Dekontaminasyon etkinlik testlerinde kullanılan toksik endüstriyel kimyasallar için gaz kromatografi yöntemi geliştirilmesi ve validasyonu

Abstract

Toksik endüstriyel kimyasallar (TIC), farklı amaçlarla üretilen ve kullanılan, üretim, imha ve depolama aşamalarında yaşanan kazalar sonucu canlıların sağlığını tehdit eden kimyasallardır. TIC’ler ile kontamine olmuş alanların temizlenmesi sonrası kalıntı analizi ve dekontaminasyon ürünlerinin etkinliğinin belirlenmesi için TIC’lerin hızlı ve hassas bir şekilde tespit ve miktarlarının tayin edilmesine yönelik analiz yöntemlerinin geliştirilmesi kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada, TIC olarak seçilen akrilonitril, karbon disülfür, fenol ve paratiyonun tespiti ve miktarlarının tayin edilebilmesi amacıyla gaz kromatografisi yöntemi geliştirildi, optimize edildi ve yöntemin validasyonu yapıldı. Gaz kromatografisi yöntemi geliştirilmesi kapsamında sıvı enjeksiyon ve katı faz mikroekstraksiyon (SPME) teknikleri ile çalışmalar gerçekleştirildi. Sıvı enjeksiyon çalışmasında HP-5MS UI kolonu kullanılarak fırın sıcaklık parametrelerin (başlangıç sıcaklığı, split oranı vb.) optimizasyonu çalışmaları yapıldı. Çalışılan parametreler için elde edilen optimum değerler; başlangıç sıcaklığı 60°C, ilk sıcaklıkta bekleme süresi 1 dk, sıcaklık artış hızı 25°C/ dk, split oranı 20:1 olarak belirlendi. Katı faz mikroekstraksiyon yöntemi geliştirilmesi kapsamında gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda, seçilen dört TIC için en uygun SPME fiberinin 30µm PDMS olduğu belirlendi, PDMS fiber ile gerçekleştirilen optimizasyon çalışmaları sonucunda, optimum ekstraksiyon sıcaklığı 100°C, optimum ekstraksiyon süresi 10 dk, optimum denge zamanı 3 dk, optimum desorpsiyon süresi 3 dk olarak belirlendi. Her iki teknikle yapılan optimizasyon çalışmaları sonucunda sıvı enjeksiyon tekniği ile daha iyi performans elde edildiği değerlendirildi. Bu sebeple metot validasyon çalışmaları sıvı enjeksiyon yöntemi ile gerçekleştirildi. Optimize edilen yöntemin validasyonu kapsamında doğrusallık, tespit (LOD) ve tayin (LOQ) limiti, doğruluk, geri kazanım, kesinlik ve seçicilik parametreleri incelendi. Sonuçlar geliştirilen yeni yöntemin seçici, hassas ve tekrarlanabilirliğinin yüksek olduğunu gösterdi. Doğrusallık çalışmaları kapsamında, TIC’lerin hazırlanan kalibrasyon eğrilerinden elde edilen korelasyon sayıları (R2) 0.9997-0.9999 arasında, LOD değerleri 27-52 µg/ L, LOQ değerleri 89-172 µg/ L arasında olduğu belirlendi. Kesinlik parametresi kapsamında yapılan tekrarlanabilirlik çalışmasında, aynı konsantrasyon seviyesinde gerçekleştirilen yedi tekrarın %RSD değerleri hesaplandı. Elde edilen sonuçlara göre, akrilonitril için %3,11–5,07; karbon disülfür için %3,79–6,99; fenol için %2,72–5,26 ve paratiyon için %1,71–10,20 arasında %RSD değerleri gözlemlendi. Doğruluk değerlendirmesi amacıyla yapılan geri kazanım çalışmasında ise, her bir analit için farklı konsantrasyon seviyelerinde yedişer analiz gerçekleştirildi ve geri kazanım yüzdeleri hesaplandı. Buna göre, akrilonitril için %91,12–100,45; karbon disülfür için %94,40–100,47; fenol için %98,82–107,67 ve paratiyon için %87,30–99,72 arasında geri kazanım değerleri elde edildi. Metot, matris ve çözücü kaynaklı girişimlerin etkisini değerlendirmek amacıyla gerçekleştirilen seçicilik çalışmaları sonucunda geliştirilen yöntem TIC’lere karşı yüksek seçicilik gösterdi. Bu çalışmada seçilen TIC’ler ile kirletilmiş kimyasal maddeye dirençli kaplamaya (CARC) sahip yüzeylerin dekontaminasyonu yapıldı. Dekontaminasyon sonrası alınan örneklerden, bu çalışma kapsamında optimize edilen ve validasyonu yapılan gaz kromatografisi yöntemi ile yüzeylerdeki kimyasal kalıntı tespiti ve tayini yapıldı.

Toxic industrial chemicals (TICs) are substances produced and used for various purposes, which pose a threat to living organisms due to accidents occurring during their production, disposal, or storage processes. Developing analytical methods for the rapid and accurate detection and quantification of TICs is of critical importance, particularly for residue analysis and the evaluation of decontamination product efficacy following the remediation of TIC-contaminated areas. In this study, a gas chromatography (GC) method was developed, optimized, and validated for the detection and quantification of selected TICs, namely acrylonitrile, carbon disulfide, phenol, and parathion. During the method development process, both liquid injection and solid-phase microextraction (SPME) techniques were employed. For the liquid injection approach, an HP-5MS UI column was used, and optimization of oven temperature programming and related parameters (e.g., initial temperature, split ratio) was carried out. The optimized conditions were as follows: initial oven temperature of 60°C, hold time of 1 minute at the initial temperature, a temperature ramp rate of 25°C/ min, and a split ratio of 20:1. Within the scope of SPME method development, 30 µm PDMS fiber was identified as the most suitable fiber for the selected TICs. The optimum conditions determined using the PDMS fiber were: extraction temperature of 100°C, extraction time of 10 minutes, equilibration time of 3 minutes, and desorption time of 3 minutes. Based on the optimization results of both techniques, the liquid injection method was found to provide superior analytical performance; therefore, the validation studies were conducted using this technique. The validation of the optimized method included evaluation of linearity, limits of detection (LOD) and quantification (LOQ), accuracy, recovery, precision, and selectivity. The results demonstrated that the newly developed method is highly selective, sensitive, and repeatable. In the linearity studies, correlation coefficients (R²) obtained from calibration curves ranged between 0.9997 and 0.9999. LOD values ranged from 27 to 52 µg/ L, while LOQ values ranged from 89 to 172 µg/ L. Repeatability was assessed by calculating the %RSD of seven replicate injections at the same concentration level. The %RSD values were observed to be 3.11–5.07% for acrylonitrile, 3.79–6.99% for carbon disulfide, 2.72–5.26% for phenol, and 1.71–10.20% for parathion. To assess accuracy, recovery studies were performed at different concentration levels for each analyte, with seven replicate analyses conducted per level. Recovery rates were found to be 91.12–100.45% for acrylonitrile, 94.40–100.47% for carbon disulfide, 98.82–107.67% for phenol, and 87.30–99.72% for parathion. Selectivity studies were also performed to evaluate the impact of matrix and solvent-related interferences, and the developed method exhibited high selectivity toward the TICs. Additionally, in this study, decontamination of surfaces coated with Chemical Agent Resistant Coating (CARC) and contaminated with the selected TICs was conducted. Post-decontamination samples were collected, and chemical residues on the surfaces were detected and quantified using the GC method developed and validated within the scope of this study.