Yüzey akustik dalgaların ağır metal iyonlarını algılamada kullanılması
Heavy metal ion detection using surface acoustic waves
- Tez No: 977142
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NURSEL CAN, PROF. DR. AHMET ALTINDAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Ağır metal iyonlarının algılanması, ağır metal kirliliği, sensor, QCM, adsorpsiyon izotermleri, CuO nanoparçacık, CNT, Heavy metal ion detection, heavy metal pollution, sensor, QCM, adsorption isotherms, CuO nanoparticle, CNT
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tatlı su kaynakları, hem günlük yaşam hem de doğal afetler sonrası süreçlerde hayati öneme sahiptir. Canlı yaşamının sürdürülebilirliği açısından vazgeçilmez olan bu kaynaklar, dünya yüzeyinin büyük bölümü suyla kaplı olmasına rağmen oldukça sınırlı miktardadır. Sanayileşme, yoğun tarım faaliyetleri ve artan nüfus gibi insan kaynaklı baskılar, su kaynaklarının kalitesini ciddi şekilde tehdit etmektedir. Özellikle endüstriyel, tarımsal ve evsel atıkların yüzey sularına karışması, çevresel kirliliğin en önemli nedenlerinden biridir. Bu kirleticiler arasında ağır metaller, biyolojik birikim özellikleri, çevresel kalıcılıkları ve düşük konsantrasyonlarda bile gösterdikleri toksik etkiler nedeniyle özel bir risk grubu oluşturmaktadır. Kurşun (Pb), kadmiyum (Cd), cıva (Hg), arsenik (As), çinko (Zn), bakır (Cu) ve demir (Fe) gibi metallerin; sinir sistemi, böbrekler ve akciğerler başta olmak üzere çeşitli organlar üzerinde toksik etkiler oluşturduğu bilinmektedir. Bu etkiler, metal iyonlarının biyomoleküllerle, özellikle proteinlerdeki tiyol gruplarıyla etkileşime girerek hücresel biyokimyasal süreçleri bozması sonucu ortaya çıkmaktadır. Toksik Maddeler ve Hastalık Kayıt Ajansı'na göre Pb en toksik ağır metal olarak kabul edilmekte; onu sırasıyla Hg, As ve Cd izlemektedir. Ağır metal kirliliğinin sürekli ve hassas şekilde izlenmesi, yalnızca çevresel sürdürülebilirlik açısından değil, halk sağlığı için de kritik öneme sahiptir. Geleneksel analitik yöntemler yüksek doğruluk sağlasa da; maliyet, uzmanlık gerekliliği ve gerçek zamanlı takip açısından çeşitli kısıtlamalar barındırmaktadır. Bu gereksinim doğrultusunda geliştirilen sensör teknolojileri, özellikle piezoelektrik özelliklere sahip kuvars kristal mikrobalans (QCM) sistemleri ile önemli avantajlar sunmaktadır. Bu tez çalışmasında, QCM sistemleri üzerine yüksek yüzey alanına sahip nanomalzemelerden olan bakır oksit (CuO) nanoparçacıkları ve karbon nanotüpler (CNT) entegre edilmiştir. Böylece Cd, Cu, kobalt (Co) ve Fe gibi ağır metal iyonlarının farklı konsantrasyonlardaki varlığı başarıyla algılanmıştır. QCM sensörlerinden elde edilen veriler, yalnızca kantitatif tespit sağlamakla kalmamış, aynı zamanda iyonların yüzeye bağlanma davranışları hakkında da bilgi sunmuştur. Bu bağlanma süreçlerini daha iyi anlamak amacıyla Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon izoterm modelleri incelenmiştir. Söz konusu modeller, iyonların sensör yüzeyinde nasıl dağıldığı ve bağlandığı hakkında önemli ipuçları vermektedir. Ayrıca ultraviyole ve görünür (UV- Vis.) spektroskopisi kullanılarak metal iyonlarının optik davranışları da analiz edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Freshwater resources are of vital importance both in daily life and in the aftermath of natural disasters. Even though the majority of the Earth's surface is covered with water, the amount of accessible and usable freshwater is highly limited. Human-induced pressures such as industrialization, intensive agricultural practices, and population growth severely threaten the quality of these water resources. Among the major pollutants, heavy metals stand out due to their bioaccumulative properties, environmental persistence, and toxic effects even at low concentrations. Metals such as lead (Pb), cadmium (Cd), mercury (Hg), arsenic (As), zinc (Zn), copper (Cu) and iron (Fe) are known to exert toxic effects on various organs, particularly the nervous system, kidneys, and lungs. These toxic effects result from interactions between metal ions and biomolecules, especially the thiol groups in proteins, leading to serious disruptions in cellular biochemical processes. According to the Agency for Toxic Substances and Disease Registry, Pb is considered the most toxic heavy metal, followed by Hg, As and Cd. Continuous and precise monitoring of heavy metal pollution is not only essential for environmental sustainability but also critical for public health. Although conventional analytical techniques offer high accuracy, they have significant limitations in terms of cost, required expertise, and real-time monitoring capabilities. In response to these needs, sensor technologies, particularly quartz crystal microbalance (QCM) systems with piezoelectric properties have demonstrated significant advantages. In this thesis study, nanomaterials with high surface area, namely copper oxide (CuO) nanoparticles and carbon nanotubes (CNTs), were integrated into QCM systems. As a result, heavy metal ions such as Cd, Cu, cobalt (Co) and Fe were successfully detected at various concentrations. The data obtained from QCM sensors not only enabled quantitative detection but also provided insight into the binding behavior of the ions on the sensor surface. To better understand these binding processes, Langmuir and Freundlich adsorption isotherm models were analyzed. These models offer valuable information about how ions are distributed and retained on the sensor surface. Additionally, the optical behavior of the metal ions was examined using Ultraviolet- Visible (UV- Vis.) spectroscopy.
Benzer Tezler
- Electromagnetic shielding and acoustic properties of recycled carbon black enhanced polyurethane
Geri dönüştürülmüş karbon siyahı takviyeli poliüretanın elektromanyetik kalkanlama ve akustik özellikleri
ETHEM GÖKHAN ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜNYAMİN KARAGÖZ
- Grafen nanoplatelet, nano gadolinyum oksit ve mikro silika jel katkılı epoksi kompozitlerin elektromanyetik kalkanlama ve akustik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of electromagnetic shielding and acoustic properties of graphene nanoplatelet, nano gadolinium oxide and micro silica gel filled epoxy composites
İSMAİL MELİK TAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVGİ BAYARI
- Design, analysis and production of temperature sensor using microstereolithography technique
Mikrostreolitografi tekniği kullanılarak sıcaklık sensörünün tasarımı, analizi ve üretimi
TAYYAB WAQAR
Doktora
İngilizce
2022
Mekatronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEZGİN ERSOY
- Diffraction of acoustic waves by a semi-infinite cylindrical pipe
Akustik dalgaların silindir kesitli yarı-sonsuz bir borudan kırınımı
BURAK POLAT
Doktora
İngilizce
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİNUR BÜYÜKAKSOY
- Akustik dalgaların fotovoltaik güneş panellerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of effects of acoustic waves on photovoltaic solar panels
YASİN APAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERKAN ALAGÖZ