Sudaki bazı uçucu organik bileşikler ve ağır metallerin ftalosiyanin kaplanmış bir sensör ile algılanma mekanizmasının incelenmesi

Abstract

Oldukça zehirli maddeler olan sulardaki bazı kirleticiler sağlık ve çevre için cid-di bir tehlike oluşturmaktadır. Bundan dolayı özellikle içme suyunun sürekli kalite kontrolünün yapılması çevre analizinin önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Günü-müzde sudaki kirleticilerin analizleri atomik absorpsiyon spektrometresi, kütle spek-trometresi gibi analitik cihazlar kullanılarak yapılmaktadır. Ancak, bunlar hem paha-lı yöntemlerdir, hem de örnek toplamayı ve hazırlamayı gerektirip yerinde algılama-ya uygun olmadıklarından pratik değillerdir. Kimyasal sensörler, kimyasal bir girişi, optik ya da elektrik sinyaline dönüştüren, pahalı olmayan, hassas ve anında cevap ve-ren diğer algılama sistemleridir. Quartz Kristal Mikrobalans (QCM) sensörü de kim-yasal sensörlerdendir. Ftalosiyaninler organik, yarı iletken maddelerdir ve sensör yüzeylerinin kaplan-masında algılayıcı malzeme olarak yaygın şekilde kullanılmaktadırlar. Kimyasal ve ısısal kararlı olmaları, merkezlerindeki metal atomu ya da ftalosiyanin zincirlerine atom veya grupların bağlanması ile elektriksel özelliklerinin değiştirilebilmesi nede-niyle her tür kimyasal sensör uygulamalarında aranmakta, bunun yanısıra, tekstil en-düstrisinde kullanılmaktadırlar. Bu çalışmanın birinci kısmında, daha hassas bir sensör cevabı için QCM sensö-rünün yüzeyi ftalosiyanin ince filmleriyle kaplanmış ve filmlerin sudaki bazı uçucu organik bileşikler ve ağır metallere karşı duyarlılığı belirlenmiştir. Kaplanmış duyar-lı yüzey ile sudaki uçucu organik bileşikler ve ağır metaller arasındaki etkileşme, quartz kristalinin yüzeyindeki kütleyi artırmıştır ve kütledeki değişim, osilatör devre-sine bağlı olarak titreşen quartz kristalinin rezonans frekansındaki değişimler ölçüle- rek belirlenmiştir. Tüm ölçümler oda sıcaklığında gerçekleştirilmiş ve artan çözelti konsantrasyonuyla frekanstaki değişim (sensör cevabı) artmıştır. Etkileşme mekaniz-ması adsorpsiyon izotermleri ve serbest adsorpsiyon enerjisi (Gibbs serbest enerjisi) değerlerine göre belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, kaplama malzemelerinin elektriksel karakterizasyo-nu interdijital transduser (IDT) sensörler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Malzeme-lerin dielektrik sabit, elektriksel iletkenlik gibi elektriksel özellikleri artan uçucu or-ganik bileşik ve ağır metal çözelti konsantrasyonuyla artmıştır. Some pollutants which contain very toxic substances in water can pose serious medical and environmental dangers. Therefore, controlling of the drinking water quality at all times is one of the important tasks for the environmental analysis. Today, the pollutants in water analyze by analytic devices such as atomic absorption spectrometer, mass spectrometer. But, the chromatographic analysis of water to de-tect the pollutants are very expensive, time consuming and because of the necessity of the sample collection and preparation can not be suitable for carrying out remote analysis simultaneously. Chemical sensors are the devices to transform chemical data to optic or electric signal and they are other sensing systems which are not expensive, sensitive and used simultaneously. The quartz crystal microbalance (QCM) sensor is one of them. Phthalocyanines are organic and semi-conducting materials which are videly used as sensing materials for coatings on surface of sensors. Since they are chemical and thermal stable and by the binding of atom or group to the metal atom at the center of the molecule or to the phthalocyanine ligands the electrical properties of them can be changed, they are used in all kinds of chemical sensor applications and used in textile industry. In the first part of this study, the surface of the QCM sensor was coated with thin films of phthalocyanines for the good sensor response. The sensitivity of the films to some of volatile organic compounds and heavy metals was determined in water. Due to the interaction between the coated sensitive layer and volatile organic compounds heavy metals in water the mass increases on the quartz crystal surface and the changes in mass were observed by measuring the shifts in resonance frequency of oscillating quartz crystal. All measurements were carried out at room temperature and the frequency shifts (sensor responses) increased with increasing concentration of volatile organic compounds and heavy metal solutions. Interaction mechanism, according to the adsorption isotherm and Gibbs free energy values was determined. In the second part of the thesis, the electrical characterisation of the coating materials was carried out by using interdigital transducer (IDT) sensors. The electri-cal properties such as dielectric constant and electrical conducting of coating materi-als increased with increasing concentration of volatile organic compounds and heavy metal solutions.