T.C. ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ÇEVRE ANALİZ

LABORATUVARI-II

DENEY NOTLARI

ERZURUM - 2007

2

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

3

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

4

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

5

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.

6

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. Glikoz-

glütamik asit kontrolü deneyin bütününün olduğu gibi aşının ve aşılama tekniğinin de

kontrolünü sağlar. Yüzey sularında aşılama yapmak gerekmeyebilir.

7

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.

8

Sekil 1 Uygulanacak genel deney yöntemleri

Şekil 2. Kirletilmiş suların aerobik şartlarda biyolojik oksidasyonu sırasında organik madde

konsantrasyonu değişimi.

HESAP:

Pf*)B-(B-)D-(D

(mg/L) BOI 21215 =

Yeterince bakteri içeren ve organik madde

barındıran Vs hacminde atıksu numunesi

(Numune hacmi tahmini BOİ değerine göre

seçilir.)

Cam kapaklı BOİ şişesi (300 mL

hacminde) Aşılanmamış seyretme

suyu ve test numunesi ile

tamamen dolu BOİ şişesi

Aşılama yapmaya gerek

yoksa uygulanacak

işlem

Aşılama yapmaya gerek

duyulursa uygulanacak

işlem

Seyreltme suyu

(300-Vs)

Aşılanmamış seyreltme suyu

Gerekli besi elementleri

(N, P, K, Fe, vb) ve diğer

maddeler

Hava taşı

Distile su

Cam kap (20 L)

Aşılanmış seyreltme suyu

Seyreltme suyu

(300 mL)

Seyreltme suyu

(300-Vs)

Gerekli besi elementleri

ve diğer maddeler

Distile su

Hiç bakteri içermeyen veya çok az sayıda

bakterisi olan,Vs hacminde atıksu

numunesi

Aşılanmış seyretme suyu ve test numunesi ile

tamamen dolu BOİ şişesi

Sadece aşılanmamış seyretme suyu ile

tamamen dolu BOİ şişesi

(Aşılanmış kör)

Hava

Bakteri (Aşı)

Hava

9

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

t=0 aninda BOI sisesindeki manometre yüksekligi 0’i göstermektedir.

Zaman ilerledikçe BOI sisesindeki manometre yüksekligi ÇO’inkullanimindan dolayi artar

Civ

aH

azne

si

Gös

terg

e

NaOH tabletleri

BOISisesi

Hava

Atiksu

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

ÇO2 ÇO2

Magnet

2 NaOH + CO2? ? Na2CO3? + H2O

O2

O2

O2

O2

ÇO2 ÇO2Atiksu

Şekil 3. Laboratuarda kullanılan manometrik cihazlar.

BOİ REAKSİYONUNUN KİNETİĞİ

BOİ Reaksiyonları ile ilgili çalışmalarda reaksiyon kinetiğinin 1. dereceden olduğu

anlaşılmıştır. Reaksiyon hızı;

- ckdtdc .1=

C; Oksitlenen organik madde (kirletici) miktarı, mg/L, t; zaman, k1; Reaksiyon hız sabiti,

1/zaman

- ∫∫ =2

1

2

1

t

t

c

c

dtkcdc

10

)()ln( 122

1 ttkcc

−=

)(12

12 ttkecc −−= t=0 için konsantrasyon co ise

ktcc

=)ln( 0

ktecc −= 0

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; tk

t eLL .1. −=

tLLy −=

Ancak 10 tabanı ile ifade edildiğinde k1 sabiti k olarak verilir.

kk 303.21 = kt

t LL −= 10.

)101( ktLy −−=

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

11

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.

12

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

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,

PG Ci CL

GAZ SIVI

Pi

13

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 çözeltisinde

absorblanarak tutulması ve oluşan diklorosülfitomerkürat kompleksinin 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

14

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 4,5-

5,5 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

15

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

16

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.

17

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

18

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:

CnHaOb + cCr2O72- + 8cH+ ⎯→⎯∆ nCO2 +

28ca + H2O + 2cCr3+

Burada;

c = 363

2 ban −+

dir. Bu formül aşağıdaki şekilde de ifade edilebilir.

CnHaObNc + dCr2O72- + (8d + c)H+ ⎯→⎯∆ nCO2 +

238 cda −+ H2O + cNH4

+ + 2dCr3+

Burada;

d = 363

2 ban −+2c

−

19

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.

20

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) =3

121 )..(8000V

NVV −

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 ( )107.1 13x=β

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

21

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)

22

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 = 2

11.V

NV

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

23

Numune

miktarı

(ml)

0.25 N

K2Cr2O7

çözeltisi

(ml)

Gümüş

sülfatlı

sülfürik asit

çözeltisi

(ml)

HgSO4

(gr)

Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O’ın

normalitesi

Titrasyon

öncesi son

numune

hacmi

(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

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.

24

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.

25

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 I2

0’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

26

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

I2 + I- I3 -

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

-

27

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

28

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.

29

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

30

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.

31

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.

32

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.

33

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

34

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.

35

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

36

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

37

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+ 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 + H2O + Mn+2

38

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= )(

8000*)(numuneVYX − = mgO2/L

39

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.

40

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

Şekil 3. Kıvrık şekilli bakteriler

4. Dallanmış bakteriler: Bazı bakteriler mantarların hiflerine benzeyen nispeten daha kısa

iplikçikler oluşturabilirler.

Heliks şekilli Kısa virgül şeklinde

41

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.

42

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 etil-

metil 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.

43

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

44

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.

45

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.

46

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

47

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.

48

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;

49

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

50

mikroorganizma farklı dayanıklılık gösterir. Genellikle negatif yüklü mikroorganizmalar 60-

80 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

51

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

52

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).

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.

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.

% 20 NaCl içinde (Hücreden daha yoğun bir ortam)

Hücre su kaybeder Hücre büzülür

Şekil 1. Hücrede plazmolizis olayı

Plazmolizis (Hücrenin su kaybederek büzülmesi)

% 0,1NaCl içinde (Hücreden daha az yoğun bir ortam)

Hücreye su girer Hücre büyür

Plazmoptizis (Hücrenin su alarak patlaması)

Şekil 2. Hücrede plazmoptizis olayı

53

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.

54

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 kabiliyetine ve

mikroorganizmaların cinsine göre, uygun bir müddet beklemek gerekir.

55

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.

56

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)

57

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.

58

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

59

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.

60

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.

61

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.

62

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

63

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

64

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

65

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.

66

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)

67

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

Cu+2 (mg/L) =

mL (örnek)

68

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’

69

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.

70

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,

xo CEE log1 += (1)

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:

stx

ststxxo VV

VCVCEE

++

= log2 (2)

1 ve 2 denklemleri birleştirildiğinde,

)(log12

stxx

ststxx

VVCVCVC

EEE+

+=−= (3)

Bu eşitlikten bilinmeyen için yapılan düzenlemeyle,

st

x

st

xE

stx

VV

VV

CC

−+=

)1(10 (4)

Amonyak elektrotuyla çalışıldığından, Vx=100 ml, Vst=10 ml için, E=58 mV alınarak payların

hazırlanmış tablolardan okunan değerinden yararlanmak mümkündür.

71

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

72

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