Sudaki bazı uçucu organik bileşikler ve ağır metallerin ftalosiyanin kaplanmış bir sensör ile algılama mekanizmasının incelenmesi
Investigation of the detection mechanism of some of the volatile organic compounds and the heavy metals in water by a phtalocyanine coated sensor
Yazar: CANSU ÇOBAN
Danışman: PROF.DR. EMİN ÖZBAŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
ÖZETSUDAK BAZI UÇUCU ORGAN K B LEŞ KLER VE AĞIRMETALLER N FTALOS YAN N KAPLANMIŞ B R SENSÖRLE ALGILANMA MEKAN ZMASININ NCELENMESOldukça zehirli maddeler olan sulardaki bazı kirleticiler sağlık ve çevre için cid-di bir tehlike oluşturmaktadır. Bundan dolayı özellikle içme suyunun sürekli kalitekontrolünün yapılması çevre analizinin önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Günü-müzde sudaki kirleticilerin analizleri atomik absorpsiyon spektrometresi, kütle spek-trometresi gibi analitik cihazlar kullanılarak yapılmaktadır. Ancak, bunlar hem paha-lı yöntemlerdir, hem de örnek toplamayı ve hazırlamayı gerektirip yerinde algılama-ya uygun olmadıklarından pratik değillerdir. Kimyasal sensörler, kimyasal bir girişi,optik ya da elektrik sinyaline dönüştüren, pahalı olmayan, hassas ve anında cevap ve-ren diğer algılama sistemleridir. Quartz Kristal Mikrobalans (QCM) sensörü de kim-yasal sensörlerdendir.Ftalosiyaninler organik, yarı iletken maddelerdir ve sensör yüzeylerinin kaplan-masında algılayıcı malzeme olarak yaygın şekilde kullanılmaktadırlar. Kimyasal veısısal kararlı olmaları, merkezlerindeki metal atomu ya da ftalosiyanin zincirlerineatom veya grupların bağlanması ile elektriksel özelliklerinin değiştirilebilmesi nede-niyle her tür kimyasal sensör uygulamalarında aranmakta, bunun yanısıra, tekstil en-düstrisinde kullanılmaktadırlar.Bu çalışmanın birinci kısmında, daha hassas bir sensör cevabı için QCM sensö-rünün yüzeyi ftalosiyanin ince filmleriyle kaplanmış ve filmlerin sudaki bazı uçucuorganik bileşikler ve ağır metallere karşı duyarlılığı belirlenmiştir. Kaplanmış duyar-lı yüzey ile sudaki uçucu organik bileşikler ve ağır metaller arasındaki etkileşme,quartz kristalinin yüzeyindeki kütleyi artırmıştır ve kütledeki değişim, osilatör devre-sine bağlı olarak titreşen quartz kristalinin rezonans frekansındaki değişimler ölçüle-Vrek belirlenmiştir. Tüm ölçümler oda sıcaklığında gerçekleştirilmiş ve artan çözeltikonsantrasyonuyla frekanstaki değişim (sensör cevabı) artmıştır. Etkileşme mekaniz-ması adsorpsiyon izotermleri ve serbest adsorpsiyon enerjisi (Gibbs serbest enerjisi)değerlerine göre belirlenmiştir.Çalışmanın ikinci kısmında, kaplama malzemelerinin elektriksel karakterizasyo-nu interdijital transduser (IDT) sensörler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Malzeme-lerin dielektrik sabit, elektriksel iletkenlik gibi elektriksel özellikleri artan uçucu or-ganik bileşik ve ağır metal çözelti konsantrasyonuyla artmıştır.Mayıs, 2005 Cansu ÇOBANVI

Abstract:
ABSTRACTINVESTIGATION OF THE DEDECTION MECHANISM OFSOME OF THE VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS AND THEHEAVY METALS IN WATER BY A PHTHALOCYANINECOATED SENSORSome pollutants which contain very toxic substances in water can pose seriousmedical and environmental dangers. Therefore, controlling of the drinking waterquality at all times is one of the important tasks for the environmental analysis.Today, the pollutants in water analyze by analytic devices such as atomic absorptionspectrometer, mass spectrometer. But, the chromatographic analysis of water to de-tect the pollutants are very expensive, time consuming and because of the necessityof the sample collection and preparation can not be suitable for carrying out remoteanalysis simultaneously. Chemical sensors are the devices to transform chemical datato optic or electric signal and they are other sensing systems which are not expensive,sensitive and used simultaneously. The quartz crystal microbalance (QCM) sensor isone of them.Phthalocyanines are organic and semi-conducting materials which are videlyused as sensing materials for coatings on surface of sensors. Since they are chemicaland thermal stable and by the binding of atom or group to the metal atom at thecenter of the molecule or to the phthalocyanine ligands the electrical properties ofthem can be changed, they are used in all kinds of chemical sensor applications andused in textile industry.In the first part of this study, the surface of the QCM sensor was coated with thinfilms of phthalocyanines for the good sensor response. The sensitivity of the films tosome of volatile organic compounds and heavy metals was determined in water. DueVIIto the interaction between the coated sensitive layer and volatile organic compoundsheavy metals in water the mass increases on the quartz crystal surface and thechanges in mass were observed by measuring the shifts in resonance frequency ofoscillating quartz crystal. All measurements were carried out at room temperatureand the frequency shifts (sensor responses) increased with increasing concentrationof volatile organic compounds and heavy metal solutions. Interaction mechanism,according to the adsorption isotherm and Gibbs free energy values was determined.In the second part of the thesis, the electrical characterisation of the coatingmaterials was carried out by using interdigital transducer (IDT) sensors. The electri-cal properties such as dielectric constant and electrical conducting of coating materi-als increased with increasing concentration of volatile organic compounds and heavymetal solutions.May, 2005 Cansu ÇOBANVIII