Yeni nesil TNT sensör sistemleri: Enkapsüle piren içeren içi boş silika jel yapıları
Next generation TNT sensor systems: Hollow silica gel structures with encapsulated pyrene
Yazar: BEGÜM ÇETİNEL KÜLCÜ
Danışman: PROF. DR. SOLMAZ KARABULUT
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Emisyon = Emission ; Sensörler = Sensors ; Silika jel = Silica gel ; Trinitrotoluen = Trinitrotoluene

Özet:
Ülkemizde ve küresel çapta yaşanan ve büyük can kayıplarına yol açan terör olaylarının başında bombalı saldırılar gelmektedir. Bu saldırılarda kullanılan patlayıcıların ana maddelerini trinitrotoluen (TNT), dinitrotoluen (DNT) gibi nitro aromatik bileşiker oluşturmaktadır. Bu nedenle, bu bileşiklerin önceden tespiti terör saldırılarının önlenmesi hususunda büyük önem arz etmektedir. Nitro-tabanlı patlayıcıların tespiti için floresans sönümleme metodu tekrarlanabilir, hızlı ve pratik bir metot olarak öne çıkmaktadır. Piren ve türevleri floresans özellik göstermeleri ve yüksek kuantum verimine sahip olmaları nedeniyle sıklıkla floresans tabanlı TNT sensör sistemlerinde kullanılmaktadır. Her ne kadar polar organik çözücüler içerisinde piren tabanlı floresans sensörleri yüksek performans gösterse de sulu ortamlardaki analizlerde piren bileşikleri kullanılamamaktadır. Poliaromatik hidrokarbon yapısına sahip piren ve türevlerinin su ve sulu ortamda çözünmüyor oluşu ilgili bileşiklerin su ortamındaki analizlere adaptasyonunu zorlaştırmaktadır. Bu tez kapsamında hidrofilik içi boş silika jel yapıları içerisine 1-pirenmetanol bileşiği gözenek boyut küçültme işlemi ile enkapsüle edilerek yeni bir sensör sistemi geliştirilmiştir. Mezoporoz yapıdaki içi boş SiO2 yapısı sert-şablon olarak manyetik γ-Fe2O3 çekirdeğinin etrafının Stöber metodu ile SiO2 kaplanması ve sonrasında çekirdeğin asidik ortamda yapıdan uzaklaştırılması ile elde edilmiştir. SiO2 tabanlı yapılar FTIR, N2 adsorpsiyon/desorpsiyon analizleri, X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS), Geçirmeli elektron mikroskopu (TEM) ile karakterize edilmiştir. 1-pirenmetanol içeren bileşiklerin fotofiziksel özellikleri Görünür Bölge-Ultraviyole (UV-Vis) ve floresans spektroskopisi ile incelenmiştir.
Patlayıcı tespit çalışmaları floresans sönümleme metodu kullanılarak trinitrotoluen (TNT) ve dinitrotoluen (DNT) bileşikleri varlığında yürütülmüştür. Sensörün TNT bileşiği için yüksek hassasiyet gösterdiği ve 7.03 x 10-8 M gibi düşük bir tespit limitine (LOD) sahip olduğu bulunmuştur. DNT ve diğer nitroaromatik patlayıcılar ile yapılan floresans sönümleme çalışmalarında ise sensörün TNT yapısına karşı yüksek seçicilik gösterdiği bulunmuştur

Abstract:
Bomb-attacks are considered as one of the most-used terrorist act in the world and domestic. The main ingredients of the explosives that are used in these terrorist-acts are trinitrotoluene (TNT), dinitrotoluene (DNT) and nitro-aromatic compounds. Therefore, their rapid-detection of these compounds is very important to prevent the terrorist acts. In this context, florescence based quenching system emerges as a rapid, repetable and pratic method. Pyrene and its derivatives are frequently used in these systems owing to their florescence properties and high quantum yields, although pyrene based florescence sensors exhibit high performance in polar organic solvents, they can not be used in water based analysis. The limited solubility of polyaromatic hydroccarbon based pyrene and its derivatives in water and aqueous medium prevents their usage in water-based analysis. In this study, a novel sensor system was developed through encapsulation of 1-pyrenemethanol in hydrophilic hollow silica gels through pore-size reduction. The hollow mesoporous SiO2 structure was obtained by coating the magnetic γ-Fe2O3 as the hard-template and then the core was removed by acid treatment. SiO2 based synthesized materials were characterized by means of FTIR, N2 adsorption/desorption analysis, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Transmission electron microscopy (TEM). The photophysical properties of 1-pyrenemethanol based compounds were carried out using Visible-ultraviolet and Florescence spectroscopy. 
Explosive detection studies based on florescence queching analysis were carried out using TNT and DNT compounds. The sensor system found to be very sensitive to TNT and showed a limit of detection (LOD) value of 7.03 x 10-8 M. The florescence quenching experiments that were carried out in the presence of various nitroaromatic compounds confirmed the selectivity of the sensor towards TNT.