The application of multivariate calibration techniques for simultaneous determination of macro and micro elements in plants using ICP-OES

Abstract

In this study, some of the macro (Ca, K and Mg) and micro (Cu, Fe, Mn and Zn) elements found in plants using ICP–OES device, the determination of the application of multivariate calibration techniques (CLS, PCR and PLS1) and the results obtained by this method is to compare the results of the univariate calibration techniques. Leaf samples were prepared by wet digestion method using H2SO4 and H2O2. Determination of Cu, Ca, Fe, K, Mg, Mn and Zn by ICP–OES method were checked with reference standard peach leaves (NIST 1547). As the univariate calibration technique was studied at 7 different wavelengths, multivariate calibration technique was studied at 129 different wavelengths. As a result of cross–validation of the calibration solutions, multivariate calibration techniques were the best, PLS1. The results of obtained from the % recovery of synthetic mixtures of univariate calibration technique for Cu, Ca, Fe, K, Mg, Mn and Zn were 139.77%; 126.92%; 103.99%; 69.10%; 134.16%; 124.19% and 171.77% and at the PLS1 method 106.67%; 99.75%; 94.21%; 95.54%; 95.02%; 99.00% and 106.78% respectively. As a result of student t–test at confidence level of 95% or 99%, significant differences were found between univariate calibration method and PLS1 and the PLS1 method was determined as a suitable method for ICP–OES.

Keywords

• chemometrics,multivariate calibration,calibration,macro elements,micro elements,plants,simultaneous determination

ICP-OES kullanılarak bitkilerdeki makro ve mikro elementlerin birlikte tayininde çok değişkenli kalibrasyon tekniklerinin uygulanması

Öz

Bu çalışmada, bitkilerde bulunan bazı makro (Ca, K ve Mg) ve mikro (Cu, Fe, Mn ve Zn) elementlerin, ICP–OES cihazı kullanılarak, birlikte tayininde çok değişkenli kalibrasyon tekniklerinin uygulanması (CLS, PCR ve PLS1) ve bu yöntemle elde edilen sonuçların, tek değişkenli kalibrasyon teknikleriyle elde edilen sonuçlarla karşılaştırılması çalışılmıştır. Bitki yaprak örnekleri sülfürik asit ve hidrojen peroksit ile yaş yakma yöntemine göre parçalanarak, makro ve mikro besin elementleri sulu çözeltiye alınmıştır. Cu, Ca, Fe, K, Mg, Mn ve Zn elementlerinin ICP–OES ile tayin yönteminin doğruluğu standart referans şeftali yaprağı (NIST 1547) ile kontrol edilmiştir. Tek değişkenli kalibrasyon tekniğinde 7 farklı dalga boyunda, çok değişkenli kalibrasyon tekniğinde ise 129 farklı dalga boyunda çalışılmıştır. Kalibrasyon çözeltilerinin çapraz validasyonu sonucunda, çok değişkenli kalibrasyon tekniklerinden PLS1’in en iyi yöntem olduğu belirlenmiştir. Sentetik karışımlardan elde edilen % geri kazanım sonuçları tek değişkenli kalibrasyon tekniğinde; Cu, Ca, Fe, K, Mg, Mn ve Zn için sırasıyla; %139.77; %126.92; %103.99; %69.10; %134.16; %124.19 ve %171.77; PLS1 yönteminde ise sırasıyla; %106.67; %99.75; %94.21; %95.54; %95.02; %99.00 ve %106.78 olarak bulunmuştur. %95 ve %99 güven seviyesindeki t– testi sonucunda tek değişkenli kalibrasyon ile PLS1 yöntemi arasında anlamlı bir fark olduğu bulunmuş ve ICP–OES için PLS1 yönteminin daha uygun bir yöntem olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• kemometri,çok değişkenli kalibrasyon,makro elementler,mikro elementler,bitki,birlikte tayin

Kaynakça

1. Atalay, İ. Z., 2010. Toprak Verimliliği Teşhis Yöntemlerinin Karşılaştırılması. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi Yayını, 5. Bitki Besleme Kongre Bildiriler Kitabı, İzmir. 695 s.
2. Brereton, R. G., 1997. Multilevel Multifactor Designs for Multivariate Calibration. Analyst 122:1521–1529.
3. Çetinkaya, O., A. Sümer, A. Sungur, S. Adiloğlu ve C. Akbulak, 2010. Aşağı Kara Menderes Havzası Topraklarının Alınabilir Fe, Cu, Zn, Mn Durumu ve Yersel Dağılımı. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi Yayını, 5. Bitki Besleme Kongre Bildiriler Kitabı, İzmir. 695 s.
4. Edward, V. Thomas and M. Haaland, 1990. Comparison of Multivariate Calibration Methods for Quantitative Spectral Analysis. Anal. Chem. 62:1091–1099.
5. Kacar, B. ve A. İnal, 2008. Bitki Analizleri, Cilt 1, Nobel Yayını, Ankara. 892 s.
6. Kacar, B. ve V. Katkat, 1998. Bitki Besleme. Uludağ Üniversitesi Güçlendirme Vakfı Yayını, Yayın No: 127, 595 s, Bursa.
7. Kramer, R., 1998. Chemometrics Techniques for Quantitative Analysis, Marcel Dekker, New York.
8. Kazem Kargosha, Amir H. M. Sarrafi, 2001. Simultaneous Spectrophotometric Determination of Calcium and Magnesium in Dialysis Fluids Using Multivariate Calibration Methods. Analytical Letters 34(10):1781–1793.

9. Ling Gao, Shouxin Ren, 2005. Simultaneous Spectrophotometric Determination Of Four Metals By Two Kinds Of Partial Least Squares Methods. Spectrochimica Acta Part A 61 (2005) 3013–3019.
10. Richard G. Brereton, 2007. Applied Chemometrics for Scientists. John Wiley & Sons Ltd, 2007.
11. Ülgen, N., N. Yurtsever ve B. Alkan, 1980. Gübre ve Gübreleme. Köyişleri ve Kooperatifler Bakanlığı Toprak–Su Genel Müdürlüğü, Genel Yayın No: 88, Çiftçi Yayınları No: 4, Ankara.
12. Yıldız, Y., 2011. Kazova Topraklarının Mikro Element İçeriklerinin Mesafeye Bağlı Değişiminin Analizi ve Bazı Toprak Özellikleri Arasındaki İlişkiler (Basılmamış Yüksek Lisans Tezi). Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Toprak Anabilim Dalı Tokat. 92 s.