Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Anabilim Dalı / Kimya Bilim Dalı

A highly selective and reusable colorimetric and turn-on fluorescent chemosensor based on rhodamine tethered aldehyde functional microspheres for the detection of Cu2+ and Hg2+ ions

Cu2+ ve Hg2+ 'nın deteksiyonu için yüksek seçicilik gösteren rodamin tutturulmuş aldehit fonksiyonlu mikroküre esaslı kolorimetrik ve floresans 'turn on' tekrar kullanılabilir kemosensörlerin hazırlanması

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 558450 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

Development of new receptors for heavy metal ions is vital importance to keep their level under-control and if needed to take precautions against to their destruction effects on ecosystem.These metals have a high toxicity that will adversely affect human health and environment. The widespread use of these compounds in the industry causes many disorders such as movement and central nervous system disorders, brain injury. Many of them even at very low concentrations have fatal effects on living organisms. Detection of these ions can be done by ultraviolet and visible spectrophotometer (UV-Vis) and electrochemical methods. In the sensitivity and detection limits perspective, fluorescence based techniques are one of the most preferred method due to easy handling, high sensitivity and selectivity properties. Moreover, fluorescence based analysis has a very important role of protein-antibody interactions, permeability and ion transmission in membranes, photo-dynamic therapy studies, photo physics and photochemistry, characterization of excited regions, solvent-soluble interactions studies, crude oil characterization, determination of molecules causing environmental pollution, biological systems and drugs in the field of biochemistry. Since the wavelength of a fluorescence-emitting substance is characteristic for that substance, a qualitative analysis of the substances by fluorescence analysis is possible. Quantitative analyzes can be made by using the linear relationship between the intensity of fluorescence and concentration in a given concentration. Solutions at very low concentrations (10-4 - 10-9 μM) which cannot be determined by colorimetric or spectrophotometric methods can be determined by fluorescence method. Heavy metal ions such as Cu (II) and Hg (II) ions are known for their fluorescence quenching effects. Compared to the fluorescence quenching and fluorescence enrichment effects of designed chemical sensors, the sensitivity of chemical sensors based on fluorescence enrichment is higher. So it is also wider usage of such chemical sensor. Pyrene and Rhodamine molecules are widely used in the preparation of many fluorescence based chemical sensors as fluorophore due to both high quantum yield and high sensing properties. Apart from the other fluorophores, initially rhodamine derivatives have non-fluorescent and colorless spirocyclic form. After interaction with a targeted analyte, the spirocyclic ring is opened and gives a strong fluorescence response called "turn on" type detection. In this work, a new reusable spherical solid supported rhodamine-based chemosensor was prepared, and its fluorescence behaviors toward transition-metal ion were investigated. First, crosslinked Poly (vinyl benzaldehyde-co-divinylbenzene) (P(VBA-co-DVB)) microbeads were synthesis via precipitation polymerization to get almost uniform (2-5 μm) aldehyde functional spherical particles as solid support. Rhodamine hydrazide was then attached to the reachable aldehyde groups (3.05 mmol/g) via imine linkages onto the microbeads. The emerging emission and absorption spectra of resulting chemosensor microbeads showed high selectivity and sensitivity towards to Hg2+ and Cu2+ ions over other competing ions in CH3CN: H2O (v/v: 80/20, pH: 7.2) media. The binding capability (Ka) of the interacted chemosensor was calculated from Benesi-Hildebrand graphics. Furthermore, the detection limit of the chemosensor was calculated 3.90 x10-7 and 5.06 x10-7 M for Hg2+ and Cu2+ , respectively. Fluorescence life-time was also measured as 22.9 ns.

Summary:

Ağır metal iyonları için yeni reseptörlerin gelişimi günümüzde büyük ilgi görmektedir. Çok düşük konsantrasyonlarda şiddetli geçiş metal iyonları, yaşam ortamları üzerinde büyük biyolojik etkilere sahiptir. Bu metaller, insan sağlığını ve çevresel ekosistemi olumsuz yönde etkilemek için yüksek toksisiteye sahiptir. Bu bileşiklerin endüstride yaygın kullanımı, hareket ve merkezi sinir sistemi bozuklukları, beyin hasarı gibi birçok bozukluğa neden olmaktadır. Günümüzde özellikle endüstride yaygın olarak kullanılan ağır metaller kullanım sırasında ve sonrasında hem çevre hem de insan hayatı açısından önemli derecede risk oluşturmaktadır. Tüm bu tehlikenin farkında olan birçok araştırmacı çalışmalarını ağır metalleri tespit etmek ve sistemden uzaklaştırıp doğaya karşı zararsız bir forma dönüştürmeye odaklamıştır. Özellikle günden güne azalan temiz su kaynakları ve doğal ekosistemin artık alarm vermesi, buna kayıtsız kalamayan bilinçli insan sayısının günbegün artışı ile birlikte bu tip konular hayati önem kazanmıştır. Cıva elementel formda (Hg0 ) toksik değildir. Elementel cıvayı kimyasal değişime uğratacak herhangi bir kimyasal veya biyolojik sistemin yokluğunda cıva alınımı yan etkilere yol açmaz; fakat Hg0 , kimyasal olarak iyonize inorganik Hg2+ türüne dönüşünce toksik özellik kazanır. Endüstriyel alanlardaki kullanımlarda, cıvanın Hg0 formunda iken klor gibi bir antioksidana maruz kalması sonucunda kimyasal olarak elementel durumdan iyonize duruma dönüşümü gerçekleşir. Elementel cıvanın, insan bağırsağında veya nehirler ve göllerin dibindeki mikroorganizmalar tarafından Hg2+ ve alkil cıvaya (örneğin, CH3Hg+, metil civa) dönüşümü gerçekleşir. Bu mikroorganizmalar daha büyük deniz canlıları tarafından alınırlarsa, bu toksik cıva formları gıda zincirine eklenir. Cıvaya maruz kalma ile ilgili Dünya Sağlık Örgütü sınırı 45 µg/gün cıvadır. Kanda ve idrarda bulunan cıva miktarı toksisite derecesi ile korelasyon gösterir. Normalde kandaki cıva düzeyi 10 µg/L'den düşüktür. Meslekleri nedeni ile ılımlı miktarlarda cıvaya maruz kalan bireylerde kanda 15 µg/L' ye varan cıva miktarları bulunabilir. Tam kan cıva düzeyi 50 µg/L'den yüksek ise anlamlı maruziyete işaret etmektedir. Dünya Sağlık Örgütü'ne göre günlük idrar miktarında 50 µg/L'den yüksek olması önemli miktarlara maruz kalındığının işaretidir [7]. Başlıca olumsuz etkileri şunlardır: Sinir sistemi bozukluklarına sebep olur. Beyin fonksiyonlarına zarar verir. DNA ve kromozomlara zarar verir. Alerjik reaksiyonlara, deri isiliklerine, yorgunluğa ve baş ağrısına yol açar. Bakır elementi insan sağlığı açısından oldukça öneme sahip olup, belirli miktarları canlı organizmaların çok çeşitli biyokimyasal ve fizyolojik işlemleri için gerekli iken, canlı organizmalar tarafından normal seviyelerden daha az veya fazla alınması durumunda ise organizmalara karşı çok çeşitli toksik etkiler de yapabilmektedir. Dolayısıyla gıdalarda, insanların kullandığı çeşitli materyallerde, ilaç örneklerinde ve çevresel örneklerde bakır konsantrasyonunun bilinmesi gerekmektedir. Aynı zamanda bakır miktarının tayin edilmesi işleminin hızlı toksik etkisinden dolayı zehirlenme gibi durumlarda çok çabuk ve pratik olması şarttır. Bunun için bakır yanında demir, nikel, krom, mangan, kurşun, cıva, kobalt, alüminyum, çinko, kadmiyum gibi metallerin tayini için de çok sayıda yöntem geliştirilmiş olup son yıllarda bu türden toksik metallerin tayininde kullanılabilecek yeni, güvenilir, pratik ve hızlı tekniklerin geliştirilmesi yönünde çeşitli araştırmalar devam etmektedir. Bu iyonların saptanması, ultraviyole ve görünür spektrofotometre (UV-Vis) ve elektrokimyasal yöntemler ile tespit edilebilir. Bununla birlikte, bu yöntemlerin duyarlılık ve tespit limitleri çok düşüktür. Bu bağlamda, kolay işlevsel teknikler, yüksek hassasiyet ve seçicilik nedeniyle floresan ölçümü tercih edilen bir yöntem olarak görülmektedir. Bu bağlamda, kolay işlevsel teknikleri, yüksek hassasiyet ve seçicilik nedeniyle floresans ölçümü daha tercih edilen bir yöntem olarak görülmektedir. Biyokimya alanında; protein-antikor etkileşimlerinde, membranlardaki geçirgenlik ve iyon iletimi çalışmalarında, foto dinamik terapi araştırmalarında, foto fizik ve fotokimya alanında; uyarılmış bölgelerin karakterizasyonunda, çözücü-çözünen etkileşimleri çalışmalarında, ham petrol karakterizasyonunda, çevre kirliliğine sebep olan moleküllerin tayininde, biyolojik sistemlerle ilaçların etkileşiminde floresans analizlerinin çok önemli bir yeri vardır. Floresans özellik gösteren bir maddenin yaydığı ışının dalgaboyu o madde için karakteristik olduğundan floresans analizleri ile maddelerin kalitatif analizi mümkün olur. Kantitatif analizler ise belirli bir derişim aralığında floresans şiddeti ile derişimi arasındaki ilişkinin doğrusal olmasından yararlanılarak yapılabilir. Kolorimetrik veya spektrofotometrik yöntemlerle tayin edilemeyen çok düşük derişimlerdeki çözeltiler (10-4 - 10-9 μM) floresans yöntemiyle tayin edilebilirler. Cu(II) ve Hg(II) iyonları gibi ağır metal iyonları floresans söndürücü etkileriyle bilinmektedir. Tasarlanan kimyasal sensörlerin floresans söndürme ve floresans zenginleştirme etkileri kıyaslandığında floresans zenginleştirme esaslı kimyasal sensörlerin hassasiyeti daha fazladır. Bu yüzden de bu tarz kimyasal sensörlerin kullanım alanları daha geniştir. Piren ve Rhodamin molekülleri hem yüksek kuantum verimi hem de yüksek algılama özelliğinden dolayı florofor olarak birçok floresans esaslı kimyasal sensör oluşturulmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, yeniden kullanılabilir yeni bir katı destekli rodamin bazlı kemosensör sentezlenmiştir ve geçiş metal iyonlarına karşı floresans davranışları araştırılmıştır. İlk olarak, çapraz bağlanmış Poli (vinil benzaldehit-ko-divinilbenzen) (P (VBA-co-DVB)) aldehit fonksiyonlu mikroküreleri, katı bir destek olarak neredeyse tek tip (2-5 um), çökelme polimerizasyonu yoluyla sentezlendi. Ardından rodamin hidrazit, mikrokürelerin üzerindeki ulaşılabilir aldehit gruplarına (3.05 mmol / g), imin bağlantıları yoluyla bağlandı. Sonrasında, elde edilen kemosensörün ortaya çıkan emisyon ve absorpsiyon spektrumları, CH3CN: H20 (v / v: 80/20, pH: 7.2) ortamındaki diğer rakip iyonlara göre Hg2 + ve Cu2 + iyonlarına karşı yüksek seçicilik ve hassasiyet göstermiştir. Etkileşen kemosensörün bağlanma kabiliyeti (Ka) Benesi-Hildebrand grafiklerinden hesaplandı. Ayrıca, kemosensörün tespit limiti Hg2+ ve Cu2+ için sırasıyla 3.90 x10-7 ve 5.06 x10-7 M olarak hesaplandı. Floresans ömrü de 22.9 ns olarak ölçüldü.