İNDİRGENMİŞ 1,4-LİGAND'IN GENEL TARAMA SPEKTRUMLARI

Şekil 3.2. İndirgenmiş ligand ve Zn2+

İndirgenmiş Schiff bazının diğer metal iyonlarına karşı floresans cevap vermeyeceği belli olduğundan sadece indirgenmiş ligandın Zn2+

ve Al3+ iyonlarına karşı floresans cevabı incelenmiştir.

Şekil 3.3. İndirgenmiş ligand ve Al3+

karışımının floresans spektrumu. Şekil 3.2 ve 3.3'teki indirgenmiş Schiff bazı ile Zn2+

ve Al3+ karışımlarının spektrumlarında herhangi bir floresans şiddeti görülmemektedir. Bu beklediğimiz bir sonuçtur. Bu durum, ligandda bulunan imin bağının (C=N) gerek ligandın gerek kompleksin floresans özellik göstermesinde etkin olduğunu ortaya koymaktadır. Diğer bir değişle bu imin bağının indirgenmesi floresans özelliğin ortadan kalkmasına sebep olmuştur. Literatürde Schiff bazının ve Schiff bazı komplekslerinin floresans özellik göstermesinde imin bağına ait uyarılmanın etkin olduğu belirtilmiştir [28]-[30]. Bu çalışmada da bunu destekleyen bir sonuç elde edilmiş ve indirgenmiş Schiff bazının herhangi bir metal ile floresans özellik gösteren bir kompleks veya karışım oluşturamadığı gözlenmiştir. Bu nedenle, tez çalışmasına sadece 1,4-Ligand ile devam edilmiştir.

3.3. 1,4-LİGAND VE METAL KARIŞIMI SPEKTRUMLARI

Şekil 3.4. Ligand ve çeşitli metal çözeltilerinin karışımları için elde edilen floresans spektrumları.

Şekilde görüldüğü gibi ligandın etanollü çözeltisi için 445 nm'de görülen zayıf emisyon şiddeti neredeyse tamamen sönümlenmiştir. Metaller için yapılacak spektrum taramalarında ligand çözeltisinin metallerin sulu çözeltileri ile karıştırılacağı düşünüldüğünde ligandın taramalarda herhangi bir girişim yapmayacağı anlaşılmaktadır. Bu durum Şekil 3.4’de görülmektedir. Ligand ile şelat oluşturabilecek metallerin floresans verimini artırması beklendiği için çeşitli sulu metal çözeltileri (310-3 M) ligand çözeltileri (310-5 M) ile ayrı ayrı 1:1 oranında karıştırılmıştır. Spektrumlar ligand ve metal karıştırıldıktan 20 dakika sonra alınmıştır. Şekil 3.4’de Pb2+, Cr3+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Fe3+, Cd2+, Hg2+, Mg2+, Ca2+, K+ ve Na+ ile hazırlanmış kompleks çözeltilerinde emisyon şiddetlerinin çok düşük olduğu hatta bazı metaller için neredeyse sıfır olduğu gözlenmektedir. Buna karşılık Zn2+

ve Al3+ çözeltileri ile ligand çözeltisi karışımlarının farklı dalga boylarında emisyon yaptıkları görülmektedir. Şekil 3.4’de anlaşılacağı üzere ligand sadece bu iki metale karşı floresans duyarlılığı göstermektedir. Ayrıca Zn2+

ve Al3+ için farklı dalga boylarında emisyon şiddeti gözlenmesi bu iki metalin aynı ortamda girişimsiz olarak ayrı ayrı spektroflorimetrik olarak tayin edilebileceğini düşündürmektedir.

3.4. “1,4-LİGAND-AL” KARIŞIMI İÇİN UYARILMA VE EMİSYON TARAMASI

Şekil 3.5. (a) 1,4-Ligand+Al floresans (b) 1.4-Ligand+Al uyarılma spektrumları. Şekil 3.5 (a)’da floresans spektrumunda 1.4-ligand+Al karışımının 487 nm'de yaklaşık 130 birimlik, emisyon şiddeti verdiği gözlenmektedir. Bununla birlikte, şekil 3.5 (b)’de 1,4-ligand+Al karışımı için uyarma spektrumunda 270 ve 383 nm'de iki band bulunmaktadır. Al için 383 nm dalga boyu kullanılırsa ligandın florimetrik olarak seçiciliğinin artacağı söylenebilir.

3.5. “1,4-LİGAND-ZN” KARIŞIMI İÇİN UYARILMA VE EMİSYON TARAMASI

Şekil 3.6. (a) 1,4-Ligand+Zn floresans (b) 1,4-Ligand+ Zn uyarılma spektrumları. Şekil 3.6 (a)’da floresans spektrumunda 1,4-ligand+Zn karışımının 442 nm'de yaklaşık 155 birimlik emisyon şiddeti verdiği gözlenmektedir. Bununla birlikte, şekil 3.6 (b)’de 1,4-ligand+Zn karışımının uyarma spektrumunda ise 240, 268 ve 350 nm'de üç band bulunmaktadır. Zn için 350 nm dalga boyu kullanılırsa ligandın florimetrik olarak seçiciliğinin artacağı söylenebilir.

Spektroflorimetrik olarak bulunan bu sonuçlar Şekil 3.7’de UV lamba altında 365 nm’ de alınan görüntüler ile de desteklenmektedir. Şekilden görüleceği üzere UV lamba altında sadece ligand+Zn ve ligand+Al karışımlarında floresans ışıması gözlenmektedir.

Şekil 3.7 Ligand çözeltisi ile elde edilen farklı karışımların UV lamba altındaki görüntüleri.

3.6. “1,4-LİGAND-AL” KARIŞIMI VE “1,4-LİGAND-ZN” KARIŞIMI İÇİN ÇÖZÜCÜ ETKİSİ İNCELENMESİ

Şekil 3.8’de ligandın farklı çözücülerde çözünmesiyle elde edilen 310-5 M’lık çözeltilerin Zn ve Al'un sulu çözeltileri (310-3 M) 1:1 oranda karıştırılması sonucu elde edilen floresans şiddetleri verilmiştir.

Şekil 3.8’de görüldüğü gibi 1,4-Ligand+Zn karışımı için en yüksek floresans şiddetleri etanol, 2-propanol ve aseton; 1,4-Ligand+Al karışımı için ise en yüksek floresans şiddeti etanol ve DMSO çözücü ortamlarında gözlenmiştir ancak bu çözücülerde tespit edilen floresans şiddetleri arasında çok büyük fark bulunmamaktadır. Dolayısıyla çevre dostu, ucuz ve kolay bulunabilir olduğu için bundan sonraki deneylerde ligand çözücüsü olarak etanol kullanılmıştır.

Şekil 3.8. Farklı çözücülerin floresans şiddetine etkisi (1) Etanol (2) Metanol (3) 2 Propanol (4) Aseton (5) Asetonitril (6) DMSO (7) DMF.

3.7. “1,4-LİGAND-AL” KARIŞIMI VE “1,4-LİGAND-ZN” KARIŞIMI İÇİN KONSANTRASYON ETKİSİ

Şekil 3.9. Farklı konsantarsonlardaki ligandın (a) Zn (b) Al ile oluşturduğu karışımların floresans şiddetleri.

Ligand konsantrasyonunun etkisini tespit edebilmek için ligand+metal karışımlarında Zn ve Al çözeltilerinin konsantrasyonu 1,510-3 M'da sabit tutularak farklı ligand konsantrasyonları denenmiştir. Şekil 3.9 (a)'da görüldüğü üzere en yüksek floresans şiddeti 1,510-4 M ligand ile 1,510-3 M Zn çözeltilerinin karışımından elde edilmiştir.

Ligand konsantrasyonu 1,510-5 ve 1,510-3 M olduğunda floresans şiddetlerinin düştüğü görülmektedir. 1,510-5 M ligand içeren karışımda ligand konsantrasyonu düşük olduğu için yeteri konpleks oluşmadığı dolayısıyla meydana gelen az miktarda kompleksin floresans şiddetinin düşük olacağı açıktır. 1,510-3 M gibi yüksek konsantrasyondaki ligand+Zn karışımlarında dimerik, oligomerik ve hatta polimerik yapıların oluştuğu [31] ve bu yüzden floresans sönümlenmesi meydana geldiği düşünülmektedir. Şekil 3.9 (a)'da bu konsantrasyon için gözlenen dalga boyundaki kırmızıya kaymanın da bu tarz bir yapı oluşturduğuna dair fikri desteklemektedir. Şekil 3.9 (b)'de ise farklı ligand konsantrasyonları ile 1,510-3 M Al karışımlarına ait floresans şiddetleri görülmektedir. Şekil 3.9 (b)'den de görüldüğü üzere ligand konsantrasyonu arttıkça floresans şiddeti de artmaktadır. En yüksek floresans şiddeti Zn'dan farklı olarak 1,510-3 M ligand ile 1,510-3 M Al karışımından elde edilmiştir, hatta floresans şiddeti cihazın üst tayin sınırı olan 1000 a.u. değerinin bile üzerine çıkmıştır. Bu durum ligand ile Al'un farklı stokiyometri ile bağlandığı ile açıklanabilir. Karşılaşılan bu durumdan dolayı pik şiddeti doğru bir şekilde belirlenemediğinden Al'un kantitatif tayininde 1,510-3 M ligand konsantrayonu kullanmak uygun değildir. 1,510-5 M ligand konsantrasyonunda en düşük floresans şiddeti gözlendiği için çalışmanın devamında en uygun ligand konsantrasyonu olarak 1,510-4 M alınmıştır. Ligand konsantrasyonu etkisinin cihaz ile belirlenen bu bulguları aynı zamanda 365 nm’lik UV lamba altında alınan görüntüler aşağıdaki şekil ile desteklenmektedir.

Şekil 3.10. Farklı konsantrasyonlardaki ligand çözeltileri ile sabit konsantrasyondaki Al ve Zn karışımlarının UV lamba altındaki görüntüleri.

3.8. “1,4-LİGAND-AL” VE “1,4-LİGAND-ZN” KARIŞIMLARININ ZAMANA KARŞI ŞİDDET DEĞİŞİMİN İNCELENMESİ

Şekil 3.11. (a) 1,4-Ligand+Zn (b) 1,4-Ligand+Al için floresans cevap zamanı grafikleri.

Bu çalışmada floresans cevap zamanı, ligand çözeltisi ile metal çözeltilerinin karıştırıldıktan sonra floresans şiddetlerinin yaklaşık olarak sabit kaldığı süreyi tanımlamak için kullanılmıştır. Bu süre aynı zamanda ligand ile metal iyonları arasında meydana gelen reaksiyonların dengeye ulaştığı noktadır. Kararlılık ise belirlenen bu noktadan sonra oluşan yapının bozulmadan ve floresans şiddeti değişmeden ne kadar süre geçtiği ile belirlenmiştir.

Şekil 3.11 (a)'da görüldüğü üzere 1,4-ligand+Zn karışımı için en yüksek floresans şiddetine 40. dakikada ulaşılmış ve gözlenen bu şiddette 120. dakikaya kadar kayda değer bir değişim olmamıştır.

Şekil 3.11 (b)'de görülen 1,4-ligand+Al karışımının grafiğinde ise en yüksek floresans şiddeti 20. dakikada gözlenmiştir ve 120. dakikaya kadar floresans şiddeti yaklaşık olarak sabit kalmıştır. Elde edilen bu verilere göre ligandın Al ile verdiği reaksiyonun Zn'ya göre daha hızlı dengeye ulaştığı anlaşılmaktadır. Bu nedenle çalışmanın devamında ligand+Zn karışımı oluşturulduktan 40 dakika, 1,4-ligand+Al karışımı için ise 20 dakika sonra floresans ölçümleri alınmıştır.

3.9. “1,4-LİGAND-AL” KARIŞIMI VE “1,4-LİGAND-ZN” KARIŞIMININ pH DEĞİŞİMİNE KARŞI FLORESANSININ İNCELENMESİ

Fotolüminesans özellik gösteren bileşiklerin floresans ve fosforesans şiddetleri asidik veya bazik ortamda pH’a bağlı olarak farklılık göstermektedir. Hazırlanan 3𝑥10−4 _M

1,4-Ligand ve 3𝑥10−3 _{M Al(NO}

3)3 çözeltilerinden alındı ve 1:1 oranında karıştırıldı. Bu

çözeltiler belirli pH aralıklarına getirildi ve 20 dk beklendikten sonra floresans şiddetleri ölçüldü. Uyarılma dalga boyu en iyi şiddeti alabilmek için 383 nm olarak ayarlandı.

Şekil 3.12. “1,4-Ligand+Al” karşımının pH değişimine karşı floresans şiddeti. Şekil 3.12’de görüldüğü gibi çözelti pH 5 olduğunda maksimum floresans şiddetini göstermektedir. Bu aslında doğal numunelerde alüminyumun pH’nın ayarlanması

0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7 F lores an s Ş idd eti pH

Al

gerekliliğini ortaya çıkartmış gibi görünmektedir ancak Al(NO3)3 çözeltisi suda

çözüldüğü zaman pH 5- 5.5 arası olduğu görülmektedir. Bunun sebebi de alüminyumun Lewis asidi olmasıdır. Dolayısıyla alüminyum çözeltileri hafif asidiktir o nedenle de herhangi bir pH ayarlaması yapmadan alüminyumun tayini yapılabilmesinin önü açılmıştır. pH 5’ten sonra ise floresans şiddetinde düşme gözlenmektedir. Bu düşüşün sebebi hidrolizin başlaması ve Al(OH)3’ in çökmesidir. Bu da kh=1,4𝑥10−5 (pkh

yaklaşık olarak 5’tir) değerinden anlaşılmaktadır.

Şekil 3.13. “1,4-Ligand+Zn” karşımının pH değişimine karşı floresans şiddeti. Hazırlanan 3𝑥10−4_{M 1,4-Ligand ve 3𝑥10}−3_{M Zn(NO}

3)2 çözeltilerinden alındı ve 1:1

oranında karıştırıldı. Bu çözeltiler belirli pH aralıklarına getirildi ve 40 dk beklendikten sonra floresans şiddetleri ölçüldü. Uyarılma dalga boyu en iyi şiddeti alabilmek için 350 nm olarak ayarlandı.

Şekil 3.13’de görüldüğü gibi çözelti pH 7 olduğunda maksimum floresans şiddetini göstermektedir. Böylece çinko iyonu içinde herhangi bir pH ayarlaması yapılmadan su ve kan gibi numunelerinden örnek alınıp inceleme yapılabilmesinin önü açılmıştır. pH 7’den sonra floresans şiddetindeki düşmenin sebebi de çinko iyonlarının Zn(OH)2 halinde

çökmesi olarak ön görülmüştür [28].

Her iki şekilde de görüldüğü gibi pH 5 ve daha asidik bölgelerde ligand-metal karışımlarının floresans özelliğinin kaybolduğu görülmektedir. Bunun nedeni imin bağındaki azotun protonlanması ve Schiff bazının hidrolize uğrayarak parçalanmasıdır.

-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 2 4 6 8 10 12 F lores an s Ş idd eti pH

Zn

3.10. “1,4-LİGAND-AL” KARIŞIMI VE “1,4-LİGAND-ZN” KARIŞIMINA DİĞER METALLERİN GİRİŞİM ETKİSİ

Şekil 3.14. (a) 1,4-Ligand+Zn (b) 1,4-Ligand+Al karışımlarının floresans şiddetleri üzerine çeşitli metallerin etkisi.

Bu çalışmada kullandığımız ligandın diğer metal iyonları yanında Zn2+

ve Al3+ iyonlarına duyarlılığının ne oranda değiştiğinin belirlenmesi amacıyla girişim etkisi deneyleri yapılmıştır. Şekil 3.14 (a)'dan da anlaşılacağı üzere Al3+

, Cu2+, Fe3+ ve Cr3+ iyonlarının varlığında 1,4-ligand+Zn karışımının floresans şiddetinin oldukça düştüğü görülmektedir. Bunun yanında Pb2+

, Co2+, Hg2+ ve Ni2+ iyonlarının da floresans şiddetini negatif yönde bir miktar etkilediği tespit edilmiştir.

Şekil 3.14 (b) 1,4-ligand+Al karışımının floresans şiddetine Hg2+

, Fe3+ ve Cu2+ iyonlarının ciddi bir negatif etkisi olduğunu göstermektedir, ayrıca Cr3+

iyonunun da az miktarda bir negatif etkisi bulunmaktadır. Bununla birlikte diğer metal iyonlarının ise girişim etkisi göstermediği açıkça görülmektedir.

Girişim yapan Cu2+

, Fe3+,Cr3+, Ni2+,Co2+ iyonlarının 1,4-ligand+Zn ve 1,4-ligand+Al karışımlarında floresans şiddetlerini düşürmesi, bu iyonların Zn ve Al iyonlarına göre liganda karşı ilgilerinin daha fazla olması ve meydana gelen yapının uyarılması sonucu ışımasız durulmayı tercih etmeleri ile açıklanabilir. Şekil 3.4’de de görüldüğü üzere bu metallerin ligand ile oluşturduğu yapıların floresans şiddetleri çok düşüktür, bunun nedeni de kısmen dolu d orbitalleridir [18], [32], [33]. Bu iyonlar, ligand ile reaksiyon vermeleri bakımından Zn2+

ve Al3+ ile yarıştığından dolayı floresans şiddetlerinde düşüş gözlenmektedir. Atom ağırlığı yüksek olan Hg2+

ve Pb2+ gibi ağır metal iyonlarının floresans sönümleme etkisi bu iyonların spin orbital eşleşme sabitinin yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. Yüksek spin orbital eşleşme sabitinin triplet hali stabilize etmesiyle uyarılmış halin daha uzun ömürlü olduğu ve dolayısıyla da temel hale dönüşün ışımasız olarak gerçekleştiği ileri sürülmüştür [34].

3.11. “1,4-LİGAND-ZN” KARIŞIMINA AİT KALİBRASYON ÇALIŞMASI

Şekil 3.15. 1,4-Ligand-Zn karışımına ait kalibrasyon eğrisi.

Yapılan çalışmada lineer bir kalibrasyon eğrisi elde edilememiştir. Bazı noktalarda ligand ile metal arasında bağlanma gözlemlenmiştir ama doğrusal bir şekilde devam etmemiştir. Bu nedenle de analitik parametreler belirlenememiştir. Ancak kalitatif olarak tayini mümkündür.