FİZİKSEL VE KİMYASAL PM KARAKTERİZASYON VE ÖLÇME
1.1.Gravimetri nasıl bir yöntemdir?
Kimyasal analizi yapılacak maddeyi doğrudan veya güç çözünen bir bileşiği şeklinde tartma esasına dayanan bir nicel (kantitatif) analiz yöntemi.
1.2.Gravimetri yöntemi şu şekilde yapılır;
Tayin sırasında akıma dik tutulan bir düze (nozzle) kullanılmaktadır. Bu düze, kanal kesitinde değişik noktalar seçilerek yapılan çok sayıda ölçüme dayandırılmaktadır.
Sistemde bir filtre kağıdı ile akış hızını ölçen bir akış ölçer( tercihen orifis ) bulunmaktadır.
Sistemde bulunan filtre kağıdının ölçüm öncesi ve sonrası, ağırlık farkı dikkate alınarak ölçüm yapılmaktadır.
Örnek hattının gaz akımında bulunabilecek buharın yoğunlaşmasının önlenmesi açısından, ısıtılması gerekmektedir
1.3.OLUŞABİLECEK HATALAR
Bu tür ölçüm sistemlerinde, filtre kağıdına kadar olan hatlarda herhangi bir katı parçacık birikimi olmaması ya da hesaplanabilir nitelikte olması gerekmektedir.
Bu yöntemde yapılacak hata % si 10 – 20 dolaylarını geçmemektedir
2.1.PİEZOELEKTRİK TERAZİ YÖNTEM NASIL YAPILIR?
Bu yöntem eldeki havanın küçük belli bir frekansta çalışan bir elektrostatik tutucunun bulunduğu odadan geçirilmesiyle başlar. Bu elektrostatik tutucuda toplanan toz ile orantılı olarak da frekans azalması saptanmaktadır
2.1.Piezoelektrik yöntemin sakıncaları
- Temizleme sık yapılmalıdır,
- Nem bulunmamalıdır,
- Küçük değişimler olmamalıdır,
- Uçucu özellikteki maddeler olmamalıdır.
3.Partikül maddelerin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonu
Bir filtre üzerinde toplanan partikül maddeler üzerinde yapılan fiziksel ve kimyasal analizler madde içerisinde bulunabilecek metal veya özel kirleticiler gibi parametreleri belirleyebilmek amacıyla yapılır.
3.1.Partiküllerin fiziksel tekniklerle analizi
A) Yoğunluk farkı prensibi
Partikül boyutu 10 μm > üzerinde, yoğunluğu 5 g/cm3 ‘e kadar olan ve çözünmeyen partiküllerin analizinde kullanılabilen en basit tekniklerden biridir. Partikül örnekleri, yoğunluğu farklı iki sıvıyı içeren bir tüp içerisine konularak, tüp içindeki sıvının yoğunluğunun yükseklikle doğrusal olarak artması temeline göre ölçüm yapılmaktadır
B) Renk dağılımı prensibi
Atmosferik partiküllerin karbon içermeleri ve opak olmaları temeline dayanan bir yöntemdir. Bu durumda bu tür maddeler renklendirilerek, optik olarak ölçülebilir.
C) Mikroskobik teknikler
Atmosferik partiküllerin, şekil faktörleri, yapı ve renklerinin tanımlanması için kullanılan bir tekniktir. Partiküllerin bileşimleri yöresel özelliklere göre değişiklik göstermektedir.
Endüstriyel süreçlerde ortaya çıkan tozlar ise spesifiktir. Ancak,yanma ürünlerinin belirlenmesinin kolay olması nedeniyle öncelikle yanma bileşiklerinin analiz edilmesi tercih edilmektedir
Uygun biçimde bir petri kabına alınan partiküller mikroskop altında incelenebilmektedir.
3.2.Partiküllerin kimyasal yollarla analizi
A) Metal analizleri
Toplanan toz ve partiküllerde metalik madde miktarları çok düşük (eser miktarda; ppm ya da ppb mertebesinde) olduğundan duyarlı özel tekniklere gerek duyulmaktadır.
Bu özel yöntemler 2’ye ayrılır.
- Nitel yöntemler
- Nicel yöntemler
Nitel Yöntemler
A) Alev boyama yöntemi
Bu yöntemde denemesi yapılacak metal ya da bileşiği bir platin tele alınarak bek alevine tutulmaktadır.Metal ve bileşiklerinin alevde verdiği renkler karakterestiktir.
Kırmızı alev: Lityum ve stronsiyum
Yeşil alev: Bor, bakır nitrat, molibdat asidi, mangan-II klorür
Mavi alev: Potasyum
B) Çöktürme yöntemi
Grup reaktifleri ile çöktürme yapılarak yapılan bir “analitik” laboratuvar yöntemidir.
— Klorür asidi ile; metaller, gümüş, kurşun, cıva-I
— Asidik H2S; kurşun, bizmut, bakır, kadmiyum,civa, arsenik, antimon, kalay
— Amonyaklı amonyum sülfür; demir, alüminyum, krom, mangan, çinko, kobalt, nikel, magnezyum amonyum ve fosfat tuzları
— Bazik amonyum karbonat; stronsiyum
— Çökmeyenler; magnezyum, potasyum, lityum, sodyum.
Nicel Yöntemler
A) X-ray emisyon analizleri
Analiz edilmesi istenilen metale, bir X-ışını kaynağından yayılan elektronlar yardımıyla bombardıman uygulanmaktadır. Kısa dalga boylu sürekli spektrum ile incelenecek metalik elementin karakterestik keskin piklerini içeren ve iki kısımdan oluşan bir spektrum elde edilmektedir.
Filtre üzerinde bulunan partikül maddelerin analizlerinde X-ışını fluoresans yöntemi de etkin bir analiz yöntemidir.
B) Radyoaktivasyon yöntemleri
Bu yöntemde, yüklü partiküller ya da nötronlarla aydınlatılan örnek analiz edilmektedir. Elementlerin farklı izotoplarının oluşması ölçüm yapılmasında temel olmaktadır. Oluşan radyoaktif izotopların etkinliklerinin ölçümü ve standartlarla karşılaştırılması ile nicel analiz yapılması olanaklıdır.
Hızlı, basit, spesifik bir yöntem olması, örneklerin bozulmaması en üstün yönleri olmakla birlikte, partiküllerin aktivasyonu için güçlü bir kaynak gerekliliği en büyük sorunu oluşturmaktadır.
C) Halkasal fırın yöntemi
Ucuz ve basit bir yöntemdir. Temiz bir filtre kağıdı parçası fırın yüzeyine yatay olarak yerleştirilmekte ve örnek bu kağıdın merkezinde toplanmaktadır.Bu kağıdın tam ortasına çözücü eklenmesi kapileri bir hareketle daire içinde dışa doğru halkaların oluşmasına neden olmaktadır.Yıkama için kullanılan çözelti k.n.sının 15 C üzerine ısıtılmakta ve bu arada çözelti buharlaşarak kağıt kurumaktadır.
Bu kağıt daha sonra metal ve radikal analizine sokulmaktadır. Yüksek duyarlıklı, kendine özgü organik kalorimetrik ya da fluorometrik analiz yöntemler kullanılmaktadır.
D) Polarografik yöntem
Hava kirliliği çalışmalarında tercih edilen bir yöntemdir. Diğer yöntemlere göre duyarlığı az olmakla birlikte, süspanse partikül maddelerin analizinde sürekli uygulanan bir yöntemdir.
Örnek çözeltisi ile dolu elektrokimyasal ve polarografik hücrenin yer aldığı bu teknikte, iki elektrot bulunmaktadır. Sistemin altında bulunan cıva haznesi referans elektrotu görevi yapmaktadır. Hücreye gittikçe artan miktarda voltaj uygulanmakta ve hücreden geçen akım ölçülmektedir.Kimyasal maddelerin varlığında akımda karakterestik bir artış gözlenmektedir
E) Anodik sıyırma voltametresi
Bu yöntemde, negatif voltaj uygulanması ile, örnek çözelti içerisindeki metal iyonlarının ayrılarak, cıva ya da katı elektrot üzerinde elektriksel olarak birikmeleri, sağlanmaktadır.
Pb, Cd, Zn ve Cu metalleri bu yöntemle saptanabilmektedir
F) Kıvılcım kaynaklı kütle spektrometresi
Yüksek duyarlıklı analitik bir tekniktir. Kıvılcım kaynağının etkisiyle uçucu inorganik maddeler buharlaşma ve iyonlaşma derecelerine bağlı olarak analiz edilmektedir.
Hava kirliliği çalışmalarında 10,8 m3 ‘lük hava örneği, nitroselüloz ya da selüloz asetat filtre kağıdından hızla geçirilmektedir. Filtre, nitroselülozun düşük sıcaklıklarda parlaması ile ya da selüloz asetatın aseton içinde
çözünmesinden sonra grafit eklenmesiyle hazırlanmaktadır. Hidrojen ve helyum hariç tüm elementler nicel olarak saptamaktadır.
G) Diğer yöntemler
Hava kirliliği analizlerinde kullanılan diğer bazı tekniklerden biri de titrimetrik yöntemlerdir. Seçicilik ve duyarlıkları sınırlıdır. Yüksek derişimli metal varlığında kullanılmaktadır.
Bir başka yöntem de, elektron spin rezonans (e.s.r.) tekniğidir. Bir filtre kağıdı üzerinde Fe partikülleri ve esr sinyalleri arasında net bir ilişki bulunmaktadır.
Kurşunun anodik depolanması ve kütle spektrometresi ile saptanması da olanaklıdır.