Çevre Uygulamalarında İyon Kromatografi

13.03.2020

İçme Suyu, Yeraltı Suyu ve Yüzey Suyu Örneklerinde U.S. EPA 218.7 Standart Metodu Çerçevesinde Cr (VI) Analizleri Krom, canlı hücrelerin yağı enerjiye dönüştürmeleri için gereksinim duydukları temel mikro besinlerden biridir. Bu çerçevede, Cr (III) bileşikleri insanlar için herhangi bir risk oluşturmazken, güçlü bir indirgeyici ajan olan heksavalanet krom - Cr (VI) - yüksek toksisitesinin yanı sıra kanserojen ve mutajenik etkileri nedeni ile DNA’ya zarar veren zehirli bir madde olarak sınıflandırılmaktadır. Akut Cr (VI) zehirlenmeleri karaciğer ve böbrek hasarlarına yol açarken, kronik heksavalent krom maruziyeti gastorintestinal sistemde komplikasyonlara neden olmakta ve direkt olarak solunduğunda akciğer kanserine zemin hazırlamaktadır. Günümüzde krom, çeşitli endüstrilerde kullanılmaktadır. Çelik endüstrisinde yüksek sertlik sağlamak ve korozyon koruma için eklenirken, elektrokaplama endüstrisinde yüzey işlemlerinde (örn. kaplama ve pasif filmler), deri üretiminde tabaklamada, boya ve kaplamalarda pigment amaçlı uygulamaları mevcuttur. Krom, geçmişte ahşap emprenye ajanı olarak da kullanılmıştır. Çimento üretiminin başlangıç maddeleri olan kireçtaşı ve kil de Cr (III) formunda krom içermekte ve bu içeriğin bir bölümü üretim süreçleri esnasında Cr (VI) formuna yükseltgenebilmektedir. Bu inceleme yazımız dahilinde günümüz U.S. EPA Method 218.7 standardının bir parçası olan ve içme suyu, yeraltı suyu ve yüzey suyu analizlerinde Cr (VI) için kullanılan yüksek hassasiyetli bir İyon Kromatografik tespit yönteminin ayrıntılarını sunmayı amaçlıyoruz. Heksavalanet Krom ile İlgili Limitler Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı’nın (U.S. EPA) içme suyu standardı, toplam krom konsantrasyonu için (Cr (III), Cr (VI) ve diğer formlar dahil) 100 μg/L veya 100 ppb değerini maksimum limit kabul etmektedir. Kaliforniya eyaleti ise 31 Aralık 2010 tarihinden bu yana daha keskin olan 10 μg/L Cr (VI) limitini uygulamakta ve halk sağlığı hedefini 0.02 μg/L Cr (VI) olarak tanımlamaktadır. Toplam krom için AB limiti, Dünya Sağlık Örgütü (WHO) ve Alman İçme Suyu Yönetmeliği ile paralel biçimde 50 μg/L olarak belirlenmiştir. İsviçre ise heksavalent krom için 20 μg/L değerini sınır olarak kabul etmektedir.

Kullanılan Ekipman ve Yazılım

U.S. EPA ile yakın işbirliği içinde çalışan Metrohm, güncel EPA Method 218.7 çerçevesinde Cr (VI) analizleri için son derece hassas bir iyon kromatografik yöntem geliştirmiştir. Bu analiz metodu ile elde edilebilen tespit limiti, 0.02 μg/L Cr (VI) değerli keskin Kaliforniya sınırının da altına inebilmektedir.

Tablo 1: Kullanılan ekipman ve yazılım

Şekil 1: İyon Kromatografi sistemi bileşenleri

Örnekleme

Metodun geliştirilmesi ve uygulanmasına konu örnekler Oklahoma, Florida, Texas ve Kaliforniya eyaletlerinde bulunan çeşitli şehirler ve kontaminasyon bölgelerinden musluk suyu numuneleri toplanması yolu ile elde edilmiştir. Söz konusu örneklerde yüksek toplam sertlik (CaCO3 formunda) değerlerinin yanı sıra yine yüksek seviyede klorür, sülfat, serbest klor (dezenfektan), vb. anyonik türlerin varlığı gözlemlenmiştir. Tüm örnekler ve standartlar U.S. EPA Method 218.7 Bölüm 8 yönergeleri çerçevesinde hazırlanmış ve saklanmıştır.

Analiz

Bir anyon-değiştirme kolonu üzerinde ayırımı takiben Cr (VI) iyonu 1,5-difenilkarbazid ile kolon sonrası reaksiyona sokularak türevlendirilmektedir. Elde edilen eflatun renkli krom-difenilkarbazon kompleksi bir UV/Vis detektörü yardımı ile 530 nm dalga boyunda tespit edilmektedir.

Şekil 2: IC analiz sistemi bağlantı şeması

Tablo 2: Metot analiz parametreleri

Enstrüman ayarları ve metot parametreleri ayırma kolonu, kolon fırını sıcaklığı, dalga boyu ve akış hızları çerçevesinde optimize edilmektedir.

Şekil 3: Tipik bir Cr (VI) kromatogramı, içme suyu

Kalibrasyon ve Linearite

Metot dahilinde kullanılan kalibrasyon eğrisi 8 adet farklı düşük seviye Cr (VI) standart çözeltisi yardımı ile oluşturulmuştur. Tablo 3: Kalibrasyon standartları

Cr (VI) su içinde (μg/L) Elde edilen eğri tüm konsantrasyon aralığında lineer olup, 0.999994 korelasyon katsayısına ve %0.595 standart sapma değerine sahiptir.

Klorür ve Sülfatın Etkisi

Klorür ve sülfat gibi standart iyonların kromat üzerindeki etkileri ayrıntılı olarak incelenmiştir. 0.2 μg/L kromat standardı ile spike edilmiş musluk suyu örneğine 0-200 mg/L aralığında klorür ve sülfat eklenerek çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Optimize edilmiş kromatografik metot 150 mg/L standart anyon konsantrasyonuna kadar %90-110 aralığında geri kazanım elde edilmesini mümkün kılmaktadır.

Eluent - PCR Reaktifi İlişkisi

PCR haznesi içindeki eluent/PCR reaktifi oranının hassas biçimde sabit tutulması, Cr (VI)-DPC kompleksi için doğru ve kesin bir renk oluşumu elde edilmesi açısından hayati öneme sahiptir. Sisteme entegre çalışan Metrohm DosinoTM ünitesi sayesinde hassas ve doğru PCR dozajlaması gerçekleştirilebilmekte ve metot sağlamlığı güvence altına alınmaktadır.

Metot Tespit Limiti (MDL)

Metot tespit limiti (MDL), ppt seviyelerinde iki farklı Cr(VI) konsantrasyon seviyesi ile takviye edilmiş yedi tekrarlı su numunesinin standart sapmalarından elde edilen sonuçlar üzerinden hesaplanmıştır. 0.025 μg/L ve 0.05 μg/L Cr(VI) spikeları için 0.007 μg/L ve 0.016 μg/L MDL değerleri hesaplanmıştır. Bu değerler EPA gereksinimlerini karşılamakta ve metodun rutin analiz için uygun olduğunu göstermektedir.

En Düşük Konsantrasyon Minimum Raporlama Limiti (LCMRL)

EPA, tek-laboratuvar en düşük konsantrasyon minimum raporlama seviyelerini (LCMRL) belirlemek için kullanıcı dostu ve ücretsiz olarak indirilebilen bir yazılım geliştirmiştir. LCMRL, %50-%150 aralığında spike geri kazanımının en az %99 olasılık ile elde edilebileceği en düşük spike konsantrasyonu olarak tanımlanmaktadır. Sadece tekrarlı düşük seviye spike ölçümlerine dayalı standart sapmaları dikkate alan MDL’den farklı olarak, LCMRL aynı zamanda ölçüm doğruluğunu da içermektedir.

Şekil 4: Cr (VI) için LCMRL grafiği.

LCMRL hesaplamaları çerçevesinde herhangi bir laboratuvar veya analistin yazılımın hesaplamış olduğu LCMRL değerinin en az yarısını kantitatif olarak tespit edebileceği ön görülmektedir. Gerçekleştirilen inceleme çerçevesinde yazılımın hesaplamış olduğu LCMRL değeri 0.032 μg/L olarak bulunmuştur. Buna ek olarak, kalibrasyon standartlarının biri de hali hazırda 0.025 μg/L seviyesindedir.

Sonuç

Suda kolayca çözünebilen heksavalent kromun çevreye salınımı milyonlarca kişiyi etkileyebilen küresel bir sorun olup, özellikle içme suyu kaynakları açısından hayati bir önem taşımaktadır. Bu çerçevede, eser seviye Cr (VI) içeriği tespitleri için yüksek duyarlılığa sahip ölçüm metodlarının kullanımına gereksinim duyulmaktadır. Yukarıda detayları sunulmuş olan uygulama dahilinde U.S. EPA Method 218.7 ile tam uyumlu eser Cr (VI) analizleri için hassas, doğru ve güvenilir bir analiz platformu tanımlanmaktadır. Metrohm İyon Kromatografi Sistemleri, giriş seviyesi rutin cihazlardan eser analiz, araştırma ve metot geliştirme amaçlı yüksek otomasyonlu modüler platformlara kadar uzanabilen geniş bir yelpazede çeşitli seçenekler sağlamakta, kolay kullanım ve mükemmel güvenilirliği maksimum esneklik ile birleştirerek başta su ve çevre sektörleri olmak üzere tüm kalite kontrol ve araştırma laboratuvarlarının ihtiyaçlarını karşılayabilen üstün çözümler sunmaktadır.

Kaynaklar 1- U.S. EPA Method 218.7, Determination of Hexavalent Chromium by IC-UV/PCR 2- Metrohm Application Work AW IC US6-0152-012011 Determination of Hexavalent Chromium (Cr+6) in drinking water, ground water and surface water by Ion Chromatography followed by Post Column Reaction (PCR) and UV/Vis detection (conforming to U.S. EPA method 218.7) 3- Metrohm Information 1195794_MI_2012_EN Determine hexavalent chromium according to EPA Method 218.7