Toprak profili boyunca elemental hareketliliğin X-ışını analiz teknikleri ve istatistiksel yaklaşımlarla incelenerek difüzyon ve konveksiyon katsayılarının hesaplanması

Abstract

Bu çalışmada, toprakta potansiyel ağır metallerin (V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Rb, Sr, Sn, Ba ve Pb) toprak dikey profili boyunca dağılımı ve kaynağı toprağın dokusal, kimyasal ve mineralojik karakteristikleri göze önüne alınarak çeşitli X-ışını analiz teknikleri ile incelenmiştir. Elementlerin tayininde çeşitli enstitülerce sertifika edilmiş referans materyallerle (CRM) İkincil hedef kullanan EDXRF spektrometresi kalibre edilerek analizler yapılmıştır. Öte yandan, daha düşük dedeksiyon limitine sahip ICP-MS cihazı ile yapılan analiz sonuçları EDXRF sisteminden alınan sonuçlar ile kıyaslanarak ikinci bir metod test etme işlemine gidilmiştir. Parçacıkların yapısal özellikleri hakkında bilgi edinebilmek için Monte Carlo Simülasyonu ve bütünleşmiş istatistiksel küme analizi (IDAS) ile otomatik modda SEM-EDX ve manüel modda ise EPXMA mikro analiz sistemleri kullanılmıştır. XRD spektrometresine ise mineralojik analizler için başvurulmuştur. Verilerin değerlendirilmesi için Korelasyonlar, One-way ANOVA (F-istatistiği ve Post-hoc testleri) ve Faktör analizi (PCA)'den faydalanılmıştır. Sonlu fark yaklaşımları ile ağır metallerin toprak dikey profili boyunca difüzyon ve konveksiyonu hakkında bilgi edinilmiştir. Son olarak, elementlerin bölgedeki hareketliliği, tabii fon değerleri (background) ve bölgeden alınan su numunelerinin konsantrasyon değerlerinden faydalanılarak hesaplanmış ve sonuçlar birbirleri ile ilişkili olarak değerlendirilmiştir. In the soil environment, the mobility of metals along the soil vertical profile and the fate of metals is regulated via their partitioning between soil and soil characteristics. The existence of trace metals in the solid phase is a result of many reactions with adsorption being the most important. Several X-ray analytical methods were applied in order to obtain different kinds of information from the same samples or particles. The concentrations of elements (V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Rb, Sr, Sn, Ba ve Pb) were determined in all the soil samples using EDXRF (Epsilon 5) spectrometer. The spectroscopy was calibrated using Certified Reference Materials (CRM). In order to compare Epsilon 5 results, an ICP-MS spectrometer was used after microwave digestion of the samples. Soils of unknown origin were observed by scanning electron microscopy. The mineralogical analyses were carried out using X-ray diffraction spectrometer. The samples were analyzed also by EPMA in order to have information about their oxide contents. Semiquantitative calculation of the particle composition was carried out by a Monte Carlo Simulation. The hierarchical cluster analysis was used. For this purpose, the Integrated Data Analysis System (IDAS) was used. PCA with Varimax rotation was applied because orthogonal rotation minimizes the number of variables with a high loading on each component and facilitates the interpretation of results. Pearson correlation was used to identify the relationship between heavy metal contents and soil properties. The data on analysis of heavy metals at various points and depths were analyzed by one way analyses of variance (ANOVA). On the other hand, diffusion and convection parameters were identified owing to the degree of elemental mobility. Moreover, the mobility was calculated using background levels and elemental concentration of water samples in the area enables the assessment of comparison.