Sularda stronsiyumun deteksiyonu için kimyasal sensörlerin geliştirilmesi, karakterizasyonu ve uygulamaları
Development, characterization, and applications of chemical sensors for the detection of strontium in waters
Yazar: ALPARSLAN ENES ORAL
Danışman: PROF. DR. ŞULE AYTAŞ ; PROF. DR. FATMA NİL ERTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Bilimler Ana Bilim Dalı / Nükleer Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Kalsiyum aljinat = Calcium alginate ; RGB renk modeli = RGB color model

Özet:
Stronsiyumun (Sr) varlığı ve yoğunluğunun tespiti, çevresel sağlık ve güvenlik açısından hayati öneme sahiptir. Stronsiyum, belirli konsantrasyonların üzerinde toksik etkilere neden olabilir, bu nedenle özellikle içme suyu kaynaklarında bu elementin izlenmesi ve kontrol altına alınması gerekmektedir. Mevcut metodolojiler, genellikle ya stronsiyum tespiti ya da eliminasyonu üzerine odaklanmış olup, her iki fonksiyonu da entegre eden çözümler oldukça sınırlıdır.
Bu tez çalışmasında, sulu çözeltilerde stronsiyum iyonlarının tespit ve uzaklaştırılma işlemlerini tek bir platformda birleştiren yenilikçi bir yaklaşım geliştirilmiştir. Murexide ve Tetraethoxysilane (TEOS) ile modifiye edilmiş Aljinat Hidrojel küreciklerinden elde edilen MTH ve Xylenol Orange ile işlenmiş Aljinat Hidrojel küreciklerinden oluşan XOH partikülleri, bu dual işlevi gerçekleştirmek için sentezlenmiştir. MTH partiküllerinde bulunan Murexide ve XOH partiküllerindeki Xylenol Orange, stronsiyum iyonlarının varlığında renk değişikliği gösteren kolorimetrik özelliklere sahip moleküllerdir. Bu renk değişikliği, stronsiyum iyonlarının konsantrasyonuna bağlı olarak kantitatif olarak değerlendirilebilir, böylece su örneklerindeki stronsiyum seviyeleri hızlı ve hassas bir şekilde tespit edilebilir.
Deneylerde, kullanılan MTH ve XOH küreciklerinin bileşeninde yer alan aljinatın, geniş yüzey alanı ve fonksiyonel grupları sayesinde sayesinde stronsiyum iyonlarının adsorpsiyonu için iyi ve dayanıklı bir biyopolimer olduğu gözlemlenmiştir. Stronsiyum için adsorpsiyon kapasiteleri, MTH için 9.2 mg/g ve XOH için 9.3 mg/g olarak ölçülmüştür. 
Analiz sürecinde kolorimetrik ölçümler, bir akıllı telefon kamerası ile çekilen fotoğraflar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu fotoğraflar, ImageJ gibi gelişmiş görüntü işleme yazılımları aracılığıyla değerlendirilerek, stronsiyum iyonlarının konsantrasyonları hakkında doğru ve güvenilir veriler elde edilmiştir. Bu yöntem, geleneksel laboratuvar tabanlı spektrofotometrik cihazlara ihtiyaç duymadan stronsiyum tespiti yapılabilmesi için uygun, düşük maliyetli ve erişilebilir bir alternatif sunmaktadır.
Sonuç olarak, bu çalışma, MTH ve XOH partiküllerinin 1 mg/L'den 10 mg/L'ye kadar stronsiyum konsantrasyonlarını tespit edebilecek ve aynı zamanda bu iyonları etkili bir şekilde adsorplayabilecek çok işlevli sensörler olarak potansiyellerini sergilemiştir. Çalışmanın bulguları, suyun kalitesinin izlenmesi ve iyileştirilmesi yönünde önemli adımlar atılmasına olanak tanıyacak, su arıtma sistemlerinde ve çevresel izleme uygulamalarında MTH ve XOH partiküllerinin kullanımını teşvik edecek bilgiler sağlamaktadır. Bu çalışma, stronsiyum iyonlarının tespiti ve giderilmesi alanında, basitçe bir akıllı telefon kullanarak bile gerçekleştirilebilecek yenilikçi ve etkili çözümler sunmakta ve gelecekte bu alanda yapılacak araştırmalar için sağlam bir temel oluşturmaktadır.

Abstract:
The presence and determination of strontium (Sr) and its density are of vital importance from an environmental health and safety perspective. Strontium can induce toxic effects above certain concentrations, making it essential to monitor and control this element, particularly in drinking water sources. Current methodologies often focus either on strontium detection or elimination, with integrated solutions for both functions being limited.
In this thesis study, an innovative approach that combines the detection and removal of strontium ions in aqueous solutions on a single platform has been developed. MTH particles derived from Murexide and Tetraethoxysilane (TEOS)-modified alginate hydrogel beads and XOH particles processed from Xylenol Orange-modified alginate hydrogel beads were synthesized to fulfill this dual functionality. Murexide in MTH particles and Xylenol Orange in XOH particles are molecules with colorimetric properties that undergo a color change in the presence of strontium ions. This color change can be quantitatively assessed depending on the concentration of strontium ions, enabling the rapid and precise detection of strontium levels in water samples.
In the experiments, it was observed that alginate, which is a component of the MTH and XOH beads used, is a good and durable biopolymer for the adsorption of strontium ions functional groups. The adsorption capacities were measured as 9.2 mg/g for MTH and 9.3 mg/g for XOH for strontium ions. 
In the analysis process, colorimetric measurements were carried out using photos taken with a smartphone camera. These photos were evaluated using advanced image processing software such as ImageJ, providing accurate and reliable data on strontium ion concentrations. This method offers a suitable, cost-effective, and accessible alternative for strontium detection without the need for traditional laboratory-based spectrophotometric devices.
In conclusion, this study demonstrated the potential of MTH and XOH particles as multifunctional sensors capable of detecting strontium concentrations from 1 mg/L to 10 mg/L and effectively adsorbing these ions. The findings of this study provide insights that will facilitate significant steps in monitoring and improving water quality, promoting the use of MTH and XOH particles in water treatment systems and environmental monitoring applications. This research offers innovative and effective solutions for strontium ion detection and removal, even simply using a smartphone, and establishes a solid foundation for future research in this field.