Değişik fiziksel şartlar altında yapılan geçiş metal iyon katkılandırmalarının EPR incelemesi
EPR study of transition metal ions doped in some substances under various condition
Yazar: RECEP BIYIK
Danışman: PROF. DR. RECEP TAPRAMAZ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışma iki kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısımda VO2+ iyonu katkılı potasyumdi-hidrojen fosfat (KH2PO4), potasyum tetra oksalat di-hidrat (KHC2O4.H2C2O4.2H2O),lâalanin (CH3H7NO2) tek kristalleri ve Cu2+ iyonu katkılı potasyum di-hidrojen fosfat(KH2PO4), çinko sakkarin di-metil etilen di-amin [Zn(Sac)2(dmen)], çinko sakkarin N,N'propil amin etilen di-amin [Zn(sac)2(paen)] tek kristallerinin EPR incelemesi yapılmıştır.Çalışmanın ikinci kısmında ise günlük hayatta oldukça sık tüketilen ve ülkemizde üretilipişlenen siyah çay değişik ön-işlemlerden geçirilerek EPR tekniği ile incelenmiştir.Yüksek elektrik alan altında hazırlanan VO2+ katkılı KH2PO4 tek kristalinin odasıcaklığında EPR ve optik absorpsiyon spektrumlarının analizi yapılmıştır. VO2+ merkezlerineait 4 farklı yerin iki farklı grup altında toplanabileceği görülmüştür. Toz spektrumdan eldeedilen veriler tek kristal değerleri ile uyum içindedir. VO2+ iyonları K+ iyonları ile yerdeğiştirmiştir. EPR ve optik absorpsiyon verileri bir arada kullanılarak vanadyum iyonu içinspin-Hamiltonien parametreleri ve molekül yörünge katsayıları hesaplanmıştır.Yüksek elektrik alan altında hazırlanan VO2+ katkılı potasyum tetra oksalat di-hidrat(KTO) tek kristalinin EPR çalışması optik absorpsiyon spektrum verileri kullanılarakyapılmıştır. EPR spektrumlarında farklı şiddetli iki grup sekizli çizgi kaydedilmiştir. Gerçektespektrumda şiddetli çizgiler ligand konumundaki oksalat içine katkılanmış VO2+ iyonundan,zayıf şiddetli çizgiler ise hemen hemen aynı yapı ve yerleşime sahip ara boşluklara yerleşmişiyonlardan kaynaklanmaktadır. Tek kristal, toz spektrum ve simülasyon değerleri ile uyumiçindedir. Vanadyum iyonları K+ iyonu ile yer değiştirmiştir.Sıcaklık yavaşça azaltılarak elde edilen VO2+ katkılı l-alanin tek kristalinin EPRspektrumlarının analizi sonucunda üç farklı paramanyetik merkezin varlığı ortaya konmuştur.Ayrıntılı spektrumda çizgilerin 1:2:1 şiddetinde üçe yarıldığı gözlenmiştir. VO2+ iyonunayakın duran NH2 grubuna bağlı iki hidrojen bu yönelimde özdeş davranmaktadır. g ve Adeğerlerine bakıldığında ise paramanyetik merkezin rombik yerel simetri özelliği gösterdiğisöylenebilir.Yüksek elektrik alan altında hazırlanan Cu2+ katkılı KH2PO4 tek kristalinin EPRspektrumlarının analizi sonucu Cu2+'ya ait 4 farklı merkezin olduğu ve bu merkezlerin EPRparametreleri birbirlerine yakın iki farklı yapılı paramanyetik merkez olarak ele alınabileceğianlaşılmıştır. Cu2+'ya ait taban durumu dalga fonksiyonlarının katsayıları g ve A esas eksendeğerlerinin rombik simetrisi için hesaplanmıştır.Cu2+ yeni sentezlenen [Zn(sac)2(paen)] ve [Zn(sac)2(dmen)] bileşiklerinekatkılandırılarak tek kristallerinin EPR incelemesi yapılmıştır. [Zn(sac)2(paen)] ligandkonumundaki atomlarla oktahedral, [Zn(sac)2(dmen)] ise tetrahedral bir çevrede kompleksoluşturmuştur. İki farklı simetri kompleksi için taban durumu dalga fonksiyonları farklı olarakele alınmıştır. EPR ve moleküler yörünge parametre değerlerine göre kompleks yapınınbozulum derecesi ortaya konmuştur.Çay (Camellia Sinensis) dünyada sudan sonra, siyah (fermente olmuş) ve yeşil(fermente olmamış ) çay olmak üzere en çok tüketilen içecektir ve aynı zamanda rahatlatıcı,antioksidan ve besleyici etkisi olduğu bilinmektedir. Ülkemizde Karadeniz sahilleri boyuncayetiştirilen çayın yeşil çay yapraklarında ve siyah çayla demlenmiş çayın sulu çözeltisindeFe3+, Mn2+ kompleks merkezleri kaydedilirken çayın demi kurutulduktan sonra çayyapraklarında bu merkezlere ek olarak semikinon radikali gözlenmiştir. Paramanyetikmerkezlerin kaynakları tartışılmıştır. Sıcaklığın, doğal ve sentetik tatlandırıcıların, geçiş metaliyon katkılandırmanın paramanyetik merkezler üzerine olan etkileri araştırılmıştır. Sentetiktatlandırıcıların paramanyetik merkezler üzerinde herhangi bir etkisi olmazken beyaz şekerinsemikinon radikalini ve Mn2+ merkezini söndürdüğü görülmüştür. Geçiş metal iyonları çayınyapısının önemli bir kısmını oluşturan fenol grupları ile kompleks oluşturmuştur. Bukompleksin yapısı açıklanmaya çalışılmış ve sıcaklığın bu kompleks yapıları üzerine etkisiirdelenmiştir.Anahtar kelimeler: EPR, Cu2+, VO2+, Çay, Semikinon

Abstract:
This work consist of two parts. The first part is devoted to the EPR spectral studies ofVO2+-doped potassium di-hydrojen phosphate (KH2PO4, KDP), potassium tetraoxalate di-hydrate (KHC2O4.H2C2O4.2H2O, KTO), l-alanine (CH3H7NO2) single crystals and powders,and Cu2+-doped potassium di-hydrojen phosphate (KH2PO4), zinc saccharine di-methyl ethyldi-amine [Zn(Sac)2(dmen)], zinc sachharine N, N? propylamine ethyl di-amine[Zn(sac)2(paen)] single crystals and powders. In the second part, EPR spectral studies of blacktea, the beverage which is of very high consumption ratio in over the world, is performedfollowing a number of treatments.VO2+-doped KDP single crystals are grown under high static electric field. The singlecrystal spectra for rotations in the perpendicular planes show four complex sites. The foursites can be classified into two different groups. The powder spectrum also shows theexistence of two different paramagnetic spectra. VO2+ ions substitute K+ ions and the chargedeficiency is compensated by the nearby oxygens of PO4â groups. The electronic structure ofthe central vanadium atom is determined using the EPR values together with the opticalabsorption spectrum.VO2+-doped KTO single crystals are also grown under high static electric field. Twovanadium spectra with different intensities are observed. The intense lines come out of thecomplex which is formed around VO2+ ion inserted into the oxalate group acting as theligand. The weak lines arise from an interstitial site with similar structure. Electronic structureof the central vanadium ion is determined using EPR parameter together with opticalabsorption spectral values.VO2+-doped l-alanine single crystals are grown by lowering the temperature of thesaturated solution slowly. The EPR spectra of these different VO2+ complex sites are resolvedand electronic configurations are determined. The superhyperfine splittings of each vanadiumline from two hydrogens of ï£§NH2 group is observed in this work.EPR spectra of Cu2+-doped KDP single crystals are too complicated to be resolved.Five different Cu2+ complex sites are resolved which are grouped into two structures. Foursites have the same structure. Ground state wave functions of all the sites are determined.Newly synthesized two saccharine complexes [Zn(sac)2(dmen)] and [Zn(sac)2(paen)]respectively, are also investigated by EPR spectroscopy by doping Cu2+ ions to replace theZn2+ ions. [Zn(sac)2(paen)] species formed distorted octahedral complex structure while[Zn(sac)2(dmen)] species resulted in distorted tetrahedral complex. The EPR parameters andground state wave functions of central Cu2+ ions are determined.Tea (Camellia Sinensis) is the most widely consumed drink in the world as non-fermented green and fermented black forms, and is known have therapeutic, antioxidant andnutritional effects. EPR spectral studies made on the tea cultivated along the shore of BlackSea, show only Mn2+ and Fe3+ centers in green tea leaves and water solution of black teaextract, but dry black tea flakes and dry extract exhibit additional semiquinone radical. Theorigins of the paramagnetic species are discussed. The effects of heating, interaction withnatural and synthetic sweeteners and doping the transition metal ions are investigated. Whilethe synthetic sweeteners have no effect on paramagnetic species, white sugar (disaccharide)quenches Mn2+ center and semiquinone radical. Transition metal ions form a complex withphenol groups. The structure of the complexes are discussed and the effect of the temperatureis explained.Key words: EPR, Cu2+, VO2+, Tea, Semiquinone