Yüzeyde güçlendirilmiş Raman spektroskopisi kullanılarak ağır metal tayinine yönelik yeni sistemlerin geliştirilmesi
Development of novel methods for the detection of heavy metal ions by using swurface enhanced Raman spectroscopy
Yazar: HAVVA TÜMAY TEMİZ
Danışman: PROF. DR. İSMAİL HAKKI BOYACI
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Bu çalışmada yüzeyde güçlendirilmiş Raman spektroskopisi (YGRS) tekniği kullanılarak
hızlı ve hassas ağır metal tayinine yönelik analiz sistemlerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır.
Buna göre insan sağlığı açısından büyük önem arz eden alüminyum, antimon, arsenik,
kadmiyum ve kurşun olmak üzere beş ağır metal iyonu seçilmiştir. Tez çalışması iki
aşamada yürütülmüş olup ilk aşamada ağır metal iyonlarının dendrimer molekülleri ve
gümüş nanopartiküller varlığında ve yokluğunda sahip oldukları YGRS spektrumları
incelenmiştir. Bu aşamada spektrum kalitesini etkileyen parametrelerden dendrimer ve
partikül konsantrasyonunun analiz için optimum miktarları belirlenmiştir. Elde edilen
veriler doğrultusunda seçilen metal iyonlarına özgü kalibrasyon eğrileri oluşturulmuştur.
Oluşturulan kalibrasyon eğrileri incelendiğinde en hassas sonuçların Al+3 iyonu için D3
dendrimeri varlığında 1195-1236 cm-1, Sb+2 iyonu için D3 dendrimerleri varlığında 898-
953 cm-1, As+3 iyonu için D3 dendrimeri varlığında 356-504 cm-1, Cd+2 iyonu için D1
dendrimeri varlığında 627-669 cm-1 ve Pb+2 iyonu için D4 dendrimeri varlığında 900-940
cm-1 dalga sayısı aralığındaki spesifik bantların takip edilmesiyle elde edildiği
görülmüştür. Bu kalibrasyon grafiklerinin doğrusallıklarını ifade eden gözlenebilme değeri
(LOD) ve tayin alt sınır değeri (LOQ) ise Al+3, Sb+2, As+3, Cd+2 ve Pb+2 iyonları için
sırasıyla 0.16, 0.10, 0.02, 0.04 ve 1.20 ppm ile 0.49, 0.31, 0.05, 0.11 ve 3.62 ppm olarak
hesaplanmıştır. Tezin ikinci aşamasında toplanan YGRS verileri kemometrik analiz
yöntemlerinden biri olan PCA ile işlenmiş ve her bir dendrimer varlığında beş metal
iyonuna ait komplekslerin oluşturduğu grupların ayrı ayrı elde edilmesine ve bu sayede
seçici analize imkan sağlayan PCA modelleri geliştirilmişti.

Anahtar Kelimeler: Ağır metal tayini, YGRS, Dendrimer

Abstract:
Development of a novel analysis system based on surface enhanced Raman spectroscopy
(SERS) was aimed in the present study for the detection of heavy metal ions. Five heavy
metal ions have been chosen which are essential for the protection of human health.
Dendrimer molecules from first and second generations with different functional groups
and silver nanoparticles were used for development of the system. SERS spectra of heavy
metal ions in the presence and absence of dendrimer molecules and silver nanoparticles
were investigated. Several parameters such as the concentration and quantity of dendrimer
molecules and silver nanoparticles were optimized in the first step. After the optimization
of experimental parameters, SERS measurements were carried out for the complexes
consist of `heavy metal ion + dendrimer + silver nanoparticles?. Calibration graphes were
generated by following Raman bands which are spesific to each metal ion. It was
concluded that following the bands between 1195-1236 cm-1 in the presence of D3
dendrimer, 898-953 cm-1 in the presence of D3, 356-504 cm-1 in the presence of D3, 627-
669 cm-1 in the presence of D1,900-940 cm-1 in the presence of D4 gave the best results
for the detection of Al+3, Sb+2, As+3, Cd+2 and Pb+2, respectively. LOD and LOQ values
were calculated according to the data obtained from these calibration graphs. LOD values
are as follows; 0.16, 0.10, 0.02, 0.04 and 1.20 ppm for Al+3, Sb+2, As+3, Cd+2 and Pb+2ions,
respectively. LOQ values are as follows; 0.49, 0.31, 0.05, 0.11 and 3.62 ppm for Al+3, Sb+2,
As+3, Cd+2 and Pb+2ions, respectively. Collected SERS data was analysed by using PCA as
one of the chemometric data analysis methods. A successful classification was performed
by creating clusters for each heavy metal ion in the presence of each dendrimer molecule.
A selectivity property has been gained by the usage of PCA as it provides the identification
of the metal ion.


Keywords: Heavy metal detection, SERS, Dendrimer