMAN .1999. Enstrümantal Analiz İlkeleri, Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 849. 64 Gaz kromatografide hareketli faz olarak kimyasal olarak inert olan helyum, argon, azot, karbon dioksit ve hidrojen gibi gazlar kullanılır. Gaz seçimi kullanılan detektöre uygun yapılmalıdır. Gaz kaynağına bağlı olan diğer üyeler ise; basınç ayarlayıcıları, göstergeler ve akış ölçerlerdir. Ek olarak, su veya taşıyıcı gazdan gelebilecek diğer safsızlıkları gidermek için gaz sisteminde moleküler elek bulunmaktadır. Akış hızı kontrolü, normal olarak gaz silindirine bağlı iki basamaklı basınç regülatörleri ve kromatografa bağlı akış regülatörleri ile yapılır. Modern sistemlerde ise gaz akış ve basıncını kontrol eden elektronik sistemler bulunmaktadır. Numune enjeksiyonunda, kolon girişinde bulunan bir silikon-lastik diyafram veya bir septum içinden, numune sıvı veya gaz olarak bir mikro şırınga ile hızlı buharlaştırıcı bölmeye verilir. Yavaş enjeksiyon ve fazla miktarda örnek verilmesi, pik genişlemesine ve düşük ayırma gücüne neden olur. Normal analitik amaçlar için enjeksiyon; 0,1- 20 µL arasında olabilir. Gaz kromatografide iki tür enjeksiyon vardır. Bunlar split ve splitlesstir. Splitless enjeksiyon türünde kolon içine enjekte edilen miktar doğrudan kolona verilirken, split enjeksiyonda; split oranına göre örneğin belirli bir kısmı kolona verilir. Bu derişik örneklerde kolona verilmeden önce yapılan bir seyreltme işlemi olarak kabul edilebilir. Gaz kromatografide, dolgulu ve kapiler olmak üzere iki tip kolon kullanılır. Kromatografi kolonlarının boyu, 2 ile 50 m. arası değişebilir. Yapımlarında paslanmaz çelik, cam, ergitilmiş silis veya teflon kullanılabilir. Kolon sıcaklığının sabit olması önemli bir analiz parametresi olduğu için kolon, sıcaklığı belirli bir etüv (kolon fırını) içerisinde bulunur. Sabit sıcaklık sağlama ve etüve sığmaları için genellikle çapları 10 ile 30 cm arasında değişen bobinler şeklinde sarılırlar. Çizelge 1.4.2.1.1. ‘de dolgulu ve kapiler kolon özellikleri verilmiştir. 65 Çizelge 1.4.2.1.1. Dolgulu ve kapiler kolon özellikleri. Dolgulu Kapiler Uzunluk (m) 0,5-5 5-10 İç çap (mm) 2-4 0,1-0,7 Akış (mL/dk) 10-60 0,5-15 Basınç (psi) 10-40 3-40 Plaka sayısı 4000 250.000 Kapasite 10 mg/pik 100 ng/pikFilm kalınlığı(mm) Film kalınlığı 1-10 0,1-8 Kaynak: SKOOG, D., F. J. HOLLER, T. A. NIEMAN .1999. Enstrümantal Analiz İlkeleri, Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 849. Kapiler kolonlar; uzun kolon boyları, küçük yarıçapları ve daha düşük numune hacimleri ile dolgulu kolonlara göre daha fazla üstünlüğü olan ve kullanım alanı bulan kolon türleridir. Gaz kromatografide piklerin ayrılmasını iyileştirmek için önemli olan faktörler; kolon uzunluğu, kolon iç çapı, film kalınlığı, taşıyıcı gaz türü, taşıyıcı gaz hızı ve kolon sıcaklığıdır. Gaz kromatografide ideal kolonun; düşük uçuculuğa sahip olması, termal olarak kararlı olması, kimyasal olarak inert olması gereklidir. Ticari olarak kullanılan bazı kolon dolgu malzemeleri özellikleri, isim ve uygulama alanları Çizelge 1.4.2.1.2’de verilmiştir. Gaz kromatografide başlıca kullanılan detektörler; alev iyonlaştırmalı detektör (FID), termal iyonlaştırmalı detektör (TCD), termiyonik detektörler (TID) ve kütle detektörleri (MS)’ dir. İdeal bir detektörde; a) Uygun duyarlılık, b) İyi kararlılık ve tekrarlanabilirlik, c) Oda sıcaklığında en az 400°C ‘ye ulaşan bir sıcaklık aralığı, d) Akış hızından bağımsız olan kısa bir cevap süresi, e) Yüksek güvenirlilik ve kullanım kolaylığı, f) Numuneyi bozmama özellikleri aranmaktadır. 66 Çizelge 1.4.2.1.2. Gaz-sıvı kromatografi için uygun bazı durgun fazlar. Genel En yüksek Durgun Faz Sıcaklık, Genel Uygulamaları Ticari adı °C Genel amaçlı apolar faz; hidrokarbonlar; polinükleer Polimetil siloksan OV-1,SE-30 350 aromatikler; ilaçlar; steroidler; PCB’ler Yağ asidi metil esterler; %5 Fenil-polidimetil OV-3,SE-52 350 alkaloidler; ilaçlar; halojenli siloksan bileşikler %50 Fenil İlaçlar; steroidler; pestisitler; OV-17 250 polidimetil siloksan glikoller Klorlanmış aromatikler; %50 Trifloropropil OV-210 200 nitroaromatikler; alkil sübstitüe polidimetil siloksan benzenler Carbowax Serbest asitler; alkoller; eteri Polietilen glikol 250 20M yağlar; glikoller %50 Siyanopropil Poli doymamış yağ asitleri; rozin OV-275 240 polidimetil siloksan asitleri; serbest asitler; alkoller Kaynak: SKOOG, D., F. J. HOLLER, T. A. NIEMAN .1999. Enstrümantal Analiz İlkeleri, Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 849. 1.4.2.2. Gaz Kromatografi ile Spektroskopik Yöntemlerin Birlikte Kullanımı Gaz kromatografi çoğu zaman seçici spektroskopik ve elektrokimyasal tekniklerle bağlantılı olarak kullanılır. Böylece ikili yöntemler adı verilen bu sistemler, kompleks karışımların analizinde güçlü bir araç olarak karşımıza çıkar. Gaz kromatograf/kütle spektrometre sistemi biyolojik ve doğal sistemlerdeki yüzlerce maddeyi aynı anda tanımak amacıyla kullanılmaktadır. Bu tür bir sistemin şematik görünümü şekil 1.4.2.2.1.’de verilmiştir. 67 Şekil 1.4.2.2.1. Gaz kromatografi/kütle spektrometrenin şematik gösterimi. Kaynak: SKOOG, D., F. J. HOLLER, T. A. NIEMAN .1999. Enstrümantal Analiz İlkeleri, Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 849. 1.4.2.3. Kütle Spektrometre Düzeneği Kütle spektrometreleri, hareketli iyonları kütle/yük oranlarına göre ayıran cihazlardır. İyonların çoğu tek yüklü olduğundan, oran basitçe kütlesine eşittir. Bunlar moleküler kütle spektrometreleridir. Şekil 1.4.2.3.1.’de bir kütle spektrometrenin temel bileşenleri görülmektedir. 10-5 -10 -8 torr Giriş İyon Kütle Detektör Sistemi kaynağı analizörü Sinyal işleyici Vakum sistemi Gösterge Şekil 1.4.2.3.1. Bir kütle spektrometrenin bileşenleri. Kaynak: SKOOG, D., F. J. HOLLER, T. A. NIEMAN .1999. Enstrümantal Analiz İlkeleri, Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 849. 68 Kılcal borulardan gelen eluentin akış hızı genellikle küçük olduğu için, madde doğrudan iyonlaşma bölmesine alınabilir. Kapiler kolonlar için taşıyıcı gazın büyük bir kısmını analitten ayıran camdan yapılmış bir jet ayırıcı sistemin kullanılması gerekir. Bu sistemde kolon gazları jet ayırıcının ucundan çıkarken, ağır analit molekülleri yüksek momentum kazanır ve bunların yaklaşık %50’si karşı tüpe girerken, hafif helyum atomları vakum tarafından emilir. Jet ayırıcı sistemin basit bir şekli şekil 1.4.2.3.2.’de gösterilmiştir. Şekil 1.4.2.3.2. Bir jet ayırıcının şeması. Kaynak: SKOOG, D., F. J. HOLLER, T. A. NIEMAN .1999. Enstrümantal Analiz İlkeleri, Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 849. Kütle spektrometrelerinin iyon kaynakları, numune bileşenlerini iyonlara dönüştürür. Çoğu kez iyon kaynağı ile giriş sistemi birleştirilmiştir. Her iki durumda da pozitif veya negatif iyonlar kütle analizörüne doğru hızlandırılırlar. Çizelge 1.4.2.3.1.’de moleküler kütle spektrometrelerinde kullanılan iyon kaynakları listelenmiştir. Bu yöntemler gaz faz kaynakları ve desorpsiyon kaynakları olarak iki ana kategoriye ayrılırlar. Çizelgede bulunan ilk üç yöntem, numunenin önce buharlaştırılması sonrada iyonlaştırılmasına dayanmaktadır. Sonraki yöntemlerde katı, sıvı haldeki bir numune doğrudan gaz iyon haline dönüştürülür. 69 Çizelge 1.4.2.3.1. Moleküler kütle spektrometrelerinde kullanılan iyon kaynakları. Temel tip Adı ve kısaltması İyonlaştırıcı Elektron impakt (EI) Enerjik elektronlar Gaz fazı Kimyasal iyonlaştırma (Cl) Reaktif gaz iyonları Alan İyonlaştırma (FI) Yüksek-potansiyelli elektrot Elektrosprey iyonlaştırma (ESI) Yüksek elektrik alan Matriks yardımlı desorpsiyon/iyonlaştırma Lazer demeti (MALDI) Plazma Desorpsiyonu (PD) 252Desorpsiyon Cf’nin fisyon ürünleri Hızlı atom bombardımanı (FAB) Enerjik Atom demeti İkincil iyon kütle spektrometre (SIMS) Enerjik iyon demeti Termosprey iyonlaştırma (TS) Yüksek sıcaklık Gaz kromatografları ile kullanılan kütle analizörleri; iyon-tuzak detektörleri, kuadropol kütle detektörleri, uçuş-zamanlı kütle detektörleridir. Bu detektörlerden gaz kromatografide en yaygın kullanıma sahip olanı kuadropol kütle detektörleridir. Bu detektörde, elektrot olarak bulunan dört adet çubuk vardır. Karşılıklı çubuklar elektriksel olarak birbirine bağlıdır; bir çift, değişebilir doğru akım kaynağının pozitif ucuna, diğer taraf ise negatif ucuna bağlıdır (şekil 1.4.2.3.3.) Şekil 1.4.2.3.3. Kuadropol kütle spektrometre Kaynak: SKOOG, D., F. J. HOLLER, T. A. NIEMAN .1999. Enstrümantal Analiz İlkeleri, Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 849. 70 Ayrıca her çubuk çiftine değişebilir radyo-frekanslı alternatif akım potansiyeli uygulanır. Bu cihazla bir kütle spektrumu elde etmek için, iyonlar, çubuk arasındaki boşluğa 5-10 V’luk bir potansiyelle hızlandırılırlar. Bu arada çubuklara uygulanan doğru ve alternatif akım potansiyelleri, oranları sabit tutularak aynı anda arttırılırlar. Herhangi bir anda belli bir m/z değerine sahip olanların dışında bütün iyonlar çubuklara çarpar ve nötral moleküllere dönüşür. Sadece sınırlı bir aralıkta m/z değeri taşıyan iyonlar transudere ulaşır. Tipik olarak, kuadropol cihazlar kütleleri birim farklı iyonları bile kolaylıkla ayırır. 1.4.3. Atomik Spektroskopi Atomik spektroskopi 70 kadar elementin kalitatif ve kantitatif tayininde kullanılan bir tekniktir. Atomik metotların tipik duyarlılığı milyonda bir ile milyarda bir arasında değişir. Serbest atomlarda, moleküllerde olduğu gibi titreşim ve dönme hareketleri olmadığından, spektroskopileri sadece elektronik geçişler üzerine kurulmuştur. Atomik türlerin spektroskopik tayini, ancak tek atomların birbirlerinden iyice ayrılmış bulunduğu gaz ortamında yapılabilir. Atomik spektroskopide metotların sınıflandırılması atomlaştırma basamağının türüne göre belirlenmektedir. Çizelge 1.4.3.1. ‘de atomik spektroskopisinde kullanılan genel atomlaşma türleri verilmiştir. Çizelge 1.4.3.1. Atomik spektroskopide kullanılan atomlaştırıcı tipleri. Atomlaştırıcı tipi Tipik Atomlaşma sıcaklığı ˚C Alev 1700-3150 Elektrotermal buharlaştırma (ETV) 1200-3000 İndüktif eşleşmiş argon plazma (ICP) 4000-6000 Doğru akım argon plazma (DCP) 4000-6000 Mikrodalga-indüklenmiş argon plazma (MIP) 2000-3000 Akkor boşalımlı plazma (GD) Termal değil Elektrik Arkı 4000-5000 Elektrik kıvılcımı 40000(?) Kaynak: SKOOG, D., F. J. HOLLER, T. A. NIEMAN .1999. Enstrümantal Analiz İlkeleri, Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 849. 71 1.4.3.1. Atomik Absorpsiyon Spektrometre ve Temel Olaylar Atomik absorpsiyon spektrometrenin temel bileşenleri şekil 1.4.3.1.1.’de özetlenmiştir. Şekil 1.4.3.1.1. Atomik Absorpsiyon Spektrometrinin temel bileşenleri. Kaynak: LAJUNEN, L. H. J. 1992. Spectrochemical Analysis By Absorption and Emisssion. Published by The Royal Society of Chemistry, The Bath Press, 241 p., sf.31. Bu sistemde ışık kaynağından gelen ışık, atomlaştırıcı üzerine düşürüldükten sonra monokromatörden geçerek dedektöre ulaşmaktadır. AAS’de temel enerji düzeyindeki atomların elde edilmesinde kullanılan absorbsiyon düzenekleri; alev, alev yardımıyla ısıtılan absorpsiyon tüpleri, fırınlar (elektrotermal ısıtmalı), flaman atomizerler ve diğer alevsiz düzenekler olarak sıralanmaktadır (Lajunen 1992). Atomik spektroskopide numune verme sisteminin amacı, olumsuz girişim etkisi olmadan, belirtilen atomlaştırıcılardan birine, bir numunenin temsili ve tekrarlanabilir bir kısmını aktarmaktır. Çizelge 1.4.3.1.1’de belirtilen ilk beş atomlaşma kaynağı için, numuneler, en çok çözelti şeklinde, kimi zaman da bulamaç halinde verilir. Çözme güçlüğü olan numuneler için, katı ve ince dağılmış tozlar şeklinde numune verilmesini sağlayan birçok yöntem geliştirilmiştir. Ancak daha az tekrarlanabilir ve çeşitli hatalara daha açıktır. 72 Çizelge 1.4.3.1.1. Atomik spektroskopide numune verme yöntemleri Yöntem Numune tipi Pnömatik sisleştirme Çözelti veya bulamaç Ultrasonik sisleştirme Çözelti Elektrotermal buharlaştırma Katı, sıvı, çözelti Hidrür oluşturma Belirli elementlerin çözeltileri Doğrudan verme Katı, toz Lazer aşındırma Katı, metal Kıvılcım veya ark aşındırma İletken katı Akkor boşalım tozlaşması İletken katı Hidrür oluşum teknikleri, arsenik, antimon, kalay, selenyum, bizmut ve kurşun elementlerinin, gaz halinde atomlaştırıcıya verilmesi için bir yöntem oluşturur. Bu işlem, bu elementler için gözlenebilme sınırını 10 veya 100 kat azaltır. Bu türlerin oldukça toksik olmaları sebebiyle, düşük derişim düzeylerinde tayinleri oldukça önemlidir. Uçucu hidrürlerin hızlı oluşumu, genel olarak bir cam kapta bulunan %1’lik sodyum borhidrürün küçük bir hacmi içine numunenin asitlendirilmiş sulu çözeltisinin ilavesiyle hemen sağlanır; tipik bir reaksiyon denklemi aşağıda verilmiştir. 3BH - +4 + 3H + 4H3AsO3 3H3BO3 + 4AsH3 + 3H2O Uçucu hidrür inert bir gaz ile atomlaşma odasına sürüklenir. Bu oda silisten yapılmış bir borudur. Bu boru, alevle veya elektrik direnç ısıtıcı ile 800-1000 °C’ye ısıtılır. Bu sıcaklıkta hidrür bozunur; analitin nötral atomları oluşur ve ölçüm gerçekleştirilir. a) Oyuk Katot Lambaları Atomik absorpsiyon ölçümleri için en yaygın kaynak oyuk katot lambalarıdır. Bu tip lambalar 1-5 torr basınç altında argon veya neon gazları ile doldurulmuş bir cam tüp içinde, bir tarafı kapalı silindirik katot ve bir tungsten anottan ibarettir. Katot, spektrumu istenen metalden veya bu metalin bir tabakasını desteklemede kullanılan başka bir metalden imal edilir. 73 Elektrotlar arasında 300V civarında bir potansiyel uygulandığında, inert gaz atomları iyonlaşır. İyonlar ve elektronlar elektrota göçerken, 5-15 mA’ lik bir akım oluşur. Potansiyel farkı yeterli ise, yüksek hızla katoda çarpan katyonlar, katot yüzeyindeki atomlardan bazılarını koparıp gaz fazına geçirir. Uyarılmış haldeki metal atomları temel hallerine dönerken karakteristik ışın yayarlar. Sonuçta; metal atomları geri katot yüzeyine difüzlenir veya tüpün cam duvarında birikir. Katodun silindirik yapısı, metal tüpün sınırlı bir bölgesinde ışını yoğunlaştırır; bu tasarım atomların, cam duvardan çok, katot yüzeyinde birikme olasılığını arttırır. Piyasada çeşitli oyuk katot lambaları satılmaktadır. Bazılarının katodu birkaç metalin karışımını içerir; bu lambalar tek bir element yerine birkaç elementin tayininde kullanılır. b) Alevli Atomlaştırıcılar Alevli atomlaştırıcı, numuneyi bir bulut veya aerosol şekline dönüştürdükten sonra alev başlığını gönderen bir sisleştiricidir. Şekil 1.4.3.1.2.’de laminer akışlı bir alev başlığı ve tek merkezli boru türü sisleştirici içeren bir sistem görülmektedir. Şekil 1.4.3.1.2. Laminer akışlı bek. Kaynak: SKOOG, D., F. J. HOLLER, T. A. NIEMAN .1999. Enstrümantal Analiz İlkeleri, Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 849. Alevli atomlaştırıcılarda numunenin yanmasını ve atomik buhar oluşumunu gerçekleştiren bazı yaygın yakıt ve yükseltgen gazlar ile bu karışımlarla oluşan ortalama 74 sıcaklık aralıkları içermektedir. 1700 ile 2400 °C arasındaki sıcaklıklar, hava yükseltgen olduğunda çeşitli yakıt gazlarla elde edilebilir. Bu sıcaklıklarda, sadece kolaylıkla uyarılabilen alkali ve toprak alkali metalleri gibi türler tayin edilebilir. Daha zor şekilde uyarılabilen ağır metal türleri için ise yükseltgen olarak oksijen veya diazot monoksit kullanılması gerekir. Çizelge 1.4.3.1.2.’de atomik spektroskopide kullanılan alev türleri ve sıcaklıkları belirtilmiştir. Çizelge 1.4.3.1.2. Atomik spektroskopide kullanılan alevler Yakıt ve Yükseltgen Sıcaklık, °C Gaz / Hava 1700-1900 Gaz / O2 2700-2800 H2 / Hava 2000-2100 H2 / O2 2550-2700 Asetilen / Hava 2100-2400 Asetilen / O2 3050-3150 Asetilen / Diazot monoksit 2600-2800 Kaynak: SKOOG D., D.M.WEST, F.J. HOLLER, 1999. Analitik Kimya Temelleri. Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 615. 1.4.3.2. Atomik Absorpsiyon Spektrometride Girişimler Örnek kabından atomlaştırıcıya kadar olan işlemler sırasında çözeltinin fiziksel ve kimyasal özellikleri, analiz edilen elementin soğurum sinyalini pozitif veya negatif etkiler, analizde hataya yol açan etkilerin tümüne de girişim adı verilir. AAS ile yapılan analizler sırasında karşılaşılabilecek girişim (interferens) türleri; fiziksel, spektral ve kimyasal olmak üzere üç grupta incelenebilir (Güçer 1976). a) Fiziksel Girişimler Alevli absorbsiyon hücresinin kullanıldığı sistemlerde, viskozite, emilim hızı ve sisleşme sırasında oluşan yüzey gerilimi gözlenen önemli fiziksel girişimlerdir. Fiziksel girişimi engellemek için çözelti genellikle seyreltilir veya yüzey gerilimini azaltıcı maddeler eklenir. 75 b) Spektral Girişimler Tayini yapılmak istenen elementin rezonans çizgisinin herhangi bir radyasyon ile çakışması veya etkilenmesi hali olarak tanımlanmaktadır. Girişime neden olabilecek radyasyon, spektral çizgi veya bant yapısında olabilmektedir. Buna göre ‘spektral çizgi’ ve ‘molekül’ girişimi olarak sınıflandırılmaktadır (Güçer 1976). Spektral girişimler, ışınların saçılmasına sebep olan katı tanecikli ürünlerden veya geniş bant absorbsiyonu oluşturan yanma ürünlerinden de ileri gelebilir. Her ikisi de gelen ışın gücünü zayıflatır ve pozitif analitik hataya yol açar. Bu ürünlerin kaynağı sadece yanıcı ve yükseltgen karışımı olduğunda, düzeltmeler bir tanık çözelti aleve püskürtülerek absorbans ölçümü ile kolayca sağlanabilir (Skoog, D., F.J. Holler, T.A. Nieman. 1999) . c) Kimyasal Girişimler Kimyasal girişimler absorpsiyon hücresindeki temel enerji düzeyindeki atom konsantrasyonunun değişmesine neden olan reaksiyonların tümü olarak tanımlanmaktadır (Güçer 1976). Zor buharlaşan türlerin oluşmasından kaynaklanan girişimler çoğu zaman daha yüksek sıcaklıkların kullanılmasıyla giderilebilir. Diğer bir metot ise, girişim yapan türlerle birleşerek, analitin serbest kalmasını sağlayacak olan katyonlar kullanılmaktadır. Koruyucu reaktifler ise analit ile kararlı, fakat kolaylıkla buharlaşabilen ürünler oluşturarak girişimi engeller. Bu amaçla yaygın olarak kullanılan reaktifler EDTA, 8-hidroksikinolin ve APDC’dir. 1.4.3.3. Zemin Düzeltme Metodları Örnek yapısından kaynaklanan spektral (background-zemin) problemlerden gelen etkilerin tamamen veya kısmen giderilmesi için; sürekli ışık kaynağı (D2- döteryum), Zeeman metodu, Smith-Hieftje metodu kullanıldığı belirtilmiştir (Lajunen 1992). a) Sürekli ışık kaynağı (D2- döteryum) zemin düzeltme metodu: Hem ışık kaynağı hem de D2’dan gelen ışınlar monokromatörden geçerek aynı detektör üzerine düşürülmektedir. D2 zemin düzeltme metodunun temel prensibi şekil 1.4.3.3.1.’de özetlenmiştir (Lajunen 1992). Ticari olarak atomik absorpsiyon spektrometrelerinde en yaygın zemin düzeltme sistemi olarak kullanılmaktadır. 76 Şekil 1.4.3.3.1. Döteryum ( D2 ) zemin düzeltmesi ( A,B: sadece AA olduğunda; C,D: zemin absorpsiyonu ile birlikte AA olduğunda) Kaynak: LAJUNEN, L. H. J. 1992. Spectrochemical Analysis By Absorption and Emisssion. Published by The Royal Society of Chemistry, The Bath Press, 241 s., sf.103. b) Zeeman zemin düzeltme metodu: Toplam absorbans ve zemin absorbansı aynı ışık kaynağından ölçülebilmektedir. Zeeman metodunun kullanılması atomik absorbansın ve zemin absorbansının birbirine çok yakın veya aynı dalga boyunda ölçümüne izin verdiği belirtilmektedir (Lajunen 1992). Zeeman zemin düzeltme metodunun temel prensibi şekil 1.4.3.3.2. ‘de gösterilmiştir. Şekil 1.4.3.3.2. Zeeman zemin düzeltmesi KAYNAK : LAJUNEN L. H.J. 1992. ‘ Spectrochemical Analysis By Absorption and Emisssion ‘. Published by The Royal Society of Chemistry, The Bath Press, 241 s., sf.112. 77 c)Smith-Hieftje zemin düzeltme metodu: Işık kaynağının emisyon çizgi profilini zemin etkilerinin ölçümü için düzenlenmesi prensibine dayandığı belirtilmektedir (Lajunen 1992). Bu amaçla kullanılan ışık kaynağına, düşük akım uygulanmasıyla hem atomik hem de zemin absorpsiyonundan gelen ölçümler yapılmaktadır. Yüksek akım uygulanmasında da sadece zemin absorpsiyonundan gelen ölçüm yapılmaktadır. İki ölçüm arasındaki farkın örnek için okunan absorbans değerini vereceği bildirilmiştir ( Lajunen 1992) . 1.4.4. Merkezi Kompozit Dizayn Kemometri; bilgisayar, istatistik ve matematiksel yöntemlerin kimyasal verilere uygulanmasıdır. Kimyasal veriler tek değişkenli olabildiği gibi, çoğu zaman birçok değişkene bağlı olabilmektedir. Bu değişkenlerin her birinin ne kadar öneme sahip olduğu ve optimum deneysel koşulların belirlenmesi, kemometrik metotların etkin olarak kullanımı ile mümkündür. Kemometrik optimizasyon tekniklerinde optimum koşulların sağlanabilmesi için deneysel dizaynlar oluşturulur. Bu dizaynlar deneysel çalışmanın planlı bir şekilde, zaman kaybı olmadan ve yeterli sayıda yapılmasını sağlar. Değişik amaçlara yönelik çeşitli deneysel dizayn yöntemleri vardır (Demir 2003). Bu dizaynlardan biri de; merkezi kompozit dizayndır. Her bir faktörün optimum koşullarının bulunması merkezi kompozit dizayn yöntemi ile yapılır. Buradaki deney sayısı eşitlik 1.4.4.1. formülü ile belirlenir. Deney sayısı : 2k + 2k + 1 ( k=faktör sayısı) (1.4.4.1) Formüldeki 2k full faktoriyel veya fraksiyonlu faktöriyel dizayndaki deney sayılarını, 2k star dizayn sayısını ve 1 ise orta seviyedeki deney sayısını gösterir. 2k’daki seviyeler (- 1) ve (+1), 2k’dakiler ±α, 1’ dekiler ise (0) dır. Α değeri ise dairesel ve ortagonal dizayna göre farklı seviyeler alır. Dairesel dizaynda α eşitlik 1.4.4.2 formüle göre hesaplanır. α = ±4 2 k (1.4.4.2) Ortagonal dizaynda ise α eşitlik 1.4.4.3 formüle göre hesaplanır. α = ± k (1.4.4.3) 78 Dizayn istenilen şartlarda oluşturulduktan sonra; verimi etkileyen parametrelerin etkisi ve değerlerini belirlemek için eşitlik 1.4.4.4’de verilen doğrusal denklemdeki b katsayıları hesaplanır. y = b X (1.4.4.4) X burada dizayn matriksini göstermektedir. Buradan b katsayısı; b = ( X’X)-1 X’y (1.4.4.3) formülünden hesaplanır. b katsayıları doğru denkleminde yerine konulur. y = b1x1 + b2x2 + b3x3 + b x 211 1 + b 2 222x2 + b33x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x1x3 y denkleminin her bir parametre için türevi alınır ve sıfıra eşitlenir. Elde edilen üç bilinmeyenli denklemin çözümünden optimum kodlanmış değerlere ulaşılır. Daha sonra bu değerler gerçek değerlere çevrilir ve optimum deneysel koşullar hesaplanmış olur. 79 2.MATERYAL ve YÖNTEM 2.1.MATERYAL 2.1.1. Çalışmada Kullanılan Cihazlar 2.1.1.1. Atomik Absorpsiyon Spektrometre (AAS) Varian AA 220 FS model döteryum zemin düzeltmeli alevli atomik absorpsiyon spektrometre Cd, Cr, Pb ölçümleri için kullanılmıştır. Civa ölçümleri ise Varian HG VGA-77 model hidrür oluşturmalı sistem kullanılarak aynı cihaz üzerinden gerçekleştirilmiştir. Civa tayininde kullanılan indirgen reaktif %0,5’lik (m/v) NaOH çözeltisi içerisinde %0,6’lık (m/v) NaBH4’dür. Alevli atomik absorpsiyon spektrometreye ait çalışma koşulları Çizelge 2.1.1.1.1’de özetlenmiştir. Çizelge 2.1.1.1.1. Atomik absorpsiyon cihazının çalışma koşulları Cd Cr Pb Hg Dalga boyu (nm) 228,8 357,9 217,0 253,7 Alev (hava akışı, L dk-1) 13,5 13,5 13,5 - Alev (asetilen akışı, L dk-1) 2,0 3,0 2,0 - Slit aralığı (nm) 0,5 0,2 1,0 0,5 Lamba akımı (mA) 4,0 7,0 10,0 18,0 2.1.1.2. Enerji Dağılımlı X-Işını Flüoresans Spektrometre (EDXRF) Çalışmada SPECTRO X-LAB 2000 marka EDXRF cihazı kullanılmıştır. Cihaz Pd anotlu, EG 60 tipi X-ışını tüpüne (300 W, 50 kV (DC)) sahiptir. İkincil hedefler olarak Mo, Al2O3 ve HOPG (High Oriented Pyrolytic Graphite) kullanılmaktadır. Deteksiyon, sıvı azot soğutmalı Sirius 30(DXP) tipi bir Si(Li) yarı iletken detektör (~150 eV Mn Kα) ile sağlanmaktadır. Çalışmada ilgili elementlerin tayininde kullanılan spektral çizgi ve hedefler Çizelge 2.1.1.2.1’de verilmiştir. 80 Çizelge 2.1.1.2.1. Çalışmada kullanılan çizgi ve hedefler Element Kullanılan çizgi İkincil hedefler Cr Kα Molibden (Mo) Cd Kα Al2O3 Pb L Molibden (Mo) β Hg L Molibden (Mo) α Her bir hedefin ölçüm süresi 300 s olup, ölçümlerde otomatik akım düzeltmesi yapılmıştır. İlgili elementlerin ölçümünde girişim etkisi gösterebilecek; Ag, As, Br, Sb ve Sn gibi elementler X-LabPro. Programında interferens element olarak seçilerek spektral girişimler önlenmeye çalışılmıştır. 2.1.1.3. Gaz Kromatograf – Kütle Spektrometre (GC-MS) Fitalat esterlerinin ayrımında ve belirlenmesinde Agilent 7890A model gaz kromatograf ile 5975C model kütle spektrometre kullanılmıştır. Cihaza Agilent 7693 model oto örnekleyici ile otomatik enjeksiyon yapılmaktadır. Ayırmada kullanılan kolon (30 m uzunluk, 0,25 mm iç çap, 0,25 µm film kalınlığı) HP-5MS’dir. Cihazda kullanılan fırın programı; 100 °C, 2 dk boyunca, 7 °C/dk artış hızı ile 280 °C’ye ısınma ve 280 °C’de 5 dk bekleme şeklindir. Enjektör sıcaklığı 280 °C, detektör sıcaklığı 230 °C, enjeksiyon hacmi 1 µL ‘dir. Taşıyıcı gaz (helyum) akışı 1,394 mL/dk’dır. Selektif iyon modunda çalışılmıştır. Çizelge 2.1.1.3.1’de hedef bileşenlerin alıkonma zamanları ve tayinde kullanılan iyonlar belirtilmiştir. Yanma sırasında oluşan gaz ürünlerin kalitatif analizinde ise; Agilent marka 6890 model GC-MS kullanılmıştır. Ayırmada kullanılan kolon HP-5MS olup; 30 m uzunluğunda, 0,25 mm çapında ve 0,25 µm film kalınlığına sahiptir. Kullanılan fırın programı 50 °C, 4 dk boyunca, 10 °C/dk artış hızı ile 270 °C’ye ısınma ve 270 °C’de 10 dk bekleme şeklindir. Detektör sıcaklığı 280 °C, taşıyıcı gaz helyum ve akış hızı 1 mL/dk olarak kullanılmıştır. Enjeksiyon splitless modunda çalışılmıştır. 81 Çizelge 2.1.1.3.1. Fitalat esterlerine ait alıkonma zamanları ve selektif iyon kütle/yük değerleri İsim Kısaltma Alıkonma m/z Zamanı (tR) Dimetil fitalat DMP 10,081 77, 104, 135, 149, 163, 194 Dietil fitalat DEP 12,455 76, 105, 149, 177, 194, 222 Di-n-butil fitalat DBP 18,030 104,149, 205, 223, 278 Benzil butil fitalat BBP 23,040 91, 104, 132, 149, 206, 312 Di(2-etil-heksil) fitalat DEHP 25,251 113, 149, 167, 279 Di-n-oktil fitalat DnOP 27,223 149, 261, 279, 390 2.1.1.4. İndüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometre (ICP-MS) Sulu çözeltilerdeki metal migrasyon analizleri için; Agilent 7500a Series ICP-MS kullanılmıştır. Cihaza Cetac ASX-520 model Autosampler eşlik etmektedir. Cihazın çalışma koşulları Çizelge 2.1.1.4.1’de verilmiştir. Çizelge 2.1.1.4.1. Agilent 7500a Series ICP-MS’e ait çalışma koşulları Özellik Değerler RF Gücü 1400 W Torch-yatay 0,6 mm Torch-dikey -0,4 mm Sisleştirici pompa 0,1 rps Taşıyıcı gaz 1,2 mL/dk Örnek derinliği 7 mm Entegrasyon zamanı 0,1 s Gerçekleştirme zamanı 22,76 s 2.1.1.5. İndüktif Eşleşmiş Plazma-Optik Emisyon Spektrometre (ICP-OES) Yağlı çözeltilerdeki metal migrasyon analizleri için; Optima 2100DV marka ICP- OES kullanılmıştır. Cihaza Perkin-Elmer AAS93 Plus model Autosampler eşlik 82 etmektedir. Plazma axial konumda çalıştırılmıştır. Cihazın çalışma koşulları Çizelge 2.1.1.5.1’de verilmiştir. Çizelge 2.1.1.5.1. Optima 2100DV marka ICP-OES’e ait çalışma koşulları Özellik Değerler RF Gücü 1300 W Plazma 15 L/dk Aux 1,0 L/dk Sisleştirici 0,5 L/dk Entegrasyon modu Pik alanı Örnek akış hızı 0,8 mL/dk 2.1.1.6. Yatay Yanma Test Cihazı TS ISO 3795 standardı kapsamında tasarlanmış yatay yanma test cihazı paslanmaz çelikten yapılmış bir yanma kabinidir. Genel olarak tekstil numunelerinin yatay olarak yanma hızının test edilmesinde kullanılmaktadır. Cihaza yatay konumda yerleştirilen örneğin; bütan gazı ile yakılması sırasında meydana gelen yanma gazları, cihazın üst kısmında yer alan havalandırma deliklerinden toplanmıştır. 2.1.1.7. Yapay Gün Işığı Test Cihazı Plastik örnekler ATLAS Suntest XLS+ cihazı kullanılarak yapay gün ışığına maruz bırakılmıştır. Cihaz ksenon lambası ve kuartz kaplı optik bir filtreye sahiptir. 300 ila 800 W/m2 enerji aralığında enerji sağlayabilen cihazda maksimum 765 W/m2 enerji ile çalışılabilinmektedir. Cihazın çalışma süresi boyunca sürekli ve sabit enerjinin sağlanması; bir foto diyot ile elektronik olarak sağlanmaktadır. 2.1.1.8. Fourier Dönüşümlü İnfrared (FTIR) Spektrometre Perkin Elmer Spectrum 2000 model Fourier Dönüşümlü İnfrared (FTIR) spektrometre ile plastiklerin yüzeyinde oluşabilecek fonksiyonel grupların değişimleri 83 izlenmiştir. Cihazda alınan spektrumlar azaltılmış toplam yansımalı (ATR) modta direkt ölçümle alınmıştır. 2.1.1.9. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) Örneklerin yüzey morfolojilerinin izlenmesinde Uludağ Üniversitesi Fen- Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü’nde bulunan CARL ZEISS EVO 40 model Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Cihazın çözünürlüğü 3,0 nm 30 kV (SE), 4,5 nm 30 kV (BSD), voltajı 0,2 - 30 kV, büyütmesi 7 - 1000000 x, görüntü ise 3072 x 2304 piksel, TIFF, JPEG olarak verilebilir. 2.1.1.10. Etüv Çalışmalardaki kurutma ve inkübüsyon işlemleri için Binder redline RE 53 model etüv kullanılmıştır. 2.1.1.11. pH Metre pH ölçümlerinde cam elektroda sahip, Mettler Toledo (Mettler-Toledo AG, Schwerzenbach, Switzerland ) marka pH-metre kullanılmıştır. Ölçümler öncesi cihaz; pH 4 ve 7 tamponları ile kalibre edilerek kullanılmıştır. 2.1.1.12. Terazi Ölçümler sırasında çözelti hazırlama işlemleri için Gec Avery marka analitik terazi kullanılmıştır. Ölçümler 0,0000 g ± 0,0001 hassasiyetinde gerçekleştirilmiştir. 2.1.1.13. Saf Su Aleti İşlemler sırasında genel olarak kullanılan saf su cihazı TKA Wasseraufbereitungs-systeme GmbH (Niederelbert, Germany) GenPure UV-TOC/UF 84 model ultra saf su cihazıdır. Cihaz; UV-photooksidasyon, toplam organik karbon(TOC) ve ultrafiltrasyon modüllerine sahiptir. Deiyonize saf suyun iletkenliği <0.056 µS’ dir. 2.1.1.14. Ultrasonik Banyo Ultrasonik ekstraksiyon ve homojenizasyon işlemleri Elma Ultrasonic LC 30 H model ultrasonik banyo ile gerçekleştirilmiştir (Germany). 2.1.1.15. Karıştırıcı ve Isıtıcılar Karıştırma işlemleri Thermo Variomag marka çoklu (15’li) magnetik karıştırıcı ile gerçekleştirilmiştir. Vücut dışında (in-vitro) yapılan ekstraksiyon işlemleri için inkübatör sistemli, dairesel çalkalama özelliğine sahip Heidolph (Heidolph Instruments, GmbH &Co.KG, Schwabach, Germany) marka yatay karıştırıcı kullanılmıştır. EDXRF ile örnek hazırlama basamağında; homojenizasyonu tam olarak sağlamak amacıyla, vortex mixer LWM-202 (Daihan LabTech Co. Ltd., Korea) vorteks cihazı kullanılmıştır. 2.1.1.16. Açık Sistem Yaş Yakma Cihazı Örnek hazırlama işleminde ise Tecator 2012 Digestor model parçalama sistemi kullanılmıştır. Bu cihaz genel olarak Kjeldahl tekniğinde kullanılan, 12 adet cam test tüpüne (100 mL hacim; 30 cm yükseklik; 2,5 cm çap) sahiptir. Basamaklı ısıtma işleminin uygulanmasında ve yaş yakma işlemlerinde kullanılmıştır. 2.1.1.17. Mikrodalga Yaş Yakma Cihazı Kapalı sistem yaş yakma işlemlerinde Milestone MLS 1200 (Milestone, Monroe, Connecticut, USA ) marka mikrodalga fırın kullanılmıştır. 85 2.1.1.18. Evaparatör Buchi R-3000 Rotavapor marka evaparatör, organik ekstraktların deriştirme ve uçurma işlemlerinde kullanılmıştır. 2.1.2. Çalışmada Kullanılan Kimyasallar ve Çözeltiler 2.1.2.1. Kimyasallar a) Analitik Saflıktaki Kimyasallar - Merck 1.00456 Der. HNO3, %65, d = 1,40 g/mL, M=63,01 g/mol - Merck 1.07210 Der. H2O2, %30, d =1,11 g/mL, M=34,01 g/mol - Merck 1.00319 Der. HCl, %32, d = 1,16 g/mL, M=36,46 g/mol - Merck 1.00748 Der. H2SO4, %96, d=1,84 g/mL, M= 98,08 g/mol - Merck 1.00056 Der CH3COOH, %100, d= 1,05 g/mL, M= 60,05 g/mol - Merck 1.00012 Aseton - Merck 1.00029 Asetonitril - Merck 1.06054 Diklormetan - Merck 1.00926 Dietileter - Merck 1.11727 Etanol - Merck 1.04371 n-Heksan - Merck 1.02444 Kloroform - Merck 1.08681 Ksilen - Merck 1.06007 Metanol - Merck 1.19773 (998 ± 5 mg/L H3AsO4) stok arsenik standart çözeltisi - Merck 1.19777 (999 ± 2 mg/L Cd(NO3)2 tuzundan) stok kadmiyum standart çözeltisi - Merck 1.19779 (1000 ± 5 mg/L Cr(NO3)3 tuzundan) stok krom standart çözeltisi - Merck 1.70226 (1000 ± 2 mg/L Hg(NO3)2 tuzundan) stok civa standart çözeltisi - Merck 1.19776 (1000 ± 2 mg/L Pb(NO3)2 tuzundan) stok kurşun standart çözeltisi 86 - Dr. Ehrenstorfer GmbH, phthalate ester mix 1(2000 ng/µL methanolde) (DMP, DEP, DBP, BBP, DEHP, DnOP) - Conostan S 21 Organometalik multi-element standardı (100 µg/g) - Specpure® Civa organometalik standardı (1000 µg/g) - Merck 1.106482 NaOH - Merck 1.05833 MgCl2.6H2O - AnalaR 22317.297 CaCl2.6H2O - Merck 1.05101 K2HPO4 - AnalaR 26726.297 K2CO3 - Merck 1.06404 NaCl - AnalaR 26764.298 KCl - Sigma C-5385 Aktif karbon (toz formu) b) Sarf Malzemeler - Millipore APFF02500 cam fiber filtre - Millipore Millex HV hidrofilik 0,45 µm’lik PVDF enjektör tipi filtre kartuş 2.1.2.2. Çalışmada Kullanılan Plastik Örnekler Atomik Absorpsiyon Spektrometre kullanarak plastik örneklerde açık sistem yaş yakma ile Cd, Cr, Hg, Pb tayininde, örnek hazırlama basamağının optimizasyonunda ERM-EC 681k kodlu polietilen yapılı sertifikalı referans malzemeden (CRM) yararlanılmıştır. Buna ek olarak polivinil klorür yapılı Cd ve Pb içeren sertifikalı referans malzeme de (FLX-PVC2) metot optimizasyonunda kullanılmıştır. Referans malzemelere ilişkin değerler çizelge 2.1.2.2.1.’de verilmektedir. Enerji Dağılımlı X-Işını Flüoresans Spektrometre ile plastiklerde metal analizleri (Cd, Cr, Hg, Pb) çalışmasında; piyasadan gelişigüzel alınan farklı renkteki (sarı, kırmızı, mavi, yeşil, siyah) polietilen yapılı plastik poşetler ve polipropilen esaslı bir örgü çuval ve çubuk kullanılmıştır. 87 Metal migrasyon çalışmalarında ticari gazoz üretici bir firmadan temin edilen polietilen terafitalat (PET) yapılı ve farklı renklerdeki (turuncu, renksiz, yeşil) plastik meşrubat şişeleri kullanılmıştır. Çizelge 2.1.2.2.1. Sertifikalı referans maddelerin (CRM) element içerikleri Element Referans değer ± belirsizlik (mg/kg) ERM-EC 681k FLX-PVC2 As 29,1 ± 1,8 - Br 770 ± 40 - Cd 137 ± 4 35 ± 3 Cl 800 ± 50 - Cr 100 ± 5 - Hg 23,7 ± 0,8 - Pb 98 ± 6 89 ± 6 S 630 ± 40 - Sb 99 ± 6 - Plastik esaslı malzemelerin gün ışığında yaşlandırma işlemlerinde kullanılan örnekler PLASCAM Plastik Oto Cam Sanayi ve Ticaret A.Ş. ve PİMSA Grup A.Ş. firmalarından temin edilen ve araçta gösterge paneli ve direksiyon simidi olarak kullanılan temel olarak poliamid (PA), polipropilen (PP) ve poliüretan (PU) yapısındaki malzemelerdir. PA ve PP örnekleri disk şeklinde olup, PU örneği direksiyon simidi şekli verilmiş olarak temin edilmiştir. Çalışmada sırasında örnekler; yaklaşık boyutları 2x2 cm olacak şekilde kesilerek kullanılmıştır. Plastik esaslı tekstil ürünlerinin yanması sırasında oluşan gaz ürünlerin kalitatif tayininde; yatay yanma hızı; en yönü 42,3; boy yönü 40,6 mm/dk olan kompozit bir malzeme kullanılmıştır. Malzemenin içeriği; %47 polietilen tereftalat lif ( PET fiber), %29 oranında Akrilonitril butadien (ABS)-Etilen vinil asetat (EVAc)-CaCO3, %21 polietilen (PE) tozu ve %2,94 oranında poliester lifi (PES fiber)’dir. 88 Fitalat esterlerinin yapay tükürük çözeltisine olan geçişlerinin incelendiği bölümde ise piyasadan gelişigüzel temin edilen, yumuşak fiziksel özellikteki plastik oyuncaklar kullanılmıştır. 2. 2. METOT 2.2.1. Açık Sistem Yaş Yakma Tekniği Kullanarak Atomik Absorpsiyon Spektrometre (AAS) ile Plastiklerde Metal Tayinleri Plastiklerdeki metal analizlerinin AAS ile gerçekleştirilmesi hedeflendiğinden; öncelikle örneklerin sıvı hale getirilmesi için açık sistem yaş yakma tekniği uygulanmıştır. Örnek hazırlama işleminde kullanılan açık sistem yaş yakma işleminde kullanılan örnek ve değişik asit miktarlarının belirlenmesinde geleneksel olarak bir parametre sabit tutularak, diğeri değiştirilir ve bu yöntemle uzun zaman alan optimizasyon işlemi gerçekleştirilir. Ancak istatistiksel işlemlerden yararlanan kemometrik yaklaşımlar, deney parametrelerinin verim üzerine etkisinin araştırılmasında yararlı ve deney optimizasyon süresinin kısaltılmasında etkilidir. Bu amaçla sabit miktardaki (≈0,100 g) sertifikalı referans malzeme (ERM-EC 681k) değişik oranlardaki HNO3/H2SO4 karışımında Tecator 2012 Digestor’de basamaklı sıcaklık artışı ile işlemine tabi tutulmuştur. Örneklere, ilk olarak 20 dk 100 ºC’de; 120 dk 150 ºC’de ve 30 dk 200 ºC’de olmak üzere ısıl işlem uygulanmıştır. Parçalanmış örnekler soğutulduktan sonra hacimleri saf su ile 25 mL’ye tamamlanmıştır. Gerekli görüldüğünde örnekler, atomik absorpsiyon spektrometre ile ölçüm öncesi; 0,45 µm gözenek büyüklüğüne sahip enjektör tipi filtrelerden süzülmüştür. Yaş yakma işleminde kullanılacak uygun asit karışımının belirlenmesi için merkezi kompozit dizayn uygulanmıştır. Kullanılan asit miktar aralıkları çizelge 2.2.1.1.’de sunulmuştur. Çizelge 2.2.1.1. Yaş yakmadaki parametrelerin gerçek ve kodlanmış değerleri. Kodlanmış değerler -1,414 -1 0 +1 +1,414 x1 (mL) HNO3 hacmi 1,758 3 6 9 10,242 x2 (mL) H2SO4 hacmi 1,758 3 6 9 10,242 89 PE yapılı standart referans malzemenin yaş yakma işlemi için; 2.2+22+1 =9 deney ve 3 tane de merkez tekrarı olmak üzere toplam 12 yaş yakma işlemi gerçekleştirilmiştir. Herbir deneyde farklı asit miktarları kullanılarak, değişen asit miktarlarının geri kazanım üzerine etkisi araştırılmıştır. Merkezi kompozit dizayna ilişkin X matrisi çizelge 2.2.1.2.’de verilmiştir. Çizelge 2.2.1.2. Merkezi kompozit dizayn matrisi. Deney no x0 x1 x2 x 21 x 22 x1x2 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 -1 1 1 -1 3 1 -1 1 1 1 -1 4 1 -1 -1 1 1 1 5 1 1,4 0 1,9 0 0 6 1 -1,4 0 1,9 0 0 7 1 0 1,4 0 1,9 0 8 1 0 -1,4 0 1,9 0 9 1 0 0 0 0 0 10 1 0 0 0 0 0 11 1 0 0 0 0 0 12 1 0 0 0 0 0 Matrisde y değeri olarak; her bir metale ilişkin geri kazanım yüzdeleri (%R) kullanılmıştır. Polietilen yapıyı temsil edebilecek bu yapı dışında polivinil klorür esaslı standart referans malzeme ile de üç parametre ve beş seviyeli bir merkezi kompozit dizayn kullanılarak Cd ve Pb için örnek hazırlama basamağında kullanılacak örnek kütlesi, HNO3 hacmi ve H2SO4 hacim değerleri araştırılmıştır. Örneklere, ilk olarak 60 dk 200 ºC’de; 20 dk 250 ºC’de olmak üzere ısıl işlem uygulanmıştır. Parçalanmış örnekler soğutulduktan sonra hacimleri saf su ile 25 mL’ye tamamlanmıştır. Gerekli görüldüğünde örnekler atomik absorpsiyon spektrometre ile ölçme öncesi; 0,45 µm gözenek büyüklüğüne sahip enjektör tipi filtrelerden süzülmüştür. Kullanılan asit miktar aralıkları ve örnek kütlesi çizelge 2.2.1.3.’de sunulmuştur. Herbir deneyde farklı asit 90 miktarları ve örnek kütlesi kullanılarak, değişen değerlerin geri kazanım üzerine etkisi araştırılmıştır. Çizelge 2.2.1.3. PVC yapılı CRM için parametrelerin gerçek ve kodlanmış değerleri. Kodlanmış değerler -1,682 -1 0 +1 +1,682 x1 (mL) HNO3 hacmi 2,6 4 6 8 9,4 x2 (mL) H2SO4 hacmi 0,6 2 4 6 7,4 x3 (g) CRM kütlesi 0,13 0,2 0,3 0,4 0,47 Çizelge 2.2.1.4. PVC yapılı CRM’de kullanılan merkezi kompozit dizayn matrisi D.No: x0 x1 x2 x3 x11 x22 x33 x1x2 x2x3 x1x3 1 1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 -1 -1 1 1 1 -1 1 -1 3 1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 4 1 1 1 -1 1 1 1 1 -1 -1 5 1 -1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 6 1 1 -1 1 1 1 1 -1 -1 1 7 1 -1 1 1 1 1 1 -1 1 -1 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 1 -1,7 0 0 2,83 0 0 0 0 0 11 1 1,7 0 0 2,83 0 0 0 0 0 12 1 0 -1,7 0 0 2,83 0 0 0 0 13 1 0 1,7 0 0 2,83 0 0 0 0 14 1 0 0 -1,7 0 0 2,83 0 0 0 15 1 0 0 1,7 0 0 2,83 0 0 0 16 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 17 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 18 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 19 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 20 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 91 PVC yapılı standart referans malzemenin yaş yakma işlemi için; 2.3+23+1=15 deney ve 5 adet merkez tekrarı olmak üzere toplam 20 yaş yakma işlemi gerçekleştirilmiştir. Merkezi kompozit dizayna ilişkin X matrisi çizelge 2.2.1.4.’de verilmiştir. Matrisde y değeri olarak; Cd ve Pb elementlerine ait geri kazanım yüzdeleri (%R) kullanılmıştır. Matris çözümleri; Microsoft Office Excell Pogramı içinde Veri çözümleme (regresyon) ve çözücü eklentileri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 2.2.2. Ksilen ile ön işlem sonrası Enerji Dağılımlı X-Işını Flüoresans Spektrometre (EDXRF) ile Cd, Cr, Hg ve Pb Tayini Plastiklerdeki metal analizlerinde kullanılan diğer bir teknik EDXRF; parçalanmasız bir teknik olsa da; matrisin farklılığı direkt ölçümleri sınırlamaktadır. Bu amaçla organik çözücü ile ısıl önişlem yapılarak plastik matriksler organik çözücülerde çözülmüş, matriks etkisi ve homojenizasyon sorunları ortadan kaldırılmıştır. EDXRF cihazının kalibrasyonunda; Organometalik Conostan S21 (100 µg/g) ve yağda çözünmüş civa organometalik standardı (1000 µg/g) ksilen ile istenilen oranda (1-70 mg/kg) seyreltilerek kalibrasyon çözeltileri hazırlanmıştır. Seyreltilen standartlar, vortex cihazı ile iyice karıştırılıp, homojenizasyonu sağlanmış ve ölçüm için 4 µm kalınlığında PP film kaplı polipropilen ölçüm kaplarına aktarılmıştır. Ksilen, hem örnekler hem de standartların seyreltilmesi için uygun matriks ve çözücü olarak belirlenmiştir. Temin edilen polietilen ambalaj ve polipropilen örnekler, metal kirliliğini önlemek amacıyla seramik makas ile parçalara ayrılmıştır. Bu parçalardan yaklaşık 0,9 g miktarlarında alınarak 10 g ksilen ile karıştırılmış ve Digestor 2012 marka açık sistem ile basamaklı ısıtma işlemine tabi tutulmuştur. Kullanılan sıcaklık programı; 100 ºC’de 3 dk, ve sonra 150 ºC’de 10 dk şeklindedir. Ksilende çözünen sıcak örneklerin homojenizasyonunun tam olarak sağlanması amacıyla vortex ile yaklaşık birkaç dakika karıştırılmış ve ölçüm için XRF ölçüm kaplarına aktarılmıştır. Film buruşukluğu ve 92 yüzey, analiz öncesi kontrol edilmiştir. Ele geçen ve ölçümü gerçekleştirilen yapı seyrelme miktarına bağlı olarak yoğun bir sıvı veya jel formundadır. Metot validasyonunun sağlanması amacıyla işlem basamakları ERM-EC 681k kodlu sertifikalı referans malzemeye uygulanmıştır. Gerçek örneklerdeki metal içerikleri ayrıca mikrodalga ile yaş yakma sonrası atomik absorpsiyon spektrometre kullanılarak karşılaştırılmıştır. Bu amaçla yaklaşık 0,1 g ambalaj örneği teflon kaplara konulmuş, üzerine 7 mL derişik HNO3 ilave edilerek, çizelge 2.2.2.1.’deki program kullanılarak mikrodalga fırında parçalandıktan sonra soğutulmuş ve hacmi saf su ile 25 mL’ye tamamlanmıştır. Daha sonra da örneklerdeki element içerikleri AAS ile tayin edilmiştir. Çizelge 2.2.2.1. Mikrodalga sisteminde kullanılan program. Basamak Süre (dk) Güç (Watt) 1 1 250 2 1 0 3 4 250 4 4 400 5 4 600 2.2.3. Toksik Özellik Gösteren Bazı Elementlerin Migrasyon Çalışmaları Plastik malzemelerdeki metal içeriklerinin tayininde kullanılan metotların araştırılmasından sonra bazı polietilen terafitalat (PET) yapılı içecek şişelerinden gıda ve benzerlerine oluşabilecek element (As, Cr, Cd, Hg ve Pb) migrasyonlarının belirlenmesi hedeflenmiştir. İlk olarak PET şişelerdeki metal miktarlarının belirlenmesi amacıyla; seramik makas ile parçalanmış örneklerden yaklaşık 0,500±0,001 g duyarlılıkta tartım alınarak, Milestone Microwave Labstation mls 1200 mega marka mikro dalga fırın ile kapalı sistem yaş yakma işlemine tabi tutulmuştur. Parçalama işlemi için 5 mL HNO3 93 kullanılmıştır. Elde edilen yakılmış örnekler saf su ile 25 mL’ye tamamlanmış ve ICP- MS ile ilgili metal içerikleri belirlenmiştir. Migrasyon çalışmaları doğrultusunda örnekler; yaklaşık 1 g ağırlığında ve 5x5 cm boyutlarında kesilip (seramik makas ile), değişik çözücülerde, farklı süre ve sıcaklıkta bekletilerek, ilgili şartlarda gerçekleşen metal migrasyon miktarları belirlenmiştir. Metal migrasyon ölçümleri ICP-MS ve ICP-OES ile gerçekleştirilmiştir. Migrasyon süre ve sıcaklıkları, 1997 tarihli Türk Gıda Kodeksi Yönetmeliği uyarınca belirlenen şartlar altında gerçekleştirilmiştir. Bu çözücüler; saf su, %3’lük asetik asit, %10’luk etil alkol ve rektifiye zeytinyağıdır. Temas süre ve sıcaklıkları; 40 °C’de 10 gün ve 70 °C’de 2 saat olarak iki farklı grupta incelenmiştir. 2.2.4. Otomotiv Plastiklerinin Değişik Ortamlardaki Yüzey Değişimlerinin Spektroskopik Tekniklerle İncelenmesi Poliamid (PA), polipropilen (PP) ve poliüretan (PU) yapısındaki otomobil plastiklerinden; PA ve PP örnekleri disk şeklinde olup, PU örneği direksiyon simidi şekli verilmiş olarak temin edilmiştir. Çalışmada kullanılırken örnekler yaklaşık boyutları 2x2 cm olacak şekilde kesilerek kullanılmıştır. Çalışmamızda yapay gün ışığı test cihazı enerji değeri olarak 600 W/m2’ye, ortam sıcaklığı da 35 °C’ye ayarlanmıştır. Bütün örnekler aynı anda başlamak üzere 72, 168 ve 354 saat yapay gün ışığına maruz bırakılmıştır. ATR-FTIR spektrometre ile ışınlama öncesi ve sonrası plastiklerin yüzeyinde oluşabilecek fonksiyonel grupların değişimleri izlenmiştir. Örneklerin bütünü temsil etmesi amacıyla spektrum alınırken bir örneğin 12 farklı bölgesinden en az 3’er kez olmak üzere toplam 36 kez ölçüm gerçekleştirilmiş ve elde edilen verilerin excel programındaki ortalamalarına göre yeni bir spektrum elde edilmiştir. FTIR spektrumlarında tarama aralığı olarak 4000 ila 650 cm-1 dalga sayısı seçilmiştir. Ayrıca ışıma öncesi ve sonrası örneklerin yüzey morfolojilerinin izlenmesinde Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. 94 2.2.5.Otomotiv Tekstilleri Yanma Ürünlerinin Gaz Kromatograf Kütle Spektrometre (GC-MS) ile Karakterizasyonu Plastik esaslı kompozit tekstil örneğinin yanması sırasında meydana gelen gazlar üç farklı polaritedeki çözgene (diklormetan, kloroform, heksan) vakum pompası yardımıyla toplanmıştır. Kullanılan sistemin şematik gösterimi şekil 2.2.5.1.’de verilmiştir. Elde edilen farklı ekstraktlar öncelikle evaparatörde uçurularak deriştirilmesi sağlanmış ve 0,45 µm gözenek çapına sahip PVDF yapılı enjektör tipi filtrelerden süzülerek GC-MS ile belirtilen koşullarda enjeksiyonu gerçekleştirilmiştir. Yatay yanma cihazı Çözelti yıkama şişeleri pompa Şekil 2.2.5.1.Yatay yanma cihazı ve sonrası örnek toplama gösterimi. 2.2.6. Bazı Ambalaj ve Oyuncak Örneklerindeki Fitalat Esterlerinin Ultrasonik Solvent Ekstraksiyonu Sonrası GC-MS ile Analizleri Çalışmada piyasadan gelişigüzel alınan üç farklı oyuncak örneği ve iki farklı gıda ambalajlamada kullanılan plastik film, örnek olarak seçilmiştir. Örnekler paslanmaz çelik makas ile küçük parçalara kesilerek homojenize edilmiş ve buradan alınan belirli kütledeki örnekler; farklı organik çözücüler (10ml) ile ultrasonik banyoda ve oda sıcaklığında 30 dakika ekstrakte edilmiştir. Elde edilen ekstraktlar gerekli seyreltmeler sonrası GC-MS ile analiz edilmiştir. GC-MS cihazının kalibrasyonunda Dr. Ehrenstorfer fitalat ester mix 1 standart çözeltisi 1-10 mg/L aralığında metanol ile seyreltilerek kullanılmıştır. 95 2.2.7.Oyuncaklardaki Fitalat Esterlerinin Yapay Tükürük Çözeltisine Migrasyonu 2.2.7.1. Fitalat Esterlerinin Yapay Tükürük Çözeltisine Ekstraksiyonu (Ajitasyon) Yüksek miktarda DEHP içeren dört farklı oyuncak örneği 3 cm çapında daireler şeklinde kesilmiştir (yüzey alanı yaklaşık 14,2 cm2). Örnekler, 25 mL yapay tükürük çözeltisi içeren 100 ml hacimli erlenlere konulmuş ve yatay karıştırıcılı inkübatörde (37 ˚C’de 60 dk) 200 rpm çalkalama hızında karıştırılmıştır. Bir saat sonunda tükürük çözeltisi, taze tükürük çözeltisi ile yer değiştirilmiş ve işlem tekrarlanmış, sonunda çözeltiler birleştirilmiştir. Elde edilen çözeltiye optimum koşullarda aktif karbon ile ayırma işlemi uygulanmıştır. Yapay tükürük çözeltisi, Alman Standartlarına (DIN V 53610:1994) göre; litresinde 0,17 g MgCl2.6H2O, 0,15 g CaCl2.6H2O, 0,76 g K2HPO4.2H2O, 0,53 g K2CO3, 0,33 g NaCl ve 0,75 g KCl bulunan bir çözeltidir. Çözeltinin pH’ı %1’lik HCl ile 6,8±0,1’e ayarlanmıştır. 2.2.7.2. Tükürük Çözeltisindeki Fitalat Esterlerinin Aktif Karbon ile Batch Tipi Ayrımı / Zenginleştirilmesi ve Metot Optimizasyonu Gerçek örneklerden fitalat esterlerinin tükürük çözeltisine geçişlerinin incelenmesinden önce, aktif karbon işleminin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada 50 mL yapay tükürük çözeltisi bir behere aktarılmış ve pH’ı; NaOH veya HCl çözeltileri ile istenilen değere ayarlanmıştır. Üzerine 50 µl hacminde 2000 ppm fitalat karışımı içeren çözelti eklenmiştir. İlgili miktarda aktif karbon ilavesinden (0,008-0,0925 g) sonra magnetik karıştırıcı (250 rpm) ile belirlenen sürede (30 - 110 dk) karıştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Çalışma sıcaklığı; oda sıcaklığı (23ºC) şartlarındadır. Karıştırma sonrası aktif karbon örnekleri cam filtre kâğıdı kullanılarak süzülmüş ve etüvde (70 ºC) kurutulmuştur. Kurutulan aktif karbonlu filtrelerdeki fitalat esterleri 10 mL kloroform ile ultrasonik banyoda 15 dk’da ekstrakte edilerek, organik faza alınmış ve enjektör tipi filtrelerden süzülerek (0,45 µm) GC-MS ile analizleri gerçekleştirilmiştir. Aktif karbon işleminde önemli olabilecek pH, adsorpsiyon süresi ve aktif karbon miktarı gibi parametreler, merkezi kompozit dizayn uygulanarak optimize 96 edilmiştir. Aktif karbon işleminde optimize edilen parametrelerin gerçek ve kodlanmış değerleri çizelge 2.2.7.2.1.’de verilmiştir. Çizelge 2.2.7.2.1. Parametrelerin gerçek ve kodlanmış değerleri. Kodlanmış değerler -1,682 -1 0 +1 +1,682 x1 pH 2 4 6 0,7 7,4 x2 (g/L) aktif karbon miktarı 0,5 1,0 1,5 0,015 1,85 x3 (dk) adsorpsiyon süresi 30 60 90 10 110 Çizelge 2.2.7.2.2. Merkezi kompozit dizayn matrisi D.No: x0 x1 x2 x3 x11 x22 x33 x1x2 x2x3 x1x3 1 1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 -1 -1 1 1 1 -1 1 -1 3 1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 4 1 1 1 -1 1 1 1 1 -1 -1 5 1 -1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 6 1 1 -1 1 1 1 1 -1 -1 1 7 1 -1 1 1 1 1 1 -1 1 -1 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 1 -1,7 0 0 2,83 0 0 0 0 0 11 1 1,7 0 0 2,83 0 0 0 0 0 12 1 0 -1,7 0 0 2,83 0 0 0 0 13 1 0 1,7 0 0 2,83 0 0 0 0 14 1 0 0 -1,7 0 0 2,83 0 0 0 15 1 0 0 1,7 0 0 2,83 0 0 0 16 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 17 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 18 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 19 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 20 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 97 Aktif karbon ile fitalat ekstraksiyon işlemi için; 2.3+23+1=15 deney ve 5 tane de merkez tekrarı olmak üzere toplam 20 deneme gerçekleştirildi. Merkezi kompozit dizayna ilişkin X matrisi çizelge 2.2.7.2.2.’de verilmiştir. Dizayn matrisinin çözümünde (b = (X’X)-1X’y) kullanılan yüzde verim (y) değerleri herbir fitalat esterlerine ait geri kazanım yüzdeleri (%R)’dir. Matriks çözümleri Microsoft Office Excell Pogramı içinde Veri çözümleme (regresyon) ve çözücü eklentileri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 2.2.7.3. Yapay Tükürük Çözeltisinde Fitalat Esterlerinin Hidrolizi Yapay tükürük çözeltisinde gerçekleşebilecek hidroliz reaksiyonlarının genel olarak izlemek amacıyla; sabit konsantrasyonda fitalat ester karışımı (2 mg/L) içeren yapay tükürük çözeltisinin, fitalat esterlerinin maksimum absorbans yaptığı dalga boyundaki (λ=230 nm) absorbans değişimleri iki saat süresince ölçülmüştür. 98 3. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA 3.1. Açık Sistem Yaş Yakma Tekniği Kullanarak Atomik Absorpsiyon Spektrometre (AAS) ile Plastiklerde Metal Tayinleri 3.1.1. Polietilen yapılı Sertifikalı Referans Malzemeye (ERM-EC 681k ) ait Verilerin Değerlendirilmesi Referans malzemenin değişik orandaki asit karışımıyla yakılması sonucu elde edilen Cd, Cr, Hg ve Pb elementlerine ait geri kazanım değerleri (y matrisleri) çizelge 3.1.1.1.’de verilmiştir. Çizelge 3.1.1.1. PE yapılı CRM’de Cd, Cr, Hg ve Pb elementlerine ait geri kazanım değerleri (%). Deney HNO3 H2SO4 Cd Cr Hg Pb no (mL) (mL) y(%R) y(%R) y(%R) y(%R) 1 9 9 52 30 98 51 2 9 3 106 60 40 125 3 3 9 58 33 98 55 4 3 3 116 79 54 86 5 10,24 6 92 43 76 102 6 1,76 6 87 44 72 69 7 6 10,24 44 16 95 43 8 6 1,76 114 83 35 102 9 6 6 90 77 99 77 10 6 6 91 73 106 56 11 6 6 88 72 98 73 12 6 6 88 75 103 60 Bu matriksin çözümünden ulaşılan b değerleri denklemde yerine konularak matriks denklemi oluşturulmuştur(y=b 2 20+ b1x1+b2x2+b11x1 +b22x2 +b12x12). İlgili denkleme ait b değerleri varyans analizi (ANOVA) ile değerlendirilerek %95 güven aralığı için önemli olan parametreler (p<0,05) belirlenmiştir. Önerilen çözüm denklemi ile deneysel 99 verilerin arasındaki uyumu gösteren korelasyon katsayı değerleri de regresyon istatistikleri arasında yer almaktadır. Hg için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.1.1.2.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.1.1.2. PE yapılı CRM’de Hg için hesaplanan regresyon istatistikleri. Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,989016 R Kare 0,978153 Ayarlı R Kare 0,959947 Standart Hata 5,06 Gözlem 12 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 5 6884,356 1376,871 53,72717 6,68E-05 Fark 6 153,7626 25,6271 Toplam 11 7038,119 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 101,1215 2,531161 39,95066 1,64E-08 x1 -1,0316 1,789936 -0,57633 0,585344* x2 23,2889 1,789936 13,01103 1,27E-05* x11 -12,8578 2,001481 -6,42412 0,000672* x22 -17,2309 2,001481 -8,60907 0,000135* x1x2 3,449158 2,531161 1,362678 0,22191 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. 100 Cd için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.1.1.3.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.1.1.3. PE yapılı CRM’de Cd için hesaplanan regresyon istatistikleri. Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,991344 R Kare 0,982762 Ayarlı R Kare 0,968398 Standart Hata 4,08 Gözlem 12 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 5 5707,802 1141,56 68,41566 3,3E-05 Fark 6 100,114 16,68566 Toplam 11 5807,916 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 89,20932 2,042404 43,67859 9,64E-09 x1 -1,17811 1,444307 -0,81569 0,445843 x2 -26,2372 1,444307 -18,166 1,79E-06* x11 -0,25032 1,615004 -0,155 0,881905 x22 -5,36599 1,615004 -3,32259 0,015953* x1x2 0,649407 2,042404 0,317962 0,761289 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. 101 Cr için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.1.1.4.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.1.1.4. PE yapılı CRM’de Cr için hesaplanan regresyon istatistikleri. Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,987471 R Kare 0,975099 Ayarlı R Kare 0,954347 Standart Hata 4,87 Gözlem 12 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 5 5565,406 1113,081 46,99007 9,85E-05 Fark 6 142,1255 23,68758 Toplam 11 5707,532 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 74,14153 2,433495 30,4671 8,3E-08 x1 -2,8997 1,72087 -1,68502 0,142965* x2 -21,3498 1,72087 -12,4064 1,67E-05* x11 -14,3787 1,924253 -7,47236 0,000297* x22 -11,1719 1,924253 -5,80584 0,001145* x1x2 4,204918 2,433495 1,727934 0,134739 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. 102 Pb için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.1.1.5.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.1.1.5. PE yapılı CRM’de Pb için hesaplanan regresyon istatistikleri Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,971104 R Kare 0,943043 Ayarlı R Kare 0,895579 Standart Hata 8,026501 Gözlem 12 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 5 6400,127 1280,025 19,86855 0,001136 Fark 6 386,5483 64,42472 Toplam 11 6786,675 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 66,58891 4,01325 16,59227 3,06E-06 x1 10,32035 2,838011 3,636473 0,010881* x2 -23,6985 2,838011 -8,35039 0,00016* x11 9,450504 3,173424 2,978015 0,0247* x22 2,971174 3,173424 0,936268 0,385272 x1x2 -10,9172 4,01325 -2,7203 0,034629* *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. Yüksek R2 değerleri (0,943043-0,982762) deneysel veriler ile önerilen model denklemler arasında iyi bir uyum olduğunu göstermiştir. Civa için; sülfürik asit, nitrik asit karesinin ve sülfürik asit karesinin, kadmiyum için; sülfürik asit ve sülfürik asit karesinin, krom için; sülfürik asit, nitrik asit karesinin ve sülfürik asit karesinin, kurşun için; nitrik asit, sülfürik asit, nitrik asit ve sülfürik asit karesinin %95 güven aralığında önemli olan denklem katsayıları (*) arasında yer aldığı görülmüştür. Model denklemlere ait standart hata değerleri 4,08 ile 8,02 aralığında değişim göstermiştir. 103 Elde edilen denklemlerin çözümünden; kodlanmış optimum değerlere ulaşılmıştır. Herbir elemente ait kodlanmış ve gerçek optimum değerler çizelge 3.1.1.6.’da özetlenmiştir. Çizelge 3.1.1.6. PE yapılı CRM’de her bir elemente ait kodlanmış ve gerçek optimum değerler Kodlanmış Cd Cr Hg Pb x1(HNO3) -0,02029 -0,24735 0,002058 0,430304 x2(H2SO4) -0,45191 -1,00206 -0,04645 -0,87794 Gerçek HNO3 (mL) 5,9 5,3 6,0 7,3 H2SO4 (mL) 4,6 3,0 5,9 3,4 Sülfürik asit polimerik yapının parçalanmasını hızlandıran bir asittir. Ancak artan H2SO4 miktarının kurşun geri kazanım değerlerinde düşüşe neden olduğu gözlemlenmiştir. Bu da kurşunun sülfatla oluşturacağı PbSO4 bileşiğinin atomlaşma sıcaklığında kurşunun atomlaşmasını engelleyerek kimyasal girişim ve negatif hataya sebep olması ile açıklanabilir. PbSO4 bileşiğine ait çözünürlük çarpımı; 1,6.10-8 değerindedir. Bu sonuç daha önceki literatürlerle de bağdaşmaktadır (Sakurai ve ark. 2006). 3.1.2. Polivinil klorür yapılı Sertifikalı Referans Malzemeye (FLX-PVC2) ait Verilerin Değerlendirilmesi Referans malzemenin değişik orandaki asit karışımıyla yakılması sonucu Çizelge 2.2.1.4.’deki sırada gerçekleştirilen deneyler sonucu elde edilen Cd ve Pb elementlerine ait geri kazanım değerleri (y matrisleri) çizelge 3.1.2.1.’de verilmiştir. 104 Çizelge 3.1.2.1. PVC yapılı CRM’de Cd ve Pb elementlerine ait geri kazanım değerleri (%). Deney HNO3 H2SO4 CRM Cd Pb no (mL) (mL) (g) y(%R) y(%R) 1 4 2 0,2 79,3 88,7 2 8 2 0,2 66,5 70,9 3 4 6 0,2 74,9 78,9 4 8 6 0,2 37,3 56,6 5 4 2 0,4 51,9 49,3 6 8 2 0,4 41,6 37,5 7 4 6 0,4 63,8 36,0 8 8 6 0,4 47,0 30,3 9 6 4 0,3 58,7 57,0 10 2,6 4 0,3 84,3 82,1 11 9,4 4 0,3 35,3 39,2 12 6 0,6 0,3 54,0 42,3 13 6 7,4 0,3 51,8 30,9 14 6 4 0,13 48,1 76,3 15 6 4 0,47 37,9 38,3 16 6 4 0,3 43,6 50,6 17 6 4 0,3 48,3 54,9 18 6 4 0,3 60,0 63,5 19 6 4 0,3 55,4 61,3 20 6 4 0,3 43,8 50,6 105 Cd için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.1.2.2.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.1.2.2. PVC yapılı CRM’de Cd için hesaplanan regresyon istatistikleri Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,921805 R Kare 0,849725 Ayarlı R Kare 0,714478 Standart Hata 7,44 Gözlem 20 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 9 3132,92 348,1022 6,282759 0,004111 Fark 10 554,0595 55,40595 Toplam 19 3686,98 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 51,48677 3,03585 16,95959 1,07E-08 x1 -11,707 2,014098 -5,81252 0,00017* x2 -1,46864 2,014098 -0,72918 0,482622 x3 -5,18206 2,014098 -2,57289 0,027753* x11 4,111845 1,96041 2,097442 0,062345 x22 1,672928 1,96041 0,853356 0,413435 x33 -1,82639 1,96041 -0,93164 0,37347 x1x2 -3,9125 2,631681 -1,48669 0,16793 x2x3 6,3875 2,631681 2,427156 0,035623* x1x3 2,9125 2,631681 1,106707 0,294332 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. 106 Pb için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.1.2.3.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.1.2.3. PVC yapılı CRM’de Pb için hesaplanan regresyon istatistikleri Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,957628 R Kare 0,917051 Ayarlı R Kare 0,842397 Standart Hata 6,98295 Gözlem 20 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 9 5390,904 598,9894 12,28404 0,000261 Fark 10 487,6159 48,76159 Toplam 19 5878,52 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 56,14339 2,848007 19,71322 2,47E-09* x1 -9,50779 1,889476 -5,03197 0,000513* x2 -4,66694 1,889476 -2,46996 0,033107* x3 -15,0645 1,889476 -7,97284 1,21E-05* x11 2,541304 1,839109 1,381812 0,197116 x22 -5,94189 1,839109 -3,23085 0,009008* x33 1,374865 1,839109 0,747571 0,471932 x1x2 0,2 2,468846 0,08101 0,937033 x2x3 0,45 2,468846 0,182271 0,859012 x1x3 2,825 2,468846 1,144259 0,279166 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. R2 değerleri (0,917051-0,849725) deneysel veriler ile önerilen model denklemler arasında iyi bir uyum olduğunu göstermiştir. Kadmiyum ve kurşun için; nitrik asit ve örnek miktarının %95 güven aralığında önemli olan denklem katsayıları (*) arasında yer 107 aldığı görülmüştür. Model denklemlere ait standart hata değerleri 6,98 ile 7,44 aralığında değişim göstermiştir. Elde edilen denklemlerin çözümünden; kodlanmış optimum değerlere ulaşılmıştır. Her bir elemente ait kodlanmış ve gerçek optimum değerler çizelge 3.1.2.4.’de özetlenmiştir. Çizelge 3.1.2.4. PVC yapılı CRM’de herbir elemente ait kodlanmış ve gerçek optimum değerler Kodlanmış Cd Pb x1(HNO3) -1,44318 -1,039 x2(H2SO4) -1,56929 -0,329 x3 (örnekg) -1,53504 -1,498 Gerçek HNO3 (mL) 3,11 3,92 H2SO4 (mL) 0,86 3,34 x3 (örnek g) 0,15 0,15 PVC yapılı referans standart malzemenin optimum koşulları PE yapılı ile benzerlik göstermiştir. İlk referans malzemede 0,1 olarak seçilen sabit tartım değeri; ikinci referans malzemede değişkenler arasında yer almış ve optimum değer yaklaşık olarak 0,1 olarak bulunmuştur. Ayrıca Pb ile ilgili PbSO4 oluşumu PVC yapılı referans malzeme için de geçerli olduğu görülmüştür. Pb için her iki matrikste de H2SO4 miktarı eşit bulunmuştur. Bu da bize tüm plastik örnekleri için optimum yaş yakma koşullarının yaklaşık aynı olduğunu ve karışık plastik türlerinin kullanılacağı gerçek numunelerde uygulanabilir bir metot oluşunu göstermektedir. Her bir elementin ilgili matriks için gözlenebilme sınır (LOD) değerleri AAS için, kör örneğin absorbansının standart sapmasının üç katının, elementin kalibrasyon eğrisinin eğimine bölümüyle hesaplanmıştır. Cd, Cr, Hg ve Pb için gözlenebilme sınırları sırasıyla 1,6 mg/kg; 2,3 mg/kg; 14,4 µg/kg ve 6,4 mg/kg olarak bulunmuştur. Ayrıca bu gözlenebilme sınırları ilgili elementlerin üründeki bulunma oranlarını kısıtlayan direktiflere uyumlu ve yeterli olacaktır. 108 3.2. Ksilen ile ön işlem sonrası Enerji Dağılımlı X-Işını Flüoresans Spektrometre (EDXRF) ile Cd, Cr, Hg ve Pb Analiz Verileri EDXRF parçalamasız bir teknik olarak bilinse de; farklı matriksler için uygulanacak aynı kalibrasyon; matriks etkileri sebebiyle sonucu etkileyecektir. Örnekler ve kalibrasyon standartlarının matriksleri arasındaki büyük farklılıklar ölçümlerin doğruluğunu azaltmaktadır. Tanecik boyutu etkileri, örnek yoğunluğu ve homojenizasyon gibi sorunları elimine etmek amacıyla basit bir kalibrasyon ve örnek hazırlama yöntemi geliştirilmiştir. 3.2.1. Organik Çözücü ile işlem Basamağının Optimizasyonu Isıl işlem sonucunda ksilen içerisinde çözünen polietilen ve polipropilen örneklerin 100 ila 120 ºC aralığında homojen olarak çözündüğü gözlemlenmiştir. Ancak polietilen esaslı standart referans malzeminin homojen dağılımı 150 ºC civarında gerçekleşmiştir. Ksilende çözme işlemi sırasında daha yüksek sıcaklıklara çıkıldığında; Kjeldahl sisteminin cam tüp yüzeyine polimerik yapının yapışarak homojenizasyonu etkilediği görülmüştür. Bu sebeple çözme işleminde önerilen maksimum sıcaklık 150 ºC’dir. Kjeldahl sisteminin cam tüplerinin uzunluğu ve üzerindeki kapakta bulunan soğutma sayesinde civa gibi uçucu bileşenlerin kaybı önlenmiştir. 3.2.2. Matriks Benzeştirme Sıvı standartlar, katı numunelerin analizi için kullanıldığında, doğru X-ışını flüoresans şiddetlerinden, doğru element konsantrasyonlarının değerlendirilmesi önemlidir. Bu değerlendirmede genel olarak matriks düzenleme prosedürleri gerekmektedir. Bunlardan biri de Compton pik saçılması ile matriks düzenleme yöntemidir (Bichinho ve ark. 2005). Farklı yoğunluk ve özellikteki standart ve örnekler, matriks düzenleme işlemleri gibi sorunları elimine etmek amacıyla ksilen hem standartların hazırlanması ve örneğin çözünürleştirilmesinde hem de genel bir matriks olarak kullanılmış ve matriks benzeştirme sağlanmıştır. Ayrıca, bu işlem polietilen ve polipropilen dışında diğer polimer türlerine uygulanabilir. Bir kalibrasyon standardı (50 109 mg/kg) ve bir ksilende çözünmüş örneğe ait EDXRF spektrumu şekil 3.2.1.1.’de gösterilmiştir. Compton piklerinin her iki spektrumda da tamamen örtüşmesi matriks eşleşmesinin gerçekleştiğini doğrulamıştır. Şekil 3.2.1.2.’de ise direkt örnek hazırlamaksızın ölçülen bir örnek ile yine bir kalibrasyon standardına ait spektrumlar gösterilmiştir. Compton saçılma piklerinin örtüşmediği gözlenmektedir. Compton saçılma piki Şekil 3.2.1.1. Ksilende çözülmüş gerçek bir örnek (kırmızı) ve kalibrasyon standardına (mavi) ait Mo hedefindeki EDXRF spektrumları Compton saçılma piki Şekil 3.2.1.2. Katı örnek (kırmızı) ve sıvı kalibrasyon standardına (mavi) ait Mo hedefindeki EDXRF spektrumları 110 3.2.3. Ksilen ile Hazırlanan Örneklerde Tekrarlanabilirlik Solvent ile yapılan ön işlem basamağı çözünür plastikler için hızlı ve güvenilir numune hazırlama sağlamıştır. Mikro dalga ile parçalama sisteminde altı örnek hazırlama süresi yaklaşık iki saat iken, solvent işlemi ile on iki adet örnek yaklaşık yirmi dakikada hazırlanmaktadır. Bunlara ek olarak EDXRF ile eş zamanlı multielement analizi yapılabilmesi ölçüm basamağının da süresini kısaltmıştır. Ancak ksilen ile örnek hazırlama işleminin temel sorunu; örneğin ksilen ile ısıl işleme maruz bırakılması sonrası çözülmüş örnekteki ksilenin buharlaşmasıdır. Hazırlanan örneğin ölçüm süresi boyunca tekrarlanabilir değerler sağlaması gerekmektedir. Bu nedenle referans standart malzeme ksilende ısıl işlemle çözülmüş ve hazırlanan tek bir örneğin arka arkaya dört kez ölçümü gerçekleştirilmiştir (toplam süre: 60 dk). Şekil 3.2.3.1.’de dört elementin ardışık ölçüm süresi boyunca konsantrasyonundaki değişimler gösterilmiştir. Bu ölçümlerdeki bağıl standart sapma değerleri tüm elementler için %10’un altında seyretmiştir. Şekil 3.2.3.1. EDXRF için ksilen ile hazırlanan örneklerde tekrarlanabilirlik çalışması. 3.2.4. EDXRF Kalibrasyon Eğrileri Plastiklerde kantitatif eser element analizi; konsantrasyonu bilinen kalibrasyon standartlarının bir plastik matris ya da X-ışınlarının penetrasyon açısından benzer özellikleri gösteren bir matris içinde dağıtılması ile sağlanabilmektedir. Katı ve sıvı kalibrasyon standartları kullanıldığı farklı kalibrasyon teknikleri literatürde kullanım alanı bulmuştur (Metz ve ark. 1994). 111 Sıvı kalibrasyon standartları ile çalışmanın en önemli avantajı yüksek derecede homojenizasyon, hızlı ve kolay hazırlanmasıdır. Bu amaçla Conostan S21 (Cd, Cr ve Pb içeren) ve yağda çözünmüş organometalik civa standardı ksilen ile seyreltilerek 1-70 mg/kg aralığında kalibrasyon standartları hazırlanmıştır. Dört elemente ait kalibrasyon grafikleri şekil 3.2.4.1.’de gösterilmiştir. Kalibrasyon Grafikleri 45 40 35 Cd 30 Hg 25 Cr 20 Pb 15 10 5 0 0 20 40 60 80 mg/kg Şekil 3.2.4.1. EDXRF’e ait ilgili elementlerin kalibrasyon grafikleri. Kalibrasyon grafiklerine ait analitik parametreler çizelge 3.2.4.1.’de verilmiştir. Çizelge 3.2.4.1. EDXRF kalibrasyon grafiklerine ait analitik parametreler Element Korelâsyon katsayısı Eğim Sabit Gözlenebilme sınırı (R2) (m) (n) (LOD) (mg/kg) Cd 0,9996 0,1726 0,1178 1,0 Cr 0,9994 0,0619 0,0232 2,0 Hg 0,9977 0,2733 0,4491 1,0 Pb 0,9997 0,5791 0,5779 1,0 Gözlenebilme sınırları IUPAC formülasyonuna (eşitlik 3.2.4.1) göre hesaplanmıştır. C; ilgili element konsantrasyonu, Nb; pik altında kalan zemin şiddeti, Np; ilgili elementin pikine ait net şiddet olarak tanımlanmaktadır. LOD 3C= . Nb (3.2.4.1) N P Nor.Impulse 112 Kalibrasyon için hesaplanan gözlenebilme sınırları 2 mg/kg’ı geçmese de; örneğin ksilen ile seyrelmesi sonucu hesaba katılan seyrelme katsayıları, metot gözlenebilme sınırlarını yükseltmiştir. Standart referans malzeme ile yapılan farklı oranlardaki seyrelme çalışmalarında; örneğin 12 kez seyreltildiği durumlarda elde edilen sonuçların doğruluğunun daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Gerçek örneklerin karşılaştırmasında kullanılan yaş yakma sonrası atomik absorpsiyon spektrometre ve önerilen organik çözgen sonrası EDXRF tekniklerine ait metot gözlenebilme sınırları çizelge 3.2.4.2.’de verilmiştir. Çizelge 3.2.4.2. Metotlara ait gözlenebilme sınırları. Element Metot gözlenebilme sınırı (mg/kg) AAS EDXRF Cd 2,0 12 Cr 3,0 24 Hg 0,1 12 Pb 6,0 12 3.2.5. Sertifikalı Referans Malzemenin Analizi Geliştirilen bu metodun validasyon çalışmalarında standart referans malzeme olarak; polietilen matriste sertifikalı ağır metal bulunduran ERM-EC 681 (yaklaşık 0,9 g. seyrelme oranı; 12) isimli malzemeden yararlanılmıştır. Çizelge 3.2.5.1.’de standart referans malzemeye ait ortalama sertifikalı değerler ve belirsizlikleri yanı sıra önerilen metotla bulunan değerler ve standart sapmaları verilmiştir. Analiz sonuçları t-testi ile karşılaştırıldığında; Cr, Cd ve Hg için %95 güven aralığında farklılıkların önemli olmadığı görülmüştür. Önerilen metodun geri kazanım değerleri %81 (Hg) ile %114 (Pb) aralığında değişim göstermiştir. Sertifikalı referans malzemenin seyrelme oranı düşürüldüğünde (seyrelme oranı; 8) civanın gözlenebilme sınırından uzaklaşıldığı için geri kazanım değeri de %93 değerine ulaşmıştır. 113 Çizelge 3.2.5.1. Sertifikalı referans malzeme için EDXRF ile elde edilen Cd, Cr, Hg, Pb sonuçları (n = 3) Element Sertifalı değerler EDXRF %Geri (mg/kg) (mg/kg) Kazanım Cr 100 ± 5 94 ± 7 94 Cd 137 ± 4 138 ± 4 101 Pb 98 ± 6 112 ± 2 114 Hg 23,7 ± 0,8 19,2 ± 2,0 81 Kurşun elementinin geri kazanımı diğerlerine göre daha yüksek bulunmuştur. Bu durum sertifikalı referans malzeme içerisindeki yüksek orandaki brom içeriğiyle açıklanabilir. Çünkü Br (Kα) spektral çizgisi (11.924 keV), Pb (Lβ) spektral çizgisine (12.614 keV) çok yakındır. Sertifikalı referans malzeme 0,77 g/kg gibi yüksek oranda bir brom konsantrasyonuna sahiptir. 3.2.6. Önerilen EDXRF Metodunun Uygulamaları Altı farklı renkli polietilen poşet ve iki polipropilen örnek önerilen metotla analiz edilmiştir. Buna ek olarak, örnekler mikrodalga ile çözünürleştirme sonrası atomik absorpsiyon spektrometre ile analiz edilmiştir. Karşılaştırılan sonuçlar çizelge 3.2.6.1.’de gösterilmiştir. Elde edilen veriler gözden geçirildiğinde; referans yöntem ile önerilen metodun iyi bir uyuşma gösterdiği görülmüştür. İki metot arasındaki farklılıklar %12’den daha düşük bulunmuştur. Analitik veriler varyans analizi (ANOVA) ile değerlendirildiğinde; %95 güven aralığında farklılıklar istatistiksel olarak anlamlı değildir. Sarı ve kırmızı renkli poşetlerde Pb ve Cr içeriği oldukça yüksek bulunmuştur, bu da büyük olasılıkla pigment olarak PbCrO4 kullanımına işaret etmektedir. Resano ve ark. (2005) yüksek oranda Pb ve Cr içeren benzer sonuçlar ortaya koymuştur. 114 Çizelge 3.2.6.1. Gerçek örneklerin analiz sonuçları (n=3). Cr Cd Pb Hg (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) XRF AAS XRF AAS XRF AAS XRF AAS Sarı1 85±9 92±19 TE TE 519±20 500±20 TE TE Sarı2 613±11 691±60 TE TE 3003±39 2981±30 TE TE Siyah 22±3 25±4 TE TE 143±4 140±10 TE TE Mavi 44±8 44±12 TE TE 231±16 217±17 TE TE Kırmızı 226±23 227±21 TE TE 1567±37 1490±48 TE TE PP1 228±28 213±38 TE TE 1259±31 1229±51 TE TE PP2 TE TE 109±13 99±2 108±13 97±8 TE TE Yeşil TE TE TE TE TE TE TE TE TE: Tayin Edilemedi EDXRF için önerilen örnek hazırlama metodu polietilen ve polipropilen gibi çözünebilir plastikler için hızlı ve güvenilir numune hazırlama sağlamıştır. Veriler polietilen ve polipropilen matrisler için toplanmış olsa da, yöntem farklı çözünür plastik türleri, farmosotikler, tarım ilaçları, organik boyar maddeler, pigmentler gibi matriksler için de uygulanabilir. 3.3. Toksik Özellik Gösteren Bazı Elementlerin Migrasyon Sonuçları Yaş yakma sonrası PET şişelere ait ölçülen As, Cr, Cd, Hg ve Pb içerikleri çizelge 3.3.1.’de görülmektedir. Herbir elementin ölçümde kullanılan izotop kütleleri parantez içerisinde belirtilmiştir. Ayrıca yaş yakma işleminin veriminin kontrol edilmesi amacıyla yaş yakma öncesi bir seri örneğe; 10 µg/L olacak şekilde standart karışımı eklenerek, geri kazanım değerleri hesaplanmıştır. Migrasyon çalışmalarındaki metal değerlerinin hesaplanması işleminde; her bir ekstraktın matriksine benzer yapıdaki kalibrasyon standartları kullanılmıştır. Bu amaçla sulu kalibrasyon standartlarının seyreltme işlemi su, alkol ve asetik asitle yapılmış ve ICP-MS ile tayin edilmiştir. 115 Çizelge 3.3.1. ICP-MS ile analiz edilen farklı renkteki PET şişelerin metal içerikleri. Element RENKSİZ TURUNCU YEŞİL % Geri µg/kg µg/kg µg/kg Kazanım Cr (53) 1090 ± 17 950 ± 13 654 ± 12 91 ± 1 As (75) 110 ± 5 368 ± 15 343 ± 7 72 ± 3 Cd (112) TE TE TE 78 ± 1 Hg (202) TE TE TE 94 ± 7 Pb (207) 284 ± 11 170 ± 5 172 ± 2 97 ± 5 TE: Tayin edilemedi. Yağlı ekstraktlardaki metal analizler için ise; yağda çözünmüş metal standardı karışımı ksilen ile seyreltilmiş ve direkt olarak ICP-OES ile ölçümler gerçekleştirilmiştir. Farklı çözgen, sıcaklık ve süreler için elde edilen migrasyon verileri çizelge 3.3.2., 3.3.3., 3.3.4. ve 3.3.5.’te gösterilmiştir. Çizelge 3.3.2. ICP-MS ile analiz edilen farklı renkteki PET şişelerin asetik asit ekstraktına ait migrasyon verileri. Element 40 ºC’de 10 günlük taşınım (µg/kg) 70 ºC’de 2 saatlik taşınım (µg/kg) Renksiz Turuncu Yeşil Renksiz Turuncu Yeşil Cr (53) TE 145,4 ± 4,4 TE TE TE TE As (75) TE TE TE TE TE TE Cd (111) TE TE TE TE TE TE Hg (202) TE TE TE TE TE TE Pb (206) TE TE TE 194 ± 1 115 ± 1 113 ± 5 TE: Tayin edilemedi. Çizelge 3.3.3. ICP-MS ile analiz edilen farklı renkteki PET şişelerin alkol ekstraktına ait migrasyon verileri. Element 40 ºC’de 10 günlük taşınım (µg/kg) 70 ºC’de 2 saatlik taşınım (µg/kg) Renksiz Turuncu Yeşil Renksiz Turuncu Yeşil Cr (53) 131 ± 7 170 ± 10 81 ± 8 TE TE TE As (75) TE TE TE TE TE TE Cd (112) TE TE TE TE TE TE Hg (202) TE TE TE TE TE TE Pb (207) TE TE TE TE TE TE TE: Tayin edilemedi. 116 Çizelge 3.3.4. ICP-MS ile analiz edilen farklı renkteki PET şişelerin su ekstraktına ait migrasyon verileri. Element 40 ºC’de 10 günlük taşınım (µg/kg) 70 ºC’de 2 saatlik taşınım (µg/kg) Renksiz Turuncu Yeşil Renksiz Turuncu Yeşil Cr (53) TE TE TE TE TE TE As (75) TE TE TE TE TE TE Cd (112) TE TE TE TE TE TE Hg (202) TE TE TE TE TE TE Pb (207) TE TE TE TE TE TE TE: Tayin edilemedi. Çizelge 3.3.5. ICP-OES ile analiz edilen farklı renkteki PET şişelerin zeytinyağı ekstraktına ait migrasyon verileri. Element 40 ºC’de 10 günlük taşınım (mg/kg) 70 ºC’de 2 saatlik taşınım (mg/kg) Renksiz Turuncu Yeşil Renksiz Turuncu Yeşil Cr TE TE TE TE TE TE Cd TE TE TE TE TE TE Pb TE TE TE TE TE TE TE: Tayin edilemedi. Çizelge 3.3.6. ICP-MS ve ICP-OES ile analiz edilen farklı ekstraktlardaki metallere ait gözlenebilme değerleri (LOD). Element Su (µg/kg) Asit (µg/kg) Alkol (µg/kg) Yağ (mg/kg) Cr 1,25 7,5 18 0,09 As 1,14 0,7 0,3 - Cd 0,11 0,7 0,4 0,01 Hg 2,05 0,2 0,7 - Pb 0,05 3,9 0,9 0,01 İlgili süre ve sıcaklıklarda su ve zeytinyağına olan migrasyon değerlerinin gözlenebilme sınırları (çizelge 3.3.6) altında kaldığı bulunmuştur. Gözlenebilme değerleri, her bir ekstrakt için hazırlanan üç adet kör örneğin standart sapmasının üç katı bulunarak hesaplanmıştır. PET şişelerin metal migrasyon değerlerinin Pb için asidik ve sıcak ortamda daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Bu da kurşun ve az çözünür 117 tuzlarının sıcaklık etkisi ile çözünürlüğünün asidik ortamda artışı ile açıklanabilir. Renksiz, turuncu ve yeşil şişelerden 70 ºC’de 2 saatlik Pb migrasyon yüzdeleri sırasıyla; %68,3; %67,6 ve %65,7 olarak hesaplanmıştır. Cr için gerçekleşen migrasyon değerleri ise uzun süreli, düşük sıcaklıktaki alkol çözeltisinde yüksek bulunmuştur. Cr’a ait renksiz, turuncu ve yeşil şişelerden 40 ºC’de 10 günlük migrasyon yüzdeleri sırasıyla; %12,0; %17,9 ve %12,4 olarak hesaplanmıştır. Gıda güvenliği açısından gıda ambalajlarındaki element içeriklerinin yanısıra element migrasyonlarınında ilgili yönetmelik ve yasalarca belirtilmesi gerekmektedir. Ülkemizde toplam kütle migrasyonlarıyla ilgili sınırlamalar bulunurken; spesifik element migrasyon limitleri ile ilgili bir yasa henüz uygulamaya geçmemiştir. 3.4. Otomotiv Plastiklerinin Değişik Ortamlardaki Yüzey Değişimlerinin Spektroskopik Tekniklerle İnceleme Sonuçları FTIR spektrumlarının korelasyon katsayı değerleri ışınlama sonrası yapıdaki değişimlerinin izlenmesinde bir parametre olarak kullanılmıştır. Çizelge 3.4.1.’e ve şekil 3.4.1. ve 3.4.2.’e bakıldığında poliamid ve polipropilen örneklerinin 354 saat ışınlama sonrasında yüzeylerinde önemli bir değişimin olmadığı korelasyon katsayılarına bakılarak söylenebilir. Çizelge 3.4.1.Örneklerin FTIR spektrumlarının korelasyon katsayıları (n=36) Korelasyon Katsayısı (R2 ) Örnekler Başlangıç 354 saat sonrası Siyah poliamid 0,978 ± 0,002 0,974 ± 0,003 Beyaz polipropilen 0,940 ± 0,015 0,919 ± 0,005 Siyah poliüretan 0,652 ± 0,067 0,851 ± 0,030 118 Siyah Poliamid Örneği FTIR spektrumu 110 105 100 95 90 85 80 75 70 354 saat sonra 65 BAŞLANGIÇ 60 650 1150 1650 2150 2650 3150 3650 cm(-1) Şekil 3.4.1. Siyah poliamid örneğine ait FTIR spektrumu. Beyaz Polipropilen Örneği FTIR spektrumu 105 100 95 90 85 80 75 70 354 saat sonra 65 BAŞLANGIÇ 60 650 1150 1650 2150 2650 3150 3650 cm(-1) Şekil 3.4.2. Beyaz polipropilen örneğine ait FTIR spektrumu. Beyaz polipropilen örneğinin FTIR korelasyon katsayısında yüksek oranda bir değişim olmamasına karşın, ışınlama öncesi şekil 3.4.2’de görülen spektrumunda 1558 cm-1 frekansında aromatik halkanın C=C bağı titreşimine karşılık gelen pikte, ışınlama sonrası bir azalma olduğu görülmüştür. Bu da polimerizasyon reaksiyonu sırasında ortamda kalabilecek olası çözgen kalıntılarının, ışınlama sonrası giderilmiş olduğunu göstermektedir. Buna ek olarak ışınlama sonrasında 1703 cm-1 frekasında aldehit, keton, karboksilli asit gibi yapılarından gelebilecek C=O titreşiminin öne çıktığı görülmüştür. Bu da zamanla yapının oksidasyona uğrayabileceği öngörüsünü doğurmaktadır. %T %T 119 Buna karşın siyah poliüretan örneğinin korelasyon katsayısında yaklaşık %30,6 oranında bir değişim olduğu görülmüştür. Poliüretan örneğinin yüzeyinde polisiloksan bir kaplamaya rastlanmıştır. Işınlama sonrası polisiloksan kaplamadaki azalama sonucu örneğin poliüretan yapıya benzeme oranı artmıştır. Işınlanmış örneğin FTIR spektrumunda, 2835 ve 2980 cm-1 aralığında bulunan piklerin ışınlama sonrası kaybolduğu şekil 3.4.3.’de görülmektedir. Bu grupların organik uçucu bileşenlerin yüzeyden ayrılması ile de oluşabileceği düşünülebilir. Bu sonuçlara göre poliüretan örnek yüzeyindeki polisiloksan kaplamanın gün ışığına dayanımının az olduğu söylenebilir. Siyah Poliüretan Örneği FTIR Spektrumu 105 100 95 90 85 80 75 354 saat sonra BAŞLANGIÇ 70 650 1150 1650 2150 2650 3150 3650 cm(-1) Şekil 3.4.3. Siyah Poliüretan örneğine ait FTIR spektrumu. Elde edilen FTIR sonuçları SEM görüntüleriyle de desteklenmiştir. Siyah poliamid örneğinde ışınlama sonrası beyaz karlanma şeklinde renk değişimi gözlenmiştir. Bunlar çıplak gözle de rahatlıkla ayıredilebilinmiştir. Siyah poliamid örneğinin ışınlama öncesi ve sonrasına ait SEM görüntüleri şekil 3.4.4.’de gösterilmiştir. %T 120 Başlangıç 354 saat sonra Şekil 3.4.4.Siyah poliamid örneğine ait SEM görüntüleri Beyaz polipropilen örneğinin SEM görüntülerinde ışınlama öncesi ve sonrası önemli bir değişim gözlenmemiştir. Siyah poliüretan örneğinin SEM görüntülerinde yüzeyde meydana gelen çatlamalar ve fiziksel deformasyon net olarak görülmektedir (Şekil 3.4.5-3.4.6). Ayrıca çıplak gözle bu örneğe bakıldığında renkte bir solma oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu da polisiloksan kaplamanın ışık etkisi ile yüzeyde deformasyona uğradığı görüşünü desteklemektedir. Başlangıç 354 saat sonra Şekil 3.4.5. Siyah poliüretan örneğine ait SEM görüntüleri (x500) 121 Başlangıç 354 saat sonra Şekil 3.4.6. Siyah poliüretan örneğine ait SEM görüntüleri (x6000) Otomotiv sektöründe plastik materyallerin kullanımı son yirmi beş yılda büyük bir ivme kazanmıştır. Plastikler tek başına kullanıldığı gibi, tahta, metal veya kumaş ile karıştırılarak elde edilen kompozit materyaller olarak da kullanılmaktadır. Farklı yapıdaki plastikler taşıtlarda kapı panelleri, kontrol paneli, güneşlik, emniyet kemeri gibi çok farklı amaçla kullanılmaktadır. Bu alanda en yaygın kullanılan plastikler; akrilonitril bütadien stiren (ABS), poliamid (PA), polipropilen (PP), poliüretan (PU), poliester (PES), poietilen (PE), etilen-propilen-dien monomer (EPDM) kauçuğudur. Bu yapıların taşıtlardaki kullanım süreleri oldukça uzun olması istenmektedir. Taşıtlarda kullanılan bu materyallerin sıcaklık, güneş ışığı gibi farklı iklim koşullarına karşı dayanıklı olması gerekmektedir. Gösterge paneli ve direksiyon simidi taşıtta en fazla direkt gün ışığı ve sıcaklık değişimlerine maruz kalan kısımlardır. Literatürlerde değişik taşıt parçalarının yapı ve yüzey değişimlerinin FTIR, SEM, UV-Vis, XPS gibi tekniklerle incelendiği çalışmalara rastlamak mümkündür (Stark ve Matuana 2004). 3.5. Otomotiv Tekstilleri Yanma Ürünlerinin Gaz Kromatograf Kütle Spektrometre (GC-MS) İle Karakterizasyon Sonuçları Farklı ekstraktlardan elde edilen kromatogramlardaki piklere ait kütle spektrumları, cihazın kütüphanesinde olan kütle spektrumları ile karşılaştırılarak ilgili piklerin hangi bileşiklere ait oldukları en yüksek benzerlikle belirlenmiştir. Toplam iyon kromatogramının m/z tarama aralığı 50-500 m/z aralığında seçilmiştir. Farklı ekstraktlara ait toplam iyon kromatogramları şekil 3.5.1., 3.5.2. ve 3.5.3.’te verilmiştir. 122 Abundance TIC: diklormetan21.D\data.ms 2300000 8 11 2200000 2100000 2000000 1900000 1800000 1700000 1600000 1500000 14 1400000 1300000 1200000 1100000 1000000 900000 3 800000 700000 600000 2 5 500000 6 400000 10 15 300000 4 9 200000 1 7 16 100000 12 13 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 Time--> Şekil 3.5.1. Diklormetan ekstraktına ait toplam iyon kromatogramı. (1: Klorobenzen, 2: Fenil asetilen, 3: Stiren, 4: Benzaldehit, 5: Benzonitril, 6: İnden, 7: Asetofenon, 8: Naftalen, 9: Bifenil, 10: Bifenilen, 11: Butil hidroksi toluen, 12: 9H- Fluoren, 13: Fenantren, 14: 9-oktadekenamid, 15: 1,2-benzedikarbosiklik asit, mono(2-etilheksil) esteri, 16: Trikosan) Abundance 10 TIC: kloroform21.D\data.ms 2700000 5 2600000 2500000 2400000 2300000 14 2200000 6 2100000 2000000 1900000 16 1800000 8 1700000 1600000 1500000 1400000 1300000 1200000 1100000 1000000 900000 800000 700000 600000 500000 3 7 9 12 400000 4 13 300000 1 2 11 15 200000 100000 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 Time--> Şekil 3.5.2. Kloroform ekstraktına ait toplam iyon kromatogramı. (1: Tetrakloroetilen, 2: Heksametil siklotrisiloksan, 3: Klorobenzen, 4: Etil benzen, 5: Fenilasetilen, 6: Stiren, 7: Benzaldehit, 8: Benzonitril, 9: İnden, 10: Naftalen, 11: Fitalik anhidrit, 12: Bifenil, 13: Bifenilen, 14: Butil hidroksi toluen, 15: Fenantren, 16: 9- oktadekenamid ) 123 Abundance 1 TIC: hekzan21.D\data.ms 2.1e+07 2e+07 1.9e+07 1.8e+07 1.7e+07 1.6e+07 1.5e+07 1.4e+07 1.3e+07 10 1.2e+07 1.1e+07 1e+07 9000000 8000000 7000000 5 6000000 3 5000000 4 4000000 7 3000000 11 12 15 16 2000000 132 6 8 9 14 1000000 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 Time--> Şekil 3.5.3. Heksan ekstraktına ait toplam iyon kromatogramı. (1: Oktan, 2: Klorobenzen, 3: Fenilasetilen, 4: Stiren, 5: Nonan, 6: Benzaldehit, 7: Benzonitril, 8: Dekan, 9: İnden, 10: Naftalen, 11: Bifenil, 12: Bifenilen, 13: Butil hidroksi toluen, 14: 9H- Fluoren, 15: Fenantren, 16: 1,2-benzedikarbosiklik asit, mono(2-etilheksil) esteri) Örnekleme sonrası değişik polaritedeki çözgenlerle yapılan işlemler sonucunda yanma ürünlerinin karakterizasyonuna yönelik bulgular; NIST ve WILEY kütle kütüphanelerinden yararlanılarak benzeme yüzdelerinden en muhtemel kimyasal bileşikler olarak saptanmıştır. Çözgenlerin polarite indeksleri heksan, diklormetan ve kloroform için sırasıyla 0, 3,1 ve 4,1 ‘dir. Kromatogramlar incelendiğinde kimyasal bileşiklerin çözgen polaritesine bağlı olarak zenginleştirme işlemlerinde farklılık gösterdiği gözlemlenmiştir. Poliaromatik hidrokarbon (PAH) bileşiklerinden naftalen bileşiği yanma gazlarında en fazla bulunan yapı olarak göze çarpmaktadır. Bunu sırasıyla diğer PAH bileşenleri arasında bulunan fluoren ve fenantren izlemektedir. PAH bileşenleri için benzer yapıda polarite gösteren heksan, beklendiği üzere uygun çözücü olarak görülmektedir. Yanma gazı bünyesinde; Çevre Koruma Örgütü (EPA) tarafından toksik hava kirleticileri listesinde yer alan 300 civarı bileşikten bazılarına rastlanmıştır. Yanma gazı bileşenlerinden; klorobenzen (00108–90–7), stiren (00100–42–5), inden (00095–13–6), asetofenon (00098–86–2), naftalen (00091–20–3), bifenil (00092–52–4) bu listede yer almaktadır. Bu yapılar yapay lif malzemelerinden ya da yardımcı kimyasal kullanımlarından kaynaklanabilir. Bu bileşiklerin doğrudan teneffüs edilmesi veya 124 farklı yollarla alınması ile insan sağlığında çok değişik etkilere yol açabileceği bilinmektedir. Bunların başında, kanserojenik ve mutajenik etki, fetusta malformasyon, sinir sistemi ve organlarda fonksiyonel bozukluklar gibi akut veya kronik zehirlenmeler sayılabilir (OHIO EPA, 2006). Kalitatif olarak belirlenen bileşenlerin yorumlanması ve karakterizasyonunda yanma mekanizması ve örnekleme şartlarının tekrarlanabilirliği önemlidir. Ancak yanma şartlarındaki kontrol edilemeyen parametreler, örneklemenin temsil edilebilirliği gibi önemli sorunların çözümlenmesine yönelik standartlar oluşturulmalıdır. Kantitatif değerlendirme açısından bakıldığında da bu sorunların çözümü gereklidir. Koltuk kumaşlarının geliştirilmesinde, ileride bu tür kimyasal parametrelere ihtiyaç duyulacağı aşikârdır. 3.6. Bazı Ambalaj ve Oyuncak Örneklerindeki Fitalat Esterlerinin Ultrasonik Solvent Ekstraksiyonu Sonrası GC-MS ile Analiz Sonuçları 3.6.1. Fitalat Esterlerinin Kalibrasyon Verileri Öncelikle standartların belirli bir konsantrasyondaki çözeltisi değinilen koşullarda cihaza enjekte edilerek taramalı iyon modunda çalışılmış ve standartlara ait piklerin geliş zamanları ve kütle spektrumları belirlenmiştir. Standartların toplam iyon kromatogramlarındaki piklerin kütle spektrumları NIST (NIST 98.L sürümü) ve WILEY (wiley 7n.l sürümü) kütüphaneleri ile karşılaştırılıp, standartların selektif iyon modundaki çalışmalar için kütle/yük (m/z) oranları belirlenmiştir. Elde edilen m/z değerleri ile yapılan selektif iyon modundaki çalışmada 1-10 mg/L konsantrasyon aralığındaki altı adet standarda ait kalibrasyon eğrileri şekil 3.6.1.1.’de gösterilmiştir. Kalibrasyon grafiklerine ait analitik parametreler ise çizelge 3.6.1.1.’de özetlenmiştir. 125 Şekil 3.6.1.1. Altı adet fitalat esterine ait kalibrasyon grafikleri. Çizelge 3.6.1.1. Kalibrasyon grafiklerine ait analitik parametreler. Korelasyon Eğim Kesim Gözlenebilme Bağıl Standart Katsayısı (R2) (m) Noktası (-n) Sınırı (mg/L)a Sapma (%)b DMP 0,9993 226075 47338 0,067 2,1 DEP 0,9988 206430 66189 0,101 3,2 DBP 0,9982 384906 159392 0,129 6,0 BBP 0,9961 150260 72314 0,249 7,6 DEHP 0,9981 215572 88293 0,146 4,5 DnOP 0,9978 325041 146823 0,223 7,4 a Gözlenebilme sınırı S/G = 3. b Bağıl standart sapma; her bir bileşenin 1,0 mg/L konsantrasyonunda hesaplanmıştır (n=5). Çizelge 3.6.1.1.’de verilen kalibrasyona ait gözlenebilme değerleridir. İlgili ekstraksiyon ve seyreltmelerle metoda ait gözlenebilme sınırları DMP için 3,4; DEP için 5,1; DBP için 6,5; BBP için 12,5; DEHP için 7,3; DnOP için 11,2 mg/kg olarak hesaplanmıştır. 126 3.6.2. Fitalat Esterlerinin Ultrasonik Ekstraksiyon İşlemlerine Ait Veriler Ambalaj malzemelerinden fitalat esterlerinin ultrasonik ekstraksiyonu sırasında uygun çözücünün seçimi için işlemler eş zamanlı olarak farklı çözücüler ile yapılmıştır. Ekstraksiyon veriminin hesaplanmasında ekstraksiyon öncesi ambalaj malzemesi içeren viallere, 2 mg/L olacak şekilde karışık standartlar eklenmiştir. Çizelge 3.6.2.1.’de ambalaj malzemelerinde çözücü seçiminin geri kazanım üzerine etkisi gösterilmiştir. Çizelge 3.6.2.1. Ambalaj malzemesinin ultrasonik ekstraksiyon işleminde farklı çözücüler için elde edilen geri kazanım değerleri ( n=3). DMP DEP DBP BBP DEHP DnOP Metanol 87,7 ± 0,8 91,5 ± 1,3 85,7 ± 0,8 77,3 ± 2,0 86,7 ± 0,8 81,0 ± 1,8 Etanol 84,7 ± 1,4 98,8 ± 5,7 87,8 ± 0,8 69,5 ± 5,6 86,5 ± 1,3 81,2 ± 2,0 Aseton 86,3 ± 1,0 94,5 ± 3,3 87,7 ± 1,8 80,8 ± 5,5 96,0 ± 2,2 85,7 ± 2,9 Asetonitril 83,3 ± 0,6 90,5 ± 0,5 85,8 ± 0,8 83,7 ± 1,3 88,2 ± 0,8 87,2 ± 1,0 Dietil eter 88,3 ± 0,6 96,7 ± 1,3 91,3 ± 0,3 83,5 ± 1,5 100,2 ± 0,3 87,7 ± 0,8 Kloroform 94,7 ± 1,5 103,2 ± 1,6 94,8 ± 1,8 84,7 ± 6,7 98,3 ± 4,3 87,5 ± 4,3 Geri kazanım değerlerine bakıldığında ekstraksiyon için en uygun olabilecek çözücünün kloroform olabileceği görülmüştür. Ancak diğer çözücülere ait geri kazanım değerleri de kantitatif değerlendirme amacıyla kullanılabilir aralıktadır. Katı örneklerden ekstraksiyon verimi çalışmalarında ortama ilave edilen sıvı standart için bulunan geri kazanım yüzdeleri ortamda analitin komplekşme, çökelme, polimerleşmesini sağlayarak girişim etkisi gösterebilecek türler yoksa genellikle yüksek çıkmaktadır. Bu tür ekstraksiyon verimi çalışmalarında sertifikalı referans malzeme kullanımı analitik değerlendirmeler açısından daha faydalı olacaktır. Ancak plastik malzemelerde fitalat esterleri içeren bir sertifikalı referans malzeme ticari olarak bulunmadığı için bu tür bir yol izlenmiştir. Buna ek olarak; oyuncak örneklerindeki fitalat esterlerine bakıldığında en yüksek oranda bulunanın DEHP olduğu göze çarpmaktadır. Oyuncak örnekleri için yapılan farklı çözücülerle ekstraksiyon işleminde DEHP’a ait değerler şekil 3.6.2.1.’de verilmiştir. 127 Şekil 3.6.2.1. Oyuncak örneğinden DEHP ekstraksiyonunda çözücü seçimi. Oyuncak örneklerinde de en yüksek ekstraksiyon sağlayan uygun çözücünün kloroform olduğu gözlemlenmiştir. Ancak kloroform çözücüsüne ait DEHP standart sapma değerleri diğer çözücülere göre daha yüksek bulunmuştur. Kloroform seçilerek yapılan ultrasonik ekstraksiyon işlemiyle dört oyuncak ve iki farklı ambalaj malzemesi için elde edilen fitalat esteri değerleri çizelge 3.6.2.2. verilmiştir. Çizelge 3.6.2.2. Örneklere ait fitalat ester değerleri (n=3). DBP DEHP Oyuncak 1 (%) <6,5 mg/kg 27,8 ± 1,2 Oyuncak 2 (%) <6,5 mg/kg 33,9 ± 1,4 Oyuncak 3 (mg/kg) 102,6 ± 3,0 508,1 ± 43,8 Oyuncak 4 (%) <6,5 mg/kg 37,9 ± 2,0 Ambalaj 1 (mg/kg) <6,5 mg/kg 38,1 ± 1,9 Ambalaj 2 (mg/kg) <6,5 mg/kg 28,4 ± 1,2 128 3.7. Oyuncaklardaki Fitalat Esterlerinin Yapay Tükürük Çözeltisine Migrasyonu 3.7.1. Aktif Karbon ile Tükürük Çözeltisinden Fitalat Esterlerinin Ayrımı ve Metodun Optimizasyonu Çizelge 2.2.7.2.2.’de verilen farklı pH, süre ve aktif karbon derişimi için verilen 20 deney gerçekleştirilmiştir. Aktif karbon ile fitalatların tükürük çözeltisinden ekstraksiyonu işlemleri sonucu elde edilen DMP, DEP, DBP, BBP, DEHP ve DnOP bileşenlerine ait geri kazanım değerleri (y matrisleri) çizelge 3.7.1.1.’de verilmiştir. Çizelge 3.7.1.1. DMP, DEP, DBP, BBP, DEHP ve DnOP bileşenlerine ait geri kazanım değerleri (%). Deney DMP DEP DBP BBP DEHP DnOP no y(%R) y(%R) y(%R) y(%R) y(%R) y(%R) 1 76,5 75,0 71,3 75,4 68,5 68,7 2 82,8 80,0 79,0 84,0 75,1 75,4 3 91,4 95,0 89,1 86,9 90,2 89,7 4 88,7 90,0 87,3 82,3 85,4 84,6 5 86,9 85,0 81,1 87,6 77,8 78,6 6 85,2 84,0 80,6 87,2 76,9 77,8 7 87,0 86,0 82,7 78,0 80,6 81,1 8 83,8 84,0 81,0 76,6 76,6 76,5 9 68,4 67,0 63,9 63,3 63,5 63,5 10 76,9 74,0 73,1 73,5 71,7 72,6 11 75,9 75,0 72,1 70,1 68,3 68,8 12 62,8 65,0 63,5 68,4 60,6 62,2 13 73,8 75,0 73,9 65,8 74,0 73,2 14 87,1 87,0 84,0 82,3 83,2 82,7 15 88,5 87,0 83,9 86,2 80,1 80,5 16 70,7 70,0 68,1 69,1 67,0 67,9 17 69,1 68,0 66,8 67,2 65,8 66,5 18 68,8 69,0 66,4 66,9 65,4 65,9 19 68,0 67,0 65,9 66,5 64,9 65,6 20 67,5 67,0 65,1 66,2 63,7 64,8 129 DMP için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.7.1.2.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.7.1.2. DMP için hesaplanan regresyon istatistikleri Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,937854 R Kare 0,879569 Ayarlı R Kare 0,771182 Standart Hata 4,30 Gözlem 20 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 9 1347,703 149,7448 8,11503 0,001498 Fark 10 184,5278 18,45278 Toplam 19 1532,231 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 68,49366 1,751996 39,09465 2,86E-12 x1 -0,22432 1,16234 -0,19299 0,850828* x2 2,789914 1,16234 2,400255 0,037299* x3 0,432657 1,16234 0,372229 0,717489* x11 4,234481 1,131357 3,742836 0,003829* x22 1,394969 1,131357 1,233006 0,245772 x33 8,263997 1,131357 7,304503 2,59E-05* x1x2 -1,29167 1,518748 -0,85048 0,414957 x2x3 -2,75 1,518748 -1,8107 0,100287 x1x3 -1,06667 1,518748 -0,70233 0,498493 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. 130 DEP için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.7.1.3.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.7.1.3. DEP için hesaplanan regresyon istatistikleri Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,940071 R Kare 0,883734 Ayarlı R Kare 0,779095 Standart Hata 4,31 Gözlem 20 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 9 1413,091 157,0101 8,445518 0,001273 Fark 10 185,9093 18,59093 Toplam 19 1599 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 67,76991 1,758542 38,53755 3,3E-12 x1 -0,0965 1,166684 -0,08271 0,935713* x2 3,501181 1,166684 3,000969 0,013322* x3 -0,07322 1,166684 -0,06276 0,951198* x11 3,806735 1,135584 3,352227 0,007338* x22 2,216137 1,135584 1,951539 0,079545 x33 8,225064 1,135584 7,243026 2,78E-05* x1x2 -1,375 1,524423 -0,90198 0,388276 x2x3 -3,625 1,524423 -2,37795 0,038748* x1x3 -0,375 1,524423 -0,24599 0,810662 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. 131 DBP için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.7.1.4.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.7.1.4. DBP için hesaplanan regresyon istatistikleri Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,949629 R Kare 0,901795 Ayarlı R Kare 0,81341 Standart Hata 3,63 Gözlem 20 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 9 1207,174 134,1304 10,20309 0,00058 Fark 10 131,4606 13,14606 Toplam 19 1338,634 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 65,86141 1,478768 44,53803 7,83E-13 x1 0,149394 0,981071 0,152277 0,881997* x2 3,332223 0,981071 3,396517 0,006811* x3 -0,12025 0,981071 -0,12257 0,904876* x11 3,563831 0,954919 3,732078 0,003897* x22 2,173531 0,954919 2,276142 0,046087* x33 7,563892 0,954919 7,920979 1,28E-05* x1x2 -1,34167 1,281896 -1,04663 0,31991 x2x3 -3,00833 1,281896 -2,34678 0,040864* x1x3 -1,01667 1,281896 -0,7931 0,446131 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. 132 BBP için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.7.1.5.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.7.1.5. BBP için hesaplanan regresyon istatistikleri Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,916132 R Kare 0,839298 Ayarlı R Kare 0,694666 Standart Hata 4,70 Gözlem 20 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 9 1155,557 128,3952 5,802988 0,005555 Fark 10 221,2571 22,12571 Toplam 19 1376,814 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 66,30268 1,918451 34,56052 9,74E-12 x1 -0,25567 1,272774 -0,20088 0,844822* x2 -1,10414 1,272774 -0,86751 0,406001 x3 0,551086 1,272774 0,43298 0,674219* x11 3,418659 1,238846 2,759552 0,020145* x22 1,751476 1,238846 1,413797 0,187789 x33 7,819315 1,238846 6,311774 8,77E-05* x1x2 -1,79167 1,663044 -1,07734 0,30663 x2x3 -3,75833 1,663044 -2,25991 0,047376* x1x3 -0,725 1,663044 -0,43595 0,672135 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. 133 DEHP için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.7.1.6.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.7.1.6. DEHP için hesaplanan regresyon istatistikleri Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,955991 R Kare 0,913919 Ayarlı R Kare 0,836445 Standart Hata 3,35 Gözlem 20 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 9 1190,289 132,2543 11,79657 0,000312 Fark 10 112,1125 11,21125 Toplam 19 1302,401 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 64,88032 1,365618 47,50986 4,12E-13 x1 -0,64791 0,906003 -0,71513 0,490887* x2 4,190001 0,906003 4,62471 0,000944* x3 -0,90892 0,906003 -1,00322 0,339414* x11 2,893631 0,881852 3,281311 0,008271* x22 1,945163 0,881852 2,20577 0,051931 x33 6,999731 0,881852 7,937534 1,26E-05* x1x2 -1,80833 1,18381 -1,52755 0,157613 x2x3 -3,68333 1,18381 -3,11142 0,011034* x1x3 -0,85833 1,18381 -0,72506 0,485036 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. 134 DnOP için hesaplanan regresyon istatistikleri çizelge 3.7.1.7.’de gösterilmiştir. Çizelge 3.7.1.7. DnOPiçin hesaplanan regresyon istatistikleri Regresyon İstatistikleri Çoklu R 0,952569 R Kare 0,907388 Ayarlı R Kare 0,824038 Standart Hata 3,31 Gözlem 20 ANOVA df SS MS F Anlamlılık F Regresyon 9 1073,693 119,2993 10,88643 0,00044 Fark 10 109,5853 10,95853 Toplam 19 1183,279 Katsayılar Standart Hata t Stat P-değeri Kesişim 65,52434 1,350138 48,53157 3,33E-13 x1 -0,74032 0,895733 -0,8265 0,4278* x2 3,666136 0,895733 4,092889 0,002169* x3 -0,58587 0,895733 -0,65407 0,527824* x11 2,864831 0,871856 3,285899 0,008207* x22 1,816214 0,871856 2,083158 0,063858 x33 6,729396 0,871856 7,718471 1,61E-05* x1x2 -1,95 1,170391 -1,66611 0,12666 x2x3 -3,625 1,170391 -3,09725 0,011303* x1x3 -0,875 1,170391 -0,74761 0,471908 *Verim(y) üzerine etkisi önemli olan parametreler (p≤0,05) gösterilmiştir. R2 değerleri (0,879569, 0,883734, 0,901795, 0,839298, 0,913919, 0,907388) deneysel veriler ile önerilen model denklemler arasında iyi bir uyum olduğunu göstermiştir. Genel olarak tüm fitalat esterlerinin yarı ampirik model denklemlerinde; aktif karbon 135 miktarının, pH’ın karesinin ve adsorpsiyon süresi karesinin %95 güven aralığında önemli olan denklem katsayıları (*) arasında yer aldığı görülmüştür. Model denklemlere ait standart hata değerleri 3,3 ile 4,7 aralığında değişim göstermiştir. Elde edilen denklemlerin çözümünden; kodlanmış optimum değerlere ulaşılmıştır. Her bir fitalat esterine ait gerçek optimum değerler çizelge 3.7.1.8.’de özetlenmiştir. Çizelge 3.7.1.8. Her bir fitalat esterine ait gerçek optimum değerler DMP DEP DBP BBP DEHP DnOP pH 0,64 3,1 3,6 3,2 2,8 2,3 Aktif karbon derişimi (g/L) 1,8 1,8 1,8 0,2 1,8 1,8 Zaman (dk) 92 25 18 104 22 23 Fitalat esterlerinin sorpsiyonunun tükürük çözeltisinin pH’ına bağlı olduğu göze çarpmaktadır. Sorpsiyonun asidik pH aralığında daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Bu olay; hidrofobik ve dispersiyon etkilerine dayalı olarak açıklanabilir (Ayrancı ve Bayram 2005). Asidik pH’larda; protonlanmış aktif karbon yüzeyindeki fonksiyonel grupların, fitalat esterlerdeki oksijen gruplarıyla hidrojen bağı yaparak veya aromatik halka ile karbon yüzeyi arasındaki kuvvetli spesifik etkileşimi sonucu adsorpsiyon gerçekleşebilir. Bazik pH aralığında ise sorpsiyon inhibisyonunun görülmesi; hidroksil iyonu artışı ile aqua komplekslerinin meydana gelmesi ile açıklanabilmektedir (Mohan ve ark. 2007). Ayrıca optimum adsorpsiyon süresi; fitalat esterleri arasındaki hidrofobik yarışmalı adsorpsiyon reaksiyonlara, çözünürlüğe, molekül ağırlığına ve fitalatların substituent gruplarına bağlı olarak değişim göstermektedir. Fitalat esterlerinin sudaki çözünürlükleri: DMP ≥ DEP> DBP> BBP> DEHP≥ DnOP sırasını izlemektedir. DMP bileşiğinin optimum adsorpsiyon süresi diğerlerine göre daha uzun olması da sudaki çözünürlüğünün daha yüksek olması ve yarışmalı adsorpsiyon reaksiyonu ile açıklanabilir. Uzun zincirli hidrofobik yapılı fitalat esterlerinin, DMP gibi kısa zincirli yapılardan daha hızlı adsorbe olduğu ve yarışmalı adsorpsiyon reaksiyonlarında DMP’ın adsorpsiyonunu geciktirdiği önerilmiştir (Chung ve Chen 2009). Bunlara ek olarak BBP’nin uzun adsorpsiyon süresine sahip olması ise; simetrik olmayan alil ve benzil substitue gruplarının varlığı ve aktif karbon yüzeyiyle oluşabilecek sterik etki ile açıklanabilir. 136 3.7.2. Aktif Karbon Yüzeyinden Fitalatların Elüsyon İşleminde Çözücü Seçimi Aktif karbon yüzeyinden fitalatların elüe edilmesi için uygun bir ekstraksiyon çözücüsünün seçimi büyük önem taşımaktadır. Seçilen çözücünün iyi bir kromatografik davranış ve hedef bileşiklere ilgisi göstermesi gerekmektedir. Bu amaçla sabit koşullarda (pH, aktif karbon miktarı, süre) hazırlanan bir dizi standart ekli yapay tükürük çözeltisine aktif karbon işlemi uygulanmış ve örnekler farklı çözücüler ile muamele edilerek, GC-MS ile fitalat esterlerinin miktarları belirlenmiş ve yüzde geri kazanım değerleri incelenmiştir. Şekil 3.7.2.1 incelendiğinde polar çözücülerin geri kazanım değerlerinin apolar çözücülere göre daha yüksek olduğu saptanmıştır. Apolar özellikteki dietileter ve heksan gibi çözücülerin ilgili bileşiklere olan ilgileri diğerlerine göre daha düşüktür. Ayrıca genel olarak kısa zincirli hidrofobik fitalat esterlerinin (DMP, DEP, DBP) aktif karbon yüzeyinden ayrılmaları uzun zincirli hidrofobik esterlere (BBP, DEHP, DnOP) göre daha verimli olmuştur. Şekil 3.7.2.1. Aktif karbon çalışmasında çözücü seçimi (Çalışma Şartları: yapay tükürük çözeltisi; 50 mL, pH; 2, ilave edilen standart karışımı miktarı; 50 µl, süre; 30 dk., aktif karbon miktarı; 1,8 g/L, karıştırma hızı: 200 rpm, çözücü hacmi; 10 ml, sıcaklık; 22 ºC) 137 Tüm bunlar göz önünde tutularak uygun çözücünün kloroform olduğu saptanmıştır. Bu çalışmanın sonucundan alınan bilgiler ışığında aktif karbonlu filtreler 10 mL kloroform ile 15 dakika ultrasonik banyoda tutulmuş ve kloroform ekstraktı enjektör tipi filtrelerden süzülerek viallere alınmış ve GC-MS ile analizleri gerçekleştirilmiştir. 3.7.3. Aktif Karbon İşleminde Kalibrasyon Verileri Analitik performansını değerlendirmek için optimum şartlardaki gözlenebilme sınırı (LOD), doğrusal aralık, doğrusallık (R2) ve bağıl standart sapma gibi önerilen yönteme ait kalite faktörleri çizelge 3.7.3.1.’de incelenmiştir. Fitalat esterlerine ait kalibrasyon grafikleri şekil 3.7.3.1.’de gösterilmiştir. Şekil 3.7.3.1. Aktif karbon metoduna ait fitalat esterleri kalibrasyon grafikleri. Bağıl standart sapma 100 µg/L fitalat esterleri ihtiva eden tükürük çözeltisinin, aktif karbon işlemine tabi tutulması sonrası GC-MS’e enjeksiyonu ile hesaplanmıştır. 138 Çizelge 3.7.3.1. Önerilen metodun analitik performans değerleri Bileşen Lineer aralık R2 LODa (µg/L) B.S.S.%b (mg/L) (n=5) DMP 0,10-1,0 0,9998 1,3 2,3 DEP 0,10-1,0 0,9998 2,1 1,5 DBP 0,10-1,0 0,9995 3,9 0,9 BBP 0,10-1,0 0,9982 5,1 2,4 DEHP 0,10-1,0 0,9997 1,5 1,9 DnOP 0,10-1,0 0,9998 3,8 3,0 a Gözlenebilme sınırı S/G = 3. b Bağıl standart sapma; her bir bileşenin 100 µg/L konsantrasyonunda ve optimum şartlarda hesaplanmıştır. 3.7.4. Aktif Karbon Metodu ile Oyuncaklardan Yapay Tükürük Çözeltisine Fitalat Esterleri Migrasyon Verileri Yatay çalkalama metodu ile 37ºC’de ve 2 saat süreyle yapay tükürük çözeltisine oyuncaklardan fitalat esterleri migrasyonu gerçekleştirilmiştir. Olası geçişlerin analizinde optimize edilen aktif karbon metodu kullanılmıştır. Farklı oyuncak örneklerinden yüksek oranda bulunan DEHP’ın geçişi izlenmiştir. Elde edilen migrasyon verileri çizelge 3.7.4.1.’de sunulmuştur. Çizelge 3.7.4.1. Oyuncaklardan yapay tükürük çözeltisine gerçekleşen migrasyon değerleri (n=3). Örnek Örnek DEHP DEHP Geçiş Hızı [DEHP] oyuncaktaki kütlesi Geçişi (µg) (µg/10 cm2/sa) miktarı (g) (%w /w) Oyuncak 1 1,17 ± 0,06 5,02 ± 0,82 1,78 ± 0,29 27,8 ± 1,2 Oyuncak 2 1,37 ± 0,25 5,17 ± 0,38 1,83 ± 0,13 33,9 ± 1,4 Oyuncak 3 1,00 ± 0,13 - - 0,051 ± 0,004 Oyuncak 4 1,47 ± 0,25 73,39 ± 5,30 25,97 ± 1,90 37,9 ± 2,0 Elde edilen migrasyon ve standart sapma değerleri bir oyuncak örneğinden alınan üç farklı örnek verisi kullanılarak hesaplanmıştır. Yapılan çalışmada DEHP 139 migrasyon değerlerinin Toksisite, Ekotoksisite ve Çevre üzerine Bilimsel Komite’nin (CSTEE) önerdiği (0,3 mg/10 cm2/ 3 saat DEHP) (EC-CSTEE 1999) değeri altında seyretmiştir. Oyuncaktaki artan DEHP miktarının, DEHP migrasyonunu arttırıcı bir eğilim izlediği gözlemlenmiştir. Ancak unutulmaması gereken nokta DEHP migrasyonunun sadece örnekteki miktarı ile ilişkili olmayıp, yüzey pürüzlülüğü, kaplama cinsi ve kalınlığı gibi diğer örnek özelliklerine de bağlı değişebileceğidir (Bouma ve Schakel 2002 ). Bunlara ek olarak; literatürde farklı çalkalama (ajitasyon) metotlarının da migrasyon sonuçlarını değiştireceği belirtilmiştir (Earls ve ark. 2003). 3.7.5. Yapay Tükürük Çözeltisinde Fitalat Esterlerinin Hidrolizi Optimum şartların bulunmasından sonra gerçek örneklerden yapay tükürük çözeltisine geçişler çalışılmıştır. Ancak fitalat esteri içeren örneklerdeki geçişlerde; sulu ortamda karşılaşılan bir sorun da ester yapılarının aşırı bazik veya asidik ortamda gösterdikleri hidrolizdir. Literatürde değinildiği gibi fitalat esterlerinin yapay veya oral mukosa ortamında hidrolizleri söz konusudur (Munksgaard ve Freund 1990, Niino ve ark. 2001). Şekil 3.7.5.1.’de asidik ve bazik ortamda genel bir ester yapısının hidroliz reaksiyonları gösterilmiştir. Şekil 3.7.5.1. Asidik ve bazik ortamda ester hidroliz reaksiyonları Bu amaçla asidik (pH=2) ve nötr (pH=6,8) ortamda yapay tükürük çözeltisinde gerçekleşebilecek hidroliz reaksiyonlarının genel olarak izlemek amacıyla; sabit konsantrasyonda fitalat ester karışımı içeren iki farklı yapay tükürük çözeltisinin fitalat 140 esterlerinin maksimum absorbans yaptığı dalga boyunda (λ=230 nm) absorbanslarındaki değişim ölçülmüştür. Şekil 3.7.5.2.’de iki farklı pH’da bulunan yapay tükürük çözeltisindeki absorbans değişimlerinin zamana bağımlı grafiği gösterilmiştir. Şekil 3.7.5.2. Farklı pH’larda zamana bağımlı hidroliz çalışması. Absorbanslardaki yüzde değişim 120 dakika içinde; her iki pH için ortalama %32 civarında değişim göstermiştir. Bu da bize gerçek örneklerden geçişlerin belirlenmesinde olası parçalanma ürünlerinin de izlenmesi gerekliliğini göstermektedir. 141 SONUÇ Plastiklerin çok amaçlı kullanımları ve bu konudaki araştırma-geliştirme (AR- GE) çalışmalarının sürdürülmesi; sektörü çok fazla sayıda analitik problemlerle karşı karşıya bırakmaktadır. Sıklıkla karşılaşılan analitik problemler; plastiklerin geri dönüşüm sınırlamaları, ambalaj ve oyuncak amaçlı kullanımlarında sağlık için risk oluşturabilecek durumların tespiti vb. olarak verilebilir. Çalışmamızda ürün kalitesinin geliştirilmesi ile ilgili analitik problemlerin çözümüne örnek olarak; güneş ışığına maruz bırakılan yapılarda yüzey fonksiyon ve morfolojisinin değişimi incelenirken, geri dönüşümde karşılaşılabilecek metal düzeylerinin tespiti için; AAS ve EDXRF ile metot geliştirilmesi, ayrıca sağlığa zararlı bileşenlerin oluşturabileceği risklerin saptanmasında, metal migrasyonları, yanma gazlarının nitel analizi, fitalatlar ve migrasyonlarının GC-MS ile izlenmesinde yönelik analitik yöntemler geliştirilmiştir. Ancak, inşaat sektörü ile ilgili işyeri ortamının uçucu organik bileşiklerinin (VOC), plastik ambalajlarıdaki çözgen kalıntıları ile ilgili head-space ve termal desorber gibi tekniklerin kullanımı da gerekmektedir. Sonuç olarak; bu sektördeki analitik problemlerin çözümünde, çeşitli analitik yüzey teknikleri ve yapı karakterizasyonunda etkin kromatografik ve spektroskopik tekniklerin kullanımı yanı sıra; polimerlerin çözünürleştirmesinde uygun çözgen seçiminin de önemini koruduğunu vurgulayabiliriz. Tezin akademik yenilikler içermesi gerekliliği nedeniyle; başlıca analitik özellikleri sağlayabilecek hızlı ve duyar tekniklere ilişkin yeni örnek hazırlama basamaklarının eklenmesi ile yeni analitik yöntemler türetilmiştir. Bu amaçla EDXRF ile metal analizlerinde yeni önerilen örnek hazırlama ve kalibrasyon metodu ile gözlenebilme sınırları mg/kg seviyelerine düşürülmüştür. Buna ek olarak yapay tükürük çözeltisinden fitalat esterlerinin ayrımında ilk olarak aktif karbon adsorpsiyonu çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 142 Bundan sonraki çalışmalarda head-space ve termal desorber GC-MS tekniklerinin kullanımı ile diğer sorunların çözümlerine de örnek verilebileceği kanısındayız. 143 KAYNAKLAR ADHOUM, N., L. MONSER. 2004. Removal of phthalate on modified activated carbon: application to the treatment of industrial wastewater. Separation and Purification Technology, 38: 233–239. AMBALAJ ATIKLARININ KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ.2007. Çevre ve Orman Bakanlığı, Resmi Gazete Tarihi: 24.06.2007 Resmi Gazete Sayısı: 26562. ARCADI, F.A., C. COSTA, C. IMPERATORE, A. MARCHESE, A. RAPISARDA, M. SALEMI, G.R. TRIMARCHI, G. COSTA. 1998. Oral toxicity of bis(2-ethylhexyl) phthalate during pregnancy and suckling in the Long-Evans rat. Food Chem. Toxicol. 36: 963–970. ARVANITOYANNIS, I.S., L. BOSNEA. 2004. Migration of Substances from Food Packaging Materials to Foods. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 44: 63- 76. AYRANCI, E., E. BAYRAM. 2005. Adsorption of phthalic acid and its esters onto high area activated carbon-cloth studied by in situ UV-Spectroscopy. J. Hazard.Mater., 147– 153. BAYLAKOĞLU, İ. 2006. Avrupa Birliği Elektronik Sektörü Direktifleri. Doğa Uyumlu Elektronik Tasarım Konferansı Bildirisi. Gebze, 15-16 Haziran 2006, sayfa 9-14. BERGSTRÖM, S., T. BARRI, J. NORBERG, J. A. JÖNSSON, L. MATHIASSON. 2007. Extracting syringe for extraction of phthalate esters in aqueous environmental samples. Analytica Chimica Acta, 594: 240–247. BICHINHO, K.M., G.P. PIRES, F.C. STEDILE, J.H.Z. SANTOS, C.R. WOLF. 2005. Determination of catalyst metal residues in polymers by X-ray fluorescence. Spectrochimica Acta Part B, 60: 599-604. BONINI, M., E. ERRANI, G. ZERBINATI, E. FERRI, S. GIROTTI. 2008. Extraction and gas chromatographic evaluation of plasticizers content in food packaging films. Microchemical Journal, 90: 31–36. BOUMA, K. AND D. J. SCHAKEL. 2002. Migration of phthalates from PVC toys into saliva stimulant by dynamic extraction. Food Additives and Contaminants, 19: 602-610. CAI, Y., Y. CAI, Y. SHI, J. LIU, S. MOU, Y. LU. 2007. A liquid–liquid extraction technique for phthalate esters with water-soluble organic solvents by adding inorganic salts. Microchim Acta, 157: 73–79. CASAS-HERNANDEZ, A.M., M.P. AGUILAR-CABALLOS, A. GOMEZ-HENS. 2003. Application of time-resolved luminescence methodology to the determination of phthalate esters. Analytical Letters, 36 (5): 1017-1027. 144 CHEN, C. Y., A. V. GHULE, W. Y. CHEN, C. C. WANG, Y. S. CHIANG, Y. C. LING. 2004. Rapid identification of phthalates in blood bags and food packaging using ToF-SIMS. Applied Surface Science, 231–232: 447–451. CHEN, H., X. J. LIU, C.YANG, J. GAO, C. W. YE, X.J. LI. 2009. Determination of Phthalates in Beverages by Headspace SPME-GC Using Calix[6]arene Fiber. Chromatographia, 70: 883–890. CHUNG, Y. C., C.Y. CHEN. 2009. Competitive adsorption of a phthalate esters mixture by chitosan bead and α-cyclodextrin-linked chitosan bead. Environmental Technology, 30: 1343–1350. DEMİR, C. 2003. Kemometri Yaz Okulu-I Ders Notları Kitabı, 30 Haziran-4 Temmuz 2003 Bursa, s: 5,14. EARLS, A.O., I. P. AXFORD, J. H. BRAYBROOK. 2003. Gas chromatography–mass spectrometry determination of the migration of phthalate plasticisers from polyvinyl chloride toys and childcare articles. Journal of Chromatography A, 983: 237–246. EMA, M., H. AMANO, T. ITAMI, H. KAWASAKI.1997. Developmental effects of di- n-butyl phthalate after a single administration in rats. J. Appl. Toxicol. 17: 223–229. ERNST, T., R. POPP, R.ELDIK. 2000. Quantification of heavy metals for the recycling of waste plastics from electrotechnical applications. Talanta, 53: 347-357. EC, COMMISSION RECOMMENDATION of 1 July 1998 on childcare articles and toys intended to be placed in the mouth by children of less than three years of age, made of soft PVC containing certain phthalates (notified under document number SEC(1998) 738. Official Journal of the European Communities, L 217/35. EC, Commission Directive 2002/72/EC of 6 August 2002 relating to plastic materials and articles intended to come into contact with foodstuffs, Off. J. Eur. Union L 220 (2002) 18–58. Last amended by Commission Directive 2007/19/EC on 30 March 2007. EC, Commission Decision of 7 December 1999 adopting measures prohibiting the placing on the market of toys and childcare articles intended to be placed in the mouth by children under three years of age made of soft PVC containing one or more of the substances di-iso-nonyl phthalate (DINP), di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP), dibutyl phthalate (DBP), di-iso-decyl phthalate (DIDP), di-n-octylphthalate (DNOP), and butylbenzyl phthalate (BBP), Off. J. Eur. Union L 315 (1999) 46–49. Prolonged by Commission Decision 2002/152/EC on 19 February 2002. EC-CSTEE, Opinion on the toxicological characteristics and risks of certain citrates and adipates used as substitute for phthalates as plasticizers in certain soft PVC products, Scientific Committee on Toxicity, Ecotoxicity and the Environment (CSTEE), Brussels, 1999. 145 EPCEU, 2003a. Directive 2002/95/EC of the European Parliament and of the Council of 27 January 2003 on the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment (RoHS), Off. J. Eur. Union; L37, 19. EPCEU, 2003b. Directive 2002/96/EC of the European Parliament and of the Council of 27 January 2003 on waste electrical and electronic equipment (WEEE), Off. J. Eur. Union; L37, 24. FANKHAUSER-NOTI, A., K. GROB. 2007. Blank problems in trace analysis of diethylhexyl and dibutyl phthalate: Investigation of the sources, tips and tricks. Analytica Chimica Acta, 582: 353–360. FARAHANI, H., M. R. GANJALI, R. D. VAND, P. NOROUZI. 2008. Screening method for phthalate esters in water using liquid-phase microextraction based on the solidification of a floating organic microdrop combined with gas chromatography–mass spectrometry. Talanta, 76: 718–723. FINK, H., U. PANNE, M. THEISEN, R. NIESSNER, T. PROBST, X. LIN. 2000. Determination of metal additives and bromine in recycled thermoplasts from electronic waste by TXRF analysis. Fresenius J. Anal. Chem., 368: 235–239. FONT, R., I. ARACIL, A. FULLANA, J.A. CONESA. 2004. Semivolatile and volatile compounds in combustion of polyethylene. Chemosphere, 57: 615-627. GALOTTO, M.J., A. GUARDA. 1999. Comparison between Thermal and Microwave Treatment on the Overall Migration of Plastic Materials Intended to be in Contact with Foods. Packaging Technology and Science, 12: 277-281. GILL, U. S., P. J. LALONDE, P. D. CHANTAL, K. S. SUBRAMANIAN. 1999. Analysis of diisononyl phthalate in PVC consumer products used by children. International Journal for Consumer & Product Safety 6: 223-234. GROB, K., S. PFENINGER, W. POHL, M. LASO, D. IMHOF, K. RIEGER. 2007. Europen Legal Limits for migration from food packaging materials:1.Food should prevail over simılants; 2. More realistic conversion form concentration to limits per surface area. PVC cling films in contact with cheese as an example. Food Control, 18: 201- 210. HEMVICHIAN, K., H. ISHIDA. 2002. Thermal decomposition in aromatic amine- based polybenzoxazines investigated by TGA and GC-MS. Polymer, 43: 4391-4402. HEMMERLIN, M., J.M. MERMET, M. BERTUCCI, P. ZYDOWICZ. 1997. Determination of additives in PVC material by UV laser ablation inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. Spectrochimica Acta Part B 52: 421-430. http://en.wikipedia.org/wiki/Plastic, Erişim Tarihi: 27.01.2010. Konu: Plastic. http://tr.wikipedia.org/wiki/Geri_donusum, Erişim Tarihi: 27.01.2010. Konu: Geri Dönüşüm. 146 http://www.pagev.org.tr, Erişim Tarihi:15.08.2006. Konu: Türkiye Plastik Sektöründe Gelişmeler ve Beklentiler. , http://www.safetechnopack.org/, Erişim Tarihi: 12.07.2010. Konu:Kimyasal Migrasyon. http://www.cleanproduction.org. Erişim Tarihi: 28.07.2010. Konu: sick of dust. http://www.petkim.com.tr. Erişim Tarihi: 17.11.2006. Konu: ürünler HUBER, W.W., B. GRASL-KRAUPP, R. SCHULTE-HERMANN. 1996. Hepatocarcinogenic potential of di(2-ethylhexyl) phthalate in rodents and its implication on human risk, Crit. Rev. Toxicol. 26 : 365–481. INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION.2005. IEC 62321, Ed.1: Procedures for the Determination of Levels of Regulated Substances in Electrotechnical Products, 111/24/CD. JENKE, D., 2003. Organic Extractables from Packaging Materials: Chromatographic Methods Used for Identification and Quantification. Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies, (26) 15: 2449–2464. JANKOWSKI, K., A. JERZAK, A. SERNICKA-POLUCHOWICZ, L. SYNORADZKI. 2001. Multielement determination of major elements in polymer additives by microwave induced plasma atomic emission spectrometry after microwave digestion. Analytica Chimica Acta, 440: 215–221. JOEN, D.H., G.Y. PARK, S.I. KWAK, K.H.LEE, H.J. PARK. 2007. Antioxidants and their migration into food simulants on irradiated LLDPE film. LWT, 40: 151- 156. KHAN, M. H., J. Y. JUNG. 2008. Ozonation catalyzed by homogeneous and heterogeneous catalysts for degradation of DEHP in aqueous phase. Chemosphere, 72: 690–696. KELLNER, R., J.-M. MERMET, M. OTTO, H.M. WİDMER. 1998. Analytical Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany, 916 p. KEMPENAERS, L., C. DE KOSTER, W. VAN BORM, K. JANSSENS. 2001. Micro- heterogeneity study of trace elements in BCR CRM 680 by means of synchrotron micro-XRF. Fresenius J. Anal. Chem., 369: 733–737. KUESENG, P., P. THAVARUNGKUL and P. KANATHARANA. 2007. Trace phthalate and adipate esters contaminated in packaged food. Journal of Environmental Science and Health Part B 42: 569–576. LAJUNEN, L. H. J. 1992. ‘ Spectrochemical Analysis By Absorption and Emisssion ‘. Published by The Royal Society of Chemistry, The Bath Press, 241 p. LAMBERTY, A., W.VAN BORM, P.QUEVAUVİLLER. 2001. Collaborative study to improve the quality control of trace element determinations in polymers.Part 2. Certification of polyethylene reference materials (CRMs 680 and 681) for As, Br, Cd, Cl, Cr, Hg, Pb, and S content. Fresenius J.Anal. Chem, 370: 811-818. 147 LI, P.C., S.J. JIANG. 2006. Slurry sampling electrothermal vaporization inductively coupled plasma mass spectrometry for the determination of Cr, Cd and Pb in plastics. Anal. Bioanal. Chem, 385(6):1092-1097. LI, X., Z. ZENG, Y. CHEN, Y. XU. 2004. Determination of phthalate acid esters plasticizers in plastic by ultrasonic solvent extraction combined with solid-phase microextraction using calix[4]arene fiber. Talanta, 63: 1013–1019. MANS, C., S. HANNING, C.SIMONS, A. WEGNER, A.JANÂEN, M. KREYENSCHMIDT. 2007. Development of suitable plastic standards for X-ray fluorescence analysis. Spectrochimica Acta Part B, 62: 116–122. MANS C., C. SIMONS, S. HANNING, A. JANßEN, D. ALBER, M. RADTKE, U. REINHOLZ, A. BÜHLER, M. KREYENSCHMIDTA. 2008. New polymeric candidate reference materials for XRF and LA-ICP-MS – development and preliminary characterization. X-Ray Spectrom., 38: 52–57. MENÉNDEZ, J.A., I. MARTIN-GULLÓN. 2006. Types of carbon adsorbents and their production. Activated carbon surfaces in environmental remediation (Interface science and technology series, 7) Elsevier Ltd. Oxford, UK. p.1-45. METZ, U., P. HOFFMANN, S.WEINBRUCH, H.M. ORTNER. 1994. A Comparison of X-Ray Fluorescence Spectrometric (XRF) Techniques for the Determination of Metal Traces, Especially in Plastics. Microchimica Acta, 117: 95-108. MOHAN, S. V., S. SHAILAJA, M. RAMA KRISHNA, P. N. SARMA. 2007. Adsorptive removal of phthalate ester (Di-ethyl phthalate) from aqueous phase by activated carbon: A kinetic study. Journal of Hazardous Materials, 146: 278–282. MUNKSGAARD, E.C., M. FREUND. 1990. Enzymatic hydrolysis of (di)methacrylates and their polymers. European Journal of Oral Sciences, 98: 261-267. MURPHY, J. 2001. Additives for Plastics Handbook, second edition, Elsevier Science Ltd. MOHAN, S. V., S. SHAILAJA, M. R. KRISHNA, P.N. SARMA. 2007. Adsorptive removal of phthalate ester (Di-ethyl phthalate) from aqueous phase by activated carbon: A kinetic study. Journal of Hazardous Materials, 146: 278–282. NAKANO, K. AND T. NAKAMURA. 2003. Preparation of calibrating standards for x- ray fluorescence spectrometry of trace metals in plastics. X-ray Spectrometry, 32: 452- 457. NAKANO, K., T. NAKAMURA, I. NAKAI, A. KAWASE, M. IMAI, et.al.2006. Preparation and Certification of the New Reference Materials; Plastics (Disk Form, JSAC 0621-0625) for Determination of Mercury Using X –ray Flourescent Analysis. Analytical Sciences, 22: 1265-1268. 148 NIINO, T., T. ISHIBASHI, T. ITHO, S. SAKAI, H. ISHIWATA, T. YAMADA, AND S. ONODERA. 2001. Monoester Formation by Hydrolysis of Dialkyl Phthalate Migrating from Polyvinyl Chloride Products in Human Saliva. Journal of Health Sicence, 47: 318-322. OHIO ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. 2006. Ohio Administrative Code (OAC) 3745–114, Toxic Air Contaminants, November 30, 2006. PANAGIOTOU, A. N., V. A. SAKKAS, T. A. ALBANIS. 2009. Application of chemometric assisted dispersive liquid–liquid microextraction to the determination of personal care products in natural waters. Analytica Chimica Acta, 649: 135–140. PAUNE, F., J. CAIXACH, I. ESPADALER, J. OM and J. RIVERA. 1998. Assessment on the removal of organic chemicals from raw and drinking water at a Llobregat River water Works plant using GAC. Water Research, 32: 3313-3324. PERRING, L., M.I. ALONSO, D.ANDREY, B. BOURQUI, P. ZBINDEN. 2001. An evaluation of analytical techniques for determination of lead, cadmium, chromium, and mercury in food-packaging materials. Fresenius J. Anal. Chem., 370: 76–81. PRIETO, A., O. ZULOAGA, A. USOBIAGA, N. ETXEBARRIA, L.A. FERN´ANDEZ. 2007. Development of a stir bar sorptive extraction and thermal desorption–gaschromatography–mass spectrometry method for the simultaneous determination of several persistent organic pollutants in water samples. Journal of Chromatography A, 1174: 40–49. PRITCHARD, G. 2005. Plastics Additivies, Rapra Technology Limited, Shropshire, UK. 197 p. RASTOGI, S. C.1998. Gas Chromatographic Analysis of Phthalate Esters in Plastic Toys. Chromatographia, 47: 724-726. RESANO, M., E. GARCIA-RUIZ, F. VANHAECKE.2005. Laser ablation–inductively coupled plasma–dynamic reaction cell–mass spectrometry for the multi-element analysis of polymers. Spectrochimica Acta Part B, 60: 1472 – 1481. REID, A.M., C. A. BROUGHAM, A. M. FOGARTY, J. J. ROCHE. 2009. Accelerated solvent-based extraction and enrichment of selected plasticisers and 4-nonylphenol, and extraction of tin from organotin sources in sediments, sludges and leachate soils. Analytica Chimica Acta, 634:197–204. RITTER, A., MICHEL, E., SCHMID, M., AFFOLTER, S.2004. Interlaboratory test on polymers: determination of heavy metals in polymer metrices. Polymer Testing, 23: 467-474. 149 RIVM report 613320 002.1998. Phthalate release from soft PVC toys. In: Konemann WH, editor. Bilthoven, The Netherlands: Report from the Dutch Consensus Group, 25 September, 1998. RIJK, R., & K. EHLERT. 1999. Validation of the method “Determination of Diisononylphthalate in saliva simulant”. TNO Report V99.598, 27th May 1999. SAKURAI, H., J. NORO, A. KAWASE, M. FUJINAMI, K.OGUMA. 2006. Digestion of Plastic Materials for the Determination of Toxic Metals with a Microwave Oven for Household Use. Analytical Sciences, 22: 225-228. SATO, O., M. KONNO, Y.WAKUI, H. MATSUNAGA, M. SHIRAI. 2006. Supercritical Water Decomposition of Polyethylene Samples for the Determination of Their Trace Cadmium Content. Analytical Sciences, 22: 1461-1463. SHEA, K. M. 2003. Pediatric Exposure and Potential Toxicity of Phthalate Plasticizers. PEDIATRICS, 111: 1467-1474. SHEN, H.Y. 2005. Simultaneous screening and determination eight phthalates in plastic products for food use by sonication-assisted extraction/GC–MS methods. Talanta, 66: 734–739. SKOOG, D., F.J. HOLLER, T.A. NIEMAN. 1999. Enstrümantal Analiz İlkeleri, Bilim Yayıncılık, Ankara, s. 849. STEELE, H. L., J. K. HARDY. 2009. Solventless sampling of phthalate esters. Journal of Environmental Science and Health Part A, 44: 1233–1236. STEINER, I., L. SCHARF, F. FIALA, AND J. WASCHÜTTL. 1998. Migration of di(2-ethylhexyl) phthalate from PVC child articles into saliva and saliva simulant. Food Additives and Contaminants, 15: 812-817. SILVA, S. A., J. M. FREIRE, R. FRANZ, P. P. LOSADA. 2008. Time-temperature study of the kinetics of migration of diphenylbutadiene from polyethylene films into aqueous foosstuffs. Food Research International, 41: (2) 138-144. SIMONEAU, C., H. GEISS, P. RONCARI, P. ZOCCHI, AND P. HANNAERT. 2001. Validation of Methodologies of the Release of Di-isononylphthalate (DINP) in Saliva Simulant from Toys. EU Report EUR 198826 EN 2001 (Ispra: Joint Research Centre). SIMONEAU, C., AND R. RIJK. 2001. Standard Operation Procedure for the Determination of Release of Di-isononylphthalat e (DINP) in Saliva Simulant from Toys and Childcare Articles using a Head over Heels Dynamic Agitation Device. EU Report EUR 19899 EN 2001 (Ispra: Joint Research Centre). SIMMROSS U., R. FISCHER, F. DÜWEL, U. MÜLLER. 1997. Quantitative determination of cadmium in polyethylene using total reflection X-ray fluorescence (TXRF) spectroscopy. Fresenius J. Anal. Chem., 358: 541–545. 150 SKRZYDLEWSKA, E., M. BALCERZAK. 2004. Multi-elemental analysis of non-food packaging materials by inductively coupled plasma-time of flight-mass spectrometry. Talanta 62: 937–944. SNEDDON, J., C. HARDAWAY, K.K. BOBBADI, A.K. REDDY. 2006. Sample Preparation of Solid Samples for Metal Determination by Atomic Spectroscopy—An Overview and Selected Recent Applications. Applied Spectroscopy Reviews, 41: 1–14. SOARES, E. P., M. SAIKI, H. WIEBECK. 2005. Determination of inorganic constituents and polymers in metallized plastic materials. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 264 (1): 9-13. STAPLES, C.A., D.R. PETERSON, T.F. PARKERTON, W.J. ADAMS. 1997. The environmental fate of phthalate esters: a literature review. Chemosphere, 35: 667–749. STARK, N. M., L. M. MATUANA. 2004. Surface Chemistry and Mechanical Property Changes of Wood-Flour/High-Density-Polyethylene Composites after Accelerated Weathering. Journal of Applied Polymer Science, 94: 2263–2273. STOFFERS, N.H., F. BRANDI, J.P.H. LINSSEN, R.FRANZ. 2003. Development and validation of analytical methods for monomeric and oligomeric migrants from nylon 12 packaging materials. Food Additivies and Contaminants, 20: (4) 410-416. STOFFERS, N.H., M. DEKKER, J.P.H. LINSSEN, A. STORMER, R.FRANZ, M. A. J. S. VAN BOEKEL. 2005. Modelling of simultaneous two-sided migration into water and olive oil from nylon food packaging. Eur Food Res Technol, 220:156–162. TEHRANY, E.A., S. DESOBRY. 2007. Partition coefficient of migrants in food simulants/polymers systems. Food Chemistry, 101: 1714- 1718. TOYO’OKA, T.1999. Modern Derivatization Methods for Seperation Sciences. John Wiley & Sons Ltd.p:298. TULLO, A.H. 2005. Cutting out phthalates. Polyvinily chloride applications haven’t been flexible enough to accept alternatives to phthalate esters. Chemical and Engineering News, 83 (46): 29-31. TÜRK GIDA KODEKSİ YÖNETMELİĞİ.1997. Sağlık Bakanlığı - Tarım ve Köyişleri Bakanlığı, Resmi Gazete Tarihi: 16.11.1997, Resmi Gazete Sayısı: 23172. TÜRK GIDA KODEKSİ, GIDA MADDELERİ İLE TEMASTA BULUNAN PLASTİK MADDE VE MALZEMELERİN BİLEŞENLERİNİN MİGRASYON TESTİ İÇİN TEMEL KURALLAR TEBLİĞİ. 2005. T.C. Tarım Ve Köyişleri Bakanlığı Koruma ve Kontrol Genel Müdürlüğü. Resmi Gazete Tarihi: 04.07.2005, Resmi Gazete Sayısı: 25865. 151 VAN BORM, W., A. LAMBERTY, P. QUEVAUVILLER. 1999. Collaborative study to improve the quality control of trace element determinations in polymers. Part 1. Interlaboratory study. Fresenius J. Anal. Chem., 365: 361–363. VANHAECKE, F., M. RESANO, L. MOENS. 2002. Electrothermal vaporisation ICP- mass spectrometry (ETV-ICP-MS) for the determination and speciation of trace elements in solid samples –A review of real-life applications from the author’s lab. Anal. Bioanal. Chem., 374: 188–195. WAHL, H.G., A. HOFFMANN, H-U. HARING, H. M. LIEBICHA. 1999. Identification of plasticizers in medical products by a combined direct thermodesorption–cooled injection system and gas chromatography–mass spectrometry. Journal of Chromatography A, 847: 1–7. WESTBLAD, C., Y.A. LEVENDIS, H. RICHTER, J.B. HOWARD, J. CARSLON, 2002. A study on toxic organic emissions from batch combustion of styrene. Chemosphere 49: 395-412. WILKINSON, C.F. AND J. C. LAMB IV. 1999. The Potential Health Effects of Phthalate Esters in Children’s Toys: A Review and Risk Assessment. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 30: 140–155. ZHANG, W., Z. XU, B. PAN, C. HONG, K. JIA, P. JIANG, Q. ZHANG, B.PAN. 2008. Equilibrium and heat of adsorption of diethyl phthalate on heterogeneous adsorbents. Journal of Colloid and Interface Science, 325: 41–47. ZYGOURA, P.D., E. K. PALEOLOGOS, K.A. RIGANAKOS, M. G. KONTOMINAS. 2005. Determination of diethylhexyladipate and acetyltributylcitrate in aqueous extracts after cloud point extraction coupled with microwave assisted back extraction and gas chromatographic separation. Journal of Chromatography A, 1093: 29–35. 152 EKLER EK-1. EDXRF ölçümlerine ait spektrumlar Şekil 1.1. Cd (Kα) elementi kalibrasyon standartlarına ait EDXRF spektrumları. Şekil 1.2. Cr (Kα) elementi kalibrasyon standartlarına ait EDXRF spektrumları. 153 Şekil 1.3. Hg (Lα) elementi kalibrasyon standartlarına ait EDXRF spektrumları. Şekil 1.4. Pb (Lβ) elementi kalibrasyon standartlarına ait EDXRF spektrumları. 154 EK-2. GC-MS Çalışmasında Analiz Edilen Fitalat Esterleri Çizelge 2.1. Çalışmada analiz edilen fitalat esterlerinin molekül formülleri. O O O O O O O O Dimetil fitalat Dietil fitalat Ma = 194,184 g/mol Ma = 222,24 g/mol O O O O O O O O Di-n-butil fitalat Benzil butil fitalat M = 278,35 g/mol Ma = 312,36 g/mol a O O O O O O O O Di-n-oktil fitalat Di(2-etil-heksil) fitalat Ma = 390 g/mol Ma = 390,56 g/mol 155 EK-3. GC-MS Çalışmasına ait kromatogramlar ve kütle spektrumları Abundance TIC: phtmix1ppm5.D\datasim.ms 140000 130000 120000 DBP BBP DEHP 110000 DnOP 100000 90000 DEP 80000 70000 60000 DMP 50000 40000 30000 20000 10000 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 Time--> Şekil 3.1. Fitalat ester standartlarına ait toplam iyon kromatogramı. Abundance Scan 138 (10.068 min): phtmix1ppm4.D\data.ms 162.9 9000 8000 7000 a 6000 5000 4000 3000 2000 76.9 43.9 1000 91.9 104.8 132.9 193.8 63.8 119.8 148.8 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 m/z--> Abundance #124365: Dimethyl phthalate 163.0 b 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 77.0 2000 50.0 1000 92.0 135.0 194.0 29.0 64.0 105.0 120.0 149.0 0 179.0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 m/z--> Şekil 3.2. Dimetil fitalat a) kromatogramdaki pike ait kütle spektrumu (benzeme oranı %93) b) Kütüphane taramasında elde edilen DMP kütle spektrumu 156 Abundance Scan 303 (12.465 min): phtmix1ppm4.D\data.ms 148.9 9000 8000 7000 a 6000 5000 4000 3000 176.9 2000 1000 43.8 75.9 104.9121.0 194.7 221.90 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220 m/z--> Abundance #123515: Diethyl Phthalate 149.0 9000 b 8000 7000 6000 5000 4000 3000 177.0 2000 76.0 1000 29.0 50.0 105.0 121.0 222.0 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220 m/z--> Şekil 3.3. Dietil fitalat a) kromatogramdaki pike ait kütle spektrumu (benzeme oranı %98) b) Kütüphane taramasında elde edilen DEP kütle spektrumu Abundance Scan 694 (18.039 min): phtmix1ppm4.D\data.ms 148.9 9000 8000 a 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 41.0 75.9 103.9 222.9122.9 0 177.2 277.9 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 m/z--> Abundance #66999: Dibutyl phthalate 149.0 9000 b 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 41.0 76.0 104.0 123.0 223.0 0 278.0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 m/z--> Şekil 3.4. Dibütil fitalat a) kromatogramdaki pike ait kütle spektrumu (benzeme oranı %97) b) Kütüphane taramasında elde edilen DBP kütle spektrumu 157 Abundance Scan 1083 (23.038 min): phtmix1ppm4.D\data.ms 148.9 8000 a 6000 90.9 4000 205.9 2000 65.0 122.9 41.1 177.9 237.9 280.8 312.10 340.9 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 m/z--> Abundance #66846: Benzyl butyl phthalate 149.0 b 8000 91.0 6000 4000 65.0 206.02000 41.0 123.0 178.0 238.0 312.0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 m/z--> Şekil 3.5. Benzil butil fitalat a) kromatogramdaki pike ait kütle spektrumu (benzeme oranı %97) b) Kütüphane taramasında elde edilen BBP kütle spektrumu Abundance Scan 1217 (25.249 min): phtmix1ppm4.D\data.ms 148.9 8000 6000 a 4000 2000 56.9 82.9 113.0 279.0 178.9 207.00 253.0 340.8 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 m/z--> Abundance #66784: Bis(2-ethylhexyl) phthalate 149.0 8000 b 6000 4000 57.0 2000 83.0 113.0 279.0 0 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 m/z--> Şekil 3.6. Dietil heksil fitalat a) kromatogramdaki pike ait kütle spektrumu (benzeme oranı %91) b) Kütüphane taramasında elde edilen DEHP kütle spektrumu 158 Abundance Scan 1394 (27.221 min): phtmix1ppm4.D\data.ms 148.9 9000 8000 7000 6000 a 5000 4000 3000 2000 1000 43.0 279.0 70.9 103.9 175.7 206.8 252.7 340.90 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 m/z--> Abundance #326888: Di-n-octyl phthalate 149.0 9000 8000 7000 6000 5000 b 4000 3000 279.0 2000 43.0 1000 71.0 104.0 0 176.0 217.0 306.0 347.0 390.0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 m/z--> Şekil 3.7. Di-n-oktil fitalat a) kromatogramdaki pike ait kütle spektrumu (benzeme oranı %86) b) Kütüphane taramasında elde edilen DnOP kütle spektrumu 159 ÖZGEÇMİŞ 19.10.1978 yılında Bursa’da doğdu. İlk, orta ve lise eğitimini Bursa’nın çeşitli okullarında başarı ile tamamladı. 1996 yılında Uludağ Üniversitesi (U.Ü) Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü’nü kazandı. 2000 yılında üniversite eğitimini bölüm ikinciliği ile tamamlayarak, aynı yıl U.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Analitik Kimya Anabilim Dalı’nda yüksek lisansa ve araştırma görevliliğine başladı. 2003 yılında U.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Analitik Kimya Ana Bilimdalı’nda yüksek lisansını tamamlayıp, aynı yılın Eylül ayında doktora eğitimine başladı. Halen aynı üniversitede araştırma görevlisi olarak görev yapmaktadır. 160 TEŞEKKÜR Bugün ve yarınlarımı bilim ve insanlık ışığıyla aydınlatan, her türlü konuda her zaman yanımda olan, bilgi ve tecrübeleriyle yoluma ışık tutan, öğrencisi ve kızı olmaktan her zaman onur duyacağım hocam Sayın Prof. Dr. Şeref GÜÇER’e en içten teşekkürlerimi sunarım. Gerek Doktoram, gerekse TÜBİTAK BUTAL’de gerçekleşen deneysel süreçte, idari ve bilimsel olarak her zaman yanımda olan ve desteklerini esirgemeyen Sayın Kimya Bölüm Başkanımız Prof.Dr. Necati BEŞİRLİ’ye teşekkürü bir borç bilirim U.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Analitik Kimya Anabilim Dalı mensubu çok değerli hocalarıma ve çalışma arkadaşlarıma, tez izleme komitemde yer alan ve bilgilerinden yararlandığım sayın Prof. Dr. Cevdet DEMİR ve Prof. Dr. Yücel TAŞDEMİR’e destek ve tavsiyeleri için teşekkürü bir borç bilirim. Tez çalışmam sürecinde cihaz alt yapısından yararlandığım TUBİTAK-BUTAL Müdürlüğüne ve cihazları dışında bana dostluk ve sabırla yüreklerini açan, bilgi birikimlerinden yararlandığım başta Doç. Dr. M. Akif Çimenoğlu, Güler Çelik, Sibel Taşkesen, F. Filiz Yıldırım ve Aylin Kaya olmak üzere tüm çalışanlarına sevgi ve şükranlarımı sunarım. Tez çalışmamı F-2008/57 nolu proje ile destekleyen Uludağ Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu Başkanlığı’na ayrıca teşekkür ederim. Hayatımın bu zorlu fakat bir o kadar da önemli olan bu sürecinde maddi ve manevi emek ve destekleriyle hep yanımda hissettiğim dostlarıma; dualarını üzerimden hiç esirgemeyen koruyucu meleğim annem Ayşe TÜMAY’a, sabrı ve sevgisi hiç eksilmeyen eşim Mahmut ÖZER’e, varlığıyla tüm sıkıntılarımı unutturan ve dünyaya bağlayan biricik oğlum, dünya meyvem Başar Berker ÖZER’e destek ve anlayışlarından dolayı çok teşekkür ederim.