تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : محمد عابدي

دانشكده : علوم

استاد راهنما : دکتر سيد مرتضي طالبي

تاريخ دفاع : 27/4/85

رشته و گرايش : شيمي-تجزيه

استاد مشاور : -

بررسي شيمي اتمسفر شهر اصفهان از نظر فلزات سنگين و آنيون‌ها به کمک روش‌هاي طيف‌سنجي اتمي و کروماتوگرافي يوني

چكيده

آلودگي هوا يکي از مشکلات عمده شهرهاي بزرگ و پرجمعيت در سراسر دنيا است. در ميان آلاينده‌هاي هوا، ذرات معلق به دليل به ‌همراه داشتن ترکيبات متنوع آلي و معدني اهميت دارند. فلزات سنگين بخشي از گروه بزرگ آلاينده‌هاي هوا مي‌باشند كه سموم هو ناميده مي‌شوند، كه در اثر تنفس مي‌توانند عامل دسته بزرگي از بيماري‌ها از قبيل مسموميت عصبي، مسموميت سيستم ايمني بدن، ناراحتي‌هاي قلبي، مسموميت ژني، ناقص شدن جنين و سرطان گردند.

هردوي منابع و فرآيندهاي طبيعي و ناشي از فعاليت هاي انساني، فلزات و تركيبات آنها را به هوا وارد مي‌نمايند. فرآوري مواد معدني، ذوب کردن فلزات، احتراق سوخت در موتورهاي وسايط تقليه و اصطكاك و سايش تايرها و ترمزهاي وسايط نقليه و ... ذرات معلق را به اتمسفر شهرها نشر مي‌نمايد.

در اين پايان‌نامه، اندازه‌گيري فلزات سنگين Pb, Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Zn, Hg و As در ذرات معلق اتمسفر به‌ وسيله روش‌هاي اسپکتروسکوپي تجزيه‌اي همانند FAAS, ICP-AES و XRF انجام شده است. همچنين يک روش براي استخراج و اندازه‌گيري آنيون‌هاي معدنيˉFˉ, Clˉ, NO3 و ˉSO42 در ذرات معلق توسط روش کروماتوگرافي يوني ارائه شده است.

کل ذرات معلق دراتمسفر شهر اصفهان بر روي فيلتر کوارتزي توسط پمپ نمونه بردار با حجم بالا جمع‌آوري گرديد. اندازه‌گيري وزني كل ذرات معلق جمع‌آوري شده غلظت آنها را در محدوده 200-160 μg/m3 نشان داد، که بيشتر از بالاترين حد مجاز سازمان بهداشت جهاني است (150 μg/m3). سپس غلظت کربن عنصري و کربن آلي همراه با ذرات معلق نيز تعيين گرديد. نتايج نشان داد که منابع محلي و خصوصا ترافيک خودرو‌ها عامل اصلي انتشار ذرات معلق است.

در مرحله بعد، دو روش هضم مرطوب توسط مخلوط‌هاي HNO3 + HF و HNO3 + H2O2 براي استخراج فلزات سنگين از بافت پيچيده ذرات معلق مقايسه گرديد. با توجه به نتايج استخراج بدست آمده، مشخص شد که استفاده از مخلوط HNO3 + H2O2 به‌جاي HNO3 + HF براي استخراج فلزات سنگين با راندمان بالا امکان پذير است.

اندازه‌گيري فلزات سنگين استخراج شده توسط روش FAAS به‌عنوان روش تک عنصري و ICP-AES به‌عنوان روش چند عنصري هم‌زمان انجام شد. ارزيابي آماري بر روي داده‌هاي بدست آمده توسط دو روش شامل مقايسه واريانس‌ه، مقايسه ميانگين‌ها، درصد اختلاف نسبي دو روش و ضريب همبستگي پيرسون انجام شد. ازآنجايي‌كه حل كردن فلزات توسط روش هضم مرطوب سخت، طاقت‌فرسا و زمان‌بر بوده و بعضي از آلودگي‌ها وارد نمونه مي‌گردد، امكان‌پذيري استفاده از XRF بجاي روش‌هاي فوق بررسي گرديد. مقايسه نتايج بدست آمده اين روش با FAAS و ICP-AES نشان داد كه ICP-AES يك انتخاب مناسب براي اندازه‌گيري فلزات سنگين در مطالعات آلودگي هوا است.

همچنين از روش استخراج با سيال فوق بحراني (SFE) استخراج يون‌هاي فلزات سنگين (Pb, Cd, Cr, Cu, Ni و Zn) از ذرات معلق استاندارد SRM-1648 با استفاده از سيال CO2 به كمك واكنشگرهاي كي‌ليت كننده سديم دي‌اتيل دي‌تيوكربامات و ديتيزون در فشار 160 اتمسفر و دماي 60 درجه سانتي‌گراد انجام شد. استخراج يون‌هاي فلزات سنگين از ذرات معلق اتمسفر شهر اصفهان نيز انجام شد. نتايج نشان داد كه سديم دي‌اتيل دي‌تيو كربامات توانايي استخراج مناسب يون‌هاي Cu, Pb, Zn, و Cd را از بافت ذرات معلق داشته و ديتيزون فقط براي Cr و Cu مناسب است

هرچند جيوه به دو حالت جيوه گازي و جيوه همراه با ذرات معلق به اتمسفر وارد مي‌شود، اما حالت گازي شكل عمده جيوه در اتمسفر است. ارزيابي دقيق مقدار جيوه و تغييرات آن در اتمسفر به يك روش موثر جمع‌آوري و يك تكنيك حساس اندازه‌گيري نياز دارد. يك روش بر اساس تشكيل ملقمه بر روي دانه‌هاي شن طلاپوش شده و روش اسپكترومتري جذب اتمي توليد بخار سرد براي اين منظور بكار گرفته شد، و سپس براي اندازه‌گيري جيوه گازي و ذره‌اي در اتمسفر شهر اصفهان استفاده گرديد.

توانايي روش يون كروماتوگرافي هدايت سنجي فرونشاننده براي جداسازي و تعيين آنيون‌هاي معدني ˉFˉ, Clˉ, NO3 و ˉSO42 در ذرات معلق استاندارد SRM-1648 پس از استخراج اولتراسونيک، بررسي شده است. اثر مواد فعال سطحي آنيوني SDS و كاتيوني CTAB بر راندمان استخراج آنيون‌ها از بافت پيچيده ذرات معلق اتمسفر نيز بررسي شده است. نتايج بيانگر آن بود كه استفاده از سورفكتانت راندمان استخراج را افزايش مي‌دهد. در نهايت غلظت‌هاي آنيون‌هاي معدني در اتمسفر شهر اصفهان اندازه‌گيري شد. نتايج، ترتيب غلظتي ˉSO42- > NO3ˉ > Clˉ> F را نشان داد.

يك روش حساس اسپكتروفتومتري براي اندازه‌گيري مقادير کم ارسنيك در ذرات معلق اتمسفر براساس واكنش يد با معرف ردآمين -B بكارگرفته شد. نتايج بدست آمده توسط اين روش با نتايج روش اسپكترومتري توليد هيدريد جذب اتمي مقايسه شد كه يك توافق خوب بين آنها ديده شد. روش همچنين براي اندازه‌‌گيري ارسنيك همراه با ذرات معلق اتمسفري و ذرات معلق خروجي از اگزوز موتورهاي ديزلي استفاده شد. نتايج نشان داد، كه مقدار قابل ملاحظه‌اي ارسنيك با ذرات معلق موتور‌هاي ديزلي همراه مي‌باشد.