çevre analiz laboratuvarı

T.C.
ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ÇEVRE ANALİZ
LABORATUVARI-II
DENEY NOTLARI
ERZURUM - 2007
DENEYLER
S. NO
1.
Biyolojik Oksijen İhtiyacı
3
2.
Atmosferdeki Gaz ve Partikül Maddelerin Örneklenmesi ve Analizi
11
3.
Kimyasal Oksijen İhtiyacı
17
4.
Çözünmüş Oksijen Tayini
24
5.
Toplam Organik Karbon Tayini
30
6.
Permanganatla Organik Madde Tayini
33
7.
Bakterilerin Boyanarak İncelenmesi
39
8.
Sterilizasyon-Dezenfeksiyon ve Besi Yerlerinin Hazırlanması
46
9.
Kompleksiometrik Yöntemle Sulardaki Ağır Metal Tayini
61
10.
İyon Seçici Elektrotlarla Amonyak Tayini
68
2
BİYOKİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI (BOİ)
ANLAM VE ÖNEMİ:
Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ) aerobik koşullarda mikroorganizmaların sudaki organik
maddeleri ayrıştırmaları için gerekli oksijen miktarı olarak tanımlanmaktadır. Alıcı ortamlara
verildiklerinde, evsel ve endüstriyel atıksuların tüketecekleri çözünmüş oksijen miktarının
belirlenmesiyle, kirlenme potansiyelinin ve alıcı ortamın özümleme kapasitesinin tayininde
kullanılan bir parametredir. BOİ parametresi biyolojik olarak ayrışabilen organik maddelerin
toplamını gösteren kollektif bir parametredir. BOİ parametresi; arıtma sistemlerinin tasarımı
ve işletilmesi, alıcı ortama atıksu deşarj limitlerine uygunluğunun kontrol edilmesi ve
biyolojik arıtma sistemlerinin performansının ölçülmesinde kullanılmaktadır.
ÖLÇÜM ESASLARI:
Bir su örneğinin biyokimyasal oksijen ihtiyacı, sadece organik maddenin kısıtlı olduğu ve
atmosferden oksijen alamayacağı koşullarda, karanlıkta ve 20°C sabit sıcaklıkta, 5 gün
süreyle bekletilen bir miktar örnek içindeki karbonlu organik maddelerin yükseltgenmesiyle
oluşan, çözünmüş oksijen konsantrasyonundaki düşüşe eşdeğerdir. Test sırasında görülen
genel reaksiyonlar şu şekildedir:
Organik madde+O2 +Bakteri → CO2+H2O+NH3+Yeni Bakteri Hücresi+Enerji
Su örneğindeki organik maddelerin mikroorganizmalarca kararlı hale getirilmesi sırasında
uyulan koşulların deneyden deneye tekrarlanabilecek biçimde düzenlenmesi ve yakından
denetlenmesi gerekmektedir. Bunun için de standart BOI deneyinde aşağıdaki koşullar
sağlanmalıdır:
1. Zehirli maddeler bulunmamalıdır.
2. Uygun pH ve ozmotik koşullar sağlanmalıdır. Bunun için ortama, sodyum, potasyum,
kalsiyum ve magnezyum tuzları eklenmektedir. Gerektiğinde nötralizasyon yapılmalıdır.
3. Tamamlayıcı besleyici elementler bulunmalıdır. Bunun için ortama ayrıca, azot, fosfor,
demir
ve
kükürt
bileşikleri
eklenmektedir.
Böylece
biyodeney
süresince
mikroorganizmaların gelişmesinde tek kısıtlayıcının organik karbon olması sağlanır.
4. Karanlık ve 20°C sabit sıcaklık koşulları sağlanmalıdır.
5. Değişik türlerden yeterli miktarda mikroorganizma bulunmalıdır. Evsel atıksularda veya
dezenfeksiyon yapılmamış biyolojik arıtma çıkış sularında mikroorganizmalar yeterli
miktar ve çeşitlilikte bulunmaktadır. Ancak bazı numuneler, örneğin bazı arıtılmamış
endüstriyel atıksular, dezenfeksiyon yapılmış, yüksek sıcaklıkta veya ekstrem pH
3
değerlerine sahip atıksular gibi, yeterli miktar ve çeşitlilikte mikroorganizma
içermeyebilmektedir. Bu durumda, numunenin alındığı atıksu arıtma tesisinin biyolojik
arıtma sistemi çıkış atıksuyu veya bir miktar taze lağım suyu kullanılabilmektedir. Bu
işleme aşılama denir.
6. Seyreltme gereklidir. Seyreltme, örnekteki oksijen miktarının organik maddelere yetmesi
sağlanacak şekilde yapılır. Deney sonunda örnekteki organik maddeler oksijenin tamamını
tüketmemelidir. Sonuçtaki çözünmüş oksijen konsantrasyonu en az 1 mg/L olmalıdır.
7. Deney sonuçlarının nitrifikasyondan etkilenmesi engellenmelidir. Uygun koşullarda,
karbonlu organik maddelerin yanı sıra azotlu maddeler ve besin olarak eklenen amonyak
azotu biyolojik süreçlerle yükseltgenerek çözünmüş oksijen tüketir. Bunun önlenmesi için
inhibitör kullanılır.
Teorik olarak organik maddenin tam biyolojik oksidasyonu için sonsuz zaman gereklidir.
Fakat pratik amaçlarla reaksiyonun 20 günde tamamlandığı esas alınmıştır. Ancak, 20 gün
beklemek çok zaman alıcı olduğundan BOİ testinde 5 günlük sürede reaksiyonun büyük
yüzdesinin tamamlandığı varsayılarak, inkübasyon süresi 5 gün ile sınırlandırılmıştır. Burada
şunu belirtmek gerekir ki, 5 günlük değerler, toplam BOİ’nin ancak belli bir kısmını
vermektedir. Evsel ve endüstriyel atıksular ile yapılan araştırmalarda 5 günlük BOİ değerinin
%70-80 kadarı olduğu bulunmuş ve bu sonuç yeterli olarak kabul edilerek, testte 5 günlük
inkübasyon periyodu seçilmiştir.
GİRİŞİM:
Ölçüm esaslarında belirtilen koşulların herhangi birinin yerine gelmemesi girişime yol açar.
Önemli miktarda nitrit içeren numunelerde nitritin yükseltgenmesi girişim yapabilir. Deneyde
kullanılan tüm araçların (seyreltme suyu kabı, BOI şişeleri, mezürler, pipetler, vb.)
temizliğine dikkat edilmelidir. Temizleme çözeltisi, deterjan ya da organik madde kalıntıları
girişim kaynaklarıdır.
NUMUNE ALMA VE KORUMA:
Analizi hemen yapılamayan örnekler 4° C de soğutularak en fazla 24 saat korunabilmektedir.
Analizler 2 saat içerisinde tamamlanabiliyorsa soğutma gerekmemektedir.
ARAÇLAR:
1. BOİ şişeleri: 300 ml’lik kapaklı özel şişeler
2. İnkübatör veya su banyosu: 20±1°C
4
AYRAÇLAR:
a) Seyreltme Suyu: Distile su ya da deiyonize su kullanılabilir. Suda klor, kloraminler,
hidroksit alkalinitesi, organik madde, asit bulunmamalı, bakır da 0.01 mg/L’den az olmalıdır.
b) Besleyici Çözeltiler: Aşağıdaki ayıraçlardan herhangi birinde biyolojik gelişme belirtileri
görülürse ayıraç atılıp yeniden hazırlanır.
1. Fosfat Tampon Çözeltisi: 8.5 g KH2PO4, 33.40 g Na2HPO4·7H2O, 21.75 g K2HPO4 ve
1.7 g NH4 Cl yaklaşık 500 ml distile suda çözülür ve 1 l’ye tamamlanır. Bu tamponun pH’ı
7.2 olmalıdır.
2. Magnezyum Sülfat Çözeltisi: 22.5 g MgSO4·7H2O distile suda çözülüp 1 l’ye
tamamlanır.
3. Kalsiyum Klorür Çözeltisi: 27.5 g CaCl2 distile suda çözülüp 1 l’ye tamamlanır.
4. Demir Klorür Çözeltisi: 0.25 g FeCl3·6H2O distile suda çözülüp 1 l’ye tamamlanır.
c) Sodyum Hidroksit: 1N NaOH (Numunelerin nötralizasyonu için kullanılmaktadır)
d) Sülfirik Asit: 1N H2SO4 (Numunelerin nötralizasyonu için kullanılmaktadır)
e) Nitrifikasyon Inhibitörü: 2-chloro-6-(trichloromethyl) pyridine (TCMP)
DENEYİN YAPILIŞI:
A. ÇÖZÜNMÜŞ OKSİJEN ÖLÇÜM ESASINA DAYALI BOİ TAYİNİ :
A) Seyreltme Suyunun Hazırlanması:
Yeterince damıtık su ya da deiyonize su, doygunluğa ulaşana kadar havalandırılır.
Havalandırma, bir hava pompasına bağlı difüzör kulanılarak ya da seyreltme suyunu kısmen
dolu bir kapta şiddetle çalkalayarak sağlanabilir. Kullanılacağı sırada seyreltme suyu sıcaklığı
20± 3°C olmalıdır. Seyreltme suyunda zehirli maddelerin bulunmaması çok önemlidir.
Saklama ve havalandırma sırasında da organik madde bulaşmaması için azami dikkat
gösterilmelidir.
5
B) Seyreltme Tekniği:
Örneğin tahmini BOI ’sine göre, seyreltme oranları aşağıdaki tablo yardımıyla belirlenir
Tahmini BOİ (mg/L)
Seyreltme Oranı (%)
20 000-70 000
0.01
10 000-35 000
0.02
4 000-14 000
0.05
2 000-7 000
0.10
1 000-3 500
0.20
400-1 400
0.50
200-700
1.00
100-350
2.00
40-140
5.00
20-70
10.00
10-35
20.00
4-14
50.00
0-7
100.00
Örneğin tahmini BOİ ’nin 800 mg/L civarında olması bekleniyorsa, en uygun seyreltme oranı
tablodan %0.5 olarak bulunur. 1 litrelik hacim için bu örnekten (0.5/100)x1000=5 ml almak
gerekir. Yapılacak diğer seyreltmeler için, tabloya göre %0.5’in altındaki ve üstündeki
seyreltme oranları olan %1 ve %0.2 seçilmelidir. Bunlar için de sırasıyla 10 ml ve 2 ml örnek
alınır. 5 günlük inkübasyon sonucunda numuneler en az 2 mg/L oksijen tüketmeli ve BOI
şişesinde minimum 1 mg/L oksijen kalmalıdır.
C) Aşılama:
Aşılamada kullanılacak lağım suyu, bir kollektörden alınmalı ve zehirli olmamasına dikkat
edilmelidir. Lağım suyu alındıktan sonra 24 saat içinde kullanılmalı ve kullanılıncaya kadar
sürekli havalandırılmalıdır. Aşılamadan az önce, havalandırma durdurulup lağım suyu
içindeki katı maddeler çökeltilir (24-36 saat). Aşılama için üstteki duru faz kullanılır. Glikozglütamik asit kontrolü deneyin bütününün olduğu gibi aşının ve aşılama tekniğinin de
kontrolünü sağlar. Yüzey sularında aşılama yapmak gerekmeyebilir.
6
D) Aşı Düzeltmesi:
Aşı olarak kullanılan havalandırılmış lağım suyundan seyreltme suyu ile %2 ve %5’lik iki seri
seyreltme hazırlanır. Bu seyreltmeler içinde BOI tayini yapılır. 5 günde %40-70 çözünmüş
oksijen tüketimi yapan bir tanesi aşı düzeltmesi hesabında kullanılır. Aşılanmış seyreltme
suyunun çözünmüş oksijen tüketimi 0.6-1.0 mg/L arasında olmalıdır.
E) Seyreltme Suyu Kontrolü:
3 BOI
şişesine sadece seyreltme suyu doldurulur. Bunlardan birinde hemen çözünmüş
oksijen tayini yapılır. Diğer ikisi 5 gün inkübatörde 20° C’de tutulur. Beş günlük çözünmüş
oksijen tüketimi 0.2 mg/L’yi (tercihen 0.1 mg/L) geçmemelidir. Gözlenen tüketim, aşı
kullanılmayan seyreltmelerde, seyreltme suyu düzeltmesi hesabında kullanılır.
1 L’lik mezür içine seyreltme oranına göre belirlenen hacimde örnek ve besleyici
çözeltilerden 1’er ml konulmaktadır. Üzerine 10 mg/L olacak şekilde nitrifikasyon inhibitörü
eklenmektedir. Mezüre ayrıca 0.6 mg/L’den çok aşı düzeltmesi gerektirmeyecek miktarda aşı
ilave edilmektedir. Bu miktar genellikle 1-2 mL arasındadır. Daha sonra seyreltme suyu ile 1
L’ye tamamlanmaktadır. Bir cam bagetle mezür iyice karıştırılır. pH’ı 6.5-8.5 sınırları dışında
kalan seyreltmeler 1 N NaOH ya da 1 N H2SO4 ile pH 7’ye getirilir. Aşı, pH ayarı yapıldıktan
sonra eklenmelidir.
Mezürden eğik konumda veya sifon vasıtasıyla 3 BOI
şişesi doldurulur. Şişelerdeki hava
kabarcıkları çıkartılır ve şişe kapağı kapatılır. Kapağın üzeri, hava almasını engellemek için
suyla dolu kalmalıdır. Doldurulan 3 şişeden birinde 30 dakika içinde çözünmüş oksijen tayini
yapılır, diğer ikisi 5 gün sonra tekrar çözünmüş oksijen tayini yapılmak üzere inkübatöre
konur. Her örnek için beklenen BOI değerine karşılık gelen seyreltme dışında bu oranın
altındaki ve üstündeki seyrelmeler de yapılır. Böylece her örnek için 3 seyreltme yapılmış
olur. Bunların yanı sıra kullanılan aşı tarafından harcanan çözünmüş oksijen miktarını
belirleyebilmek için aşı düzeltmesi yapılmalıdır. Aşılama yapılmayan durumlar için seyreltme
suyu kontrolü yapılarak bu düzeltme hesaba katılmalıdır.
7
Aşılama
yapmaya gerek
yoksa
uygulanacak
işlem
Gerekli besi
Hava
elementleri
(N, P, K, Fe, vb)
ve diğer
maddeler
Seyreltme
suyu
(300-Vs)
Cam kap
(20 L)
Distile
su
Hava
taşı
Aşılanmamış
seyreltme suyu
Gerekli besi
elementleri
ve diğer
maddeler
Bakteri
Aşılama
yapmaya gerek (Aşı)
duyulursa
uygulanacak
işlem
Yeterince bakteri içeren
ve organik madde
barındıran Vs hacminde
atıksu numunesi
(Numune hacmi tahmini
BOİ değerine göre
seçilir.)
Aşılanmamış seyretme
suyu ve test
numunesi ile
tamamen dolu BOİ
şişesi
Hava
Seyreltme
suyu
(300 mL)
Seyreltme
suyu
(300-Vs)
Cam kapaklı
BOİ şişesi
(300 mL
hacminde)
Hiç bakteri içermeyen
veya çok az sayıda
bakterisi olan,Vs
hacminde atıksu
numunesi
Distile
su
Aşılanmış
seyreltme suyu
Sadece aşılanmamış Aşılanmış seyretme
seyretme suyu ile
suyu ve test
tamamen dolu BOİ
numunesi ile
şişesi
tamamen dolu
(Aşılanmış kör)
BOİ şişesi
Sekil 1 Uygulanacak genel deney yöntemleri
Şekil 2. Kirletilmiş suların aerobik şartlarda biyolojik oksidasyonu sırasında organik madde
konsantrasyonu değişimi.
HESAP:
BOI 5 (mg/L) =
(D1 - D 2 ) - (B1 - B 2 ) * f
P
8
D1 : Hazırlanan seyreltmede 1. gün ölçülen çözünmüş oksijen, mg/L
D2 : Hazırlanan seyreltmede 5. gün ölçülen çözünmüş oksijen, mg/L
B1 : Aşı kontrolünde 1. gün ölçülen çözünmüş oksijen, mg/L
B2 : Aşı kontrolünde 5. gün ölçülen çözünmüş oksijen, mg/L
P : Örneğin hacimsel fraksiyonu, %
f : Örnekteki aşı yüzdesinin, aşı kontrolündeki aşı yüzdesine oranı (D1’deki % aşı / B1’deki
% aşı)
B. MANOMETRİK YÖNTEM İLE BOİ TAYİNİ
NaOH tabletleri
2 NaOH + CO2? ? Na2CO3? + H2O
BOI
Sisesi
O2
O2
O2
O2
O2
Atiksu
ÇO2
O2
Civa Haznesi
O2
O2
ÇO2
O2
O2
Gösterge
O2
Hava
ÇO2
Atiksu
O2
ÇO2
Magnet
t=0 aninda BOI sisesindeki manometre
yüksekligi 0’i göstermektedir.
Zaman ilerledikçe BOI sisesindeki
manometre yüksekligi ÇO’in
kullanimindan dolayi artar
Şekil 3. Laboratuarda kullanılan manometrik cihazlar.
BOİ REAKSİYONUNUN KİNETİĞİ
BOİ
Reaksiyonları ile ilgili çalışmalarda reaksiyon kinetiğinin 1. dereceden olduğu
anlaşılmıştır. Reaksiyon hızı;
-
dc
= k1 .c
dt
C; Oksitlenen organik madde (kirletici) miktarı, mg/L, t; zaman, k1; Reaksiyon hız sabiti,
1/zaman
c2
-∫
c1
t
2
dc
= k ∫ dt
c
t1
9
ln(
c1
) = k (t 2 − t1 )
c2
c 2 = c1e − k ( t2 −t1 ) t=0 için konsantrasyon co ise
ln(
c0
) = kt
c
c = c0 e − kt
c=Lt
(t zaman sonraki
organik kirletici miktarı), co=L (başlangıçtaki organik kirletici
miktarı=başlangıçtaki atıksuyun içerdiği BOİ değeri), y= Herhangi bir t anına kadar
mikroorganizmaların tükettiği BOİ miktarı ise;
Lt = L.e − k1 .t
y = L − Lt
Ancak 10 tabanı ile ifade edildiğinde k1 sabiti k olarak verilir.
k1 = 2.303k
Lt = L.10 − kt
y = L(1 − 10 − kt )
BOİ’nin hız sabiti (k1) ve nihai BOİ (Co) değerlerinin bulunması için kullanılan bazı
yöntemler vardır. Bunlardan bazıları:
1- Logaritmik türev yöntemi
2- En küçük kareler yöntemi
3- Moment metodu
4- Thomas metodu
10
ATMOSFERDE KÜKÜRT DİOKSİT VE PARTİKÜL MADDE TAYİNİ
Hava kirleticilerinden en önemli iki tanesi kükürt dioksit ve partikül maddedir. Şehir
atmosferinde kükürt dioksit (SO2) in en önemli kaynağı kükürt içeren fosil yakıtların enerji
eldesi amacıyla yakılmasıdır (S + O2 → SO2). Kükürt dioksitin en önemli etkileri asit yağış
oluşturarak çevreye verdiği zarar ve insanların solunum sisteminde yaptığı tahribatlardır.
Partikül maddeler (PM) atmosferde askıda duran katı ve sıvı parçacıklar olup şehir
atmosferinde
en önemli kaynağı ısınma tesisleridir. PM çok çeşitli bir kirletici gurubu
olduğundan etkileri de fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlı olarak çok geniş kapsamlıdır.
En önemli etkileri solunum sisteminde yaptığı çok önemli hasarlar ve atmosferde görüş
mesafesi kısalmasıdır.
1. SO2 ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ
a) Yerinde örnekleme ve analiz
Atmosferden çekilen hava örneği her parametreyi ölçen sensörlere iletilir ve otomotik
olarak sürekli örnekleme ile SO2 analizi yapılır.
b) Ekstraktif örnekleme
SO2 havadan absorbsiyon yöntemiyle bir sıvı içerisinde tutularak ayrılır. Oluşan
kompleks titrimetrik, kondüktimetrik veya spektrofotometrik yöntemlerden biriyle
analiz edilir.
Absorpsiyon, gaz halindeki kirleticilerin bir çözücü sıvı içerisine transfer edilerek giderilmesi
prosesi olup; hava kirliliği çalışmalarında, kirletici gaz miktarının tesbitinde ve bacagazı
gideriminde en yaygın kullanılan metodlardan biridir. Bu prosesde kirli gaz akımı bir sıvı
içerisinden geçirilerek gaz bileşeninin sıvı içerisinde tutulması sağlanır ve daha sonra
temizlenen gaz ve kirlenmiş sıvı fazlar birbirinden ayrılır.
Absorpsiyon prosesi temelde adsorpsiyon prosesine benzemekle birlikte absorpsiyonda
yakalayıcı faz sıvıdır. Bu sıvıya absorplama sıvısı –sıyırıcı sıvı- veya absorbent adı verilir. Bu
nedenle absorpsiyon ve gaz yıkama terimleri birbirleriyle eş anlamlı kullanılır.
11
Absorpsiyon, diğer bir ifadeyle ,çözülebilir bir gaz bileşeni ile çözücü sıvı arasındaki kütle
transferi olayıdır. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi, absorpsiyon prosesinin ilk basamağında
kirletici gaz bileşeni gaz kütlesi içinden ara kesite doğru difüzyonla yayılır. Sonra ara kesite
gelen kirletici gaz sıvı faza doğru transfer olur ve son basamakta ise sıvı faza gelen kirletici
gaz sıvı kütlesi içinde çözünerek dağılır. Gaz moleküllerinin gaz fazından sıvı faza geçmesi
sıvı/ gaz ara kesitindeki derişim gradyanına (konsantrasyon farkına) bağlıdır.
ARAKESİT
GAZ
PG
SIVI
Pi
Ci
CL
Bir gaz konsantrasyonu onun kısmi basıncı ile de ifade edilebileceği için gazın transfer hızı;
N= kG (PG- Pi) = kL (Ci-CL)
şeklinde gösterilir. Bu ifadelerde parantez içleri konsantrasyon farkından oluşan kütle
transferi çekim kuvvetlerini, k değerleri ise kütle transfer katsayılarını göstermektedir.
Arakesit konsantrasyonlarının tespitinin güçlüğü nedeniyle bunların yerine denge
konsantrasyonları kullanılarak aşağıdaki eşitlik elde edilmektedir.
N= kG (PG- P*) = kL (C*-CL)
Kütle transfer olayı (PG-P*) ve (C*-CL) farklarına bağlı olup, bu farklar büyüdükçe
absorpsiyon hızı (transfer hızı) o oranda büyüyecek ve PG= P* ve C*=CL olduğu zaman
absorpsiyon duracaktır.
Yukarıda anlatılanlar çerçevesinde, bir gazın absorplanma hızını artırmak için,
12
‰
Sıvı-gaz arakesit yüzeyini artırarak, gaz ve sıvının yeterli süre ve alanda temasını
sağlamak,
‰
Ayrımı istenen gazın, gaz ile sıvı fazlardaki konsantrasyon farkını artırmak, (veya yüksek
tutmak)
‰
Gaz basıncını artırarak ve sıcaklığı düşürerek gazın çözünürlüğünü yükseltmek ve
‰
Gazın en iyi çözüneceği uygun çözücü sıvıyı tespit etmek gerekmektedir.
Analiz Yöntemleri
Absorpsiyon yöntemiyle örneklenen SO2 farklı yöntemlerle analiz edilebilmektedir.
Bunlar;
•
West-Gaeke Yöntemi:
Atmosferdeki
SO2’
in
yıkama
şişesi
içerisindeki
tetrakloromerkürat
absorblanarak tutulması ve oluşan diklorosülfitomerkürat kompleksinin
çözeltisinde
kalorimetrik
olarak tayin edilmesi esasına dayanır.
•
Titrimetrik Yöntem:
Bu yöntem atmosferdeki SO2’ in yıkama şişesi içerisindeki hidrojen peroksit çözeltisinde
tutularak sülfürik asite dönüşmesi bununda normalitesi bilinen bir bazla
titre
edilerek SO2 konsantrasyonunun belirlenmesi esasına dayanır.
•
Kondüktimetrik H2O2 Yöntemi:
Bu metod, SO2’nin uygun ayıraçlarda (genellikle H2O2 ile muamele) sülfat iyonuna
(H2SO4) oksitlenmesi sırasında çözeltinin elektriksel iletkenliğinin ortamda mevcut SO2
miktarına bağlı değişiminin sürekli ölçümüne dayanır. Kondüktimetrik metod SO2’ye spesifik
olmayıp çözeltinin iletkenliğini etkileyen tüm kirleticiler girişime yol açar. Ayrıca, elektriksel
iletkenlik sıcaklığın fonksiyonu olduğundan, metodun uygulanması sırasında sistemde etkin bir
sıcaklık kontrolü yapılmalıdır. Bu nedenle titrimetrik yönteme göre daha az güvenilirdir.
Titrimetrik Yöntemle SO2 Tayini
Atmosferdeki SOx’lerin toplanması ve analizi için çok sık kullanılan ve hızlı olan bu metod,
SOx gazlarının, H2O2 tarafından H2SO4’e yükseltgenmesi esasına dayanır. Bu metodun temeli,
pH’sı 4,5-5,0 olan, %1’lik H2O2 çözeltisinden belirli bir süre kabarcıklar halinde geçirilen gaz
örneğindeki SO2 ve SO3’ün H2SO4’e yükseltgenmesini takiben oluşan bu asidin, uygun bir
13
indikatör (BDH, metil kırmızısı/bromkrezol yeşili) eşliğinde, standart ayarlı bir alkali (kostik
soda (NaOH) veya Na2CO3) ile titre edilmesi esasına dayanır. Yöntemde, H2O2 çözeltisinde
absorplanan SO2, sülfirik aside yükseltgenir. Sonra koyu renkli şişelere veya polietilen
kablara alınan çözelti, 1-2 damla indikatör eşliğinde, alkali çözeltilerle renk dönüşümüne
kadar titre edilerek SO2 derişimi hesaplanır. Sürekli işleme adapte edilebilirliği, basitliği,
hızlılığı ve ucuzluğu tercih nedeni olan bu metodda kullanılan BDH indikatörü pH>4,5 için
mavi, pH<4,5 için sarı renk alırken, pH>5 için yeşil, pH<5 koşullarında ise kırmızı renklidir.
Sıklıkla duman filtresi ile birlikte basit aparatlar kullanılır. Örnek alma periyodu olarak 24
saat uygundur. Bazı hallerde daha kısa aralıklarla da kullanılabilir.
Gerekli Çözeltiler:
•
%1’lik H2O2 Çözeltisi: %30’luk H2O2 çözeltisinden 33,33 ml alınarak 1 L’lik çözelti
hazırlanır ve pH’sı 4,5’a ayarlanır. Bu çözelti buzdolabında on gün süreyle saklanabilir.
•
1 N Stok Sodyum Karbonat (Na2CO3) Çözeltisi: Bir saat süreyle 105 oC’de etüvde
kurutulmuş Na2CO3’dan 5,3 g alınır ve saf suda çözülerek hacim 100ml’ye tamamlanır.
•
0,01 N Na2CO3 Çözeltisi: Stok sodyum karbonat çözeltisinden faydalanılarak hazırlanır.
Bundan 10 ml alınarak, saf su ile 1 L’ye tamamlanır.
•
BDH İndikatörü(Metil red+Bromkrezol Karma İndikatörü): 0,06 g bromkrezol yeşili ve
0,04 g metil kırmızısının 100 ml metanolde çözünmesiyle hazırlanır. Bu indikatör, pH 4,55,5 aralığında kırmızıdan yeşile döner.
Deneyin Yapılışı:
Birbirine seri bağlanan iki gaz yıkama şişesinin her birine 50 ml %1’lik H2O2 çözeltisi konur
ve 24 saat süre ile debisi yaklaşık 1500L/gün’e ayarlı bir hava pompası yardımıyla sistemden
hava geçirilir. Bu arada SOx, H2O2 tarafından aside yükseltgenir. 1. gaz yıkama şişesinden
kaçabilen SOx’ler 2. gaz yıkama şişesinde tutulurlar. 24 saatin sonunda bu şişedeki çözeltiler
alınıp birleştirilir ve ayarlı bir alkali ile (0,01 N Na2CO3) titre edilerek, havadaki eşdeğer SO2
miktarı bulunur. Ortamdaki reaksiyonlar şu şekilde olmaktadır;
SO2+ H2O2
SO3+H2O
SO3+ H2O
H2SO4
14
Toplam reaksiyon;
SO2+ H2O2
H2SO4
şeklinde olmaktadır. Bu asitin titrasyonunda ise;
H2SO4+ Na2CO3
Na2SO4+H2CO3
reaksiyonu oluşmaktadır.
Havada bulunan asidik gazlar (CO2, HCl, NO2, HNO3, CH3COOH gibi) veya alkali gazlar
(NH3) ölçüm esnasında hatalı sonuçlara yol açabilir. Asidik gazlar daha yüksek SO2
değerlerinin elde edilmesine sebep olurken, alkali gazlar daha düşük SO2 değerlerinin elde
edilmesine sebep olurlar. Aynı şekilde asidik veya bazik olan partiküller de çözelti ortamına
çekildiğinde, ortamın pH’sını değiştireceğinden, gaz yıkama şişelerinin önüne bir filtre yatağı
eklenmektedir. Böylece bir taraftan örneklenecek gazlar filtre edilirken, bir taraftan da havada
partikül ölçümünün yapılabilmesi için numune elde edilmektedir. Yukarıdaki stokiyometrik
denklemden faydalanılarak gaz kütlesi içerisindeki SO2’nin derişimi için aşağıdaki formül
kullanılır;
SO2( µ g/m3)=(32. NNa2CO3. SNa2CO3). 103/geçirilen hava hacmi(m3)
N=Bazın normalitesi
S=Baz sarfiyatı (ml)
2. PM ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ
Atmosferde askıda partikül örneklemesi genellikle filtreleme sistemiyle yapılır. Filtreler
gravimetrik, reflektometrik veya skalalar yötemleriyle analiz edilir. En hassas yöntem olan
gravimetrik yöntemde filtrenin ilk ve son ağırlığı belirlenerek tutulan partiküllerin kütle
konsantrasyonu bulunur ve geçen hava hacmine bölünerek konsantrasyon birimine çevrilir.
Partiküllerin yapacağı etkiyi daha detaylı tahmin edebilmek için partikülleri boyut
fraksiyonlarına ayırmak ve bunlarında kimyasal özelliklerine bakmak gerekmektedir. Rutin
15
çalışmalarda ise daha kısa sürede sonuca ulaşmak için filtreler reflektometrik veya skalalar
yötemleriyle değerlendirilip konsantrasyona çevrilirler. Skalalar beyaz bir fon üzerine, alanın
%0, 20, 40, 60, 80 ve 100’ü oranlarında kademeli olarak koyulaştırılmış olan kare veya
dikdörtgen şeklindeki levhalardan oluşan şekillerdir. Koyuluk tonları, beyaz zemin üzerine
çizilen siyah çizgilerin kalınlıklarının oluşturduğu alan yüzdesini değiştirerek ayarlanır.
Reflektometrik Metodla Partikül Madde Tayini
Rutin hava kirliliği çalışmalarında, filtre kağıdında toplanan partiküllerin toplam
derişimlerinin ölçümü için uygun görülen bu optik metod, 0,5 inç çaplı dairesel bir orifisten
yüzeyinde partiküllerin toplandığı filtre kağıdı üzerine düşen ışığın, partiküllerin renk
koyuluğuna bağlı olarak geri yansıyan kesrinin ışığa hassas bir eleman yüzeyinde elektrik
akımına dönüştürülerek miliampermetre yardımıyla ölçümüne dayanır. Bu şekilde okunan
değerleri duman derişimlerine dönüştürmek üzere, reflektometrik yolla analiz etmek suretiyle
hazırlanan kalibrasyon eğrilerinden yararlanılır. Bu yöntemde hava genellikle 24 saatlik
periyodlarda beyaz filtre kağıdından geçirilir. Bulunan leke koyuluğu reflektometre ile ölçülür
ve % reflektansların yüzey konsantrasyonu ( µ g/cm2) olarak karşılıkları yardımıyla partikül
madde konsantrasyonu hesaplanır;
µ g/m3 partikül madde=yüzey konsantrasyonu( µ g/cm2).filtre alanı(cm2)/geçirilen hava
hacmi (m3)
Avrupa’da geniş çapta önerilen bu yöntem sıklıkla titrimetrik yöntemle ölçülen SO2 ile
birleştirilir.
NOT: Bir ölçüm düzeneğinde partikül ister ölçülsün ister ölçülmesin, mutlaka bir partikül
tutucu konmalıdır. Çünkü partikül kirleticilerin bir kısmı asidik veya bazik karakterde
olacağından, absorpsiyon çözeltisinin içine girer ve çözeltinin pH’sını değiştirerek hatalı
sonuçların alınmasına neden olur. Bu sebeple partiküllerin çözeltiye girmesini engellemek
amacıyla sisteme mutlaka partikül filtresi konmalıdır.
16
KİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI (KOİ)
TEORİK BİLGİLER
Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOI), evsel ve endüstriyel atık suların kirlilik derecesini
belirlemede kullanılan önemli bir parametredir. Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı gibidir. Ancak
ondan farklı olarak organik maddelerin biyokimyasal reaksiyonlara değil redoks
reaksiyonlarıyla oksitlenmesi esasına dayanır. Biyokimyasal oksidasyonun bazı organik
maddelerde çok hızlı cereyan etmesine karşılık diğer bazı maddelerde çok yavaş olması
mümkündür. Buna karşılık kimyasal oksidasyonda maddenin biyolojik olarak ayrışıp
ayrışmadığına ve ayrışma hızına bakılmaksızın bütün organik maddeler oksitlenir.
Kimyasal oksijen ihtiyacı çevre kirlenmesinde en çok kullanılan kolektif parametrelerden
biridir. Bu parametre ile atık suların bünyesindeki organik maddeler, kimyasal oksidasyonları
için gerekli oksijen miktarı cinsinden belirlenir. Yöntem birkaç istisna dışında tüm organik
maddelerin,
kuvvetli
oksitleyicilerle
asit
ortamlarda
oksitlenebilecekleri
esasına
dayanmaktadır. Oksidasyon ortamında karbonlu organik maddeler CO2 ve H2O’ya, azotlu
organik maddeler ise NH3’e dönüşürler.
Ölçüm yöntemi bir redoks reaksiyonuna bağlı olduğu için, elektron transferinin olmadığı
reaksiyonlara giren maddelerin KOI’sinden söz etmek olanaksızdır. KOI’nin aynı amaçla
kullanılmakta olan BOI’ye göre en önemli üstünlüğü laboratuarda kısa sürede
belirlenebilmesidir. BOI değerini tespitinin en az 5 gün sürmesine karşılık, KOI değeri
yaklaşık 3 saat gibi kısa bir sürede ölçülebilmektedir. Bu nedenle bir çok durumlarda BOI
yerine tercih edilir. Her iki parametre arasında belli bir korelasyon vardır. Evsel atık sularda
KOI değeri BOI5’in 2 katı civarındadır.
Ancak KOI deneyinde, biyolojik yollarla ayrışabilen ve ayrışamayan organik maddelerin ayırt
edilmesinin olanaksızlığı, bu parametre için en büyük sakıncadır.
Kirletilmiş suların oksijen ihtiyacını ölçmek için çeşitli kimyasal maddeler kullanıla gelmiştir.
Oksitleyici madde olarak evvelce KMnO4 çözeltileri kullanılmıştır. Daha çok suyun
“permanganat ihtiyacı” olarak bilinen bu parametre güncelliğini kaybetmiştir. Ayrıca seryum
17
sülfat, potasyum iyodat gibi oksitleyiciler de kullanılabilmekle beraber, standart KOI deneyi
potasyum bikromatla sudaki organik maddeyi oksitlemek suretiyle yapılır
Potasyum bikromat oldukça ucuz olup, saf bir bileşiktir. Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOI),
laboratuarda, numunenin şiddetli asit koşullarda, kuvvetli bir oksitleyici olan K2Cr2O7 ile
kaynatılarak oksitlenmesini sağlayan 2 saatlik bir kaynama sonunda, tüketilmeden kalan
oksitleyicinin miktarını standart indirgen madde çözeltisi ile volumetrik yoldan saptanması
esasına göre tayin edilir. Kaynama esnasında uçucu organik maddelerin kaybını önlemek için
geri soğutucularla çıkan buharın yoğunlaştırılması ve reaktöre iadesi gerekir. Sülfürik asit
içerisinde bulunan gümüş sülfat katalizör görevi yapar. Gümüş sülfatın katılmaması halinde,
hem reaksiyon yavaşlar hem uzun zincirli alifatik gruplar, heterosiklik aromatikler, uçucu
organikler gibi bazı maddeler oksitlenemediğinden ölçüm dışında kalabilir.
KOI testinde, bikromat iyonu ile olan redoks reaksiyonu, yani organik maddenin oksidasyonu
kısaca aşağıdaki reaksiyon ile ifade edilir:
∆
⎯→
nCO2 +
CnHaOb + cCr2O72- + 8cH+ ⎯
a + 8c
H2O + 2cCr3+
2
Burada;
c=
2
a b
n+ −
3
6 3
dir. Bu formül aşağıdaki şekilde de ifade edilebilir.
∆
⎯→
nCO2 +
CnHaObNc + dCr2O72- + (8d + c)H+ ⎯
Burada;
d=
2
a b c
n+ − −
3
6 3 2
18
a + 8d − 3c
H2O + cNH4+ + 2dCr3+
2
denklemine uygun olarak %95-98 verimle meydana gelir. Reaksiyonda belli ve aşırı bir
miktar bikromat kullanılır ve reaksiyondan arta kalan bikromat demir amonyum sülfat
Fe(NH4)2(SO4)2 geri titrasyonu ile tayin edilerek, organik maddenin yükseltgenmesinde
harcanan bikromat kantitatif olarak tayin edilir. Bikromat fazlasının demir amonyum sülfatla
titrasyonunda ferroin belirteci kullanılır. Ortamda Cr+6 kalmadığında, ilk damla demir
amonyum sülfattaki Fe(II) iyonları ferroinle koyu kırmızı bir renk verir.
KOI sonuçları mg/L oksijen şeklinde ifade edilir. Oksijenin eşdeğer ağırlığı 8 olduğundan,
N/8 veya (0.125 N) normalitede oksitleyici madde çözeltisinin, tayin esnasında kullanılması
uygun görülmektedir. Ancak bundan daha kuvvetli Cr2O72- çözeltileri kullanarak
oksidasyonun şiddeti arttırılıp, yöntemin duyarlılığı arttırılmış olacağından, N/4 veya 0.25 N
bikromat çözeltisi kullanımı tavsiye edilmiştir. Bu ise oksitlenebilen organik madde miktarını
iki misline kadar arttıracağından, daha fazla numune kullanımına izin verir. Testte her ml 0.25
N bikromat çözeltisine 2 mg oksijen karşılık gelmektedir. Deney sırasında titrasyon için
büretten akıtılan çözelti indirgen (Fe2+) içeren bir çözelti olup, bu çözelti uzun süre hava ile
temas sonucu oksitlenerek indirgeme gücünü zamanla yitirdiğinden, bu çözeltinin de Cr2O72‘nin
önceden
belirlenen
normalitesine
ilişkilendirilmesi
(standardizasyonu)
uygun
görülmüştür. İndirgen çözelti olarak demir(II) amonyum sülfat kullanılır. Bu çözeltinin
standardizasyonu, 0.25 N bikromat çözeltisi ile yapılır. Demir amonyum sülfat ve bikromat
arasındaki reaksiyon aşağıdaki gibidir:
6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ → 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
Hem BOI hem de KOI deneyinde, numunede mevcut organik maddenin ölçümüne çalışılır.
Bu nedenle, dıştan numuneye gelebilecek organik madde bulaşmasından kaçınılmalıdır. Bunu
önlemek üzere her iki deneyde de şahit numune ile deney yapmak gerekli olmaktadır.
KOI testinde, Ferroin (demir2+ , 1,10-Fenantrolin sülfat), tüm bikromatın, ferro iyonları
tarafından indirgendiği anı gösteren mükemmel bir indikatördür. Deney esnasında yeşil
üzerinden kırmızı rengin meydana gelişi, bu indikatör yardımı ile çok belirgin olarak
görülmektedir.
19
Örnek ve şahit numunenin 2 saatlik oksidasyonunun ardından Cr2O72- ‘nin artan kısmının,
Fe2+ çözeltisi ile titrasyonu ile bulunan sarfiyatlar kullanılarak, numuneye ait KOI değerleri
hesaplanır:
KOI (mg/lt) =
8000.(V1 − V2 ).N 1
V3
N1 : FAS’ın gerçek normalitesi
V1 : şahit numune için sarfiyat
V2 : numune için sarfiyat
V3 : gerçek numunenin hacmi
Bazı indirgen anorganik iyonlar, KOI testi ile benzer koşullarda okside olabilirler ve hatalı
sonuçların ortaya çıkmasına neden olurlar. Ortamda klorür bulunması halinde, bu iyon hem
(Ag+)’nun çöktürülmesi, hem potasyum bikromat ile redoks reaksiyonuna girmesi bakımından
girişim oluşturur:
6Cl- + Cr2O72- + 14H+ → 3Cl2 + 2Cr3+ + 7H2O
Ag+ + Cl- ⇔ AgCl
Klorür girişimi, ortama civa sülfat ilavesi ile giderilebilir. Civa iyonu ile birleşerek zayıf
iyonize olabilen civa klorür kompleksini teşkil eder.
Hg2+ + 2Cl- ⇔ HgCl2
( β = 1.7 x1013 )
Nitritler, nitrata okside edilirler ve bunların girişimi, bikromat çözeltisine sülfamik asit ilavesi
ile giderilebilir.
KOI deneyi, bileşenleri iyi bilinen su ve atık sularda, bu maddelerin konsantrasyonlarındaki
değişmeleri incelemek üzere yaygın olarak kullanılır. Ayrıca çeşitli nedenlerle BOI testinin
çok başarılı olmadığını bildiğimiz endüstriyel atık sularda, arıtma tesislerinin çalışmasını
denetlemede KOI testine çok sık başvurulur. BOI deneyi ile birlikte yapılacak KOI deneyleri
20
toksik durumların ortaya çıkarılmasında ve biyolojik olarak indirgenemeyen organik
maddelerin belirlenmesinde oldukça faydalıdır.
KOI su, evsel ve endüstriyel atık su incelemelerinde önemli ve çabuk sonuç veren bir
parametredir. Bir suya ait KOI tayini sonucu, BOI’den farklı olarak biyolojik yollarla
ayrışmayan bazı maddeleri de içerebilir.
Potasyum bikromat bazı organik maddeleri (düz zincirli alifatik bileşikler, aromatik
hidrokarbonlar, piridin, pirolidin vb.) yükseltgemez. Bunlardan düz zincirli alifatiklerin
yükseltgenmesi gümüş katalizörü kullanılması ile mümkün olur.
Klorür, nitrit gibi yükseltgenebilen bazı anorganik maddeler de artı hataya yol açarlar. Klorür
ortama civa katılarak kompleks halinde bağlanır. Nitritin önemli miktarda bulunduğu
numunelerde sülfamik asit kullanılır.
Numuneler 2ml/L derişik H2SO4 eklenerek 7 gün korunabilir.
Aletler
a. Geri Soğutma Düzeni:
24/40 boyunlu 250 yada 500 ml’lik balonlar 300 mm’lik 24/40 şilifli soğutucular ve en
az 1.4 W/cm2 gücünde tablalı elektrikli ısıtıcı.
Reaktifler
a. Gümüş Sülfatlı Sülfürik Asit
12,12 gr Ag2SO4 2 Lt derişik H2SO4 içinde çözülür ve çözünmenin tamamlanması için
1-2 gün beklenir.
b. Demir Amonyum Sülfat Çözeltisi (FAS) (0.1 mol/L = 0.1 N)
21
39 gr Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O suda çözülür ve üzerine 20 ml sülfürik asit ilave edilir.
Soğuduktan sonra distile suyla 1 lt’ye tamamlanır.
Uyarı: Demir amonyum sülfat çözeltisi kullanıldığı gün mutlaka standart bikromat
çözeltisine karşı ayarlanmalı ve normalitesi bulunmalıdır. Bu standardizasyon işlemi
aşağıdaki şekilde yapılır.
0.25 N’lik Cr2O72- çözeltisinden 10 ml alınarak saf su ile 100 ml’ye seyreltilir. Üzerine 30
ml derişik H2SO4 ilave edilir ve oda sıcaklığına soğutulur. Üzerine 2-3 damla ferroin
indikatörü ilave edilir ve yeşil renk kırmızıya dönünceye kadar FAS ile titre edilir.
standart FAS’ın gerçek normalitesi =
V1 .N 1
V2
V1 : titre edilmiş K2Cr2O7’nin ml hacmi
V2 : titrasyonda harcanan FAS’ın ml hacmi
N1 : standart potasyum bikromat çözeltisinin normalitesi
şeklinde bulunur.
c. Standart Potasyum Bikromat Çözeltisi (0.25 N)
103 oC’de 2 saat kurutulmuş K2Cr2O7’den 24,5176 gr alınır ve saf su ile 2 lt’ye
tamamlanır.
d. Ferroin İndikatör Çözeltisi
1.735 gr 1,10-fenantrolin monohidrat ve 0.695 gr FeSO4.7H2O bir miktar saf suda
çözülür ve 100 ml’ye tamamlanır.
e. Kristal HgSO4
Her bir numuneye 0.4 gr tartılır.
Numunenin kirlilik durumuna göre ilave edilmesi gerekli reaktif miktarları
22
Numune
0.25 N
Gümüş
HgSO4
Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O’ın
Titrasyon
miktarı
K2Cr2O7
sülfatlı
(gr)
normalitesi
öncesi
(ml)
çözeltisi
sülfürik asit
numune
(ml)
çözeltisi
hacmi
(ml)
(ml)
10
5
15
0.2
0.05
70
20
10
30
0.4
0.10
140
30
15
45
0.6
0.15
210
40
20
60
0.8
0.20
280
50
25
75
1.0
0.25
350
son
DENEYİN YAPILIŞI
Paralel iki numuneyle çalışılır. Şilifli 3 balondan ilkine 20 ml saf su konarak şahit numune
hazırlanır. KOI deneyinde şahit numune deneyde kullanılan araç gereç ve ayıraçlardan
gelebilecek ve çevreden bulaşabilecek organik maddelerin getireceği hatayı hesaba katmak
üzere hazırlanır. Diğerine atıksu numunesinden 1 ml alınır ve üzerine 19 ml saf su eklenerek
20 ml’ye seyreltilir. Diğer şilifli balona da 2 ml atık su ve 18 ml saf su eklenir. Her üç balona
da sırasıyla 5 ml gümüş sülfatlı sülfürik asit, 0.4 gr katı HgSO4, 10 ml standart potasyum
bikromat çözeltisi ve 25 ml gümüş sülfatlı sülfürik asit ilave edilir. Böylelikle hacimler 60
ml’ye tamamlanmış olur. Ardından her üç balona da kaynama taşları atılır ve geri soğutucuya
bağlanır, soğutma suyu açılır ve reflux(kaynama geri yıkama)’a başlanır. sırasında soğutma
suyu çıkışının fazla ısınmamasına dikkat edilmelidir. 2 saat sonunda çözeltiler oda sıcaklığına
soğutulur ve üzerine 80 ml saf su eklenerek hacimler 140 ml’ye tamamlanır. Oda sıcaklığına
kadar soğutulduktan sonra 3-4 damla ferroin indikatörü ilave edilerek renk yeşilden kırmızıya
dönünceye kadar FAS ile titre edilir.
23
ÇÖZÜNMÜŞ OKSİJEN TAYİNİ
Çözünmüş oksijen su içinde çözünmüş halde bulunan oksijen konsantrasyonudur, birimi
mg/L dir. Çözünmüş oksijen doğal ortamlarda canlı yaşamanın devamı, atıksuların arıtımı ve
içme sularının temizlenmesi proseslerinde ayrı öneme sahiptir. Nehir ve göllerde canlı
organizmalar yaşam ve üreme için gereken enerjiyi sulardaki çözünmüş halde bulunan
oksijenden temin ederler. Doğal sularda çözünmüş oksijen miktarının organizma türüne bağlı
olarak 5 mg/L civarında olması istenir ki orada bulunan canlılar oksijen eksikliğinden dolayı
herhangi bir biyokimyasal bir strese maruz kalmasınlar.
Doğal suları kendi kendine arıtılmasında da çözünmüş oksijen önemlidir.
Atıksuların aerobik sistemlerle arıtımı esnasında; sulara kirlilik veren organiklerin
mikroorganizmalar tarafından parçalanarak zararsız son ürünlere getirilmeleri için, oksijen
tüketilir. Atıksuların arıtılmasında kullanılan prosese göre çözünmüş oksijen konsantrasyonun
da istenilen değer değişebilir. Fakat genel bir rakam olarak, aerobik sistemlerin verimli
çalışabilmesi için atıksuların Ç.O. değeri 2 mg/L civarında tutulur.
İçme sularında çözünmüş oksijenin önemli bir parametre olmasının önemi oksijenin
oksitleyici (zararlı organik ve inorganiklerin elektron seviyelerini değiştirerek zararsız veya
daha az zararlı hale getirmesi) olmasındadır.
Çözünmüş oksijen analizleri biyokimyasal oksijen ihtiyacı analizlerinin temelini teşkil eder.
Böylece evsel ve endüstriye atıksuların kirlilik dereceleri belirlenir. Ayrıca kirli bir suyun
zamanla oksijen konsantrasyonu ölçülerek BOİ hızı belirlenir.
Oksijen, demir ve çelik boruların korozyonlarında önemli bir rol oynar ve özellikle su dağıtım
sistemlerinde ve buhar kazanlarında problemlere neden olmaktadır. Bu nedenle kazan
sularında çözünmüş oksijenin çeşitli fiziksel ve kimyasal yöntemlerle uzaklaştırılması istenir.
Bu yöntemlerin kontrolü esnasında yine çözünmüş oksijen testleri uygulanır.
24
Çözünmüş Oksijen Tayini İçin Numune Alma
Genellikle alınan numunelerde çözünmüş oksijen doygunluk değerinin altında olduğundan
hava ile temas halinde yanlış sonuçlara neden olacağından doldurulması esnasında hava ile
temas ettirilmemeli ve taşırılarak doldurulmalıdır. Numune şişeleri renkli ve ışığı
geçirmemelidir. Numune şişesinde hava kabarcığı ve boşluk kalmamalı.
Çözünmüş oksijen tayini için alınan numunelerin çoğu, arazide analiz genellikle müsait
olmadığından araziden laboratuara getirilir. Bundan dolayı numunelerde biyolojik aktive
nedeni ile oksijen derişiminde zamanla değişimler olabilir. Bu nedenle numunenin ilk oksijen
konsantrasyonu alınır alınmaz sabitleştirilmelidir. Sabitleştirme işlemi için 0,7 mL H2SO4 ve
0,02 gr NaNO3 (sodyum azatür) ilave edilmelidir. Sabitleştirilmiş, karanlık ve soğukta
saklanmış numuneler en geç 6 saat içinde analiz edilmelidir.
Çözünmüş Oksijen Tayini: İki yöntemle yapılır.
1. Winkler metodu veya iyodimetrik metod
2. Membran elektrotları kullanan elekrometrik yöntem
1. Winkler Metodu: Oksijenin oksitleme özelliğine dayalı en güvenilir yöntem olup, alkali
koşullarda Mn+2 iyonunun, ortamdaki çözünmüş oksijen ile birleşerek yüksek değerliklere
oksitlemeye ve elde edilmiş yüksek değerlikli manganezin asidik şartlarda I- iyonunu okside
ederek I2’ye çevirmesine dayanır. Böylece oluşan serbest iyot, miktar yönünden numunede
mevcut oksijenin eşdeğeri olarak ortaya çıkar. İyod standart sodyum tiyosülfatla volumetrik
olarak ölçülür ve çözünmüş oksijen cinsinden hesaplanır.
Winkler yöntemi birçok madde ile girişim yapmaktadır. Bazı oksitleyici maddeler (NO2-, Fe+3
gibi) I- iyonunu I20 a oksitleme özelliğine sahiptirler ve yüksek sonuçlar çıkmasına neden
olurlar. Fe+2, SO3-2 ve S-2 gibi maddeler ise I20’u I- iyonuna indirgerler ve daha düşük sonuçlar
çıkmasına yol açarlar.
BOİ şişesine başlangıçta MnSO4 ve alkali iyodür reaktifi ilave edildiğinde, eğer numunede
oksijen yoksa saf beyaz Mn(OH)2 çökeleği oluşur.
Mn+2 + 2OH -
Mn(OH)2
25
Eğer numunede oksijen varsa, Mn+2 iyonunun bir kısmı Mn+4 halinde okside edilir ve
kahverengi MnO2 hidrat haline dönüşür ve çökelir.
Mn+2 + 2OH - + 1/2 O2
MnO2 + H2O
Mn(OH)2 + 1/2 O2
MnO2 + H2O
Bu reaksiyonlar düşük sıcaklıklarda yavaşça gerçekleşir. Floklaşmış materyali tüm oksijenin
reaksiyona girebilmesi için hareket ettirmek gerekir. Tuzlu sular için daha uzun temas süresi
gerekir.
Tüm oksijenin reaksiyona girebilmesi için numune şişeleri yeterli derecede sallandıktan sonra
çökelmeye bırakılır. Ortama derişik H2SO4 ilave edildiğinde ortamın pH’ı düşer. Bu durumda
MnO2, I-’u I20’a dönüştürür.
MnO2 + 2I- + 4H+
Mn+2 + I2+ H2O
Bu arada bir kısım I2, I- ile
I3 -
I2 + I-
şeklinde reaksiyona girer. Oluşan iyot iyonu ortama sarı renk verir. Renksiz ortam ise oksijen
olmadığını gösterir. Bu noktada NO2- iyonunun girişimi söz konusudur. Girişim KI ile birlikte
NaNO3 katkısı ile önlenir. Bundan sonraki adımda I3 – N/40’lık tiyosülfatla titre edilir.
H+
2e- + I3 -
3I-
2S2O3-
S4O6- + 2e-
2S2O3- + I3 -
S4O6- + 3I-
Eşdeğer ağırlıkların bulunması;
1/2 O2
Mn+4
I3 -
2S2O3-
26
2. Çözünmüş Oksijen Membran Elektrotları: Çözünmüş Oksijenin yerinde ölçülmesine
olanak tanıyan özelliği ile membran elektrotlarının kullanımı gün geçtikçe artmaktadır.
Membran elektrotlar suyun çeşitli derinliklerine kadar daldırılabilir ve su yüzeyinde
elektrotlara bağlı bulunan mikroampermetre ile çözünmüş oksijen konsantrasyonu okunabilir.
Biyolojik arıtma tesislerinde de herhangi bir noktada çözünmüş oksijen konsantrasyonunun
izlenmesinde membran elektrotlar kullanılabilmektedir. Böyle havuzlarda oksijen kullanım
hızı, bir BOİ şişesine numune konulmasından sonra şişeye çözünmüş oksijen elektrotunun
daldırılarak oksijen tüketilme süresinin ölçülmesiyle tespit edilir. Ayrıca membran elektrotlar,
özellikle çok sayıda numunenin ölçülmesi gereken anlarda çözünmüş oksijen ölçümüne
imkan verme avantajından dolayı, BOİ testinin bir parçası olarak da kullanılabilirler.
Taşınabilirlik özelliği ise arazi kullanımlarında membran elektrotları mükemmel kılmaktadır.
Membran elektrotları genellikle Winkler yöntemi ile çözünmüş oksijen tayini yapılmış
sularda ölçümler yapılarak kalibre edilirler. Bu yüzden Winkler yönteminde meydana gelen
bir hata elektrotun kalibrasyonuna taşınır.
Çözünmüş oksijen elektrotları ortam sıcaklığına karşı çok duyarlıdır. Bu yüzden ya ölçümler
esnasında gerekli düzeltmelerin yapılabilmesi için hassa sıcaklık ölçümü de yapılır ya da
kendisinden termostatı bulunan ve sıcaklık değişimlerini ölçümlere otomatik yansıtan aletler
kullanılmalıdır.
Çözünmüş Oksijenin Çevre Mühendisliğindeki Önemi
Organik ve anorganik maddenin oksidasyonu için serbest oksijen kullanılır ve ayrışmayan son
ürünler oluşur. Anaeorobik mikroorganizmaların ise ayrışma reaksiyonları için çözünmüş
oksijene gereksinmeleri yoktur. Ortamda oksijen olmadığında anaeorobik mikroorganizmalar
gelişme gösterirler. Çözünmüş oksijen kirletici maddelerin doğal sularda kendi kendine
arıtılmasında ve aerobik arıtma proseslerinden evsel ve endüstriyel atıksuların arıtılmasında
çok önemli bir faktördür. Bu sularda (ÇO)’nin çözünmüş oksijen ölçümleri ile izlenmesi
gereklidir. Çözünmüş oksijen tayini çevre mühendislerinin kullandığı en önemli testlerden
biridir. Nehir ve göllerde çözünmüş oksijen miktarının orada yaşayan canlıların , örneğin
balık ve diğer organizmaların türüne göre en az 4 mg/L daha iyisi 5 mg/L den az olmaması
istenir. Böylece yüzeysel sularda canlı yaşamını devam ettirmek mümkün olacaktır.
Çözünmüş oksijen tayini, biyokimyasal oksijen ihtiyacı testine esas teşkil eder. Böylece evsel
27
ve endüstriyel atıksuların hangi ölçüde kirli olduğunu belirlemede en önemli ölçüyü veren
deneydir. Ayrıca bir atıksuyun bir süre sonunda içinde kalan çözünmüş oksijen
konsantrasyonlarını ölçülerek biyokimyasal oksidasyonun hızı belirlenir.
Gerekli Reaktifler
1. Mangan Sülfat Çözeltisi: 480gr MnSO4.4H2O, 400gr
MnSO4.4H2O veya 364 gr
MnSO4.4H2O saf suda çözülerek 1 L ye tamamlanır.
2. Alkali İyodür Azotür Reaktifi: 500gr NaOH ve 135 gr KI saf suda çözülür ve üzerine 40
ml de 10 gr NaN3’ün çözüldüğü reaktif ilave edilir ve 1 L ye tamamlanır.
3. Derişik sülfirik asit
4. Nişasta çözeltisi : 2 gr nişasta sıcak saf suda çözülür ve soğutulur. Daha sonra süzülür ve
üstteki berrak kısım alınır. Bu çözeltiyi korumak için 0,2 gr salisilik asit ilave edilir.
5. Standart sodyum tiyosülfat çözeltisi: 6,205 gr Na2S2O3.5H2O saf suda çözülür ve 1,5
mL 6N’lik NaOH veya 0,4 katı NaOH ilave edilerek 1 L’ye tamamlanır.
Deneyin Yapılışı
1. 300 mL’lik BOD şişesi musluk suyu ile doldurulur.
Şişelerin ağzı hava kabarcığı
kalmayacak şekilde kapatılır.
2. Şişelerin kapakları ayrılarak 2 mL MnSO4 çözeltisi, 2 mL alkali iyodür reaktifi şişenin tam
dibine doğru uzun bir pipet yardımıyla ilave edilir. Üzerine 2 mL sülfürik asit konulur.
3. Şişenin kapakları kapatılarak en az 15 defa alt üst edilerek karıştırılır.
4. Erlene alınan çözelti 0,025 N tiyosülfat çözeltisi ile açık sarı renk oluşuncaya kadar titre
edilir. Daha sonra taze hazırlanmış nişasta çözeltisi ilave edilerek oluşan mavi renk
kayboluncaya kadar titrasyona devam edilir.
28
Deney Sonucunun Hesaplanması
V harcanan (ml) . N. 8000
Ç.O.(mg/L) =
V numune (ml)
Titrasyonda kullanılan tiyosülfat çözeltisinin normalitesi 0,025 N ise, bu durumda;
V harcanan (ml) . 200
Ç.O.(mg/L) =
V numune (ml)
eşitliği ortaya çıkar.
V harcanan= Harcanan 0,025 N toplam tiyosülfat miktarı (ml)
V numune = Titrasyon için alınan numune hacmi (ml)
N= Tiyosülfat çözeltisinin normalitesi
29
TOPLAM ORGANİK KARBON TAYİNİ
Teorik Bilgi: Atıksulardaki organik kirlenmeyi ölçen önemli parametrelerden biridir. Organik
kirleticiler; sularda çözünmüş olan oksijeni tüketerek kirlenmeye sebep olan maddelerdir.
Böyle maddeler antropojenik faaliyetler (ev atıkları, hayvan atıkları, gıda fabrikaları atıkları,
kağıt fabrikası atıkları, mezbaha atıkları, dericilik atıkları vb.) sonucu sulara karışırlar.
Karıştıkları sular durgunsa bunlar suyun dibinde toplanırlar. Buna sedimentasyon denir.
Sedimentasyonla çöken organik maddeler içinde inorganik maddelerde bulunur. Organik ve
inorganik maddelerin bir karışımı olan sedimentler bakteriler ve diğer organizmalar için iyi
bir ortamdır. Böyle bir ortamda mikroorganizmlar suda çözünmüş oksijeni kullanarak
sedimentteki organik maddeleri parçalarlar. Bunlarda su, CO2, NO3, SO4, ve PO4 meydana
getirirler.
Bir su bitki ve hayvanların yaşamasına yetecek konsantrasyonda oksijen ihtiva etmiyorsa bu
suya kirli su denir. Yani bir suyun yeterince oksijen ihtiva etmemesi o suyun kirli olduğunun
bir ölçüsüdür. Kirlenmeye neden olan maddelerin büyük bir çoğunluğu yapılarında karbon
ihtiva ederler. Karbon bakterilerinde yardımıyla oksijenle yükseltgenerek CO2 oluşturur. 3 mg
karbon için çözünmüş halde 9 mg oksijen gereklidir.
Su ve atıksularda bulunan toplam karbon aşağıda kısaca açıklanan kısımlardan oluşur.
Toplam Karbon(TK): Herhangi bir bileşikteki hem organik hem de inorganik karbonun
tamamını ifade eder.
Toplam İnorganik Karbon(TİK): Karbon IV’ün oksitlerini, hidroksitlerini ve iyonlarını
ifade etmek için kullanılır. Karbonat ve bikarbonatın tüm çözünmüş formlarını içine alır.
Çözünür İnorganik Karbon(ÇİK): TİK’un 0,45 µm porçaplı bir filtreden geçen kısmıdır.
TİK’nun sadece çözünür türlerini içine alır.
Toplam Organik Karbon(TOK): Organik maddelere kovalent olarak bağlanmış tüm karbon
atomlarıdır. Hem doğal hem de suni tüm organik maddeleri içine alır. Partikül organik
maddeler(POM) ve çözünür organik maddelerin(ÇOK) toplamıdır. TOK: ÇOK + POM.
Partikül organik karbon mikroskobik boyuttan makroskobik boyuta kadar çeşitli boyutlarda
olabilir. Pratik olarak TOK şu şekilde hesaplanır. TOK: TK- TİK
Çözünür Organik Karbon(ÇOK): Çözülebilir organik karbonun tümünü içine alır. TOK’un
0,45 µm porçaplı bir filtreden geçen kısmıdır.
Çözülemez Organik Karbon(NÇOK): Tanecikli organik karbon olarak da bilinir ve
TOK’un 0,45µm porçaplı bir filtrede kalan kısmıdır.
30
Uçucu Organik Karbon(UOK): Düşük molekül ağırlıklı hidrokarbonlar ve haloalkenleri
içeren TOK’un gaz ayırma ile uzaklaştırılan kısmıdır.
Uzaklaştırılamayan Organik Karbon(NUOK): Gaz ayırma ile uzaklaştırılamayan organik
madde olarak bilinir.
Su ve atıksulardaki organik karbon, çeşitli oksidasyon basamaklarındaki organik bileşiklerden
oluşur. Bu karbon bileşiklerinden bazısı, biyolojik yada kimyasal proseslerle daha ileri
seviyelerde oksitlenebilirler ve buda BOD ve COD parametreleri kullanılarak karakterize
edilebilir. Ortamda organik karbon bulunması durumunda, TOC (Toplam Organik Karbon)
ölçümü için BOD yada COD uygun sonuç vermez. TOC, ortamdaki toplam organik
muhtevanın ifade edilmesinde aynı tür bilgi vermemesine rağmen daha uygundur. TOC,
organik maddelerin bulunduğu oksidasyon basamağından bağımsızdır ve ortamda bulunan
organik olarak bağlanmış azot ve hidrojen elementlerden ve BOD yada COD ile ölçüldüğünde
oksijen tüketimine katkıda bulunan inorganiklerden gelen oksijen tüketimini ölçmez.
Organik olarak bağlanmış karbonu ölçebilmek için, organik moleküller tek karbonlu birim
yada parçacıklara ayrılmalı ve kantitatif olarak ölçülebilecek moleküler formlara
dönüştürülmelidir. TOC ölçüm metotlarında, özel Toplam Organik Karbon cihazı kullanılır.
Analizde kullanılan tüm cihazların çalışma prensibi Şekil 1’deki akım şemasında
gösterilmiştir. Herhangi bir toplam organik karbon
cihazıyla TOK analizinde ilk adım
inorganik karbon bileşenlerini asidik şartlar altında ortamdan uzaklaştırmaktır. Daha sonra su
numunesi katalizör kullanan yüksek sıcaklıktaki fırına enjekte edilmekte ve organik maddeler
bu fırında CO2 gazına dönüşmektedir. Organik karbonu CO2’ye çevirmek için; ısı ve oksijen,
UV-radyasyonu, kimyasal oksitleyicileri yada bu oksitleyicilerin bir kombinasyonu kullanılır.
Fırından çıkan CO2 direkt olarak İnfrared analizatör vasıtasıyla direkt olarak ölçülebileceği
gibi kimyasal olarak titre edilebilir yada metana indirgenerek alev iyonizasyon dedektörü ile
ölçülebilir.
TOK analizinin ortak dezavantajı cihazın maliyeti ve organik karbonun oksidasyon
durumunun belli olmamasıdır. Bu teknik biyolojik olarak parçalanabilen ve parçalanamayan
maddeleri ayırt edemez. Ancak kısa sürede su numunesinin organik madde miktarını vermesi
analizin en önemli avantajıdır.
Analizde Kullanılacak Kimyasal Maddeler ve Hazırlanmaları
1. Standart çözeltilerin ve diğer reaktiflerin hazırlanmasında karbon içermeyen distile su
kullanılmıştır.
31
2. İnorganik karbonu (IC) ayırmak için yapılan asitlendirmede konsantre H3PO4 yada
H2SO4 kullanılabilmesine rağmen (HCl’den özellikle kaçınılması gerekir) cihazın el
kitabı dikkate alınarak %21’lik fosforik asit(50 ml % 85’lik fosforik asit, saf su ile 200
ml’ye tamamlanarak) kullanılmıştır.
3. Organik Karbon Stok Çözeltisi: 2.1254 g. Susuz potasyum biftalat (C8H5KO4) karbon
içermeyen distile suda çözülmüş ve çözelti 1000 ml’ye tamamlanmıştır. Bu çözeltinin
karbon derişimi:1 ml= 1 mg’dır. (1000 ppm karbon) potasyum biftalat bulunamazsa,
uygun kararlılık, saflık ve çözünürlüğe sahip organik karbon içeren farklı bir bileşikte
karbon kaynağı olarak kullanılabilir. Bu bileşikler arasında mono yada disakaritler,
fenoller, alkoller, florlu karboksilik asitler, alkoloidler, jelatinler ve sürfektanlar
gösterilebilir. Hazırlanan stok çözelti H3PO4 yada H2SO4 ile pH ≤ 2’ye asitlendirilerek
muhafaza edilebilir.
32
PERMANGANATLA ORGANİK MADDE TAYİNİ
Organik madde, yapısında C, H, O bulunan ve S, P, N gibi elementleri barındıran düşük erime
ve kaynama noktasına sahip yüksek molekül ağırlıklı, suda az çözünen, yanıcı maddelerdir.
Çevre mühendisleri için organik bileşiklerin fizikokimyasal ve yapısal özelliklerinin
(çözünürlük, hidrofobiklik, polarlık, uçuculuk, yoğunluk, enerji..) ve muhtevasının ne kadar
olduğunun bilinmesi, onları anlamaya, geçirdikleri değişimi tahmin etmeye, etkisini
belirlemeye ve onları arıtacak veya kontrol altında tutacak işlemleri seçmeye yardımcı olması
açısından önemlidir. Ayrıca organik maddeler nitrifikasyon, ötrofikasyon, dip çamuru
oluşumu gibi sonuçlar doğurur.
Organik veya biyolojik olarak parçalanabilen atıklar su yatağına girer girmez bakterilerin
hücumuna uğrarlar. Organik maddelerin ayrışması sırasında, sudaki hayat için çok önemli
olan çözünmüş oksijeni kullanırlar. Dolayısıyla ortamdaki çözünmüş oksijen miktarı azalır.
Su yatağına giren organik madde konsantrasyonu çok fazla ise mevcut oksijenin tamamı
kullanılarak ortam anaerobik durum halini alabilir. Örneğin kükürt bileşiklerinin reaksiyona
girmeleri halinde SO4 oluşur. Buda H2SO4 ‘ü oluşturur ve bu olay korozyona sebep olur. Bu
durumda sistemin ekolojik dengesi bozulur ve su hayatı olumsuz yönde etkilenir. Bakteriler
organik maddeyi stabil oluncaya kadar parçalarlar. Bunun içinde oksijeni enerji olarak
kullanırlar ve oksijeni tüketirler. Sıcakta organik maddenin parçalanma hızı artar
CO2 + NH3 + Kararlı son ürünler
Organik madde + Bakteri + O2
Yeni hücreler
Çevre Mühendisliğindeki Önemi
Su ortamında
Nitrifikasyon
Ötrofikasyon
Dip çamuru
gibi olaylara neden olabilmektedir
Organik maddelerin göl ve bu gibi su ortamlarında bulunması istenmeyen bir durumdur.
Örneğin bir gölde aşırı miktarda organik madde varsa göldeki bakteriler aşırı beslenerek
33
patlar ve ölürler böylece gölün üzeri ölü bakteri hücreleriyle örtülür. Bakterilerin aşırı
beslenerek ölmesi durumuna ötrofikasyon denir.
Azotlu bileşiklerin ayrışmasıyla; Organik azot → NH4 (amonyum) → NO2 (nitrit) → NO3
(nitrat) olayı gerçekleşir buna nitrifikasyon denir.
Fosforlu maddelerin ayrışması sonucu fosfat meydana gelir ve bakteriler için besin
kaynağıdır. Bakterilerin aşırı beslenmesi sonucunda patlayarak ölümler oluşur ve suyun
yüzeyini kaplarlar. Böylece içeriye oksijen ve güneş ışığı giremez. Canlılar fotosentez
yapamayacağından ortam anaerobik olur ve dip çamuru oluşur.
Organik maddeler daha çok antropojenik faaliyetler (ev atıkları, hayvan atıkları, gıda
fabrikaları atıkları, kâğıt fabrikaları atıkları, mezbaha atıkları, et paketleme atıkları, dericilik
atıkları gibi) sonucu sulara karışırlar ve karıştıkları sular durgunsa, bunlar suyun dibinde
toplanırlar.
Bir suyun kalitesini belirlemek için üzerinde çok çeşitli tayinler yapılabilir.
1-Çözünmüş Oksijen Tayini
2-Biyokimyasal Oksijen ihtiyacı
3-Kimyasal Oksijen İhtiyacı ( KOİ )
4-Toplam Organik madde tayini
5-Katı madde tayini
6- Azot tayini
7- Fosfat tayini
8- Bulanıklık tayini
9- Renk tayini
10- Koku tayini
11- pH tayini
12- Bakteriyolojik tayin
13- İletkenlik Tayini
14- Sertlik Tayini
15- Ağır Metal tayini
Sulara organik maddeler doğal yollardan veya suni yollardan karışabilirler. Belli bir orana
kadar su organizmaları için yararlıdırlar. Balıklar için besin maddesi oluştururlar. Organik
madde tayini de yukarıda bahsedilen özelliklerden dolayı yapılması gereken önemli
tayinlerden biridir.
34
Organik Madde Tayininde Permanganat Metodu
Küçük moleküllü bazı organik maddeler kuvvetli alkali ortamlarda permanganatla titre
edilerek tayin edilebilirler. Bu tayinlerde permanganat indirgenerek yeşil renkli manganat
haline dönüşür.
MnO4- + e
MnO4-2
Bu şekilde tayini yapılan başlıca küçük moleküllü organik maddeler: R-OH, R-NH2, R2C=O,
R-CHO ve R2C=CR2 dir. Bazı R’ler yerine protonda gelebilir. Duruma göre tayini yapılacak
maddeden belirli bir miktar tartılarak uygun bir erlende NaOH ile muamele edilir. Bundan
sonra standart permanganat ilave edilerek oda sıcaklığında 10 dakika kadar çalkalanır. Bu
arada yeşil renkli manganat iyonunun kısmen de olsa koyu bir çökelek olan MnO2’ye
dönüşmemesi için ortama manganat iyonunun bağlayacak kadar BaCl2 ilave edilir. Manganat
iyonu Ba iyonuyla suda çözünmeyen BaMnO4 bileşiğini verir. Bundan sonra permanganatın
fazlası standart sodyum formiyat (NaHCOO) çözeltisiyle geri titre edilir. Bu titrasyon
sırasında ortama katalizör olarak eser halde Ni(NO3)2 ilave edilir. Reaksiyon sonu
permanganatın renginin kaybolmasıyla anlaşılır. Organik maddenin NmL sayısı =
permanganatın NmL sayısı-formiyatın NmL sayısı
2MnO4- + HCOO- + 3 OH-
CO3-2 + 2MnO4- + 2H2O
Şekerler, polihidroksi alkoller alkali ortamda permanganatla tam yükseltgenemezler. Ara
kademe olarak oksalat meydana gelir. Bunun için alkali ortamda yapılan bir öntitrasyondan
sonra asidik ortamda da bir titrasyon yapmak gerekir. Bu maksatla çözeltiye miktarı belli
fazlaca standart Na2C2O4 çözeltisi ilave edilir. Çözelti asitlendirilir. Bu şekilde ortamda
bulunan MnO4- ile reaksiyona girmiş MnO4-2 haline dönüşmüş Mn iyonları mangan-II haline
indirgenir. Oksalatın fazlası permanganatla geri titre edilir. Etil alkolün yükseltgemesi bir
örnek olarak aşağıda verilmiştir.
CH3CH2OH + 12 MnO4- + 12 OH-
2CO2 + 9 H2O + 12 MnO4-2
Reaksiyondan anlaşılacağı gibi etil alkol 12 elektron kaybetmiştir. 12 elektronun alınması için
12 ekivalent gram permanganata ihtiyaç vardır. Bu reaksiyonda kullanılan permanganatın
35
ekivalent gramı, formül ağırlığı kadardır. Böyle bir çözelti, asidik ortamda kullanılacak olursa
1 ekivalenti 5 ekivalente denk gelir.
Asitli ortamda permanganat kullanılarak suda bulunan organik maddelerin oksitlenmesine
dayanır. Geri titrasyonla oksitlenmede kullanılan potasyum permanganat miktarı tayin edilir.
Çözeltilerin Hazırlanması :
Permanganat Çözeltisi (0,001 N) : 3.2 g permanganat tartılır, damıtık suda çözülür, 20
dakika kaynatılır soğutulur. Cam pamuğundan süzüldükten sonra balon jojede, kaynatılıp
soğutulmuş damıtık su ile litreye tamamlanır. Kaynatma nedeni suda çözünmüş oksijeni
gidermektir. Hazırlanan çözelti 0,01 N sodyum oksalata karşı standardize edilir.
Sülfürik Asit Çözeltisi (1/5 N) : Dört hacim damıtık suya bir hacim sülfürik asit dikkatle ve
karıştırılarak konur.
Potasyum Permanganat çözeltisinin Hazırlanması ve Ayarı
Permanganat, kuvvetli bir yükseltgen ve ayrıca kendi kendinin indikatörü olması nedeniyle,
titrasyon işlemlerinde çok kullanılan bir kimyasal maddedir.
Permanganat çözeltisinin ayarlanması için çeşitli primer standart maddeler kullanılır. Bunların
başlıcaları: Na2C2O4, As2O3, KI, Ag ve Fe teldir. Ayarlama iki şekilde yapılabilir:
a) Bir çözeltiye karşı,
N1 ml1 = N2 ml2
formülünü kullanarak,
b) Bir primer standart maddeye karşı,
Primer standardın gramı
N1 ml1 =
Primer standardın gramı
Primer standardın miliekivalent gramı (meg)
Permanganat Çözeltisinin Sodyum Oksalata Karşı Ayarlanması: 400 ml’lik temiz bir
erlene, 105 oC’de 2 saat kadar kurutulmuş Na2C2O4’dan 0,2 gram civarında dördüncü
hanesine kadar dikkatle tartılmış bir numune alınır. Üzerine 200 ml saf su ve 30 ml 3M H2SO4
ilave edilir. Çözelti iyice karıştırılarak sodyum oksalatın çözünmesi sağlanır. Permanganatla
doldurulmuş olan büretin seviyesi okunur (renkli çözeltilerde minisküsün alt seviyesini
görmek mümkün olmadığından üst seviyesi okunur). Numuneye çok küçük bir MnSO4
kristali atılır ve titrasyona başlanır. Reaksiyonun sonuna doğru permanganatın rengi yavaş
36
yavaş kaybolmaya başlar. Bu anda birinci damlanın rengi kaybolmadan, ikinci damlatılmaz.
Bir damla permanganatın verdiği renk, 30 saniye kadar kalıyorsa, bu ekivelans veya dönüm
noktasına gelindiğini gösterir. Dönüm noktasında bile permanganatın rengi devamlı değildir.
Bir zaman sonra kaybolur. Bunun nedeni, kısmen kabın temiz olmaması, kısmen de havada
bulunan organik maddelerin ve çözeltide bulunan gazların yükseltgenmesidir.
Daha iyi netice almak için kör deneme yapılır (kör denemede harcanan permanganat miktarı
esas sarfiyattan çıkarılır). İki titrasyon arasında, yaklaşık binde 1-2 fark olana kadar titrasyon
tekrarlanır.
2MnO4- + 5C2O4-2 + 16H+ Æ 2Mn+2 + 10CO2 + 8H2O
Yanlışlıkla dönüm noktası aşılmışsa, permanganatın fazlası başka bir bürette bulunan Fe+2
çözeltisiyle geri titre edilir. Böyle bir çözeltinin 1 ml’sinin kaç ml permanganata tekabül ettiği
bilinirse, gerçek permanganat sarfiyatı hesaplanır. Sodyum oksalatın meg = 0,0670 g’dır.
Deneyin Yapılışı
Deneyde içerisinde organik madde miktarının nekadar olduğunu bilmediğimiz bir numunenin
organik madde miktarını bulmak amaçlanmıştır. Organik madde olarak kolay ve ucuz
bulunabilir ve tehlikesiz olduğu için glikoz (şeker) kullanılacaktır.
Hazırlanmış olan glikoz çözeltisinden 20ml erlenimize alırız, ve 100 ml ye tamamlarız.
Ortamı asitlendirmek için numuneye 1ml H2SO4 ekleriz. Reaksiyonun daha hızlı
gerçekleşmesi için bir ıstıcı ve magnetik karıştırıcı yardımıyla numunemizi karıştırarak
ısıtmaya başlarız. 20 ml kadar 0.001 N KMnO4 (potasyum permanganat) ekleriz ve menekşe
rengi elde ederiz. Numuneye eklediğimiz KMnO4 organik maddeyle reaksiyona gireceğinden
menekşe renginden sarıya doğru bir değişim gözlenecektir. Çünkü numunedeki organik
maddenin tamamı potasyum permanganatla reaksiyona girmiş olacaktır ve kalan potasyum
permanganat 0.1 N Na2C2O4 (sodyum oksalat) ile titre edilir. Başlangıçta numuneye eklenen
potasyum permanganat miktarından sodyum oksalatla reaksiyona giren potasyum
permanganat miktarı çıkarılırsa organik madde ile reaksiyona giren potasyum permanganat
miktarı dolayısıyla organik madde miktarı bulunmuş olur.
Deneyde sırasıyla aşağıdaki reaksiyonlar gerçekleşmektedir.
C6H12O6 +
MnO4- +
H+
CO2 +
37
H2O +
Mn+2
C2O4-2
+
MnO4- +
H+
CO2 +
H2O +
Mn+2
Deney Sonuçlarının Hesaplanması
Potasyum permanganatın başlangıç miktarı =N1*V1=X
Potasyum permanganatın sodyum oksalatla reaksiyona giren miktarı= N2*V2 = Y
Organik madde miktarı=
( X − Y ) * 8000
= mgO2/L
V (numune)
38
BAKTERİLERİN BOYANARAK İNCELENMESİ
TEORİK BİLGİLER
Bakteriler, en basit yapıdaki mikroorganizma grubudur. Doğada hemen hemen her yerde
bulunurlar. Organik maddeleri biyolojik ayrıştırma ile daha küçük organik maddelere ve
mineral maddelere ayırmaları nedeniyle ekolojik döngülerde ve doğal denge üzerinde önemli
işlevleri vardır. Atık sularda ve atık suların tasfiyesi işlemlerinde rol alan organizmaların en
önemli grubunu oluştururlar. Bir çok katı ve sıvı atığın arıtılmasında önemli görevler alırlar.
Bakteriler, yukarda açıklandığı üzere, hücrelerinde belirli bir çekirdeği olmayan, yüksek
bitkilere yeşil rengini veren klorofilden mahrum bulunan ve bölünmek suretiyle çoğalan tek
hücreli bitkiler olarak tarif edilir. Çok hızlı olarak çoğalabilen bakterilerin boyutlarının son
derecede küçük, yüzey alanlarının ise muazzam derecede büyük olması, kendilerine,
yaşadıkları ortamı süratle değiştirebilme imkanını verir. Tek başlarına veya gruplar halinde
yaşayabilirler. Bazı bakteriler, kapsül denilen jelatine benzer bir madde ifraz ederler. Bunlar
birbiri ile birleşince, aktifleştirilmiş çamur yumaklarında ve damlatmalı filtre yataklarındaki
biyofilm içinde bulunan canlı topluluklarını meydana getirirler.
Bakterileri birbirinden ayıran ve isimlendirmede çok kullanılan bir özellik bakterilerin
şeklidir. Şekil bakımından bakteriler dört gruba ayrılır.
1. Küre şeklinde olanlar (Coccus, Kok): Yuvarlak veya elips şeklinde olan bakteriler (kok)
coccus olarak adlandırılırlar. Koklarda hücre bölünmesi bir veya birbirine dik iki yada üç
yüzey boyunca olur. Bölünme sonucunda iki, dört veya sekiz hücre oluşabilir. Bölünen bu
hücrelerden tek tek bulunanlara monococcus, iki tanesi bir arada ise diplococcus, dördü bir
arada ise tetracoccus, paket şeklinde sekizi bir arada ise sarcina, zincir şeklinde yan yana
dizilenler streptococcus, üzüm salkımı şeklinde gelişigüzel dizilenler de staphilococcus olarak
adlandırılır.
39
Şekil 1. Yuvarlak bakteri (coccus) tipleri
2. Çubuk şeklinde olanlar (Basil, Basillus): Düz veya kısmen kıvrık çubuk şeklinde olan
bakteriler, kısa ve uzun çubuk bakteriler diye ikiye ayrılır. Kısa çubuk bakterilerin enleri
yaklaşık olarak boyları kadardır. Uzun çubuklarda ise boylar enin 10-20 katıdır.
Şekil 2. Çubuk şekilli (Basil ve basillus) bakteriler
3. Kıvrık şekilli bakteriler: Kıvrık şekilli bakteriler iki alt gruba ayrılır. Bunlar;
a) Heliks şeklinde olanlar
b) Kısa virgül şeklinde olanlar
Heliks şekilli
Kısa virgül şeklinde
Şekil 3. Kıvrık şekilli bakteriler
4. Dallanmış bakteriler: Bazı bakteriler mantarların hiflerine benzeyen nispeten daha kısa
iplikçikler oluşturabilirler.
40
Şekil 4. Dallanmış bakteriler
Bakteriler 0,3 ile 25 mikron arasında değişen büyüklükte olabilirler. Işık mikroskobu ile
küçük olarak görülürler. Diğer mikroorganizmalar (mantarlar ve protozoalar) bunların
yanında dev mikroorganizmalar olarak kabul edilebilir.
Bakteriler doğada su bulunan hemen hemen her yerde ve sıcaklıkta gelişirler. Hava, su ve
toprakta bol miktarda bulunurlar. Bir kısmı patojen olduğundan içme ve kullanma sularında
bulunmaları istenmez. Fakat çeşitli yollardan içme suyuna karışmakta ve zaman zaman salgın
hastalıklara neden olmaktadır. Sulara karışan bakterin hepsi patojen değildir. Bakteriler
menşey olarak üç gruba ayrılırlar. Doğal su bakterileri, Toprak bakterileri, Bağırsak ve
kanalizasyon bakterileri.
Bakteriler en iyi fonksiyon yapabilecekleri sıcaklık bölgelerine göre üç gruba ayrılırlar.
Kryofilik bakteriler
12-18 0C
Mezofilik bakteriler
25-40 oC
Termofilik bakteriler
55-65 oC
pH bakterilerin gelişmesi üzerine tesir eden en önemli çevre faktörlerinden biridir.
Organizmaların çoğu 9,5’dan büyük veya 4,0’dan küçük pH değerlerine tahammül edemezler.
Genel olarak optimum pH değeri 6,5 ile 7,5 arasında bulunur.
Bakteriler, metabolik faaliyetlerine göre ototrofik veya hetotrofik olarak sınıflandırılırlar.
1. Ototrofik
Bakteriler:
İnorganik
maddelerden
organik
madde
sentezleme
kabiliyetindedirler. Karbon ihtiyaçlarını CO2 ve CO3 ten temin ederler. Azot ihtiyaçlarını
ise NO3, NO2 ve havanın serbest azotundan sağlarlar. Güneş enerjisini kullanarak
taşıdıkları bakteriyoklorofil ile fotosentez yapanlara fotosentetik bakteriler adı verilir. H2,
CO2, Fe, S, NH4, NO2 gibi inorganik maddeleri oksitleyerek enerji sağlayanlara ise
kemosentetik bakteriler adı verilir. Bunlar oksitledikleri maddeye göre isim alırlar.
Kükürt bakterileri, demir bakterileri, hidrojen bakterileri, nitrit-nitrat, metan bakterileri
gibi.
41
2. Heterotrofik Bakteriler: Enerji gereksinimlerini karşılamak için hazır organik maddeleri
kullanırlar. Organik maddeleri parçalamak (oksitlemek) suretiyle açığa çıkan enerjiden
yararlanırlar. Nitrat indirgeyen, sülfat indirgeyen, karbonlu maddeleri ayrıştıran, azotlu
maddeleri ayrıştıran bakteriler ve coli-aerogenes grubu bakteriler bu grubu oluşturan
bakteri gruplarıdır.
Mikrobiyoloji laboratuarlarında, bakterilerin morfolojik özelliklerinin incelenebilmesi
amacıyla, fiske edilerek boyanmış preparatlar çok sık kullanılmaktadır. Fiksasyon işlemi
sırasında mikroorganizmalar canlılıklarını ve hareket yeteneklerini yitirirler ve boyanarak
zeminle kontrast oluştururlar, bu bağlamda boyanarak incelenmelerinin iki önemli avantajı
vardır.
1. Bakteri hücreleri boyanarak daha iyi görünür hale geçerler,
2. Farklı bakteri cinslerinin tanıları için farklı boyanma özellikleri bir kriter oluşturur.
Bakterilerin boyanarak incelenmeleri sırasında preparatların hazırlanması, hangi boyama
yöntemi kullanılırsa kullanılsın, üç temel aşamada gerçekleşir.
1. İncelenecek örneğin lam üzerine yayılması,
2. Tespit edilmesi (fiksasyon),
3. Boyanması
Tespit işlemi, lam üzerinde örneği oluşturan sıvı içinde süspansiyon şeklindeki bakteri
hücrelerinin lama yapışmasının sağlanmasıdır. Mikrobiyolojik incelemeler için iki şekilde
tespit işlemi yapılabilir.
Fiziksel tespit: Örnekten yayma preparat hazırlandıktan ve kuruması beklendikten sonra,
lamın örnek sürülmemiş yüzeyi üç kez alevden geçirilir (ekmeği bıçakla keser gibi). Sıcaklık,
içinde mikroorganizmaları içeren sıvıdaki proteinlerin pıhtılaşarak lama yapışmasını sağlar.
Bakteri hücrelerinin, sıcaklığa bağlı olarak, bozulmalarına engel olmak için alevden geçirme
işlemi hızlı yapılır. Fiziksel tespit, bakteriyolojik incelemeler için en sık kullanılan yöntemdir.
Kimyasal tespit: İnfekte doku kesitleri veya kan gibi sıcaklığa duyarlı hücreler içeren
örnekler kimyasal maddeler aracılığıyla tespit edilirler. Bu amaçla, genellikle, mutlak etilmetil alkol, alkol-eter karışımı, formalin, civa klorür, osmik asit gibi maddeler kullanılır.
Mikrobiyolojide kullanılan boyalar doğal veya yapay olmakla birlikte, günümüzde daha sık
olarak yapay boyalar kullanılmakta olup, doğal boyalar histolojik araştırmalarda kullanılırlar.
42
Yapay boyalar, maden kömürünün distilasyonu sırasında elde edilen benzen türevleridir.
Boya, benzen halkasına bağlı kromofor ve oksokrom gruplarını içeren organik bir bileşiktir.
Kromofor, renk özelliğini verir, bileşiğe elektrik ayrışımı özelliğini veren ise, oksokrom
grubudur. Oksokrom grubu, bu özelliği ile bileşiğe tuz oluşumunu sağlatır.
Boyalara ilişkin en klasik sınıflandırma, boyaların kimyasal özelliğine göre yapılmıştır: Asit,
baz ve nötr boyalar vardır. Asit boyalarda renk maddesi asit köktedir, yani negatif elektrik
yüklüdür, anyonik boya adını da alır. Bazik veya katyonik boyada renk maddesi baz köktedir,
yani pozitif elektrik yüklüdür. Nötral bir boya ise asit ve bazik renk maddesinin birlikte
oluşturdukları bir tuzdur. Yani hem asit hem baz kök renk maddesini taşımaktadır. Asit
boyalar, bazik hücre komponentlerini, bazik boyalar asidik hücre komponentlerini boyarlar.
Bakteriler negatif elektrik yüklü (asidik) nükleik asitlerden zengin oldukları için bazik
boyalarla iyi boyanırlar.
Metilen mavisi gibi bazik bir boyada, renk maddesi pozitif yüklü köktedir. Boyanın kendisi
metilen mavisinin, klorla birleşmesiyle oluşan tuzu şeklindedir ve (MM+Cl-) sembolü ile
gösterilebilir. Bakteri hücresinin periferal alanı (hücre yüzeyi) negatif yüklüdür ve Na+ veya
K+ gibi pozitif yüklü iyonlarla bir kombinasyon oluştururlar (Bakteri hücresi-) (Na+).
Boyama süreci, boya ile bakteri hücresinin içindeki veya yüzeyindeki aktif bölgeler
arasındaki iyon değişimi reaksiyonlarını kapsar. Boyanma sırasında boyanın katyon kısmı
(MM) hücrenin katyon kısmı (Na) ile yer değiştirir.
(Bakteri hücresi-) (Na+) + (MM+) (Cl-) → (Bakteri hüc.-) (MM+) + (Na+Cl-)
Boya ile suda çözünmeyen bileşikler oluşturma özelliğine sahip olan ve böylelikle boyanın
mikroorganizma hücresine girmesini fazlalaştıran maddelere mordan adı verilir. Amonyum
oksalat, potasyum hidroksit, tannik asit, osmik asit, ferrik asit, pikrit asit, iyodin, alüminyum,
potasyum, demir çinko, bakır, krom gibi metallerin tuzları çeşitli boyama yöntemlerinde
mordan olarak kullanılırlar.
BOYAMA YÖNTEMLERİ
Basit boyama: Mikroorganizmaların tek bir boya ile boyanmalarıdır. Bu yönteme göre, tespit
edilmiş örneğin üzerine, incelenecek materyale göre, belirli bir boya çözeltisi konarak belirli
43
bir süre beklenir. Suyla yıkanan preparasyon kurutularak mikroskopta incelenir. Basit boyama
ile boyanmış bir preparasyondaki tüm hücreler aynı şekilde boyanmış olarak görülürler.
Diferansiyel boyama: Ayırt ettirici boyama yöntemleridir. Bakteri hücreleri arasındaki veya
hücre komponentleri arasındaki farkları görünür kılan boyama teknikleridir. Bu tip boyama
yöntemlerinde birden fazla boya solüsyonu kullanılır. Diferansiyel boyama yöntemleri içinde
en çok kullanılanı Gram Boyama Yöntemidir.
Gram Boyama Yöntemi: İlk kez 1884 de Christiansen Gram tarafından önerilmiştir. Bu
boyama yöntemi mantar ve protozooların boyanması için uygun değildir. Bakteriler için
hemen hemen rutin olarak kullanılan bu boyama yöntemi ile bakteriler iki büyük ve temel
grup olarak tanımlanırlar: Gram negatif ve Gram pozitif bakteriler. Gram negatif bakteriler
gram boyama yönteminde kullanılan iki farklı boyadan ilkini (Kristial viyole) preparatın
alkolle muamelesi sonucunda vererek renksizleşir ve ikinci boya (fuksin) ile boyanarak
pembe (veya kırmızı), gram pozitifler ise ilk boya olan kristal viyoleyi alkolle muamelede
vermeyip bununla boyanarak mor renk alırlar. Bakterilere ilişkin bu temel sınıflandırma,
herhangi bir bakterinin tanısı için, saptanacak ilk ve önemli kriterdir. Bu nedenle Gram
yöntemi rutin olarak hemen her bakteriyolojik incelemede uygulanır.
Bakterilerin Gram boyama yöntemi ile farklı boyanmalarının nedenlerine ilişkin çeşitli
teoriler öne sürülmektedir.
1. Bu farklı boyanmanın temel nedeni gram pozitif ve gram negatif bakterilerin hücre
duvarlarının yapılarının farklı olmasıdır. Gram negatif bakterilerin hücre duvarları gram
pozitif bakterilerinkinden daha kalın olup daha fazla lipid içermektedir. Boyanma
sırasında preparatın alkolle muamelesi, gram negatif bakterilerin hücre duvarlarından bu
lipidlerin uzaklaştırılmasına neden olmaktadır. Lipidlerin uzaklaştırılmasına bağlı olarak
por çapları ve geçirgenlik artar. Böylece ilk boya (kristal viyole) mordanla birlikte
hücreden dışarı çıkar, yani dekolarizasyon gerçekleşir. Bu olay hücrenin, uygulanan ikinci
boya (fuksin) ile boyanarak pembe renk almasına yol açar. Gram pozitif bakterilerin hücre
duvarları, içerdikleri az lipid miktarına bağlı olarak, alkolle muameleleri sırasında sularını
yitirirler, por boyutları küçülür, geçirgenlik artar ve aldıkları ilk boyayı vermezler, bu
nedenle de ikinci boya ile boyanamazlar ve ilk boyanın rengini gösterirler, yani mor
olarak görülürler.
44
2. Gram yöntemi ile farklı şekilde boyanma özelliği, iki bakteri grubunun hücre duvarlarının
geçirgenliklerinin farklı olması temeline dayanır. Gram pozitif bakterilerin hücre
duvarlarındaki peptidoglikan miktarı Gram negatif bakterilere oranla çok fazladır.
Boyama işlemi sırasında alkolle muamele edildiğinde fazla miktarda peptidoglikan içeren
Gram pozitif bakterilerin porlarının boyutları küçülür, geçirgenlikleri azalır ve ilk aldıkları
boyayı vermezler. Gram negatif bakterilerin ise hücre duvarları peptidoglikan açısından
fakir olup porlar alkol muamelesinden sonra bile ilk boya + mordan kompleksinin
hücreden dışarı verilebileceği denli büyük kalırlar.
Bu iki teorinin birbirinden üstün yönleri yoktur ve büyük bir olasılıkla ikisinde söz edilen
mekanizmalar birlikte rol oynarlar.
DENEYİN YAPILIŞI (GRAM BOYAMA YÖNTEMİ)
1. Kullanmadan önce ve kullandıktan sonra özenizi kızıl dereceye dek alevde ısıtmayı ve
açmadan önce ve kapatırken tüpünüzün ağzını alevden geçirmeyi hiç unutmadan,
sizlere verilen sıvı besiyerindeki karışık kültürden bir öze dolusu alarak lamın
üzerinde yayınız ve kurumasını bekleyiniz.
2. Lamı daha önce anlatıldığı şekilde, alevden geçirerek tespit işlemini gerçekleştiriniz.
3. Lam üzerindeki örneğin üzerine gelecek ve örneği örtecek şekilde Kristal viyole
dökerek iki dakika bekleyiniz.
4. Bekleme süresi tamamlandıktan sonra boyayı dökerek preparatı çeşme suyu ile
yıkayınız.
5. Bu kez örnek üzerine mordan olarak kullandığımız lugolden koyarak iki dakika
bekleyiniz.
6. Bekleme süresini izleyerek lugolü dökünüz ve preparatınızı önce su, sonra alkolle
(%96) (yaklaşık 15-20 saniye kadar) mor boya akmayana dek yıkayınız.
7. Renk giderme işleminden sonra preparatınızın üzerine sulu fuksin koyarak 30-60 sn
kadar bekleyiniz.
8. Boyayı dökerek preparatınızı çeşme suyu ile yıkayınız ve kurutma kağıdı ile
kurutunuz.
9. Preparatınızı immersiyon objektifi ile inceleyerek Gram pozitif (mor) ve Gram negatif
(pembe) bakterileri ayırt etmeye çalışınız.
45
STERİLİZASYON – DEZENFEKSİYON VE BESİYERLERİNİN
HAZIRLANMASI
A. MİKROORGANİZMALAR
B. MİKROORGANİZMALARDAN KORUNMA YÖNTEMLERİ
1. STERİLİZASYON
2. DEZENFEKSİYON
3. PASTÖRİZASYON
C. FİZİKSEL YÖNTEMLER İLE MİKROORGANİZMALARIN KONTROLÜ
1. SICAKLIK
2. KURUTMA
3. SÜZME (FİLTRASYON)
4. RADYASYONLAR
5. SES DALGALARI
6. ELEKTRİK AKIMI
7. OZMOZİS ve OZMOTİZ BASINÇ
8. YÜKSEK BASINÇ
9. ÇÖKTÜRME (SEDİMENTASYON)
D. KİMYASAL YÖNTEMLER İLE MİKROORGANİZMARIN KONTROLÜ
1. FENOL ve FENOL BİLEŞİKLERİ
2. ALKOLLER
3. İYOT ve İYOT BİLEŞİKLERİ (Tentürdiyot)
4. KLOR ve KLOR BİLEŞİKLERİ
5. AĞIR METAL ve BİLEŞİKLERİ
6. SABUNLAR ve SENTETİK DETERJANLAR
7. OKSİTLEYİCİ MADDELER
8. ASİTLER ve ALKALİLER
9. DEZENFEKTAN AERESOLLER
46
E. MİKROORGANİZMALARIN KONTROLÜNÜ ETKİLEYEN FAKTÖRLER
F. TESİR MEKANİZMASI
G. MİKROORGANİZMALARIN ÜRETİLMESİNDE KULLANILAN BESİYERLERİ
H. STERİLİZASYON İÇİN KULLANILAN ARAÇLAR
1. OTOKLAV
2. STERİLİZASYON FIRINI (PASTEUR FIRINI / KURU HAVA STERİLİZATÖRÜ)
3. KOCH KAZANI (ARNOLT CİHAZI)
4. FİLTRELER (ÖZEL SÜZGEÇLER)
5. BENMARİ (SU BANYOSU)
STERİLİZASYON-DEZENFEKSİYON VE BESİYERLERİNİN HAZIRLANMASI
A. MİKROORGANİZMALAR
Mikroorganizmaların kontrol altına alınmaları çeşitli amaçlar için yapılır. Herhangi bir
mikroorganizmanın tanımının yapılması, saf olarak ayrılması ve bütün çalışmalarda bu
saflığın korunması şarttır. Bu işlemler yapılırken bütün besiyerlerinin, ayıraç ve aletlerin steril
edilmesi ve steril şartların korunması zorunludur.
Mikroorganizmaların kontrol altına alınması; çeşitli besin maddelerinin bozulmadan
saklanması, hazırlanması ve kullanılması esnasında da gereklidir. Bu konu için sütün
pastörizasyonu örnek gösterilebilir.
Bunlardan başka insan, hayvan ve bitkilerde hastalık yapıcı mikroorganizmaların
yayılmalarının önlenmesi, bunların etken oldukları çeşitli hastalıklardan korunabilmesi ve
neden oldukları hastalıkların tedavi edilebilmesi için, mikroorganizmaların tanımının
yapılması ve kontrol altında tutulması gerekmektedir.
Mikroorganizmaların kontrol altında tutulmasında birçok fiziksel ve kimyasal yöntemlere
başvurulur. Bunun için en ucuz, en pratik ve diğer canlılara ve de çevreye zarar vermeyen
metotlar uygulanmalıdır.
47
Mikroorganizmalar tek hücreli varlıklardır. Her yerde yaygın olarak bulunurlar. İnsanlara
etkileri yönünden;
1. Yararlı olanlar
2. Zararlı olanlar
3. Yararı da zararı da olmayanlar diye guruplandırılabilir.
1. Yararlı Olanlar: Binlerce mikroorganizmanın içinde yararlı olan pek çok tür vardır.
Bazı baklagillerin (gorunga gibi) köklerinde yaşayan bakteriler, havadaki azotu bağlayarak
protein sentezi yaparlar ve bu proteinleri, kökleri vasıtasıyla toprağa vererek, toprağın azot
yönünden zenginleşmesini sağlarlar. Besin sanayisindeki fermantasyon teknolojisinde,
(mesela
yoğurdun
mayalanması,
şarapların
üretilmesi,
vb.)
rolleri
olduğu
gibi,
bağırsaklarımızda yaşayan bazı bakterilerin de, vitamin sentezi yaparak bu vitaminleri vücuda
verdiği bilinmektedir.
2. Zararlı Olanlar: Birçok bulaşıcı hastalığın nedenleri de bu mini canlılardır. Bunlar
kolera, tifo, çocuk felci, kızamık, kabakulak, menenjit, verem, kuduz, cüzzam gibi
hastalıkların taşıyıcılarıdır.
3.Yararı da Zararı da Olmayanlar: Deride epidermitis bu tip mikroorganizmalardandır.
B. MİKROORGANİZMALARDAN KORUNMA YÖNTEMLERİ
Mikroorganizmalardan, fiziksel ve kimyasal metotlar yardımıyla korunmak ve kurtulmak
mümkündür.
Bu
amaçla
laboratuarlarda
birtakım
aletler
ve
kimyasal
maddeler
kullanılmaktadır.
1. STERİLİZASYON
Herhangi bir ortam veya maddede mevcut spor ve bütün mikroorganizmaların öldürülmesi
veya ortamın canlılardan arındırılmasına sterilizasyon denir. Bu işlem için fiziksel
metotlardan yararlanılır. Tüm canlılardan arındırılmış ortam veya madde, mikrobiyolojik
yönden steril olarak tanımlanır. Böyle bir ortamda, zararlı olsun veya olmasın, bütün
mikroorganizmalar ve sporlar öldürülmektedir. Uygulama alanları; besin maddeleri, cerrahi
aletler, enjeksiyonlar, ilaçlar, laboratuarlar vb’dir.
2. DEZENFEKSİYON
Hastalık yapan (patojen) mikroorganizmaların kimyasal maddeler yardımıyla öldürülmesi
işlemidir. Bu işlemler sırasında birtakım kimyasal dezenfektanlar kullanılır. Genel olarak;
48
Bakterisit ; bakterileri öldürebilen,
Fungusid ; mantarları öldürebilen,
Virusid ; virüsleri öldürebilen ve
Sporisid ; sporları öldürebilen anlamında kullanılan terimlerdir.
Fiziksel ve kimyasal etkenlerin, mikroorganizmaları öldürücü (sidal) etkileri yanında bir de
üremeyi önleyici (statik) etkileri vardır. Üremeyi önleyen bir maddenin dozu veya etki
müddeti biraz arttırıldığında öldürücü etki de yapabilir.
Dezenfeksiyon ;
a. Hastalık sırasında (idrar, dışkı vs.)
b. Hastalıktan sonra (oda, yatak, havlu vs.)
c. Normal yaşamda ortak kullanılan yerlerde (havuz, hamam vs.) yapılabilir.
3. PASTÖRİZASYON
Özellikle gıda endüstrisinde yararlanılan bir dezenfeksiyon metodudur. Süt, tereyağı, meyve
suları,
bira
ve
şarap
gibi
alkollü
içeceklerin
içerisindeki
zararlı
(patojen)
mikroorganizmaların, bu maddelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini bozmadan, ısı ile
öldürülmesi yöntemidir. Bu işlem, aynı zamanda, saklama müddetlerinin arttırılması
amacıyla da yapılabilir.
Pastörize edilecek madde, belirli bir sıcaklık derecesinde bir müddet bekletildikten sonra, ani
olarak
soğutulur.
Bu
işlem,
madde
içerisinde
bulunabilen
zararlı
(patojen)
mikroorganizmaların en dayanıklı olanının öldürülmesi esasına dayanır.
Pastörizasyonda amaç; madde içerisinde kaynatma ile zarara uğrayan protein, vitamin gibi
besin maddelerinin kaybını önleyerek veya en aza indirerek, ortamdaki zararlı
mikroorganizmaları öldürmektir.
Mikroorganizmaların kontrol altına alınmasında ve öldürülmesinde kullanılan daha birçok
yöntem vardır. Bunlar; sıcaklık, kurutma, süzme (filtrasyon), radyasyon, ses dalgaları, elektrik
akımı, ozmosiz ve ozmotiz basınç, yüksek basınç ve çöktürme (sedimantasyon) şeklinde
sıralanabilen fiziksel yöntemler ve birtakım kimyasal maddelerin kullanıldığı kimyasal
yöntemlerdir.
C. FİZİKSEL YÖNTEMLER İLE MİKROORGANİZMALARIN KONTROLÜ
1. SICAKLIK
Düşük ve yüksek sıcaklık, mikroorganizmaların kontrolünde en etkin, ucuz ve kolay olması
bakımından çok yaygın olarak kullanılan fiziksel bir yöntemdir. Sıcaklığa karşı her bir
49
mikroorganizma farklı dayanıklılık gösterir. Genellikle negatif yüklü mikroorganizmalar 6080 oC de 5-10 dak. da ölürken, spor formdaki mikroorganizmalar daha dayanıklı olup, 100 oC
nin üzerindeki sıcaklığa dahi oldukça uzun zaman (10-20 dak.) dayanabilirler. Sıcaklık, düşük
ve yüksek sıcaklık olmak üzere iki şekilde uygulanabilir.
a. Düşük Sıcaklık: Düşük sıcaklık terimi +4 ve O (sıfır) arasındaki buzdolabı sıcaklığı ve O
(sıfırın)’ın altındaki dondurucu soğukluk anlamında kullanılmıştır. Ayrıca çok düşük
derecelerde (-70 oC) dondurulmuş mikroorganizmalar yıllarca canlı olarak saklanabilir.
Düşük sıcaklık ile bir sterilizasyon veya dezenfeksiyon yapmak söz konusu değildir. Ancak,
düşük sıcaklık derecesine göre, mikroorganizmaların üremeleri ve diğer faaliyetleri
yavaşlatılır veya tamamen durdurulur. Sonradan, uygun ortam bulduklarında bu
mikroorganizmalar tekrar faaliyetlerine devam ederler.
b. Yüksek Sıcaklık: Mikroorganizmaların üzerine öldürücü etkiye sahip olan 56 0C nin
üzerindeki sıcaklık yüksek sıcaklık olarak nitelendirilir.
2. KURUTMA
Mikroorganizmalar, faaliyet göstermek ve çoğalabilmek için suya ihtiyaç duyarlar.
Bulundukları ortamdaki su oranı belirli bir miktarın altına (%30-35) düştüğü takdirde
faaliyetleri durur ve yavaş yavaş ölmeye başlarlar. Ancak bazı mikroorganizmalar, özellikle
sporlar kuruluğa karşı oldukça fazla dayanıklıdırlar. Mikroorganizmaların kuruluğa
dayanıklılığı; bunların cinsine, içinde bulundukları ortamın özelliklerine ve çevrenin fiziksel
koşullarına (sıcaklık, ışık, rutubet vb.) bağlıdır.
3. SÜZME (FİLTRASYON)
Bu metot; yüksek sıcaklıkta fiziksel ve kimyasal özellikleri bozulabilen serum, enzimler,
antibiyotikler, bazı besiyerleri ve çözeltilerin steril edilmelerinde kullanılır. Sterilize edilecek
maddeler, bakterileri geçirmeyen özel süzgeçlerden, steril şartlar altında süzülür.
4. RADYASYONLAR
Enerjinin elektromagnetik yolla yayılmasına radyasyon denir. Radyasyon, uzaya enerji
taşıyabilen fiziksel bir olaydır. İyonize olmuş tanecikler, geçtikleri malzeme içerisinden
elektron koparabilecek güçte yüksek enerjiye sahiptirler. Malzemelerin atomlarından elektron
koparılması, pozitif ve negatif yüklü atomları ortaya çıkarır.
a. Ultraviyole Işınları: Mikroorganizmaların üzerinde fazlaca etkili olan ve pratikte en fazla
kullanılan radyasyondur. Ultraviyole radyasyonlar, canlı hücrede, nükleik asitler ve proteinler
50
tarafından kuvvetli bir şekilde tutulur. Böylece, özellikle hücre çekirdeğinin kimyasal yapısını
değiştirir, hücrede enzim aktivitesini etkiler veya genetik yapıyı bozarak ölüm meydana
getirirler.
b. X Işınları (Röntgen Işınları): Gerek mikroorganizmalar gerekse de daha kompleks yapılı
canlılar için öldürücüdürler. Ultraviyole ışığın aksine çok daha fazla nüfuz kabiliyetine
sahiptirler.
c. Gama Işınları: Dalga boyları daha kısa olduğundan madde içerisine nüfuz etme kabiliyeti
fazladır. Bu yüzden mikroorganizmalar üzerinde öldürücü etkisi vardır.
d. Katot Işınları (Elektron Akımı Radyasyonu, Beta Işınları): Dalga boyları kısa ve
negatif elektrik yükü taşırlar. Kütleleri çok küçük olduğundan düz hareket edemezler ve her
yönde
yayılırlar.
Operasyon
aletlerinin,
bazı
ilaçların
ve
birtakım
maddelerin
sterilizasyonunda kullanılırlar.
5. SES DALGALARI
Ses dalgaları, bir sıvı içerisinde süspansiyon halinde bulunan mikroorganizmalara uygulanır.
Ses dalgaları mikro kabarcıkları oluşturarak ortamdaki molekülleri hareketlendirir. Bu
hareketten meydana gelen sıcaklık da (50-80 oC) mikroorganizmalar üzerinde öldürücü etki
yapar. Aynı zamanda ses dalgaları, sıvı içerisinde yüksek basınç merkezleri meydana
getirerek bakteri zarlarını parçalar.
6. ELEKTRİK AKIMI
Mikroorganizmaların süspansiyon halinde bulunduğu bir sıvıdan elektrik akımı geçirildiğinde,
bir kısmının öldüğü görülür. Bu etkinin nedeni ortamda sıcaklığın yükselmesi ve bazı
kimyasal değişikliklerin meydana gelmesidir. Bu değişiklikler sonucunda oluşan ozon ve
klorürler mikroorganizmaların ölümüne sebep olurlar.
Mikroorganizmalar, bir sıvı ortam içerisinde süspansiyon haldeyken elektrik yükü taşırlar.
Nötr bir çözeltide bu elektrik yükü negatiftir. Böyle bir çözeltiye elektrotlar yerleştirilip,
elektrik akımı geçirildiğinde negatif yüklü olan bakteriler, pozitif elektrota (anoda), diğer
pozitif yüklü maddeler de negatif elektrota (katoda) doğru hareket ederler.
7. OZMOZİS ve OZMOTİZ BASINÇ
Farklı yoğunluktaki iki çözelti, yarı geçirgen bir zarla ayrıldığında, az yoğundan çok yoğuna
doğru bir akım oluşur. Bu olaya ozmozis denir. Bakteri zarları yarı geçirgen olduğundan
bulundukları ortamın konsantrasyonuna göre ozmozis ile karşılaşabilirler. Örneğin, %20 lik
51
bir NaCl çözeltisi içerisine bakteriler konursa, bakteri hücrelerinin yoğunluğu, içinde
bulundukları çözeltinin yoğunluğundan çok düşük olduğundan, hücreler su kaybederek
büzülürler. Bu olaya plazmolizis adı verilir (Şekil 1).
Plazmolizis
(Hücrenin su kaybederek
büzülmesi)
% 20 NaCl içinde
(Hücreden daha
yoğun bir ortam)
Hücre su kaybeder
Hücre büzülür
Şekil 1. Hücrede plazmolizis olayı
Aynı işlem %1 in altında NaCl ihtiva eden bir sıvıda yapılırsa, bakteri hücresinin yoğunluğu,
çevre sıvısının yoğunluğundan daha fazla olduğundan, bu kez su hücre içerisine doğru girerek
hücreyi şişirir. Hücre içerisine giren fazla miktardaki su ozmotik basıncı oluşturup hücrenin
patlamasına neden olur. Bu olaya da plazmoptizis adı verilir.
Plazmoptizis
(Hücrenin su alarak patlaması)
% 0,1NaCl içinde
(Hücreden daha az
yoğun bir ortam)
Hücreye su girer
Hücre büyür
Şekil 2. Hücrede plazmoptizis olayı
8. YÜKSEK BASINÇ
Mikroorganizmalar basınca karşı oldukça dayanıklıdırlar. Birkaç atmosferlik (atm) basıncın
mikroorganizmalar üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Ancak çok yüksek hava basıncı,
mikroorganizmaların enzim aktivitelerini durdurur ve bunları öldürebilir. 6000 atm’lik bir
basınç, 45 dak. içerisinde sporsuz bakterileri öldürebilirken, bakteri sporları 20.000 atm’lik
basınca bile dayanabilmektedirler.
52
9. ÇÖKTÜRME (SEDİMENTASYON)
Santrifüj denilen aletler ile, merkezkaç kuvvetinden yararlanılarak herhangi bir sıvı
içerisindeki mikroorganizmalar ve diğer parçacıklar (partiküller) çöktürülebilir. Bu metot ile
herhangi bir sıvının sterilize edilmesi söz konusu değildir. Ancak, bu metot sıvı içerisindeki
mikroorganizmaları, bu sıvıdan ayırma işleminde kullanılmaktadır.
D. KİMYASAL YÖNTEMLER İLE MİKROORGANİZMARIN KONTROLÜ
Mikroorganizmalar üzerinde etkili olan çok sayıda kimyasal madde vardır. Kimyasal
maddelere, genellikle sıcaklık ve diğer fiziksel etkenlerin kullanılmasının mümkün olmadığı
durumlarda başvurulur. Bu işlem için kullanılabilecek bazı kimyasal maddeler aşağıda
sıralanmıştır.
1. FENOL ve FENOL BİLEŞİKLERİ: Mutfak kaplarının, tuvaletlerin, beton ve tahta
yüzeylerin dezenfeksiyonunda kullanılır. Fenollerin, mikroorganizmalar üzerine etkisi, hücre
zarını parçalama ve proteinlerin normal yapısını değiştirme şeklinde olmaktadır.
2. ALKOLLER: Etil alkolün sporlar üzerine fazla etkisi olmadığından, etkin bir sterilizasyon
sağlayamaz. Diğer alkoller mikroorganizmalar üzerinde daha etkilidirler ancak fazla
kullanılma alanları yoktur. Alkollerin etkileri, hücre proteinini pıhtılaştırmalarından ve
hücrelerin suyunu almalarından ileri gelmektedir.
3. İYOT ve İYOT BİLEŞİKLERİ (Tentürdiyot): İyotun; bakterisit, fungusid, sporosid
etkileri yanında virüsid etkisi de vardır. İyot bileşikleri su ve havanın dezenfeksiyonu için de
kullanılır.
4. KLOR ve KLOR BİLEŞİKLERİ: Klor; gaz veya çeşitli bileşikler halinde bulunabilen
dezenfektanlardan biridir. İçme sularının, yüzme havuzlarının, gıda üretim yerlerinin ve gıda
depolarının dezenfeksiyonunda kullanılır. Gaz klor, basınç altında sıkıştırılarak sıvı hale
dönüştürülür ve genelde şehir içme sularının dezenfeksiyonunda kullanılır.
5. AĞIR METAL ve BİLEŞİKLERİ: Civa, gümüş, bakır gibi ağır metallerin ve bunların
bileşiklerinin mikroorganizmalar üzerine zararlı etkileri vardır. Bunlar, enzimlerin sülfidrik
gurupları ile birleşerek enzim aktivitesini bozarlar. Bakır sülfat, sularda alglerin çoğalmasını
önlemek için kullanıldığı gibi fungusid olarak da kullanılabilir. Gümüş nitrat ise, özellikle
yeni doğmuş bebeklerde göz dezenfektanı olarak gözlere damlatılır.
6. SABUNLAR ve SENTETİK DETERJANLAR: Sabunlar, yüksek yağ asitlerinin sodyum
veya potasyum ile meydana getirdikleri tuzlar olup, mikrop öldürücü etkileri sınırlıdır.
53
Deterjanlar, ıslatıcı kuvveti fazla olan iyon gruplarına sahip kimyasal maddelerdir. Bunlar,
yüzeysel aktif olduklarından mikroorganizmaların hücre permeabilitesini (geçirgenliğini)
bozarlar. Aynı zamanda, hücre proteinin kolloidal yapısını da deforme ederler.
7. OKSİTLEYİCİ MADDELER: Bu grupta incelenen hidrojen peroksit ( H2O2 ), ozon (O3),
potasyum permanganat ( K2MnO4 ) gibi oksitleyici kimyasal maddeler, mikroorganizmaların
serbest sülfidik gruplarını oksitleyip öldürücü etki yaparlar.
8. ASİTLER ve ALKALİLER: Mikroorganizmaların asitliğe ve alkaliliğe dayanma sınırı
farklıdır. Genellikle bakteriler nötr, küf ve mayalar hafif asidik ortamda daha iyi gelişir ve
çoğalırlar. Ortamın hidrojen iyonu konsantrasyonu mikroorganizmanın gelişmesini durdurur
veya öldürür. Alkaliler de hidroksil iyonu konsantrasyonuna bağlı olarak, mikroorganizma
üzerinde etkili olurlar. Sodyum hidroksit ( NaOH ), potasyum hidroksit
( KOH ), kalsiyum hidroksit [Ca(OH)2] gibi kuvvetli alkaliler genellikle gram negatif
bakteriler ve virüsler üzerinde öldürücü etki yaparlar.
9. DEZENFEKTAN AERESOLLER: Bunlar, havada çok küçük damlacıklar (1–2mikron
boyutunda) halinde yayılarak bir müddet askıda kalabilen maddelerdir. Havanın
dezenfeksiyonu için bunlardan yararlanılır. Formaldehit, etilen oksit, kükürt dioksit, beta
propiolaktan, kloroform gibi gazlar dezenfektan aeresollerdendir.
E. MİKROORGANİZMALARIN KONTROLÜNÜ ETKİLEYEN FAKTÖRLER
Çeşitli faktörler mikroorganizmaların kontrol altına alınmasında olumlu veya olumsuz rol
oynarlar. Uygulamada bu faktörlerin göz önünde tutulması gerekir. Bunlar;
1. Kimyasal Maddenin Cinsi ve Konsantrasyonu: Kimyasal maddelerin mikroorganizmalar
üzerinde en etkin oldukları konsantrasyonların kullanılması gerekir. Bunun için kimyasal
maddelerin çeşitli konsantrasyonlarının denemeleri yapılır ve maddenin aktivitesi
derecelendirilerek dezenfeksiyon spektrumu çıkartılır. Bu durum göz önüne alınarak,
mücadelesi yapılan mikroorganizmaların cinsine göre en fazla etkin olan maddenin
kullanılması uygun olur.
2.
Fiziksel
Etkenin
Tabiatı
ve
Şiddeti:
Fiziksel
etkenler,
özelliklerine
göre
mikroorganizmalar üzerinde farklı olarak etki ederler. Örneğin; alevden geçirme, kaynatmaya
oranla çok daha fazla etkindir.
3. Etki Müddeti: Gerek fiziksel etkenler ve gerekse kimyasal maddeler etkileri altındaki
mikroorganizmaları
anında
yok
edemezler.
Etkenin
nüfuz
etme
mikroorganizmaların cinsine göre, uygun bir müddet beklemek gerekir.
54
kabiliyetine
ve
4. Ortamın Sıcaklığı: Bir çok kimyasal maddelerin etkisi, kimyasal reaksiyonlarda olduğu
gibi ortamın sıcaklığının artmasıyla orantılı olarak artar. Genellikle her 10 oC artış için
maddenin etkisi de iki kat artar.
5. Ortamdaki Mikroorganizmaların Sayısı: Ortamda mikroorganizmaların sayısı arttıkça,
çeşitli etkenlere karşı dayanıklılıkları da artar.
6. Mikroorganizmaların Cinsi: Farklı mikroorganizmalar kimyasal ve fiziksel etkenlere
karşı farklı derecelerde dayanıklılık gösterir. Genellikle mikroorganizmalar daha hassas,
sporlar ve özellikle de bakteri sporları etkenlere karşı çok daha fazla dayanıklıdırlar.
7. Ortamın Cinsi: Mikroorganizmaları içeren ortamın tabiatı da etkenler üzerinde önemli bir
faktördür. Örneğin yüksek sıcaklık, asit ortamda, alkali ortamdan daha fazla etkili olur.
Ortamın yoğunluğu arttıkça mikroorganizmanın dayanıklılığı da artar.
F. TESİR MEKANİZMASI
Fiziksel ve kimyasal etkenler mikroorganizmaları etkileyerek, üremelerini engeller veya
onları öldürür. Çeşitli etkenlerin, mikrobiyal hücrelere başlıca zarar verme şekilleri aşağıda
sıralanmıştır.
1. Hücre Zarını Bozma ve Parçalama: Bazı etkenler hücre zarını parçalamak veya eritmek
yoluyla hücreye zarar veririler. Örneğin tükürükteki lizozimin etkisi bu şekildedir. Benzer
olarak bazı antibiyotikler (penisilin) bakterilerin hücre zarı sentezini durdurur ve böylece
üremesini engeller.
2. Hücre Permeabilitesini (geçirgenlik) Değiştirme: Mikrobiyal hücrenin stoplazmik zarı,
hücre içi maddelerini korur ve aynı zamanda hücre içine giren besin maddelerinin seçilmesi
görevini yapar. Bunun için özel geçirgenlik niteliğine sahiptir. Bu geçirgenlik niteliğinin
bozulması, hücrenin gelişmesinin durdurulmasına veya hücrenin ölümüne sebep olur.
Fenoller, deterjanlar ve sabunlar, hücreye bu şekilde etki ederler.
3. Protoplazmanın Koloidal Yapısının Bozulması: Bazı etkenler bu yapıyı bozarak zarar
verirler. Örneğin yüksek sıcaklık, bu yolla hücre proteinini koagüle (yumaklaştırarak) ederek
hücreyi öldürür. Benzeri olarak; asit, alkali ve alkoller de, hücrenin protein yapısını bozarak
hücreyi öldürürler.
4. Enzim Aktivitesinin Bozulması: Bazı maddeler enzimlerin aktif grupları ile birleşerek,
onların aktivitesini bozarlar. Böylece hücrenin biyokimyasal reaksiyonları normal yürüyemez.
Ağır metaller, deterjanlar ve bazı oksitleyici maddeler, mikroorganizmalar üzerinde bu
şekilde etkili olurlar.
55
G. MİKROORGANİZMALARIN ÜRETİLMESİNDE KULLANILAN BESİYERLERİ
Mikroorganizmaları laboratuarda üretmek, saf olarak ayırmak, tanımlarını yapabilmek ve
ilgili her türlü çalışmaları yürütebilmek için, onların ihtiyacı olan besin maddelerini ihtiva
eden ortamlar hazırlanır. Bu ortamlara kültür vasatları veya mikrop besiyerleri adı verilir.
Mikroorganizmaların gelişip üreyebilmesi için besin ihtiyacının yanı sıra, besiyerinin nemi,
pH’sı, kıvamı, oksidasyon-redüksiyon potansiyeli ve uygun üreme sıcaklığı da göz önünde
tutulur.
Birçok besiyeri, birtakım laboratuarlarda üretilip piyasalarda hazır olarak satılmaktadır. Bu
maddeler laboratuarlarda sulandırıldıktan sonra kullanılırlar. Aşağıda bazı besiyeri örnekleri
verilmiştir.
a. Et ekstraktı veya et suyu
b. Pepton
c. Maya ekstraktı
d. Agar (jeloz)
e. Kan ve serum
f. Sodyum klorür
g. Jelatin
H. STERİLİZASYON İÇİN KULLANILAN ARAÇLAR
Sterilizasyon,
mikrobiyoloji
tekniğinin
esasını
teşkil
eder.
Mikroorganizmaların
üretilmelerinde ve diğer işlemlerde kullanılan besiyerleri, kimyasal maddeler ve diğer araçlar
steril olmadığı takdirde, kesin ve güvenilir sonuçlar alınamaz. Bu nedenle; mikrobiyolojik
çalışmalarda sterilizasyona özel önem göstermek gerekir. Sterilizasyon bazı özel araçlarla ve
çeşitli yöntemlerle yapılır. Sterilizasyon için kullanılan en önemli araçlar şunlardır:
1. Otoklav
2. Sterilizasyon fırını (Pasteur fırını, kuru hava sterilizatörü)
3. Koch kazanı (Arnolt cihazı)
4. Filtreler (Özel süzgeçler)
5. Benmari (Su banyosu)
56
1. OTOKLAV
Otoklav, mikrobiyoloji laboratuarlarının en önemli ve kıymetli aletlerinden biridir. Çok
titizlikle çalıştırılması gerekir. Aksi durumda, sterilizasyon işleminin sağlıklı bir biçimde
yürüyemiyeceği gibi, laboratuar personelinin hayatını tehlikeye sokabilecek sakıncalar da
doğurabilir.
Otoklav, basınçlı doymuş su buharı ile çalışabilen bir sterilizatördür (Şekil 3). Basınca
dayanıklı bir kazan ve bir takım eklerden oluşmuştur. Vidalarla gövdeye sıkıca bağlanabilen
kapağı, iç basıncı ölçen manometresi, iç sıcaklığı ölçen termometresi ve içindeki havanın
boşaltılmasını sağlayan bir musluğu vardır. Ayrıca su deposundaki su düzeyini gösteren
göstergesi ve basıncın çok yükseldiği durumlarda açılarak, otoklavın basıncını düşürebilen bir
emniyet kapağı da mevcuttur.
Bilindiği gibi; normal atmosfer basıncında (1atm veya 760 mm-Hg sütununa denk basınç
altında) suyun kaynama sıcaklığı 100 oC dir.
Ancak kapalı bir kap içerisinde, doymuş su buharı basıncı ile, kaynama sıcaklığını arttırmak
mümkündür. Otoklav bu esasa göre yapılarak, santimetre kareye 2-3 atm lik basınç sağlanmış
ve 120-140 oC ye kadar bir yaş sıcaklık elde edilmiştir.
57
Otoklavın Çalıştırılması : Otoklav çalıştırılmadan önce, içerisindeki su miktarı kontrol
edilir. Noksanlık varsa su ilave edilir. Sterilize edilecek madde ve aletler usulüne göre
hazırlanıp, içerisine yerleştirilir. Otoklav çok doldurulmayıp, en fazla üçte biri
doldurulmalıdır. Bundan sonra kapağı sıkıca kapatılıp buhar musluğu açık bırakılır ve alet
çalıştırılır.
Otoklav, elektrik, havagazı veya başka bir ısı kaynağı ile çalıştırılabilir. Otoklavda su
kaynayıp buharlaşınca musluktan buhar çıkmaya başlar. Çıkan su buharı, aletin içerisindeki
havayı sürükleyerek aşağıdaki açık vanadan boşaltır. Havanın tamamen boşalabilmesi için en
az 5 dk. beklenmelidir. Hava, otoklav boşluğunun alt kısmında, su buharı ise daha üstte
olduğu için, havanın çok kısa sürede boşalmayacağı unutulmamalıdır. Musluktan yalnız su
buharı çıkınca vanası kapatılır. Otoklavın içinde hava kalması, gerek basınç, gerekse
sıcaklığın ayarlanması bakımından sakıncalıdır. Aynı zamanda hava ile karışık su buharı,
sterilizasyon için doymuş su buharı kadar etkili değildir.
Otoklavda su buharı basıncı arttıkça, bununla orantılı olarak, sıcaklık derecesi de artma
gösterir. Bu durum manometre ve termometrede izlenir. Yani otoklav içinde cm2 ye;
1atm lik basınçta 120 oC
2 atm lik basınçta 134 oC
3 atm lik basınçta 144 oC lik sıcaklıklar elde edilir.
Yukarıda görüldüğü gibi; birim hacime uygulanan basınç arttıkça, elde edilen sıcaklık miktarı
da artmaktadır.
Sterilize edilen maddelerin durumu göz önünde tutularak istenilen sıcaklık derecesi elde
edilince, ısı kaynağı kısılır ve bu derecede belli bir müddet tutulur. Sonra ısı kaynağı kapatılır.
İşlem bittikten sonra otoklavın kapağı hemen açılmaz. Otoklavın iç basıncı fazlayken kapağın
açılması son derece tehlikelidir. Bu sebeple içteki basıncın sıfıra, sıcaklığın da suyun normal
kaynama derecesine düşmesi beklenir. Otoklav soğuyunca, önce musluk sonra kapak açılır.
Alet kullanılırken dikkat edilmesi gereken noktalar:
1. Musluk açılıp basınç düşürülürse, sıvı maddeler kaynama derecesinin çok üzerinde bir
sıcaklığa sahip olduğundan, ani kaynama ile kabın dışına taşabilirler.
2. Eğer otoklav fazla soğutulursa içerisindeki su buharının yoğunlaşmasıyla negatif basınç
meydana gelebilir. Bu durumda da sıvı maddelerin kaynama dereceleri, negatif basınçtan
dolayı düştüğünden, kaynayarak taşarlar.
Otoklavda ;
120oC’de 20 dakika
115oC’de 25 dakika
58
107oC’de 30 dakika
105oC’de 60 dakikada sterilizasyon yapılır. Ancak zaman ayarlaması yaparken,
otoklava konulacak kapların büyüklüğünün de (sıvı hacmi) göz önüne alınması gerekir.
Büyük kaplar içindeki sıvıların otoklav sıcaklığına erişmesi için daha fazla zamana ihtiyaç
duyulur. Diğer yandan, otoklava konulacak kaplar 2/3 den fazla doldurulmamalıdır.
2.STERİLİZASYON FIRINI (PASTEUR FIRINI / KURU HAVA STERİLİZATÖRÜ)
İçerisinde kuru havayı ısıtmak ve sıcak hava dolaşımını sağlamak suretiyle çalışan bir
sterilizatördür. Mikrobiyolojide kullanılan her türlü cam, porselen ve madeni eşyalar bu
fırında sterilize edilir.
Sterilize edilecek aletler temizlenip kurutulur ve aralarından hava akımı geçecek şeklide
fırına yerleştirilir. Fırının ağzı kapatılıp istenilen dereceye ayarlanır ve sterilizasyon müddeti
kadar beklenip alet durdurulur.
Sterilizatör çalışıyorken veya sıcakken kapağın açılması sakıncalıdır. Kızgın olan cam
aletlere, soğuk havanın ani olarak çarpması sonucu bunların çatlamaları mümkündür. Bu
nedenle aletin soğuması beklenir. Dikkat edilmesi gereken başka bir nokta da, alete
malzemenin yaş olarak konulmamasıdır. Bu durumda bazı cam aletler çatlayabilir.
Pasteur fırınında, aletlerin tam olarak steril edilmesi için;
170oC’de 1 saat
160oC’de 1,5 saat
150oC’de 3 saat bekletilmesi gerekir.
3. KOCH KAZANI (ARNOLT CİHAZI)
İçerisinde doymuş su buharı dolaşımı sağlanan bir kazandan ibarettir. Bir su deposu ve
maddelerin konulması için kafes ihtiva eder. Elektrik veya başka bir sıcaklık kaynağı ile
suyun buharlaşması sağlanmış ve içerisindeki su düzeyini belirleyen bir gösterge eklenmiştir.
Koch kazanı, katı besiyerlerinin eritilmesinde ve 100 oC’ nin üzerinde bozulan maddelerin
sterilizasyonun da kullanılır.
4. FİLTRELER (ÖZEL SÜZGEÇLER)
Herhangi bir sıvı içerisindeki süspansiyon halinde bulunan maddeleri ayırmak için, bunların
birtakım özel süzgeçlerden geçirilmesi gerekir. Mikrobiyolojide, bu işleme filtrasyon ve
kullanılan aletlere de filtre denilmektedir.
59
Filtreler, kullanılmadan evvel tüm olarak otoklav veya sterilizasyon fırınında steril edilirler.
Sonra süzülecek madde, süzme haznesine konur ve usulüne göre süzme yapılır. Filtrasyonu
çabuklaştırmak için ya üstten basınç verilir yada süzüntü kabının bir vakum aletiyle havası
boşaltılır.
Isıtmakla fiziksel ve kimyasal özellikleri bozulabilen serum, üre gibi maddeler ve bazı besi
yerleri bu filtrasyon ile kolayca süzülebilir.
5. BENMARİ (SU BANYOSU)
İçerisindeki suyu belirli bir sıcaklık derecesinde tutan kaptan ibarettir. Bir ısı kaynağı ile su
ısıtılır. Regülatörü ile sıcaklık 56-100 oC arasında ayarlanabilir. Sterilizasyon yapmada
kullanıldığı gibi aşıların hazırlanması ve serum aktivitelerinin giderilmesi gibi birçok işlemde
de kullanılabilir.
60
KOMPLEKSİOMETRİK YÖNTEMLE SULARDAKİ AĞIR METAL TAYİNİ
Ağır Metal Kirliliği ve Çevreye Etkileri
Teknolojinin gelişmesiyle artan ağır metal kullanımı çeşitli çevre sorunlarını da beraberinde
getirmektedir. Ağır metaller gerek topraktan çıkarılırken gerekse işlenip mamul haline
dönüştürülürken sulara karışırlar. Özellikle, çeşitli endüstrilerde kullanılan ağır metal
atıklarının suya karışması kalıcı toksik etkiye sahip atıksuların oluşmasına neden olmaktadır.
Ağır metallerin sulardaki birikimi, bunların nedenleri ve sonuçları önemli çevresel sorunlar
arasına girmiştir.
Atıksuların kirlilik durumu kimyasal yönden incelendiğinde kirliliğin, organik veya inorganik
nitelikte olduğu görülür. İnorganik kirlilik organik kirliliğe kıyasla daha sürekli olup, organik
kirlilik gibi kendini temizleme olanağı yoktur. Seyrelme ve çökme olmadığı sürece çok zehirli
boyutlara ulaşabilir. Ağır metal kirliliği içeren atıksular, BOI değeri düşük, genellikle asidik,
suda yaşayan ve bu suyu kullanan canlılar için zehirleyici nitelikte, kendi kendine temizlenme
veya arıtılmada etken mikroorganizmaları bile öldürebilen inorganik karakterli sulardır.
Toksisiteleri açısından ağır metaller üç gruba ayrılabilir; ilk grupta bulunan Cu, Zn, Ni, V, Se
gibi iz metaller biyolojik açıdan hücre yapısında besin maddesi olarak kullanılırlar. Sınır
değerleri aşıldığında giderek zehirli olmaya başlarlar. Bu maddelerin bazıları nükleik asitlerle
olan zararlı etkileşimleri sonucu kanserojen etki oluşturabilirler. İkinci grupta yer alan As, Sb,
Bi, Tl gibi metaller, hiçbir biyokimyasal yararlılığı ve gerekliliği bilinmeyen zehirli maddeler
olmalarına karşın organizmada sınır değerleri aşılmadıkça izin verilebilen metallerdir. Son
olarak yer alan Pb, Cd, Cr, Hg gibi metaller ise, besin maddesi olarak kullanılmayan ve
yüksek toksisitesi olan elementlerdir.
Birçok suda nikel, mangan, kurşun, krom, kadmiyum, çinko, bakır, demir gibi metaller
bulunmaktadır. Bu metallerin bir kısmı önemli kirleticiler olarak sınıflandırılmakta, bir kısmı
ise biyolojik büyüme için gerekli olup yokluğunda büyümeyi durdurucu etkileri ortaya
çıkmaktadır.
Atıksularda bulunabilecek ağır metallerin kaynakları çok çeşitli olmakla beraber, tamamına
yakını endüstriyel alanlardan kaynaklanmaktadır. Maden endüstrisi, metal endüstrisi ve sanayi
tesisleri atıksuları ağır metal kirliliği içeren başlıca endüstrilerdir.
61
Ağır Metallerin Canlılar Üzerine Etkileri
Sodyum, potasyum, kalsiyum ve magnezyum gibi hafif metaller, hücre ve enzimler için
gerekli olup hücreler arasındaki elektronötralliği sağlarlar. Diğer ağır metaller (çinko, demir,
kalay, krom, mangan vb.) ise canlı yapısında eser oranda bulunurlar ve bazıları proteinlerin,
bazıları da enzimlerin (biyokatalizörler) içinde yer alırlar.
Ağır metaller genelde protein molekülleri ile kuvvetli bağlar oluşturma eğilimindedirler ve
birçok durumda enzim-metal kompleksini oluşturmaktadırlar. Çoğu enzimin fonksiyonu özel
bir protein – metal iyonu kombinasyonuna bağlı olarak yürümektedir. Bununla beraber, ağır
metallerin civa, kurşun gibi olanları organizma için gerekli olan iz elementlerle rekabet içinde
olup, bu iz elementlerin yerini almakta, iz elementlerin de bakır, çinko gibi bazılarının yüksek
konsantrasyonları belirli proteinlerin işlevini durdurmakta veya bozabilmektedir. Örneğin civa
ve kurşun, merkezi sinir sisteminde belirli enzimler ile kuvvetli olarak birleşmekte ve bu olay
sonucunda sinir sisteminde bozukluklar oluşmakta, zeka geriliği, delilik, koma hali ve ölüm
görülmektedir. Civa, ilave olarak özel bir proteinle birleşerek genetik materyal DNA’nın
fonksiyonlarını işlemez hale getirmektedir. Civanın neden olduğu ciddi anormal bebek
doğumları bu olayla açıklanabilmektedir. Suda kolayca çözünmediğinden, içme sularından
civa alınması ihtimali yok denecek kadar azdır. Teneffüs edilen hava ile alınan civa, gıdalarla
alınandan çok daha tehlikelidir ve diğer metallerin üretimi esnasında da atmosfere önemli
miktarda civanın karıştığı bilinmektedir.
Ağır metallerin proteine bağlanması toksisite yaptığı gibi aynı zamanda biyoakümülasyona da
neden olmaktadır. Metal dozu öldürücü seviyede değilse, küçük dozlar halinde zamanla
artmakta ve vücuda zarar verecek şekilde birikim yapmaktadır. İnorganik maddeler, vücutta
karaciğer ve böbrekte toplanma meyli gösterirler. Bu bir yandan karaciğer ve böbrekleri tahrip
ederken bir yandan da metalin idrar yoluyla vücuttan daha çabuk atılmasını sağlar. Ağır
metaller aynı zamanda sinerjistik etki göstermektedir. Örneğin bakır ve çinko beraber
bulunduklarında, ayrı ayrı bulunduklarına oranla on kat daha fazla etki yapmaktadırlar.
İçme suyunda demir ve mangan iyonlarının fazla oluşu insan bünyesinde zararlı etkiler
yapmaz, kalıcı renkleri nedeniyle estetik açıdan sakıncalıdır ve demir suya karakteristik bir
tad verir. Baryum için 1 mg/L limiti aşılırsa canlılarda böbrek ve dolaşım bozukluklarına
sebep olur. Pil, boya, plastik ve kaplama sanayilerinde kullanılan kadmiyum, standartlarda
belirtilen miktarlar aşılırsa; yüksek kan basınçlarına ve böbrek bozukluklarına neden
62
olmaktadır. Krom (VI) kalıcı birikim yapan kirleticilerdendir. Balık ve sulardaki canlılar için
çok küçük konsantrasyonlarda bile zehir etkisi gösterir. İçme sularında belirtilen sınırları
aştığı zaman insan vücudunda özellikle akciğer dokularında birikerek akciğerde kanser
oluşumuna, deri rahatsızlıklarına ve karaciğer bozukluklarına yol açar. Nikel ve kobaltın ise
kansere sebep olabileceği düşünülerek içme suyu standartlarına bu metalleri de eklemek için
çalışılmaktadır. Arsenik, selenyum ve siyanür gibi metal olmayan iz elementler de belirtilen
standartlar aşıldığı zaman canlılar için zehirli olmaktadırlar..
Bakır ve etkileri
Bakır doğada geniş bir yayılım alanına sahip olan bir metaldir. Elementel durumda bulunduğu
gibi sülfitler, arsenikler, kloridler ve karbonatlar halinde de bulunmaktadır. Bakır (II) çok
önemli bir bakır formu olmakla beraber suda çözünebilen çeşitli ajan tuzların üyelerini
kapsamaktadır. Bakır canlı organizmalar için gerekli olan iz elementler sınıfına girmektedir.
Günlük olarak insan vücuduna alımına izin verilebilirlik sınırı 3 mg kadardır. Bu metal çok
uzun zamandan beri insanlar tarafından kullanılmaktadır. Isı ve elektrik iletkenliği gümüşten
sonra en fazla olan metaldir. Bakır çözeltileri elektrokaplamada, tekstil üretiminde, kimyasal
proseslerde ve katalizör olarak çeşitli endüstrilerde kullanılmaktadır.
Bakır bileşikleri doğal olarak yüzey ve yeraltında oldukça düşük konsantrasyonlarda
bulunurlar. Bu nedenle evsel içme sularında doğal halde bulunurlar. Yıkama ve yemek
hazırlama, bakır kapların temizlenmesi gibi rutin ev aktiviteleri sonucunda da bakır atıksu
akışına karışır. Buna ilave olarak bakır bileşikleri, bakır ve pirinç boruların ve bağlantılarının
paslanması sonucunda kanalizasyon sularına dahil olur. Ayrıca bakır çatıların korozyonu ve
yüzeysel akış, ilave bakırın kanalizasyona girmesine sebep olur.
Bakır bileşikleri endüstriyel aktiviteler sonucunda da sulara karışırlar. Bunlara örnek olarak
metal temizleme ve elektroliz ile kaplama işleri gösterilebilir. Oyma (metal), takı işleri,
elektrik için parça üretimi, bakır içeren madenlerin drenajları, kağıt hamuru, silikon sentezi,
gübre üretimi, kimyasal prosesler, algisit (alglerin yok edilmesi için bakır tuzları kullanılır) ve
insektisit kullanımı endüstriyel sulara bakır karışmasına sebep olurlar. Ayrıca kağıt, petrol ve
boya endüstrileri atıksuları bakır kirliliği içeren ana kaynaklardır.
Bakır insanlar ve daha düşük seviyedeki canlılar için gerekli bir gıda elemanıdır. Küçük
miktarları sağlığa zararlı değildir, ancak içme suyunda istenmeyen tad yapar. Kullanılmış
suları biyolojik olarak arıtan sistemlerin iyi çalışabilmeleri için gerekli olup henüz bunun için
63
limitler belirlenmemiştir. Çok yüksek konsantrasyonlarda bulunmaları halinde (1000 mg ve
daha yüksek) her çeşit yaşayan organizmayı tahrip ederler ve neticede su sterilize olur.
Bakırın ağız yolu ile alımında yaklaşık 15 mg’lık bir miktar mide bulantısı, kusma ve
bağırsaklarda kramplara neden olmakta, sindirim sisteminde zararlara yol açmaktadır.
Özellikle birikim yaptığı organ karaciğer olup aynı zamanda böbrek, beyin, kornea, miyokard,
deri ve pankreasta birikmektedir (Volesky 2000). Bakır, iz element olduğundan metal-protein
birleşmesi yaparak metaloproteinler diye adlandırılan ve genelde enzimleri oluşturan yapıya
girmektedir. Bu gibi moleküllerde aktif taraf bakır metalidir. Alkali şartlarda toprak içerisinde
veya yüzey sularında bakır çökmektedir. Asit şartlarda çözünürlüğü yükselmekte, iyonik bakır
konsantrasyonu artmaktadır.
Bu element insanda özellikle karaciğerlerde çok az miktarda (1 mg/kg) bulunur. Bakır
zehirlenmesi daha çok bakırlı kapların uzun süre kullanılması ile olur. Bitkilerde fazla
miktarda bakır büyümeyi engeller. Yüzeysel sularda 1 mg/L’nin altında bile su bitkilerine
zehirli etki yapabilir. Bu olay fizyolojik bakımdan bakırın demirin yerine geçmesiyle
gerçekleşir. Bazı balık türleri için 1 mg/L konsantrasyonda bile toksik etki gösterebilen
bakırın, alabalıklar için zehirlilik sınırı 0,14 mg/L’dir.
Bakır bileşiklerinin çoğu çözünmez karakterlidir. Bundan dolayı atıksu sistemlerinde problem
oluşturmazlar. Ancak bakır nitrat, sülfat, klorür tuzları ve bazı bakır kompleksleri çözünür
karakterli olup bunlar atıksu arıtma sistemlerinde problem oluştururlar. Çeşitli arıtma
sistemlerinin aynı konsantrasyonlardaki bakır için farklı davranış göstermeleri beklenmelidir.
Siyanür, asidite ve diğer ağır metaller, bakır bileşikleri için sinerjistiktirler.
Çinko ve Etkileri
Metaller içerisinde tüketim bakımından çelik, bakır ve alüminyumdan sonra, çinko dördüncü
gelmektedir. Çevre mühendisliğinde kirlilik parametresi olarak önemli yer tutan ağır
metallerden biridir. Genellikle içme sularında 5 mg/L den fazla konsantrasyonlarda
bulunduğunda suya acı bir tat verir ve alkali sularda renk oluşumuna sebep olur. Kümülatif
etkiye sahiptir. Vücuttan atılması zor olmakla beraber Pb+2, Fe+2, Mn+2 gibi maddelerinde yer
aldığı zehirli bir ağır metaldir.
Kimyasal yönden aktif olması ve diğer metallerle kolayca alaşım yapabilmesi nedeniyle
çinko, endüstride temel girdisi ana maddesi çinko olan alaşım ve bileşiklerin üretiminde
64
kullanıldığı gibi diğer bazı alaşımlarında üretiminde kullanılmaktadır. Günümüzde çinkonun
kullanıldığı belli başlı alanlar şunlardır.
1. Çinko Kaplamaları (Çinko, galvanizleme ve çeliktan imal edilmiş parçaların paslanmaya
karşı korunmaları amacı ile kaplama işleminde kullanılır).
2. Çinko Alaşımları (Çinkonun kaplamadan sonra en büyük tüketim alanı alaşımlardır. Prinç
alaşımları %5-45 Zn içeren bir bakır alaşımıdır. Bronz, %2-4 oranında Zn içerir.)
3. Çinko tozu ve çinko oksit yapımı
4. Kimyevi maddeler yapımı
5. Pil sanayii
6. Elektrik aksamı
7. Boya sanayii
8. Lastik sanayii
9. Metal kaplar yapımı
Metal proses atıksuları, nikel, krom, gümüş, çinko kaplama işlemleri, kaplama yatakları ve bu
yatakların temizlenmesi işlemlerinde ortaya çıkan atıksular çinkonun birincil kaynaklarını
teşkil eder. Çözünme ve havalandırma yolu ile yeryüzünde yılda 720000 ton çinkonun
yayıldığı hesaplanmıştır. Yüzey sularındaki çinko konsantrasyonları insan aktiviteleri ve
şehirleşmeye bağlıdır.
Bir insanda günlük Zn ihtiyacı 8-20 mg kadardır. İnsan vücudu 2 gram kadar çinko içerir.
Protein metabolizmasına girer ve bazı enzimlerin işleyişinde rol oynar. Sözgelimi, ensülinle
kolayca kompleksler oluşturur.Çinko oksit solunmakla akciğer sistemini etkilemektedir.
Buharlarının solunması ile akut metal duman humması, boğaz tahrişi, öksürme, solunum
güçlüğü, adale ve eklem ağrıları, mide tahrişi, peptik ülserler ve çeşitli karaciğer etkileri
çinkonun kötü etkileridir.
Evlerde kullanılan çinko kaplardan ötürü klorür ya da sülfat halinde çinko yutulabilir; yutulan
miktar 5-10 gr arasında olduğunda 10-12 saat içinde öldürücü bir etki yapar. Galvanize
borulardan uzun süre su kullanımından kaynaklanan çinko zehirlenmesi ile ilgili birçok kayıt
vardır. Çinko tuzları antiseptiktir; merkezi sinir sistemine etki eder, çözündükleri zaman
zehirli ve yakıcıdır. Özellikle yakıcı olan çinko klorür, bazen kulak-burun-boğaz
hastalıklarında kullanılır.
65
Analiz Yöntemleri
Bakır ve çinko titrimetrik olarak analiz edilecektir. Titrimetrik yöntemler arasında asit baz
titrasyonları, manganimetri, bromatla yapılan titrasyonlar, iyodometrik titrasyonlar,
kompleksiometrik
titrasyon
yöntemleri
sayılabilir.
Bakır
ve
çinkonun
tayini
kompleksiometrik yöntemle yapılacaktır. Kompleksiometrik titrasyon yöntemleri, tayin edilen
maddenin bununla sağlam bir komleks oluşturan bir kompleks yapıcının çözeltisiyle titre
edilmesi esasına dayanır. Eşdeğer noktaya ulaşıldığında tayin edilen maddenin tümü komleks
biçimine geçer. Kompleksiometrik titrasyonlarda en yaygın olarak kullanılan kompleks yapıcı
‘etilen di amin tetra asetik asit’ (EDTA) tir. Asidin suda az çözünmesi nedeniyle disodyum
tuzu yaygın olarak kullanılır. Kompleksiometrik titrasyonların son noktanın belirlenmesinde
çeşitli yöntemlerden yararlanılır. Bunlar arasında en yaygın olarak kullanılan metal iyonu
indikatörlerdir. Metal indikatörü olarak metal iyonu ile EDTA dan daha zayıf kompleks
oluşturan kompleks yapıcılar kullanılır. İndikatörün ortama katılmasından sonra metal
iyonunun bir bölümü indikatör kompleksi biçiminde bağlanır. Çözelti oluşan bu indikatör
kompleksinin rengini gösterir. Çözelti EDTA ile titre edildiğinde önce serbest metal iyonları
EDTA kompleksi biçiminde bağlanır, bundan sonra EDTA indikatör kompleksindeki metal
iyonlarını çekerek kendisine bağlar ve böylece son noktasına ulaşıldığında serbest kalan
indikatör çözeltinin rengini değiştirir.
EDTA ile kompleks teşekkülünde sonucu etki eden en önemli faktör pH’dır. PH’nın
düşüklüğü metal komplekslerinin iyonizasyonuna sebep olur. Yüksek pH’larda metal
iyonlarının hidrolizi kendini gösterir.
Reaktifler
Müreksit indikatörü: Sulu çözeltisi kararsız olduğu için katı formu kullanılır. Kararlı olan
bu katı formunda 0,2-0,4 gram kullanılır.
EDTA çözeltisi: 3,723 gram EDTA alınarak 1000 mL lik bir çözelti hazırlanır. Bu çözeltinin
konsantrasyonu 0,01 M dir.
Tampon çözelti: Kompleksiometrik tayinlerde kullanılan amonyak-amonyum klorür tampon
çözeltisi 142 mL derişik amonyak çözeltisi (%25; d=0,88-0,90) içinde 17,5 gram NH4Cl
çözülüp 250 mL ye seyreltilerek hazırlanır. (pH=10)
66
Deneyin Yapılışı:
Analiz yapılacak numuneden 100 mL bir erlene alınır. Üzerine 2 mL tampon çözelti ilave
edilir. Üzerine 0,2-0,4 gram müreksit indikatörü ilave edilir. Daha sonra 0,01 M EDTA ile
bakır için renk portakal sarısından leylak rengine, çinko için renk portakal sarısından koyu
menekşeye dönünceye kadar titre edilir.
Deney Sonucunun Hesaplanması:
N.V.65,38.1000
Zn+2 (mg/L) =
mL (örnek)
N.V.63,54.1000
+2
Cu (mg/L) =
mL (örnek)
67
İON SEÇİCİ ELEKTROT YARDIMIYLA SULARDA AMONYAK (NH4-N) TAYİNİ
GENEL BİLGİ
Azot ve azotlu maddeler çevre mühendisliğinin çeşitli alanlarında büyük önem taşırlar. Hava
kirliliği, su kirliliği olaylarının çoğunda azotlu maddeler ilk aranması gereken kirlilik
unsurlarıdır. Azot doğal dolanımı olan, bakteriler tarafından tüketilmek suretiyle veya
kimyasal yollardan değişik oksidasyon kademelerinde bileşikler halinde bulunabilen bir
maddedir. Azot değişik oksidasyon seviyelerinde hemen tüm hücrelerin yaşama ve üremeleri
için besi maddesi olarak kullanılmakta ve belirli bir minumum değerin üstünde olmalıdır.
Aktif çamur veya benzeri atıksu arıtma tekniklerinin gerçekleşmesi için sudaki karbonlu
maddelerin %5’inden daha fazla miktarda azotlu maddenin suda bulunması gerekmektedir.
Genellikle evsel atıksuların içerdiği karbon ve azot miktarları arasında bu minumum koşuldan
daha elverişli oranlar mevcuttur. Çünkü, bir kişinin günde kanalizasyona bıraktığı karbonlu
atık maddenin BOİ karşılığı ortalama 54 gr/kişi-gün olduğu halde, toplam azotlu madde
miktarı 10 gr/kişi-gün olmaktadır. Böylece atıksuda oluşacak BOİ5: N konsantrasyon oranı
100: 5 olan minumum gereksinmenin çok üzerindedir. Ancak birçok endüstri suyu, özellikle
evsel atıksuların yeterince karışmadığı durumlarda, karbon azot oranları yeterli olmayabilir.
Bu takdirde biyolojik üremenin sağlanması ve biyolojik arıtımın yapılabilmesi için bu sulara
azotlu madde eklenmesi gerekmektedir.
AZOTLU BİLEŞİKLERİN ÇEVRESEL ÖNEMİ
Çeşitli içme ve kullanma sularıyla yüzeysel suların ve kirlenmiş suların içerdiği çeşitli
organik ve inorganik azotlu bileşiklerin ölçümü birçok bakımdan önem taşır. İçme suyunda
bulunan NH3 konsantrasyonları muhtemelen taze bir fekal kirlenmenin olduğunu gösterir.
Suların kendini temizleme kapasiteleri bulunmaktadır. Burada önemli olan bu kendi kendini
temizleme işleminin gerçekleşmesi için akarsuyun daha fazla kirletilmenin yeterli zaman ve
mesafeye sahip olmasıdır. Sağlığa zararlı etkisi zamana ve sıcaklığın yükselmesine bağlı
olarak hızlı bir şekilde düşer.
Amonyak ve organik azotun yukarıda sayılan sakıncalarını yanı sıra NO3- iyonlarının sularda
fazla miktarlarda bulunmasının, bu suyu içen toplumlarda bebekler arasında ‘Mavi Hastalık’
68
adı verilen kalp ve dolaşım bozukluğuna neden olduğu ileri sürülmektedir. Bu nedenle
örneğin A.B.D. Çevre Koruma Ajansı içme suları ile ilgili normlarda NO3-N değerinin 10
mg/L ile sınırlı kalmasını istemektedir.
Tüm sakıncalarına karşılık azotlu maddeler biyolojik arıtma tesislerinde belirli oranlarda
bulunması zorunlu besleyici maddelerdir. Arıtılacak olan atık suların mevcut BOİ5 değerine
göre yeterli azot içermemesi halinde daha önce bahsedilen minumum 100:5 oranını
sağlayacak şekilde azotlu maddenin dışarıdan suya eklenmesi gerekmektedir.
Diğer taraftan kirlenmiş sularla atılıp yüzeysel sularla karışan azotlu maddeler karbon ve
fosfor gibi genelde aynı kaynaklı sayılabilecek diğer besleyici maddelerle birlikte, bu su
ortamında aşırı beslenme olarak tanımladığımız ‘ötrofikasyon’ olayına neden olurlar. Sorunun
çözümü ise besleyici maddelerden en az birinin, örneğin azotlu maddenin su ortamında
müsaade edilen bir değerin altına düşecek şekilde sınırlandırılması ile sağlanabilmektedir.
DENEY HAKKINDA TEORİK BİLGİ
Bir kalibrasyon eğrisi elde etmek için elektrot çeşitli miktarlarda amonyak Standard
çözeltisinden hazırlanmış bir seri çözeltiye daldırılarak milivolt değerleri okunur. Çözeltiler
0.1 M NH4Cl çözeltisinden seyreltme yolu ile hazırlanır. Örneğin 0.1 M NH4Cl çözeltisinden
100 ml alınıp 1 L’lik balon jojede suyla tamamlandığından 10-2 M’lık çözelti elde edilir. Bu
yöntemle 10-3, 10-4 M NH4 içeren amonyak çözeltileri yapınız. Kullanmadan hemen önce bu
çözeltilerin 100 ml’lik kısmı ayrı beherlere alıp 1ml 10 N NaOH ekleyiniz.
Ölçüm için 10-4 M çözeltiye elektrodu batırıp 1 dakika bekleyiniz ve okuduğunuz mV
değerini kaydediniz, daha sonra daha yüksek konsantrasyon değerine sahip çözeltilerle okuma
yapınız.
Rutin çalışmalarda kalibrasyon eğrisi hazırlama külfetinden kurtulmak için iki yöntem
geliştirilmiştir:
1- Bilinen eklemeler yöntemi: Standart çözelti hazırlayarak kalibrasyon eğrisi çizme
külfetinden kurtulmanız için geliştirilmiş bir yöntemdir. Örnekte eklenen amonyak
konsantrasyonunun yaklaşık mertebesi bilindiğinde rahatça kullanılabilir.
69
Bu yöntemde 100 ml örnek alınıp 1 ml 10 M NaOH eklendikten sonra elektrotla (E1) mV
okunur. Beklenen amonyak konsantrasyonun yaklaşık 10 katı kadar konsantrasyonda bir
standard çözelti hazırlanıp bunun 10 ml’si örneğe eklenir. Yeni (E2)mV değeri kaydedilir.
Potansiyeldeki değişim, (E) hesaplanıp aşağıdaki tablodan bir Q değeri bulunur. Bulunan Q
değeri standart çözeltinin NH4+ molaritesi ile çarpılarak örneğe ait amonyak konsantrasyonu
hesaplanır.
2- Standart eklemeler yöntemi: Bu yöntemde öncelikle elektrot davranışını belirleyen en
önemli parametre olan Nerst eğrisinin eğimi bulunur. Bu amaçla Vx gibi bilinen bir hacimdeki
örneğe elektrot daldırılıp, elektrot potansiyeli E1 okunur ve Nerst denkleminde,
(1)
E1 = E o + log C x
Şeklinde yer almakta olup burada konsantrasyon Cx örneğin bilinmeyen amonyak
konsantrasyonunu
göstermektedir.Daha
sonra
bilinen
bir
Vat
hacminde
ve
Cat
konsantrasyonundaki standart çözelti alınıp Vx üzerine eklenir. Böylece elektrotun gösterdiği
potansiyel artar ve bir E2 değerini alınır:
E 2 = E o log
C xV x + C stVst
V x + Vst
(2)
1 ve 2 denklemleri birleştirildiğinde,
E = E 2 − E1 = log
C xV x + C stVst
C x (V x + Vst )
(3)
Bu eşitlikten bilinmeyen için yapılan düzenlemeyle,
Cx =
C st
V
V
10 E (1 + x ) − x
Vst
Vst
(4)
Amonyak elektrotuyla çalışıldığından, Vx=100 ml, Vst=10 ml için, E=58 mV alınarak payların
hazırlanmış tablolardan okunan değerinden yararlanmak mümkündür.
70
Tablo. 25 oC’de sulu çözeltide amonyak elektrotu ile konsantrasyon tayini için bilinen
eklemeler yöntemi tablosu
∆E
Q
∆E
Q
∆E
Q
∆E
Q
∆E
Q
5.0
0,297
9.0
0,178
16,0
0,0952
24,0
0,0556
32,0
0,0354
5.1
0,293
9.1
0,176
16,2
0,0938
24,2
0,0549
32,2
0,0351
5.2
0,288
9.2
0,174
16,4
0,0924
24,4
0,0543
32,4
0,0347
5.3
0,284
9.3
0,173
16,6
0,0910
24,6
0,0536
32,6
0,0343
5.4
0,280
9.4
0,171
16,8
0,0897
24,8
0,0530
32,8
0,0340
5.5
0,276
9.5
0,169
17,0
0,0884
25,0
0,0523
33,0
0,0335
5.6
0,272
9.6
0,167
17,2
0,0871
25,2
0,0517
33,2
0,0333
5.7
0,268
9.7
0,165
17,4
0,0858
25,4
0,0511
33,4
0,0329
5.8
0,264
9.8
0,164
17,6
0,0846
25,6
0,0505
33,6
0,0326
5.9
0,260
9.9
0,162
17,8
0,0834
25,8
0,0499
33,8
0,0322
6.0
0,257
10.0
0,160
18,0
0,0822
26,0
0,0494
34,0
0,0319
6.1
0,253
10.2
0,157
18,2
0,0811
26,2
0,0488
34,2
0,0316
6.2
0,250
10.4
0,154
18,4
0,0799
26,4
0,0482
34,4
0,0313
6.3
0,247
10.6
0,151
18,6
0,0788
26,6
0,0477
34,6
0,0310
6.4
0,243
10.8
0,148
18,8
0,0777
26,8
0,0471
34,8
0,0307
6.5
0,240
11.0
0,145
19,0
0,0767
27,0
0,0466
35,0
0,0304
6.6
0,237
11.2
0,143
19,2
0,0756
27,2
0,0461
35,2
0,0289
6.7
0,234
11.4
0,140
19,4
0,0746
27,4
0,0456
35,4
0,0275
6.8
0,231
11.6
0,137
19,6
0,0736
27,6
0,0450
35,6
0,0261
6.9
0,228
11.8
0,135
19,8
0,0726
27,8
0,0445
35,8
0,0249
7.0
0,225
12.0
0,133
20,0
0,0716
28,0
0,0440
40,0
0,0237
7.1
0,222
12.2
0,130
20,2
0,0707
28,2
0,0435
41,0
0,0226
7.2
0,219
12.4
0,128
20,4
0,0698
28,4
0,0431
42,0
0,0216
7.3
0,217
12.6
0,126
20,6
0,0689
28,6
0,0426
43,0
0,0206
7.4
0,214
12.8
0,123
20,8
0,0680
28,8
0,0421
44,0
0,0196
71
7.5
0,212
13.0
0,121
21,0
0,0671
29,0
0,0417
45,0
0,0187
7.6
0,209
13.2
0,119
21,2
0,0662
29,2
0,0412
46,0
0,0179
7.7
0,207
13.4
0,117
21,4
0,0654
29,4
0,0408
47,0
0,0171
7.8
0,204
13.6
0,115
21,6
0,0645
29,6
0,0403
48,0
0,0163
7.9
0,202
13.8
0,113
21,8
0,0637
29,8
0,0399
49,0
0,0156
8.0
0,199
14.0
0,112
22,0
0,0629
30,0
0,0394
50,0
0,0149
8.1
0,197
14.2
0,110
22,2
0,0621
30,2
0,0390
51,0
0,0143
8.2
0,195
14.4
0,108
22,4
0,0613
30,4
0,0386
52,0
0,0137
8.3
0,193
14.6
0,106
22,6
0,0606
30,6
0,0382
53,0
0,0131
8.4
0,190
14.8
0,105
22,8
0,0598
30,8
0,0378
54,0
0,0125
8.5
0,188
15.0
0,103
23,0
0,0591
31,0
0,0374
55,0
0,0120
8.6
0,186
15.2
0,1013
23,2
0,0584
31,2
0,0370
56,0
0,0115
8.7
0,184
15.4
0,0997
23,4
0,0576
31,4
0,0366
57,0
0,0110
8.8
0,182
15.6
0,0982
23,6
0,0569
31,6
0,0362
58,0
0,0105
8.9
0,180
15.8
0,0967
23,8
0,0563
31,8
0,0358
59,0
0,0101
72