Development of sensitive analytical methods for bismuth determination by atomic spectrometric techniques

Abstract

Alevli atomik absorpsiyon spektrometri (AAAS) ile Bizmut (Bi) tayini için duyarlı analitik ve ekonomik metotların geliştirilmesi ve (indüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektrometresi) İEP-OES`de Bi`un duyarlılığını arttırmak tezin asıl amacını oluşturmaktadır.Çalışmanın ilk aşamalarında, üzerinde karşılıklı olarak 180º'lik bir açı ile iki ayrı yarık bulunan ve yüzeyi kaplanmamış yarıklı kuvars tüp (YKT) duyarlılığı artırmak amacıyla denenmiştir. Kaplı olmayan bu YKT'ler atom tuzak (AT-YKT) çalışmalarında da kullanılmıştır. Daha sonra, YKT'ün yüzeyini modifiye etmek için farklı kaplama materyalleri kullanılmıştır. Bu kaplama materyalleri analitik prosedürler esnasinda YKT yuzeyinde Bi'un tuzaklanmasının saglanmasi için ergime ve kaynama noktaları yüksek olan metal veya metal oksitler arasından seçilmiştir. Asetilen akış hızı, örnek çekiş hızı, YKT`ün alev başlığından uzaklığı, YKT yüzeyinden Bi`un yeniden uçucu hale getirilmesi için kullanılacak organik çözucünün tipi ve hacmi ve Bi çözeltisinin tuzaklama suresi gibi deneysel değişkenler optimize edilmiştir. Çift yarıklı YKT kullanılarak AAAS`nin duyarlılığında 2.9 kat iyileştirme sağlanmıştır.YKT atom tuzaklayıcı bir aparat olarak kullanıldığında ise duyarlılıkta daha fazla artışlar sağlanmıştır. 50.0 µL metil etil ketonun YKT yüzeyinden Bi`un tekrar uçucu hale getirilmesi için kullanılmıştır. Optimum parametreleri kullanarak, Bi için lineer kalibrasyon aralığı 7.5-100.0 ng mL-1 olarak belirlenmiştir. YKT-AT-AAAS kullanarak AAAS`ye göre 256 kat duyarlılık artışı elde edilmiştir. 6.0 mL min-1 örnek akış hızında Bi`un 6.0 min boyunca toplanması ile Et ve Ev değerleri sırasıyla 43 min-1 ve 7.1 mL-1 olarak hesaplanmıştır.Uçucu olmayan Mo, Zr, W ve Ta gibi elementler YKT için kaplama materyali olarak denenmiştir. W kapli YKT`ün Bi için en yüksek absorpsiyon sinyali verdiği belirlenmiştir. Gözlenebilme ve tayin limitleri sırasıyla 0.14 ve 0.46 µg mL-1 olarak hesaplanmıştır. AAAS`ye göre duyarlılık artışı 4.0 olarak hesaplanmıştır.W kaplı YKT, AAAS`de Bi için atom tuzaklayıcı aparat olarak da kullanılmıştır. 5.5 mL dak-1 akış hızında 5.0 min süre ile Bi`un tuzaklanması ile gözlenebilme sınırı ve tayin sınırısırasıyla 0.51 ng mL-1 ve 1.7 ng mL-1 olarak hesaplanmıştır. Karakteristik konsantrasyon değeri 1.4 ng mL-1 olarak bulunmuştur. AAAS` ye göre 613 katlık bir duyarlılık artışı sağlanmıştır.Değişik katyon ve anyonların olası girişim etkileri YKT-AT-AAAS ve W kaplı YKT-AT-AAAS için incelenmiştir. Tekniklerin doğruluğu standart referans su örneğine (NIST 1643e) uygulanması ile kontrol edilmiştir.YKT tüp duvarının kalınlığına bağlı olarak Bi sinyalindeki olası farklılıkları araştırmak için farklı iç ve dış çaplara sahip YKT`ler denenmiştir. Üst yarık uzunluğuna bağlı olarak Bi sinyalindeki değişiklikler de araştırılmıştır.Bi tayini icin sürekli akış-hidrür oluşturmalı indüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektrometrisinde (SA-HO-İEP-OES) deneysel ve instrumental değişkenler optimize edilmiştir. Gözlenebilme ve tayin sınırları sırası ile 0.16 ng mL-1 and 0.53 ng mL-1 olarak bulunmuştur. SA-HO-İEP-OES ile ilgili parametreleri optimize ederek lineer kalibrasyon eşitliklerindeki eğim oranları uzerinden duyarlılıkta İEP-OES'e karşı 12 kat artış sağlanmıştır. SA-HO-İEP-OES ile Bi tayininde Cd, Co, Cu, Fe, Ni, As, Hg, Sn and Sb iyonlarının olası girişim etkileri araştırılmıştır.

Development of sensitive and economical analytical methods for determination of bismuth (Bi) by using flame atomic absorption spectrometry (FAAS) and improvement the sensitivity of inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) for Bi were the main purposes of the thesis.An uncoated slotted quartz tube (SQT) device with two slots with an angle of 180° with respect to each other was used for sensitivity improvement in the initial stages of research. Uncoated SQT was also used for atom trapping (SQT-AT) studies. Then, several coating materials were used to modify the surface of SQT. These coatings materials were selected among the metals or metal oxides with relatively high melting and boiling points to assure their persistence on the surface of SQT during analytical procedures. Experimental variables such as acetylene flow rate, sample suction rate, height of SQT from burner, type and volume of organic solvent for revolatilization of Bi from SQT and trapping time of Bi solution in were optimized. By using double slotted SQT, sensitivity of FAAS was improved as 2.9 times.Further improvement in sensitivity was achieved using SQT as atom trapping device. It was decided to use of 50.0 µL of methyl ethyl ketone for the revolatilization of Bi from SQT surface. Using the optimum parameters, linear calibration range was determined as 7.5-100.0 ng mL-1 for Bi. Enhancement, E, with respect to FAAS was found as 256 by SQT-AT-FAAS. By considering the 6.0 min collection of Bi solution at 6.0 mL min-1 sample flow rate Et and Ev values were calculated as 43 min-1 and 7.1 mL-1, respectively.Non-volatile elements, Mo, Zr, W and Ta were tried as coating metal for SQT. It was observed that W coated SQT gave the highest absorption signal for Bi. LOD and LOQ were calculated as 0.14 and 0.46 µg mL-1, respectively. Enhancement factor was calculated as 4.0 with respect to FAAS.W coated SQT was also used as trapping device for Bi in FAAS. Trapping of Bi for 5.0 min at sample flow rate of 5.5 mL min-1, LOD and LOQ were calculated as 0.51 ng mL-1 and 1.7 ng mL-1, respectively. Characteristic concentration was calculated as 1.4 ng mL-1. Enhancement, E, with respect to FAAS was 613.The possible interference effects of the various cations and anions were investigated for SQT-AT-FAAS and W coated SQT-AT-FAAS. The accuracy of the techniques was checked by analyzing a standard reference material of simulated fresh water (NIST 1643e).In addition, SQT devices with different inner and outer diameters were tested in order to investigate the possible effect on Bi singal depending on the wall thickness of the tube. Variation in Bi signal depending on length of upper slit was also investigated.Experimental and instrumental variables in CF-HG-ICP-OES were optimized for Bi determination. LOD and LOQ were found as 0.16 ng mL-1 and 0.53 ng mL-1, respectively. 12 times improvement with respect to conventional ICP-OES from slope ratio of linear calibration plots was achieved by optimizing of CF-HG-ICP-OES. Possible interferences effects of Cd, Co, Cu Fe, Ni, As, Hg, Sn and Sb ions in the determination of Bi by CF-HG-ICP-OES were investigated.