Yüksek çözünürlüklü sürekli kaynaklı atomik absorpsiyon spektrofotometrelerde flor tayini için yöntem geliştirilmesi

Flor dünya üzerinde en bol bulunan 13. elementtir. Birçok canlı yaşamının sürdürülebilmesi için zorunlu elementlerden olan flor ve bileşikleri, yüksek dozda alındığında dişlerde ve kemiklerde beyaz noktaların oluşumu ile kendini gösteren kemik kırılganlığına (florisis) ve çeşitli enzimleri bloke ederek toksik etkilere neden olur. Bu nedenlerden dolayı florun çeşitli ortamlarda tayini büyük önem taşımaktadır. Flor tayini çeşitli yöntemlerle yapılabilinir. Bunlardan en yaygını iyon seçici elektrotlarla yapılan florür tayinidir. İyon seçici elektrotların (ISE) kullanıldığı yöntemler kolay olmalarından ve düşük maliyetlerinden dolayı oldukça yaygındır. Fakat bu yöntemle sadece sulu fazdaki serbest F iyonlarının tayini yapılabilir. Bu ISE yönteminin en önemli dezavantajıdır. Buna ilaveten ISE ile florür tayini sabit iyonik şiddet ve pH kontrolü gerektirir. İyon kromatografi (IC) yöntemleriyle yapılan tayinlerin dezavantajı ise yine sadece iyonik flor türleri tayin edilebilir olması ve sadece sulu fazda çalışılabilir olmasıdır. Aynı zamanda çözeltilerde partikül olmaması gerekir ve analiz için özel kolon gerekir. Spektroskopik olarak florür tayini renkli bir kompleksteki bir metal değişimi ile veya karışık(mixed)-ligand kompleks oluşumu ile yapılmıştır. Fakat bu metotlarda girişim etkisi oldukça fazla olmaktadır, bu nedenle girişimleri önlemek amaçlı ön ayırma işlemi gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Bu yöntem de yine sadece iyonik türlere duyarlıdır ve sadece sulu çözeltilerde tayin yapılabilir. Florun iyonlaşma potansiyeli 17.42 eV'dir ve en elektronegatif elementtir. Aynı zamanda rezonans hatları vakum UV'de hatta 100 nm'nin altındadır. Bu nedenle ICP-OES, AAS gibi optik metotlarla tayini yapılmaz. ICP-MS de flor tayini için uygun değildir çünkü argon plazmadaki iyonlaşma potansiyeli özellikle sulu çözeltilerinde bu elementi iyonlaştırmaya uygun değildir. Kullanılan diğer yöntemler klasik gravimetrik ve volumetrik metotlar, polarografik metotlar, kapiler elektroforez metodu ve modifiye kütle spektroskopisi metodudur. Bu yöntemler özel analitik durumlar için uygulandıklarından, yaygın bir kullanım alanına sahip değildirler. Bu nedenlerle, florun her çeşit ortamda, iyonik olan ve olmayan formlarının güvenilir, kolay, hızlı olarak tayin edilebildiği bir yönteme ihtiyaç vardır. Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi (AAS) birçok metal ve metaloidin kantitatif miktarlarının belirlenmesinde rutin bir metot haline gelmiştir. Fakat bu yöntem ametallerin direkt tayinleri için kullanılamaz çünkü ametallerin rezonans dalga boyları vakum ultraviole bölgesinde yer almaktadır. Özellikle flor, kesikli hat spektral lambalar kullanarak atomik absorpsiyon spektroskopisi ile tayin edilemez çünkü rezonans dalga boyu 95 nm civarındadır. Bu bölge için üretilmiş herhangi bir oyuk katot lambası veya elektrotsuz boşalım lambası bulunmamaktadır. Literatürde, az olsa da geleneksel AAS ile yapılmış flor tespitlerine rastlanmaktadır. Bu tür analizleri gerçekleştirmek için ortama eklenen bir metal varlığında florün bu metal ile gaz fazında oluşturduğu diatomik molekülün ince yapı şeklindeki moleküler dönme spekturumundan seçilen, uygun bir çizgi ile örtüşen dalga boyunda emisyon yapan herhangi bir oyuk katot lambasının uygun hattı seçilmesiyle tayin gerçekleştirilir. Fakat, seçilen oyuk katot lambanın emisyon çizgisi ile, çok ince çizgi halindeki dönme moleküler absorpsiyon bandının tam olarak örtüşmesi her zaman mümkün olmaz ve bazı durumlarda yaşanan kaymalar hassasiyetin (sensitivite) azalmasına ve aynı zamanda spektral girişimlere neden olabilir. (Seçilen analiz hattı ile matriks bileşenlerinden birine ait absorpsiyon hattının kısmen çakışması halinde emisyon dalgaboyunun kaydırılarak spektral girişim önleme imkanı yoktur). Ayrıca oyuk katot lambasının seçilen dalga boyu rezonans değil, daha az şiddetteki ikincil hatları olduğundan gürültü ve LOD değerleri artmaktadır. Aynı zamanda uygun bir oyuk katot lambanın bulunması her zaman mümkün olmayabilir. Bütün bu dezavantajlar yüksek şiddetli ksenon lamba, yüksek çözünürlüklü çift monokromatör, CCD dedektör ile donatılmış yeni nesil yüksek çözünürlüklü sürekli ışık kaynaklı atomik absorsiyon spektrometrelerde (HR CS AAS) ortadan kalkmaktadır. Bu cihazlarla, yakın vakum-UV bölgesinden yakın IR bölgesine kadar olan bütün spekturumu birkaç pm çizgi genişlikleriyle yüksek bir ayırıcılıkla elde etmek mümkündür. Bu genişlik herhangi bir oyuk katot lambanın ve aynı zamanda diatomik molekülün rotasyonel ince yapı absorpsiyon spekturumundaki herhangi bir hattan daha dardır. Böylece elementlerin atomik absorpsiyon hat genişliğinden ve ayrıca diatomik gaz moleküllerin kesikli dönme spektrumundaki her bir absorpsiyon hattından çok daha dar emisyon hatları elde edilebilir ve bu hatlar istenen genişlikte kullanılabilir. Bu özellik oluşturulan diatomik analit gaz moleküllerinin ince yapı dönme enerji seviyelerinin oluşturduğu hatlı absorpsyion spektrumundan istenilen çizgideki absorbansın ölçülmesine olanak sağlar. Böylece birçok ametalin tayininde geniş bir esneklik ve uygulama alanı elde edilmiş olur. Bu tezde, HR CS AAS'de alev veya grafit fırında örnek matrisindeki F ile dışarıdan eklenen Al, Ca, Sr ve Ba arasında gaz fazında oluşturulan AlF, CaF, SrF ve BaF diatomik moleküllerin yarılmış ince dönme absorpsiyon hatlarından uygun olan bir dalgaboyunda flor tayini için yöntem geliştirilmiştir. Bunun için öncelikle seçilen molekül için alevli ve grafit fırınlı atomlaştırıcıda dalga boyu taraması yapılarak uygun (duyarlığı yüksek, diğerlerinden iyi ayrılmış ve spektral girişimlerden uzak) dalga boyu belirlenmiş, molekül oluşturucu element konsantrasyonları (Ca, Sr, Ba, Al vb) taranmış, örnek matriksi için en yüksek hassasiyeti (duyarlığı) sağlayacak metal konsantrasyonu belirlenmiş ve lineer çalışma aralığı saptanmıştır. Alevli atomlaştırıcıda alev yüksekliği, alev türü, yakıcı/yanıcı gaz oranı, örneğin çekiş hızı optimize edilmiştir. Grafit fırınlı atomlaştırıcı içinse grafit fırın programı (piroliz ve molekül oluşturma sıcaklıkları ve süreleri), optimize edilmiştir. Molekül oluşturma öncesi analit kayıplarını önlemek için çeşitli modifiyerların etkileri incelenmiştir. Ayrıca grafit tüplerin ve platformların kaplanmasının etkisi araştırılmıştır. Referans maddeler kullanarak doğruluk, kesinlik, LOD, LOQ, karakteristik kütle veya konsantrasyon gibi analitik paramereler belirlenerek metod validasyonu yapılmıştır. Bu çalışmalara ek olarak model molekül olarak seçilen SrF diatomik molekülü için oluşma mekanizması incelenmiş, gaz fazında oluşum olduğu ispatlanmıştır. Tezde kısa bir girişin ardından, atomik absorpsiyon spektrometrelerinden bahsedilmiş, özellikle yüksek çözünürlüklü AAS ile çizgi ışın kaynaklı AAS arasındaki farklar anlatılmıştır. Ardından flor hakkında bilgi verilmiş, farklı tayin metodlarından bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde, moleküler absorpsiyon spektrometrisi kısaca açıklanmıştır. Beşinci bölümde literatür araştırılması yapılmıştır. 6-14 arasındaki bölümler deneysel kısımlardır. Tez için geliştirilmiş olan farklı F tayin yöntemleri, seçilen diatomik molekül için çalışılacak dalga boyu, molekül oluşturacak metal kütle optimizasyonu, kalibrasyon yöntemi, girişimler, analitik veriler, duyarlık, doğruluk, kesinlik, lineeer aralık ve seçilen örnek grubunda yapılan tayinler ayrıntılarıyla anlatılmıştır. Katı örneklemeli tekniklerde analitin örnek içinde mikro-heterojenliği incelenmiştir. Altıncı bölümde genel olarak tüm analizlerde kullanılan aletler ve reaktifler tanımlanmış ancak daha spesifik aletsel ve deneysel koşullar ilgili bölümler içinde ayrıca belirtilmiştir. Yedinci bölümde, diş macunlarındaki F konsantrasyonları AlF diatomik molekülü kullanılarak alevli HR CS AAS'de tayin edilmiştir. Sekizinci bölümde farklı su örneklerindeki F konsantrasyonları SrF diatomik molekülü kullanılarak grafit fırınlı HR CS AAS'de tayininden bahsedilmiştir. Dokuzuncu bölümle onikinci bölüm arasındaki bölümlerde farklı örneklerdeki flor tayinleri için CaF diatomik moleküler absorbansı kullanılmıştır. Dokuzuncu bölümde süt örneklerinde F tayini için CaF moleküler absorbansı kullanılırken, onuncu bölümde iki farklı CaF diatomik moleküler absorbansı simultane olarak kullanılarak şaraplarda F tayini yapılmıştır. Onbirinci bölümde bulamaç tekniği ile unlarda, onikinci bölümde ise katı örnekleme ile bebek mamalarında F tayini CaF diatomik moleküler absorbansı kullanılarak yapılmıştır. Onüçüncü bölümde ise süt ve su örneklerindeki F miktarı BaF diatomik molekülüyle grafit fırınlı HR CS AAS'de tayin edilmiştir. Her bir bölümde yeni bir yöntem geliştirilmiş, optimize edilerek örneklere uygulanmış, aynı zamanda validasyon çalışmaları yapılmıştır. Ondördüncü bölümde, SrF model olarak seçilerek grafit fırında diatomik oluşum mekanizması incelenmiştir. En son bölümde ise deneylerin sonuçları, F tayini için geliştirilen ve kullanılan yöntemlerin avantajları ve dezavantajları tartışılmıştır.