İçme sularında kuartz kristal mikroterazi sensör ile arsenik tespiti
Detection of arsenic in drinking water with quartz crystal microbalance sensor
Yazar: KÜBRA KESER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ÇAĞRI SOYLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ HAMDİ MIHÇIOKUR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
İÇME SULARINDA KUARTZ KRİSTAL MİKROTERAZİ SENSÖR İLE
ARSENİK TESPİTİ

Kübra KESER

Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü 
Yüksek Lisans Tezi, Ağustos 2019
1. Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Mehmet Çağrı SOYLU
2. Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Hamdi MIHÇIOKUR

ÖZET

Arsenik dünya çapında yüzbinlerce ölümden sorumlu birinci sınıf bir kanserojendir. Halk sağlığı açısından, içme suyunda arseniğe maruz kalmayla ilgili temel endişe, acil durum toksisitesi değil, kanserojen özelliklere ve uzun süreli sağlık etkilerine uzun süre maruz kalınmasıdır. İçme suyu sistemlerinin arsenikli kirlenmesinin, yüzyılın en büyük çevresel sorunlarından biri olması çalışmayı gerekli kılmıştır. 
Gerçek zamanlı, hızlı, yerinde küçük konsantrasyonlarda arsenik saptanması ve bunun biyolojik olarak izlenmesi akut veya kronik zehirlenme tanımlanmasında ve hastalıkların tedavisinde önemli bir rol oynar. Özellikle günümüzde, hidrit kaynaklı atomik absorpsiyon spektrometresi (HGAAS) ve endüktif çift plazma kütle spektrometresi (ICP-MS) yöntemleri, arsenik tayininde kullanılan en popüler teknikler arasındadır. Bu altın standart yöntemler yerine kullanılabilecek alternatif yöntemler araştırılmalıdır. Altın standart tekniklerin, özellikle su yönetim merkezlerinde yerinde, gerçek zamanlı, hızlı ve erken tespitin sistematik bir analizine adapte edilmesi zor görünmektedir ve yüksek vasıflı personel ile pahalı ve karmaşık enstrümantasyon gerektirmektedir. 
Bu çalışmada rezonans frekansının değişmesiyle sensör yüzeyindeki toplam kütle değişimini 0,1 ng/cm2 hassasiyetle tespit edebilen bir algılama cihazı olan Quartz Crystal Microbalance (QCM) kullanılmıştır. Sensör yüzeyi, sensörün stabilitesini arttırmak ve yeterli immobilizasyon için uygun bir yüzey sağlamak için (3 Merkaptopropil) trimetoksisilan (MPS) kaplama maddesine maruz bırakılmıştır. Arsenik (As)'ı tespit edebilmek için 2-Merkaptoetanol (ME) sensör yüzeyinde immobilize edilmiştir. ME immobilizasyonundan sonra, yüzey her bir konsantrasyon seviyesi için negatif kontrole ve en az 3 kez 3 farklı As konsantrasyonuna maruz bırakıldı. Sonuçlar, içme suyunda arsenikin 1 ng/mL hassasiyet seviyesinde tespit edildiğini göstermektedir.
Anahtar Kelimeler: Biyosensör; QCM; İçme Suyu Analizi; Arsenik

Abstract:
DETECTION OF ARSENIC IN DRINKING WATER WITH QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCE SENSOR

Kübra KESER

Erciyes University, Graduate School of Natural and Applied Sciences Master Science Thesis, August 2019
Supervisor: Dr. Mehmet Çağrı SOYLU
Dr. Hamdi MIHÇIOKUR

ABSTRACT
Arsenic is a first class carcinogen responsible for hundreds of thousands of deaths worldwide. In terms of public health, the main concern about the exposure to arsenic in drinking water is not immediate emergency toxicity, but of long-term exposure to carcinogenic properties and long-term health effects. The fact that arsenic contamination of drinking water systems is one of the biggest environmental challenges of our century made the study necessary. 
Real-time, fast, in situ detection of Arsenic with small concentrations and its biological monitoring play a critical role in the identification of acute or chronic intoxication and in the treatment of diseases. Especially today, hydride-induced atomic absorption spectrometry (HGAAS) and inductive dual plasma mass spectrometry (ICP-MS) methods are among the most popular techniques used in arsenic determination. Alternative methods that can be used instead of these gold standard methods must be investigated. Gold standard techniques seem to be difficult to adapt to a systematic analysis of in situ, real-time, rapid and early detection, especially in water management centers, and require expensive and complex instrumentation with highly skilled personnel.

Quartz Crystal Microbalance (QCM) which is a sensing device to be able to detect total mass-change on sensor surface with 0,1 ng/cm2 sensitivity by the change of resonance frequency has been used in this study. Sensor surface has been exposed to (3- Mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPS) coating agent to increase the stability of sensor and provide a proper surface for sufficient immobilization. 2-Mercaptoethanol (ME) has been immobilized on the sensor surface to make it able to detect the Arsenic (As). After ME immobilization the surface has been exposed to negative control and 3 different concentrations of As at least 3 times for each concentration level. Results show that arsenic in drinking water has been detected at 1 ng/mL of sensitivity level.

Keywords: Biosensor; QCM; Drinking Water Analysis; Arsenic