İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
MAYIS 2014
MEYVE DOKUSUNUN SPEKTROSKOPİK İNCELENMESİ
Merve DOĞRUYOL
Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı Biyomedikal Mühendisliği Programı
MAYIS 2014
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
MEYVE DOKUSUNUN SPEKTROSKOPİK İNCELENMESİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ Merve DOĞRUYOL
504121410
Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı Biyomedikal Mühendisliği Programı
iii
Tez Danışmanı : Prof. Dr. İnci ÇİLESİZ ... İstanbul Teknik Üniversitesi
Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Fatma Zehra TEPEHAN ... İstanbul Teknik Üniversitesi
Doç. Dr. İlker BAYRAM ... İstanbul Teknik Üniversitesi
İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü’nün 504121410 numaralı Yüksek Lisans Öğrencisi Merve DOĞRUYOL ilgili yönetmeliklerin belirlediği gerekli tüm şartları yerine getirdikten sonra hazırladığı “MEYVE DOKUSUNUN SPEKTROSKOPİK İNCELENMESİ” başlıklı tezini aşağıda imzaları olan jüri önünde başarı ile sunmuştur.
Teslim Tarihi : 29 Nisan 2014 Savunma Tarihi : 26 Mayıs 2014
v ÖNSÖZ
Yüksek lisans eğitimim ve tez çalışmam boyunca bana destek olan, karşılaştığım problemlerde tecrübesini ve desteğini hiçbir zaman esirgemeyen, çalıştığımız süre boyunca kendisinden akademik olarak bir çok şey öğrendiğim ve çalışmaktan mutluluk duyduğum sevgili hocam Prof. Dr. İnci ÇİLESİZ’e,
Tez çalışmamda her türlü laboratuvar çalışmalarımı gerçekleştirmemi sağlayan Şişecam Araştırma Laboratuvar Müdürü Sn. Yük. Müh. Ateş PARLAR ve deneyler sırasında her zaman yol gösterici olan Sn. Oğuzhan KAFALI’ya,
Tezimin her aşamasında birlikte yol aldığımız ve çalışmamda sonsuz emeği geçen sevgili arkadaşım Araş. Gör. Ali SARIKAŞ’a,
Değerli manevi desteğini fikir ve önerileriyle hissettiren Dr. Ertuğrul BAŞAR’a, Tüm öğrenim hayatım boyunca hep yanımda olan, bana inanan ve güvenen aileme teşekkürlerimi sunarım.
Mayıs 2014 Merve DOĞRUYOL
vii İÇİNDEKİLER
Sayfa
İÇİNDEKİLER ... vii
KISALTMALAR ... ix
ÇİZELGE LİSTESİ ... xi
ŞEKİL LİSTESİ ... xiii
SEMBOL LİSTESİ ... xvii
ÖZET ... xix SUMMARY ... iii 1. GİRİŞ ... 1 2. MEYVE DOKUSU ... 3 2.1 Genel Yapısı ... 3 2.1.1 Meyvenin tanımı ... 3 2.1.2 Meyvenin olgunlaşması ... 4 2.1.3 Partenokarpi ... 4
2.1.4 Meyvenin tohum yapısı ... 5
2.1.4 Meyve kabuğu ... 5
2.2 Meyve Türleri ... 6
2.2.1 Kuru meyveler ... 6
2.2.2 Etli (sulu) meyveler ... 6
3. DOKUNUN OPTİK ÖZELLİKLERİ ... 9
3.2 Yansıma ve Kırılma ... 9
3.3 Soğurma ... 13
3.3 Saçılma ... 17
4. IŞIK DOKU ETKİLEŞİMİ ... 19
5. SPEKTROSKOPİ ... 23
6. DONANIM ... 31
7. YÖNTEM ... 33
8. ÖLÇÜMLER ... 39
viii
8.1.1 Granny smith elma olgunluk deneyi ... 39
8.1.2 Starking olgun elma deneyi ... 40
8.1.3 Starking ham elma deneyi ... 41
8.1.4 Golden elma deneyi ... 42
8.1.5 Kayısı deneyi ... 43
8.1.6 Ayva pütürlülük deneyi ... 44
8.1.7 Erik deneyi ... 45
8.1.8 Armut deneyi ... 46
8.1.9 Şeftali deneyi – yeşil kısım ... 47
8.1.10 Şeftali deneyi – sarı kısım ... 48
8.1.11 Şeftali deneyi – kırmızı kısım ... 49
8.1.12 Portakal kabuğu deneyi ... 50
8.1.13 Kivi deneyi ... 51
8.1.14 Nar – çilek deneyi ... 52
8.2 Meyve Dokusu Ölçümleri– Soğurma ... 53
8.2.1 Starking elma deneyi – soğurma grafiği ... 53
9. SONUÇ ... 55
KAYNAKLAR ... 57
EKLER ... 63
ix KISALTMALAR
GPS : Küresel Yer Belirleme Sistemi (Global Positioning System) FM : Frekans Modülasyonu (Frequency modulation)
IR : Kızılötesi (Infrared)
lcd : Sıvı kristal ekran (Liquid Crystal Display)
mW : Miliwatt
NIR : Yakın Kızılatlı (Near Infrared)
nm : Nanometre
OD : Ortam Soğurganlığı (Optical density) UV : Ultraviyole Bölgesi (Ultraviolet) Vis : Görünür Bölge (Visible)
TV : Televizyon (Television)
xi ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa Çizelge 3.1 : Saçılma tipleri... 17 Çizelge 5.1 : Görünür bölgedeki renklerin dalga boyu ve frekans değerleri ... 25
xiii ŞEKİL LİSTESİ
Şekil 2.1: Meyvenin gelişimi ... 3
Şekil 2.2: Meyvenin iç yapısı ... 5
Şekil 2.3: Meyve kabuğu ... 6
Şekil 2.4: Tezde yapılan çalışmanın şematik gösterimi ... 7
Şekil 3.1: Dokudaki soğuran ve saçan parçacıkların optik özellikleri... 9
Şekil 3.2: Düzgün yüzeylerde yansıma ve kırılma durumlarının geometrik gösterimi ... 10
Şekil 3.3: Işığın bir ortamdan diğerine geçerken kırılması ... 10
Şekil 3.4: Işığın yüzeye çarptığında gerçekleşen durumlar ve formülleri ... 12
Şekil 3.5: Hava – Cam yüzeyi için fresnel katsayılarınageliş açısına göre çizdirilen grafik ... 13
Şekil 3.6: Yansıma, kırılma, soğurulma ve saçılmanın geometrik gösterimi ... 14
Şekil 3.7: Bazı biyolojik dokuların soğurma özellikleri ... 15
Şekil 3.8: a) Soğurma spektrofotometresinin dış görünümü b)Spektrofotometre düzeneğinin iç yapısı ... 16
Şekil 3.9: Rayleigh ve Mie saçılmaları ... 18
Şekil 4.1: Protein, hemoglobin, melanin ve suyun soğurma spektrumu ... 19
Şekil 4.2: Işığın doku ile etkileşimi ... 20
Şekil 5.1: Elektromagnetik spektrum ... 23
Şekil 5.2: Isaac Newton tarafından geliştirilen ilk spektroskopik deney düzeneği 24 Şekil 5.3: Elektromagnetik etkileşimler... ... 24
Şekil 5.4: Görünür bölge renk tayfı ... 25
Şekil 5.5: Spektrofotometrenin en genel hali ... 26
Şekil 5.6: Tungsten-halojen lambanın iç yapısı... 27
Şekil 5.7: Işık filtreli monokromatör ... 28
xiv
Şekil 5.9: Tek monokromatörlü spektrofotometre ... 29
Şekil 5.10: Çift monokromatörlü spektrofotometre ... 30
Şekil 6.1: Perkin Elmer Lambda 900 spektrofotometresi ... 31
Şekil 6.2: 5 nm aralıklarla yapılan ölçümün ayarlanma aşaması ... 32
Şekil 7.1: Lambda 900 spektrofotometresi ... 33
Şekil 7.2: Meyvenin cihaza teması ... 33
Şekil 7.3: Cihazın bağlı olduğu bilgisayarda kalibrasyon yapma aşamasındaki ekran görüntüsü ... 34
Şekil 7.4: 30.05.2013 tarihinde deneyleri yapılan meyvelerin grafik verileri ... 37
Şekil 7.5: 30.05.2013 tarihinde deneyleri yapılan meyvelerin grafiği ... 38
Şekil 8.1: Granny Smith elma olgunluk deneyi ... 40
Şekil 8.2: Starking elma deneyi ... 41
Şekil 8.3: Starking ham elma deneyi ... 42
Şekil 8.4: Golden Delicious iç-dış yüzey deneyi ... 43
Şekil 8.5: Kayısı olgunluk deneyi ... 44
Şekil 8.6: Ayva pütürlülük deneyi ... 45
Şekil 8.7: Erik deneyi ... 46
Şekil 8.8: Armut deneyi ... 47
Şekil 8.9: Şeftali deneyi- Yeşil kısım ... 48
Şekil 8.10: Şeftali deneyi – Sarı kısım ... 49
Şekil 8.11: Şeftali deneyi – Kırmızı kısım ... 50
Şekil 8.12: Portakal kabuk iç - dış deneyi ... 51
Şekil 8.13: Kivi tüylülük deneyi ... 52
Şekil 8.14: Nar – Çilek deneyi ... 53
Şekil 8.15: Starking elma deneyi ... 54
Şekil A.1: Elektromagnetik dalgaların üst üste binmesi ... 63
Şekil B.1: Işığın Yayılma Biçimi ... 65
Şekil B.2: Polarize düzlemi yz ekseni olan ve y ekseninde polarize edilmiş bir elektromagnetik dalga ... 66
xv
Şekil B.4: Doğrusal, dairesel, eliptik polarizasyon ... 67 Şekil B.5: Polarize olmuş ışık ... 68 Şekil B.6: Kutuplanmamış güneş ışığının hava molekülleri tarafından saçılması .... 68 Şekil C.1: Perkin Elmer Lambda 900 spektrofotometresinin optik sistemi ... 69
xvii SEMBOL LİSTESİ
: Yüzeye geliş açısı : Yansıma ve Kırılma açısı λ : Işığın dalga boyu
: Soğurma katsayısı : Saçılma katsayısı δ : Optik girginlik
: Soğurulan maddenin konsantrasyonu A : Ortam soğurganlığı c : Işık hızı : Döteryum : Gelen ışık : Yansıyan ışık : Geçen ışık f : Frekans g : Anizotropi faktörü h : Planck sabiti : Hidrojen Hg : Civa
: Bulunan andaki şiddet I(z) : z optik eksenine olan işareti J : Joule
: Konsantrasyon dışındaki iç parametreler n : Kırılma indisi
N : Saçılma numarası
: Yansıyan ışığın dik durumu : Yansıyan ışığın paralel durumu R : Saçılmaya olan uzaklık
s : Saniye
: İletilen ışığın dik durumu : İletilen ışığın paralel durumu
: Işığın yansıma yüzeyine çarpmadan önceki hızı : Işığın yansıma yüzeyine çarpmadan sonraki hızı
W : Volfram
Xe : Ksenon
xix
MEYVE DOKUSUNUN SPEKTROSKOPİK İNCELENMESİ ÖZET
Gıda endüstrisinde, gıdanın güvenilirliği ve kalitesi, doğrudan insan sağlığını ilgilendirdiğinden önemli bir konudur. Son yıllarda gıda kalitesinin belirlenmesinde UV, Vis ve NIR Spektroskopisi kullanışlı, etkili ve hızlı bir teknik olarak önem kazanmıştır. Kemometrik ve bilişim teknolojisinin de ilerlemesiyle NIR spektroskopisinin kullanımı gıda kalitesi araştırmacıları tarafından sıklıkla tercih edilebilir duruma gelmiştir.
UV spektroskopisinde 100 - 390 nm, Vis spektroskopisinde 390 – 700 nm NIR spektroskopisinde ise 750 – 2500 nm aralığı değerlendirilir ve moleküler yapısal bilgi sağlayan yansıma ( ve ince kesitlerinden geçirgenlik ) ölçümleri temel alınır. UV, Vis ve NIR spektroskopisi cihazı içerisinde birkaç ışık kaynağı ile yine en az 2 ışık detektörünün olduğu ve bu detektörlerden alınan sonuçların izlendiği bir cihazdır.
Literatür araştırıldığında günlük tüketilen besinler süt, meyve, mısır, yağ, et, balık yağı, meyve suları, zeytinyağı ve daha birçok gıda ürünlerinde NIR spektroskopisi ile ölçümler yapıldığı görülmüştür. Bu çalışmaların incelenmesi ile birlikte yapılan ön çalışmalar sonucunda belirli dalga boylarında meyve dokusu ile ışık arasında etkileşim izlenmiş ve yansıma bantları görülmüştür. Genel olarak UV/Vis/NIR elektromagnetik dalgalar doku ile etkileşime girdiğinde, dokunun optik özelliklerine göre soğurulabilir, saçılabilir yada etkileşime girmeden dokudan geçebilir. Bu yüzden dokunun hücresel bileşenleri her bileşenin kendine özgü yapısından dolayı farklı dalga boylarıyla farklı biçimde etkileşir. Yani optik dokuları belirleyici veya ayırt edici olur.
Meyvenin olgunluğunun belirlenmesinde 3 özellik incelenir ; 1) Meyve kabuğundaki pigmentler,
2) Meyvenin hücre yapısı, 3) Meyvenin su içeriği.
Bu çalışmada ölçümler sonucu belirlenmiş en fazla 6 farklı dalga boyunda ve her biri ortalama 10 mW gücünde elektromagnetik dalga kaynakları kullanılarak yapılan yansıma ölçümleri ile meyvelerin farklı olgunluk dönemlerinde alınacak veriler işlenerek incelenmiştir.
Elde edilen sonuçlar meyvelerin pigment yapısı, meyve et kısmı ve sulu kısımlarında belirli dalga boylarında etkileşim olduğunu göstermiştir. Etkileşim dalga boylarının her meyvede birbirine yakın belirgin değerlerde olduğu gözlemlenmiştir. Bu doğrultuda her meyve için kullanabilecek ortalama dalga boyları hesaplanarak kullanılacak ışık kaynaklarının dalga boyları belirlenmiştir.
iii
SPECTROSCOPIC ANALYSES OF THE FRUIT TISSUE SUMMARY
In food industry, reliability and quality of food is an important subject manner since it relates directly to the human health. In recent years, UV (Ultraviolet), Vis (Visible) and NIR (Near Infrared) spectroscopy have become popular since these are useful, effective and fast techniques. Spectroscopic measurements are preferred frequently since these measurements neither damage nor change the tissue on which they are applied. Due to advances in chemometric and informatics technology, the use of spectroscopy by food quality researchers have become very popular.
By performing spectroscopic measurements in a wider range, one can obtain more information in a wider spectrum interval. The following intervals are considered in UV, Vis and NIR spectroscopy, respectively: 100-390 nm, 390-700 nm and 750-2500 nm, and reflection measurements are considered to obtain information on molecular structure. There are two light sources as well as two light detectors in UV, Vis and NIR spectroscopy devices and in spectroscopy devices the results obtained from these two detectors are monitored.
In this study, measurements were performed in 280-2500 nm interval. This 280-2500 nm intervals occupies UV/Vis/NIR regions. Two light sources were exploited in the aforementioned device, while for the spectrum interval corresponding to NIR and Vis regions an halogen lamb was used. On the other hand, for the spectrum interval corresponding to the UV region, a spectrophotometer having a doterium lamb was used. Integrating sphere reflection measurements assures that results are obtained accurately and reliablely from all parts of the tissue and from all angles. Calibration of the device was repeatly performed every time it was turned on and the lambs were replaced every six months. The data obtained after measurements was transferred to a computer. In order to evaluate the gathered data, Powerful UV Winlab software was used in the processing computers.
In literature, researchers performed measurements using spectroscopic methods on daily consumed foods such as milk, fruit, corn, oil, meat, fish oil, fruit juice, olive oil and so on. By the review of the current works in the literature, we observed through first studies that there is an interaction between the fruit tissue and light at certain wavelengths and reflections bands were observed. Generally, when fruit tissues are exposed to UV/Vis/NIR electromagnetic waves, these waves can be absorbed, scatterred or penetrate through the tissue without interaction according to the optical properties of the tissue. Therefore, the cell structure of the tissue interact with different wavelenghts in a different ways due to the the distinctive structure of the tissue’s cell structure. In other words, the cell structure determines optical properties and can be distinctive.
iv
The following three features were investigated to determine the fruit ripening 1) The pigments at the pericarp of the fruit
2) The cell structure of the fruit 3) The water content of the fruit
In this study, using reflection measurements at six different wavelengths, the data obtained at different ripening stages were processed and investigated. These six different wavelengths were determined with measurements and in reflection measurements, electromagnetic sources of 10 mW power were considered.
Reflection bands formed by the tissue were investigated in detail in three parts: color region of the tissue, the region contains the tissue pigments and the water region inside the tissue. During experiments, according to the studies performed at color pigment regions, we observed that different fruits show absorption percentage peak values at different wavelenghts in the provided figures. First, these peak values correspond to the visible region of the electromagnetic spectrum. Second, the observed region is the region of tissue pigments and cell structure. In spite of the fact that different fruits show different absorption percentage peak values, we also observed that the fruits of the same kind can show different peak values at different times or when they were kept for some time. Finally, it is observed that the water absorption bands of the fruit tissue were more intense at specific wavelengths of the absorption band (such as 980 nm, 1250 nm, 1480 nm ve 1950 nm); however, it is seen that the depth of the concavities at the graphics of this region varies according to the maturity of the fruit tissue. We observed that with the increasing maturity of the fruit tissue, the mentioned concavities at the graphics become more apparent. According to the collected results, there is an interaction at specific wavelengths for the pigment structure of the fruit, fleshy fruit and juicy fruit. We observed that interaction wavelengths were specific values, which were close to each other for different fruits. Considering this fact, the wavelength of the light sources were determined by the calculation of the average wavelength that can be used for each fruit.
Contrary to the studies given in literature, water content and color changes of the fleshy part of ten different types of fruits (granny smith, starking, apple-golden, plum, pear, apricot, peach, kiwifruit, pomegranate, strawberry and quince) are investigated in this study. Additionally, absorption percentance differences which were obtained from gritty and non-gritty surfaces of the pericarp of different fruits and color and water content changes according to the inner or oute layers of the fruit pericarp were analyzed. Moreover, the measurement value differences in the peak values show the inner cell structure after purification of the fluffies as well as the percentange differences in the absorption band of the water content of the inner cell structure of the two different types of fruits at the same color were investigated. As using the results of this work a original handheld device was developed by my fellow graduate student friend Ali SARIKAŞ to analyze several harvesting time, the maturity of the inner structure and the water content of the fruits. Measurement results can be monitored over the LCD display which is installed on the developed hand-held device and the corresponding results can be obtained as percentage. Specific percentage intervals can be displayed shown on the display for three different states of the fruit. By considering the results of the measurements, it becomes possible to determine the maturity state of the fruit (immature, half-mature, mature) as well as the suitable harvesting time of the fruit according to its maturity.
v
In such a device only using UV and NIR light sources degree of aging of human skin, wound / burn healing, can be measured. Also available for this device with the optical fiber probe design more precise measurements can be made from the tissue surface. Using specific wavelengths and powerful light sources can also be more thick-skinned fruits maturity analysis. By changing the light source mentioned in the introduction of the thesis can be made from fruits other qualitative measures. This device provides a record of the reference number of the desired flexible software architecture can be measured by the thousands of species of fruit (~150,000 fruit type) allows. Measuring period (~5 seconds) is too short a period of time in resolution consequently faster measurement provides more instances. Analysis of the material to the thin film coating of composite materials, as well as to improve the strength properties of the compounds employed in the qualitative analysis of the optical properties may also be undertaken.
1 1. GİRİŞ
Gıda endüstrisinde, gıdanın güvenilirliği ve kalitesi, doğrudan insan sağlığını ilgilendirdiğinden önemli bir konudur. Son yıllarda gıda kalitesinin belirlenmesinde UV/Vis/NIR spektroskopisi kullanışlı, etkili ve hızlı bir teknik olarak önem kazanmıştır [1].
Literatür araştırıldığında günlük tüketilen besinler meyve, sebze ve daha birçok gıda ürünlerinin kalitesinin belirlenmesinde, tahribat yapmadan spektroskopik yöntemler kullanılarak ölçümler yapıldığı görülmüştür [1-5,7]. Dokunun hücresel bileşenleri, her bileşenin kendine özgü yapısından dolayı farklı dalga boylarıyla farklı biçimde etkileşir. Yani optik dokuları belirleyici veya ayırt edici olur.
Meyve kalitesinin değerlendirilmesinde UV/Vis/NIR spektroskopik teknikleri 1960lardan bu yana pratik bir araç olmuş ve geniş bir kullanım alanında yer almıştır[3]. Lammertyn ve diğ. [4] NIR spektroskopik tekniğini kullanarak elmaların şeker içeriği, asitliği, sertliği ve su içeriğini; Carlomagno ve diğ. [5] şeftalilerin şeker içeriğini; Galvao ve diğ. [6] şeker pancarının sululuğunu, şeker içeriğini, sukroz (sucrose) ve şekerin azaltılmasını; Pedro ve diğ. [7] domateslerin şeker içeriğini ve titrasyon asitliğini; Sirisomboon ve diğ. [8] armutların şeker içeriğini; McGlone diğ. [9] kivilerin sertliğini; Peirs ve diğ. [10] elmaların en uygun hasat zamanının tespitini; Park ve diğ. [11] Golden Delicious elmaların sertliğini; Xing ve diğ. [12] Golden Delicious elmaların zedelenmesini; Nicolai ve diğ. [13] armutların sertliğini analiz etmişlerdir.
Yapılan bilimsel literatür araştırmaları doğrultusunda bu tez çalışmasında, 280-2500 nm geniş dalga boyu aralığını kapsayan UV/Vis/NIR bölgelerinde on çeşit (elma-granny smith, elma-starking, elma-golden, erik, armut, şeftali, kayısı, kivi, portakal, nar, çilek ve ayva) meyve üzerinde yansıma spektroskopisi tekniği kullanılarak analizler yapılmıştır. Bu analizlerle meyve dokularının spektroskopik özelliklerinin araştırılarak olgunluklarının (renk, etlenme, sululuk) tespiti yapılmıştır.
2
Bu çalışmaların incelenmesi ile birlikte yapılan ön çalışmalar sonucunda; belirli dalga boylarında meyve dokusu ile ışık arasında etkileşim izlenmiş ve farklı miktarda yansıma bantları oluştuğu görülmüştür.
Tez çalışması giriş bölümü dışında 9 bölümden oluşmaktadır. İkinci bölümde meyve dokusunu, genel yapısı ve türleri anlatılmıştır. Üçüncü bölümde dokunun optik özellikleri anlatılmış buna bağlı olarak dördüncü bölümde ışık doku etkileşimi ele alınmıştır. Beşinci bölümde spektroskopi konusu genel olarak işlenmiştir. Altıncı bölümde bu çalışmada kullanılan cihazın donanımı hakkında genel bilgilendirilme yapılmış ayrıntılı bilgiye ekte yer verilmiştir devamında yedinci bölümde kullanılan cihazla meyvelerin temasından bahsedilmiş, cihazla yapılan aşamalar üzerinde kısaca durulmuştur. Sekizinci bölümde meyve dokusu ile yapılan çalışmalar sonuçlarıyla birlikte işlenmiştir. Çalışmanın son bölümünde de sonuç kısmı sunulmuştur.
2. ME Bu bölüm literatür in Meyve hü önemli rol bir çeşit m [15-18]. 2.1 Genel 2.1.1 Mey Meyve, ç yumurtalığ Olgunlaşm Meyveler Eğer tozla tohumlar olan horm oluşumund EYVE DOK mde, meyve ncelenmiştir ücrelerinin l oynamakta meyvenin hü l Yapısı yvenin tanım çiçeğin di ğın gelişm mada ovaryu doğada ya aşma gerçe yumurtalık monlar üre da oksin ve KUSU
lerin iç yap r. duvarları, t adır [14]. M ücre duvarla mı şi organın mesiyle m um olgunlaş alnızca çiçe ekleşmezse, duvarının ettiği zama e giberellin h Şek 3 pısı, içeriği taze meyve Meyvenin ol arında yapıs nın tozlaşm eydana ge şarak meyv ekler verim tüm çiçek içerisinde t an meyve hormonları kil 2.1 : Mey i ve kabuğu lerin doku lgunlaşması sal ve kimy ma ile dö elen ve t eyi oluşturu mli bir şekil kler büzüşür tenefüs ede gelişimi g etki etmekt yvenin geliş un yapısı h özelliklerin ı ve yumuşa asal değişik öllenme so tohumları ur [19]. lde tozlaşm r ve meyve en ve onun gerçekleşm tedir [20]. şimi [20]. hakkındaki nin belirlen aması süresi klikler oluşm onunda far taşıyan o mışsa gelişm e oluşmaz. büyümesin mektedir. M bilimsel nmesinde ince, her maktadır rklılaşıp, organdır. mektedir. Gelişen ne neden Meyvenin
4 2.1.2 Meyvenin olgunlaşması
Meyve olgunlaşmasına bağlı değişen fizyolojilerinin yapılan çalışmalarda türlere bağlı olarak farklılık gösterdiği görülmüştür. Üzüm, turunçgiller ve çilek gibi meyveler kademeli olarak olgunlaştıkları görülürken, domates, elma ve armut gibi diğer meyveler ise sürekli olgunlaşmaya yatkın (climacteric) yapıda oldukları görülmüştür. Bu fizyolojik gelişmeler meyve tarafından absorbe edilen oksijen miktarındaki etkileyici artış ve ardından perikarpın rengi ve fiziksel doğasındaki hızlı değişiklikleri ortaya çıkarmaktadır.
Meyve olgunlaşması önemli bir süreç olup tohumların verimli bir şekilde yayılması için mutlaka düzgün bir şekilde gerçekleşmelidir. Domates, kiraz, elma, portakal ve muz gibi etli meyvelerde meyve olgunlaşması perikarpta birçok önemli değişiklik yapmaktadır.
En gözlenebilir değişiklik meyvenin renginde olmaktadır. Olgun olmayan meyvelere dış katmanlarının duvarlarındaki klorofil pigmentinin varlığından ötürü yeşil renktedir. Meyveler olgunlaştıkça klorofil yapısı bozulmakta ve turuncu, sarı, kırmızı ve mor gibi diğer renkler ortaya çıkmaktadır. Bu renkler, olgunlaşmamış meyve içerisinde bulunan ve klorofil tarafından maskelenen ya da meyve olgunlaştıkça oraya çıkan pigmenlerden kaynaklanmaktadır. Perikarpın yüzeyi ve kimsayal birleşimi de değişmektedir.
Birçok meyve, perikarptaki hücre duvarlarının zayıflamasıyla olgunlaşmakta ve dolayısıyla yumuşamaktadır. Aynı zamanda perikarptaki nişasta ya da yağlar fruktoz gibi basit şekerlere kimyasal olarak dönüşmektedir.
2.1.3 Partenokarpi
Döllenme olmadan tohumsuz meyve oluşumuna partenokarpi (partenocarpy) ve bu şekilde oluşan tohumsuz meyvelere de partenokarp (partenocarp) meyve adı verilir. Meyvelerin yetişmesi için gerekli olan oksin (auxin) ve giberelin (giberellin) hormonları bu tip meyvelerde dışarıdan meyveye enjekte edilmektedir, böylece tohumsuz meyveler elde edilebilmektedirler. Muz, armut, portakal gibi partenokarpik meyvelerdir. Bu türlerde tohum oluşmazsa meyve tutumu gerçekleşebilmektedir. 3 çeşit partenokarpi görülür. Bunlar;
• Ve embriyo k • Fak anormal o 2.1.4 Mey Ovaryumu haline ve o Hemen he genel bir adlandırıla perikarp o balkabağı 2.1.4 Mey Meyveyi k Bunlar dış ejetatatif Pa kesesinin bu kültatif Part lup çimlenm yvenin tohu u meydana ovaryum içi emen her m yapıya sa an bir boşlu olan, lokül i verilebilir. yve kabuğu kaplayan m ştan içe doğ
artenokarpi: ulunmamasın tenokarpi: N me kabiliye um yapısı getiren ka indeki tohu meyve perik ahiptir. Toh uk vardır. B içerisinde b Şekil u meyve kabuğ ğru; 5 : Tohum ta ndan kayna Normal emb tleri düşük arpeller (me m taslakları karp olarak hum ile pe Bu yapıya g boşluk bulu l 2.2 : Meyv
ğu olan peri
aslaklarında aklanmaktad briyo kesesi olan meyve eyve yaprağ ı da tohum h k adlandırıl erikarp aras güzel bir örn unan ve lokü
venin iç yap
ikarp 3 katm aki şekil bo dır. ine sahiptir elerde görül ğı), meyve haline döne an bir et k sında gene nek olarak, ülün içerisi pısı [22]. mandan oluş ozuklukların fakat çiçek lmektedir [2 kabuğu (p er. katmanından ellikle lokü turuncu dı inde tohuml şmuştur (Şe ndan ve k yapıları 21]. perikarp) n oluşan ül olarak ş yüzeyi ları olan ekil 2.3).
• D • O • İ 2.2 Mey Meyvel grupta i 2.2.1 K Bazı bi meyvele 2.2.2 Et Etli me çekirdek Etli ve t Tohuml Yumuşa verilebi Bu iki t sulu ve Dış tabaka ( Orta tabaka İç tabaka (e Şekil 2.3 : yve Türleri er perikarpl incelenirler uru meyve ilinen kuru er (achenes) tli (sulu) m eyvelerin üç kli (berry), tek çekirdek ları sert yap ak ve küçü lir. Tohuml türdeki mey genellikle t (ekzokarp): a (mezokarp endokarp): s : Meyve kab i larının doğa [23]. ler u meyveler ), buğdaysı meyveler ç en ünlü tü yumuşak ç kli (drupe) pıya sahiptir ük çekirdek ları küçük, y yvelerin pe tatlıdır. ince ve zar p): sulanma sert kısımdır buğu 1:End asına göre e re örnek o meyve (car ürü etli ve çekirdekli (p meyvelere r. kli (berry) yumuşak ve erikarpın or 6 rımsıdır. bölgesidir. r. dokarp, 2:To etli (fleshy) olarak bakl ryopsis), ay tek çekirde pome) türler şeftali, erik meyvelere e çok miktar rta (mezoka ohum, 3:Me ve kuru (dry lagiller (le çiçeği (sunf ekli (drupe) ridir. k, zeytin ve domates, ü rdadır. arp) ve dış ezokarp, 4:E y) olmak üz gume), ser flower) veri ), yumuşak kiraz önek üzüm, patlı (ekzokarp) Ekzokarp. zere iki rt kabuklu ilebilir. k ve küçük verilebilir. ıcan örnek tabakaları
Yumuşak içerirler, p doku gene Diğer etli yüzeyleriy (hesperidi zengin bir ıhlamuru sahip olup kabak örn Bu çalışm çekirdekli yüzeyden şekildeki yorum ya yapısının zamanla s çekirdekli perikarpını ellikle sulu, i meyveler yle karakter um), şeker r dış yüzeye içermektedi p normal o ek olarak ve Şek mada kullan meyveler soğurulan yolu izleye apılmıştır ( zamanla de oğurulan ışı (pome) me çevreleyen tatlı ve yen narenciye rize edilirle rli ve asidik e sahiptir. H ir. Pepolar olarak çok s erilebilir. kil 2.4 : Tez nılan meyve kullanılmı ve yansıyan erek (banana (Şekil 2.4) eğişimi (ren ının farklı m 7 eyvelere el kalın yard nilebilirdir. (hesperidiu er. Citrus m k içeriğe s Hesperidium ise; pürüzs sayıda tohu zde yapılan eler etli (su ıştır. Meyv n ışığın mi a effect) so . Yapılan nk, etlenme miktarlarda lma örnek v dımcı bir do um) meyve meyveler o sahip olup, m ailesi porta üz ya da fa um içermek n çalışmanın ulu) meyve velerin kab iktarlarının oğurduğu ış deneylerde e, sululuk) olduğu kan verilebilir. okuya sahip eleri ve pe olarak da b aromatik akallar, grey arklı yapıda ktedir. Bunl n şematik gö e çeşitleri o uk yüzeyin farklılığıyla şık miktarın e meyve d gözlenmiş, nısına varılm Çok sayıda ptirler. Bu y epo olup tü bilinen nare yağlar bak yfurtlar, lim a sert bir ek lara karpuz österimi. olup genelli ne ışın gö a, gönderile nın yüzdesiy dokusunun , buna bağl mıştır. a tohum yardımcı üylü dış enciyeler kımından monlar ve ksokarpa , kavun, ikle çok nderilip, en ışığın yle ilgili klorofil lı olarak
3. DOK Gelen ışı etkileşimle Y So Sa 3.2 Yansı Elektroma geri dönm gibi farkl Kırılma in geri kalan gelen ışın (Şekil 3.2)
' ve normaliyle yüzeyin fa KUNUN O ık madde er; ansıma ve K oğurma (Ab açılma (Sca Şekil ma ve Kırı agnetik rady mesi olayına ı kırılma i ndisi farklı n kısmının d nın normalle ).
'açıları sıra e arasındak arklı bir yüzOPTİK ÖZE ile etkileş Kırılma (Re bsorption) attering) dur l 3.8 : Doku ılma yasyonun uy a yansıma d indislerine bir ortamd da yön deği e yaptığı g asıyla yüze ki derecele zey normali 9 ELLİKLER ştiğinde, ç eflection & R rumlarıdır. udaki soğura ygulandığı denir. Genel sahip iki n dan diğerine iştirmesi ge eliş açısı il ey normali erdir. Düzg varken, dü Rİ çeşitli etkil Refraction) an ve saçan yüzeylerde l olarak yan nesnenin ar e geçerken rçekleşir. Y le yansıma ine gelen gün olmay zgün yüzey leşimler ol parçacıklar n yön ve do nsıtıcı bir yü rasındaki b ışığın bir k Yansıma kan açısı birbi ve yansıya an (dağınık ylerdeki düz luşturmakta rın optik öz oğrultu değ üzey, hava bir fiziksel kısmının ya nunu olarak irine eşittir an ışınların k) yüzeyle zensizlikler adır. Bu ellikleri. ğiştirerek ve doku sınırdır. ansıması k yüzeye (') n yüzey erde her yansıma
dalga bo reflectio Ara yüz Yasası) bilgisini Faz koş Şekil Yansıtıc zaman k yere geç oyuna göre on) aynasal zeyde dalga kanununu, i verir. ulu ile ilgili
l 3.2: D gö cı yüzey, fa kırılma ger çen ışının d çok küçük (düzgün) y aların sağla genlik koşu i ayrıntılı bi Düzgün yüz österimi. arklı kırılma rçekleşmekt avranışı Şek Şekil 3.3 k olmaktadır yansıma olar aması gerek
ulu ise ortam
ilgi Ek A’da zeylerde yan a indislerine tedir. Kırılm kil 3.3’teki 3 : Işığın bir 10 r, yüzey no rak adlandır ken faz koş
mlardaki en adir. nsıma ve k e sahip iki ma indisi bu gibidir; r ortamdan d ormali tektir rılır. şulu; yansım nerji dağılım kırılma dur farklı ortam ulunduğu y diğerine geç r. Bu durum ma ve kırıl mı (Fresnel rumlarının g mı birbirinde yerden daha çerken kırıl m (specular lma (Snell Eşitlikleri) geometrik en ayırdığı a düşük bir lması.
11
Kırılma, ışık dalgasının bir ortamdan kırılma indisi farklı bir ortama geçerken değişimden kaynaklanmaktadır. Kırılmayla ilgili temel matematiksel eşitlik Snell kanunu olarak bilinmektedir. Kanunla ilgili eşitlik ;
Sin
2Sin
1
v
2v
1, (3.1.1)
buradaki kırılma açısını, ve ise ışığın yansıma yüzeyine çarpmadan önceki ve sonraki hızlarıdır. Kırılma indisleri;
n
c
v
, (3.1.2)n '
c
v'
, (3.1.3) şeklinde ifade edilirler, 2.998 108 / boşluktaki ışık hızını temsil etmektedir ve eşitlik 3.1.2 ve 3.1.3 eşitliklerinden;n1.sin
1 n2.sin
2 (3.1.4) (Snell Kanunu) şekline dönüşür.Kırılma indisi dalga boyu ilişkisi (3.1.5) şeklinde ifade edilebilir;
(3.1.5)
Denklemde belirtilen α(λ) soğurmadan kaynaklanan zayıflamanın ifadesidir. Buradaki kırılma indisi reel kısım olarak ifade edilmektedir;
(3.1.6)
Fotonun enerjisi denklemlerden;
E
c
hf
(3.1.7)
olarak bulunur ve (h= 6.626.10−34 J.s) foton ile aynı yöndedir.
Yansıma ve iletim açıları, polarizasyonu ve sınır yüzeyini oluşturan malzemenin kırılma indisine bağlıdır. Polarizasyon ile ilgili ayrıntılı bilgi Ek B’dedir.
bilinme Ara yüz Işık dal dalgalar Şekil 3 denklem hem de de ayn eşitlikle Yansıya Yansıya ktedir. zeyde gelen lgası ifades rın sınır koş .4’te belirti mlerinin üst faz terimi o nı anda sağ eri meydana an ve iletilen an ve iletilen rp ( E E r ( Er Ei t n, geçen ve sinde hem şullarının he Şekil 3.4 : ilen , el olarak ve olduğundan ğlaması ge a gelir. n ışığın par n ışığın dik Er Ei )p n
i. tp (Et Ei)p ) n
i.cos t ( Et Ei) yansıyan d genlik hem er iki terimi : Işığın yüze , sırası erilmiş ifad n ara yüzeyd erekir. Bu alel durum durum için cos
t nt.c 2n
i.cos
s
i nt.cos
2n
i.cos
i 12 dalgaların sı m de faz t i de aynı and eye çarptığı formüller ıyla yüzeye elerinin kar de dalgaları ifadelerin için Fresne n Fresnel for cos
t
/ n
i.c
i
/ n
i.cos
t
/ n
i.cos
/ n
i.cos
i ınır şartların terimi oldu da sağlamas ında gerçek ri. e gelen, yan rşılığıdır. Iş ın sınır koşu sağlanması l formülleri rmülleri ; cos
t nt.co
t nt.cos
i
i nt.cos
nt.cos
t
nı sağlanma uğundan ar sı gerekir. kleşen durum nsıyan ve şık dalgası h ullarının her ı sonucund i ; os
i
i
t
ası gerekir. a yüzeyde mlar ve geçen ışık hem genlik r iki terimi da Fresnel(3.1.8)
(3.1.9)
(3.1.10)
(3.1.11)
Şekil 3.5: 3.3 Soğur Bir ortam emilim e elektroma Emilime, emilimi ge bir saydam sağlamakt energy) ay Biyolojik olduğu gö neredeyse denmekted sergilemek Saydam v kornea ve boylarına spektral b dalga boyl : Hava–ca grafik. rma mın içerisind esnasında a agnetik dalg ışık enerjis erçekleştire m (transpare tadır; öyle k ynı olmakta dokular içe öz önüne a sıfıra düş dir. Meyve ktedir. e mat terim e lensler ço oldukça gü bölgesinde larına ya sa am yüzeyi i den geçmek azalır. Orta anın yoğun inin kısmi en nesnenin ent) ortam h ki, ortama g adır. erisinde kor alınabilir. D şürüldüğü o dokusu gib mleri görecel oğunlukla çlü bir emil mat olmak ydam ya da 13 çin fresnel kte olan ge amın soğu lukların ora olarak ısı h moleküller hiçbir emilim giren ve orta rnea ve lens Diğer taraf ortamlara i bi dokulard li olup bu te sudan oluş lim gösterm ktadır. Esas a mat olan b 3 katsayıların elen elektro urması (ab anı olarak ta hareketine ( rinin titreşim m olmaksız amdan çıka slerin görün ftan, gelen se opak (m da da doku erimler dalg makta ve k mektedir. Do sında, elek bir ortam bil
na geliş açıs magnetik d sorbance), anımlanır (Ş (heat motion mi neden ol zın gelen ışı an toplam ış nen ışığa ka ışınımın ( mat, saydam ışığa karşı ga boyuna b kızılötesi s olayısıyla, b ktromagnetik linmemekte
sına göre çi
dalganın yo gelen ve Şekil 3.5). n) dönüşüm maktadır. K ığın geçişin şıyan enerji arşı oldukça (incident ra m olmayan ı opak bir bağlıdırlar. Ö spektrumdak bu dokular k k spektrum edir. zdirilen oğunluğu emilen mü ya da Kusursuz e olanak (radiant a saydam adiation) n ortam) davranış Örneğin, ki dalga kızılötesi mun tüm
Ş Elektrom temel o yüzeyin birimler üzerine olarak i z: optic I(z): z e I0 : bulu
a: soğ α: soğur k′ : kons ölçmede İletilen ifade ed Şekil 3.6 : Y magnetik ra olarak atom n kalınlığın ri) bağımlıla etkisini tar le ifade edil ekseni ifad eksenine ola unan andaki ğurma katsa rulan madde santrasyon e kullanır. şiddetin, I dilir; Yansıma, kı adyasyonu s m ve mole na ve iç p ardır. İki ya rif etmek i lir; I (z) I (z) de etmektedi an uzaklığın i şiddet, ayısı, enin konsan dışındaki di , gelen şidd ırılma, soğu soğurmak ç eküller aras parametreler asa sırasıyla çin uygulan I0exp[ I0exp[k ir. n şiddeti, ntrasyonu, iğer iç paramdete, I0, or 14 urulma ve sa çeşitli ortam sındaki fak re (sıcaklık a kalınlığın nır. Bunlar
az], ve k 'az] , metreleri ifa anı iletim o açılmanın g m koşulları b ktörlere, da k yada kon ya da kons Lambert y fade eder, so olarak adla geometrik gö bulunmakta lga boyuna nsantrasyon santrasyonu yasası ve B oğurma gücü ndırılır ve österimi. adır; bunlar a, soğuran n soğurma un soğurma Beer yasası (3.2.1) (3.2.2) ünü şu şekildeHer iki y olarak bili Ortam soğ Soğurma k (3.2.6) de olarak da asa da emi inir. (3.2.1) ğurganlığı A katsayısı
a enklemi ile bilinir. k‘ n Ş ilme karşı a den elde ed A ile gösteri a ifadesinin ifade edile nin dalga bo Şekil 3.7 : B 15T
aynı davran dilirse;z
ilir;A
OD
n tersi soğurL
en soğurgan oyuna göre d Bazı biyoloj 5T
I
I
0 nışı tarif ed1
aln
I
0I
z log(
I
I
0)
rma uzaklığ
1
a nlık aynı za değişimi soğ ik dokuların derler ve La ğı L ile oran amanda opt ğurma spek n soğurma ö ambert-Bee ntılıdır; tik yoğunlu ktrumunu olu özellikleri [ (3.2.3) er yasası (3.2.4) (3.2.5) (3.2.6) uk (OD) uşturur. [24].Şekil 3 3.6’dak katsayıs Dokunu soğurma Şekil 3. .6’da bazı i biyolojik sına, dalga b un ya da m a spektrome .8: a) So b) Sp dokulardak dokuların y boyuna, soğ maddenin ış etresi veya oğurma spek pektrofotom ki ve yapıla ya da yapıl ğurma spekt şığı soğurm soğurma sp ktrofotomet metre düzene 16 ardaki soğur ların farklı trumuna sah masını ince pektrofotom tresinin dış eğinin iç ya rma bantlar dalga boyla hip olduklar lemek için metresi adı ve görünümü [ apısı [26]. rı çizdirilm arında farkl rı görülmek kullanılan erilir. [25]. miştir. Şekil lı soğurma ktedir. n düzeneğe
17 3.3 Saçılma
Elastik yapılı yüklü parçacıklar elektromagnetik dalgalara maruz kaldığında, parçacıklar elektrik alan ile harekete geçmektedirler. Elektromagnetik dalga, dalga boyundan daha küçük bir nesneye çarptığı zaman saçılmaktadır. Saçılma süreci, ortamda herhangi bir enerji kaybı ya da kazanımına neden olmaz. Dolayısı ile saçılma süreci esnasında sıcaklık değişmez. Saçılmaya genellikle hava molekülleri, küçük toz parçacıkları, su molekülleri ve çeşitli kirleticiler gibi çok küçük boyutlu maddeler neden olur.
Saçılma 3 teori başlığında incelenir;
Çizelge 3.1: Saçılma tipleri. Parçacık Tipi Parçacık Çapı (μm) Saçılmanın Tipi Gözlenen Olay Hava molekülleri 0.0001-0.001 Rayleigh Mavi gökyüzü, kırmızı
günbatımı
Kirleticiler 0.01-1.0 Mie Kahverengimsi hava
Bulut damlacıkları 10-100 Geometrik Beyaz bulutlar
Rayleigh saçılması: Işığın kendi dalga boyundan çok daha küçük boyuttaki doku yapıları tarafından saçıldığı durumlarda geçerlidir. Parçacığın boyutunun dalga boyuna oranla küçük olmasının en önemli sonucu, parçacık etrafında eşit dağılımlı elektrik alanının oluşmasıdır. Işığın fotonlardan değil de elektromagnetik dalgadan oluştuğunu varsayan klasik teoride, bu durum parçacıkta çift kutuplu moment yaratır.
Oluşan moment, elektrik alanının frekansı ile salınım yaparak çift kutuplu ışınıma neden olur. Saçılımdan sonra fotonun enerjisi korunduğu için, Rayleigh saçılımı kuantum fiziğinde esnek saçılım olarak nitelendirilir. Saçılan fotonun dalga boyu gelen fotonun dalga boyuyla aynıdır. Dağılımın dalga boyu ile olan güçlü bağlantısı (~ ) kısa (mavi) dalga boyunun uzun (kırmızı) dalga boyuna oranla daha fazla saçılacağını gösterir [27,28]. Rayleigh bağıntısı;
I
I
08
4N
2
4R
2(1
cos
2)
(3.3.1) : Gelen ışık şiddeti I : Saçılan ışığın şiddetiγ : Birim α : Pola r : Mole M v e G d k m hacimdek arizasyon de ekülden dete Mie saçılm veya parça Saçılımın b etkileme e saçılmasının Geometrik dalga boyu katmanların ki saçılma m erecesi ektöre olan Şe ması: Işığın acığın boyu bu şekli Ra eğiliminde n nedenidir dağılım teo ndan çok b nda meydan merkezi uzaklık ekil 3.9 : R dalga boyu utunun dah ayleigh ile k olduğu gö r [27]. orisi: Saçılm büyüktür, bu na gelir. 18 ayleigh ve M u ile parça ha büyük kıyaslandığ örülür. Su maya neden u durum ge Mie saçılma cığın boyut olduğu du ğında, daha buharı ve olan parçac enellikle do aları [29]. tunun birbi urumlarda uzun dalga toz zerrec cığın dalga b oku yapuları irine yakın geçerlidir. a boylarını ikleri mie boyu ışığın ının en üst
4. IŞIK Optik öze (scattering g) etkenid dalga bo tarafından Saçılma ö oranıyla değişimler göstermek Şekil 4 Şekil 4.1’ bölgesind saçılmalar yoğunlaşı K DOKU E ellikler soğ g coefficien dir. Dokunu ylarına du n belirlenir. özellikleri ( belirlenir. ri Şekilde ktedir [31]. 4.1: Protein ’e göre su, e (~ 3 μm r azalmakt lmış olup ETKİLEŞİM ğurma katsa nt,
s) ve s un soğurm uyarlı doku (
ave g), g Bazı krom e incelenm n, hemoglob en az gör m) olan da tadır. Bu yeşil renk 19 Mİ ayısı (absor saçılmanın y a özellikler u bileşenler gelen dalga moforların miştir, koy bin, melanin rünür ışık b alga boyları çalışmada kli grafik d 9 rption coeff yönünü beli ri (
a), iç ri (su, pro boyunun, soğurma k yu mavi r n ve suyun s bölgesinde ını soğurm suyun so dikkate alın ficient, μa) irleyen aniz eriğindeki otein, hem dokunun hü katsayılarını renk saçıl soğurma spe (~ 500 nm maktadır. Da oğurması d nmıştır. Saç , saçılma k zotropi (ani kromoforla moglobin, m ücresel boy ın dalga b lmanın de ektrumu[32 m), en çok alga boyu durumları ü çılma ve s katsayısı isotropy, ar, farklı melanin) yutlarına boyu ile ğişimini 2]. kızılaltı arttıkça üzerinde soğurmakatsayıl gösteril Denklem saçılma açısına indirgen çalışma Işık dok saçılımı verilmiş Şekil 4. durumu ları ile gön lir: m 3.2.9 il adan ve so (anizotrop nmiş saçıl ada bahsedil kuya iletild ın özel bir ştir. .2’de ışığın u, gelen ışığ nderilen ışı e hesaplan oğurulmadan i faktörü, lma katsay len girginlik diğinde saçı r halidir. B Şekil 4.2: n dokuda ya ğın basit Fre ığın optik
s'
'
nan etkin g n ilerleyebi g) bağlı o yısı (reduc k, etkin girg lır veya soğ Bu durumla Işığın dok ayılımı ile i ensel yansım 20 girginliği (1
a
s
s(1
g)
1
a
s' girginlik, te ildiği mesa larak değiş ced scatter ginliktir [30 ğurulur (Şe a ilgili ayr ku ile etkileş lgili farklı d masını göste (δ) belirlen ek bir foto afedir ve s şir. Bu ned ring coeffi ]. ekil 4.2). Do ıntılı bilgi şimi [30]. durumlar gö erir. Yansıya nir ve şu f onun doku saçılmaların denle hesap icient,
s') okudan yan bir önceki österilmiştir an ışık doku formüllerle (3.2.7) (3.2.8) (3.2.9) içerisinde n ortalama plamalarda kullanılır, nsıması ise i bölümde r [31]. “a” u hakkında21
çok az bilgi içermektedir. ”b” durumu ise dokunun hücresel ve yapısal bileşenlerine çarparak bir veya birkaç defa saçılan ışığı gösterir. Fotonun enerjisi saçılım sürecinde değişmediğinden, bu tip saçılım esnek saçılım olarak adlandırılır. Saçılım dalga boyu, hücresel yapıların boyutuna ve yoğunluğuna bağlı olduğu için esnek saçılım ile dokudaki yapısal ve morfolojik değişimler gözlemlenebilir. “c” durumu, ışığın soğurulmasını temsil eder. Dokulardaki kromoforların soğurma bandına bağlı olarak, kromoforlar ile aynı dalga boyuna sahip fotonlar dokuda soğurulur ve geri saçılmaz. “d” durumu, saçılan fotonun enerjisinin değiştiği esnek olmayan saçılımı gösterir. “e” ve “f” durumları ise, ışığın dağınık biçimde birden fazla sayıda saçılım gerçekleştirdikten sonra dokudan geri yansıması veya soğurulmasında izledikleri yolları gösterir [32,33].
5. SPE Elektroma konusu m veriye ise yoğunluğu fiziksel ve yapılabilm Şekil 5.1 17. yüzyı Spektrosk boyuttaki geçirmek sonucu gö EKTROSK agnetik ışın madde doku, e spektrum unu göstere e kimyasal ö mektedir. : Elektro ışınları kızılöte Short w lda Isaac N kopik yönt yıldızlara için bir açı örüntülemek KOPİ nımın mad atom, mol m adı verili en bir ifade özelliklerin omagnetik s ı, ultraviole esi bölge, wave, AM: r Newton'un ç temler, mi kadar tüm ıklık, ışığı h k için bir pe 23 dde ile etki ekül veya i ir [34]. Sp edir. Spektr ni inceleyip spektrum ( et rays: ultr microwave radyo bant b çalışmaları ikroskobik m ölçekteki hizalayıcı b erde kullana 3 ileşmesini yon olabilir ektrum, he roskopik y bunlar hakk gamma ray aviyole ışın s: mikroda bölgesi) [37 ile spektro boyuttaki i alanlarda ir ayna, ışığ arak yaptığı inceleyen r. Spektrosk er bir dalga öntem ile m kında nitel v ys: gamma ı nları, Vis: g alga bölges 7]. oskopinin g tanecikler kullanılab ğı dağıtmak deneyde, b bilim dalıd kopiden eld a boyu için maddenin y veya nicel a ışınları, X-r görünür böl i, GPS, FM elişimi baş rden makr bilir. Işık d k için bir pr eyaz ışığı o dır. Söz de edilen n enerji yapısını, analizler rays: X-lge, IR: M, TV, lamıştır. roskopik demetini rizma ve oluşturan
renkleri (Şekil 5 Şekil 5 Şekil Elektrom ışınları bölgesi bölgeler Spektro örnek üz Bir yar geçirild i göstermişt 5.2). 5.2: Isaac [35]. 5.3: Ele gör zam magnetik sp (Ultraviole (Microwav rinden meyd oskopik ana zerine yolla rıktan geçi diğinde priz tir [35]. Bu c Newton ta . ektromagnet rünür bölge man oluştur pektrum: G et rays), Gö ves), Rady dana gelme aliz yöntem anır ve örne irilen beya zmanın karş u deney, mo arafından ge tik (EM) e, mor ötesi dukları etki Gamma ışın örünür bölg yo bant bö ektedir [37]. mlerinde uy eğin bu uyar az ışık da şısındaki ek 24 odern anlam eliştirilen il etkileşimle i ve X-ışın iler[30,36]. ları (Gamm ge (Vis), K lgesi (GPS yarıcı bir ta rıcı taneciğe aha sonra kranda tayf mdaki ilk sp k spektrosk er. Mikrod nlarının mad ma rays), X Kızılötesi bö S, FM, TV anecik, ölçü e karşı olan bir prizm f adı verile pektroskopi kopik deney dalgalar, k dde ile karş
X-ışınları (X ölge (IR), M V, Short w ümü alınm davranışı ö madan yada en renkler i deneyidir y düzeneği kızıl altı, şılaştıkları X-rays), Uv Mikrodalga wave, AM) mak istenen ölçülür. a filtreden dizilir. Bu
tayfta sır bulunmak bu renkler 390-700 n Çize Mor Mavi Cyan Yeşil Sarı Turuncu Kırmızı Floresans, boyundaki halinde ya uzun sürel floresans toplanırlar Spektrosk enerji çeşi So ışın rasıyla mor ktadır (Çizel rin dalga bo nm aralığınd elge 5.1: Gö Renk , floresans y i ışınların s ayılması ol li (10-4 sn < denir. Flo r [32]. kopi, enerjin
idi için bir s oğurma spe nımın belli r, lacivert, lge 5.1). Ta oyları nanom daki dalga b örünür bölge Şeki yayma özel soğurulup b ayıdır. Uya <) ise bu ola oresans ve nin madde il spektroskop ektroskopis frekansları 25 , mavi, ye yfta buluna metre (nm) boylarındaki edeki renkle Dalga Boy 430-3 500-4 520-5 565-5 590-5 625-5 700-6 il 5.4: Görü lliğine sahip bu maddele arıcı ışın ile aya fosfores fosforesan le etkileşim pi yöntemi v si: Soğurm ı, maddedek 5 eşil, sarı, an her renk adı verilen i ışık gözle erin dalga b yu (nm) 390 430 500 520 565 590 625 ünür bölge r p olan madd er tarafından e etkileşme ans, kısa sü ns olayları mi inceleyen vardır. Bu y mada, mad ki bazı atom turuncu v farklı dalga uzunluk bir görülebilme boyu ve frek F renk tayfı. deler üzerin n farklı dal e sonucu ol üreli ise (10 ı lüminesa bir yöntem öntemler; deye gelen mlar tarafın ve kırmızı a boyuna sah
rimi ile ifad ektedir (Şek kans değerle Frekans (TH 700-790 600-700 580-600 530-580 510-530 480-510 405-480 ne düşen be lga boyund luşan ışın y -9- 10-8 sn) b ans başlığı m olduğu için n elektrom ndan soğuru renkler hiptir ve de edilir. kil 5.4). eri. Hz) elli dalga da ışınlar yayınımı bu olaya altında n her bir magnetik ulur. Bu
m Y m b f g y Spek Bir (mo siny UV-gör kullanıl spektroskop madde taraf Yayılım s soğurduktan spektroskop maddenin ö Saçılım sp boylarında fiziksel öze gerçekleşen yöntemden ktrometrik ö spektrofot onokromatör yal bir kayde
rünür bölged ır. pi yöntemi fından soğu spektroskop n sonra da pi yöntemin özellikleri in pektroskopis ve açıların ellikleri öğr n bir süreç ayrılır [40] ölçümlerin tometre dü r), detektörd edici ile ölç Şekil 5 de D , W, H ile elektrom urulduğu anl pisi: Yayıl aha az ene nde, salınan ncelenebilir si: Saçılım nda saçtığı renilir. Saç ç olması s . analizi spek üzeneği, ba den oluşur; çülür [38]. 5.5: Spektro H , Xe, civ 26 magnetik ış laşılabilir. lımda, ma erjili bir fr n ışın veya r. spektrosko ı ışığın mi çılımın, soğ sebebiyle s ktrofotomet aşlıca ışık detektörde ofotometren va buhar lam şınımın han adde elekt rekansa sah fotonların opisi ile m iktarı ölçül ğurma ve y açılım spek trelerle olur kaynağı, e elektrik sin nin en genel mbası gibi s ngi spektral tromagnetik hip ışınım ölçümüne maddenin b lerek madd yayılımdan ktroskopisi . dalga boy nyaline çev l hali. sürekli ışık l aralığının k enerjiyi salar. Bu dayanarak belli dalga denin bazı daha hızlı diğer iki yu seçicisi vrilen optik kaynakları
Tungs yayar. lamban Ultrav boşalım ve dah çok da Monok boyun filtreli Ş ten flaman Tungsten nın ömrü ar viyole bölge m lambalar ha uzun ömü aha fazladır. kromatörler nda monokr fotometrele Şekil 5.6: Tu n lambası, g lambasının rtar ve bu la ede en çok k ıdır. Bu lam ürlü olan D . r, ışık kayn romatik ışık erde ışık fil 27 ungsten-hal görünür ve içinde bir amba tungst kullanılan l mbalar lambasının nağından ge k elde edilm tresidir (Şek 7 lojen lamba e yakın IR miktar iyot ten-halojen ambalar, hi -380 nm ar n yaydığı ış elen polikr mesini sağl kil 5.7) [40]
anın iç yapıs bölgede (3 t veya brom lambası ola idrojen ve d rasında ışık şığın şiddeti omatik ışık lamaktadırl ]. sı [39]. 320-3000 n m buharı bu arak adlandı döteryum ele yayar. Dah i H lambas ktan tek b lar. Monokr nm) ışık ulunursa ırılır. ektriksel ha pahalı sına göre bir dalga romatör,
Spek Işık filt camdan filtreyi filtreleri istenilen çözeltin madden 5.7). ktrofotomet Şekil treleri, görü n yapılmış cihaza tak in üzerinde n ölçüm nin rengine nin ölçümün trelerde ise Şekil l 5.7: Işık fi ünür bölge filtrelerdir. kılabilmekte e yazılmak için yerleş e göre seç nde sadece monokrom l 5.8: Prizm 28 filtreli mono renk aralık İstenilen edir, portati ktadır ve i ştirilir. Filt ilir; örneği mavi ışığ matör ışık pri malı monokro okromatör [4 larındaki bo zaman uyg iflerdir. Ren istenilen da trenin reng in, mavi ı ğı geçiren f izmasıdır (Ş omatör [38, 40]. oyalarla bo gun dalga nklerin dal alga botun gi, ölçüm ışığı tutan filtre kullan Şekil 5.8) [3 ,41]. oyanmış ve boyundaki lga boyları daki filtre yapılacak (sarı) bir nılır (Şekil 38,40].
Tek yollu Tek mono kullanılan İkinci düğ yapmak iç boyuttaki Ölçümün kapatılarak her deney düğme ile kullanılara ölçüm son Örneğ için ba Işık prizm düşük UV edilmekte görünür ı prizmalar u spektrofot okromatörlü n filtreyi ve ğme, ışık yo çindir. Üçü sonuçların yapılacağı k ikinci düğ düzeneğind e ışığın geç ak kaydedic nuçlarının do Şe e gönderile azı spektrof maları, cam V ışınları dir. Kuartz ışık ve IR’ maliyeti yü tometrelerd ü aletlerin b eya prizmay olunu tama üncü düğme alınmasını s dalga boy ğme ile “sıf de deneyin t tiği aralığın ci 100 değer oğruluğu aç ekil 5.9: Tek n ışığın pol fotometreler 29 m veya kuar iyi geçirm prizmalar i ’e yakın b üksek spektr e; tüm bile başlıca üç ay yı mekanik amen kapata e, ışığın ge sağlamaktad yu birinci d fır” ayarı ya tekrarlanma n eni değişt rine getirili çısından yen k monokrom likromatikte rde çift mon
9 rtz çeşitleri mediğinden ise hem UV bölgelerde ç rofotometre eşenler ayn yar düğmes k olarak dön arak kayded eçtiği aralığ dır. düğme ile apılır. Bu ay ası durumun tirilerek ve r. Sıfır ve 1 niden tekrar matörlü spek en daha mon nokromatör i bulunmak n görünür V ışınlarını çalışmaya elerde bulun nı ışık yolu si vardır: Bu ndürmeyi s dici “sıfır” ğın enini de ayarlandıkt yara kalibra nda yapılır. örnek kabı 100 ayarları rlanmalıdır ktrofotomet nokromatik kullanılır (Ş ktadır. Cam bölge için iyi geçirir, elverişlidir. nur (Şekil 5. una yerleştir unlardan bi sağlayan dü geçirgenlik eğiştirerek an sonra ış asyon ayarı Daha sonra ında sadece ı her dalga b (Şekil 5.9)[ tre [40]. k olmasını s Şekil 5.10) m prizma n tercih hem de . Kuartz .8). rilmiştir. iri, alette üğmedir. k ayarını istenilen şık yolu denir ve a üçüncü e çözücü boyunda [40]. ağlamak [42].
Çift yo demete gönderi sinyalle karşılaş ışık ile verilebi detektör Bu çalış aralığa U ve soğu belirtile Halojen Ş ollu spektro bölünerek lir. İkiye ay erin oranı ö tırılmış olu aynı sinyal lir ve ölçü r yardımıyla şmada kull UV, Vis ve urma spektr en dalga bo n lambalar v Şekil 5.10: ofotometrele ışıkların b yrılan ışık, ölçülür. Bö ur. Burada i li oluşturma üm sırasınd a kaydediciy anılan dalg NIR bölgel roskopi ölçü oyunu ölçüm ve ızgaralar Çift monok erde; mon biri örneğe iki farklı d öylece örne iki detektör ası gerekir. da doğru so ye gönderil ga boyu ara leri dahil ol ümleri kulla mlerinin son kullanılmış 30 kromatörlü s nokromatörd diğeri sad detektörle a kteki değer rün tam uyu Bu işleme onuçlar alın lir [40]. alığı 280-25 lmaktadır. M anılmıştır. C nuçlarını el ştır. spektrofotom den çıkan dece referan algılanır ve r sürekli o umlu olmas aynı anda nmasını sağ 500 nm aral Meyve doku Cihaz çift m lde edebilm metre [40]. ışık, eşit ş nsın bulund e detektörle olarak refer sı, yani eşit kalibre olm ğlar. Alınan lığını kapsa uları üzerind monokroma mek için Dö iddette iki duğu kaba rde oluşan anstaki ile t şiddetteki ması adı da n sonuçlar amıştır. Bu de yansıma atörlü olup öteryum ve
6. DON Çalışmala ArGE Mü spektrofot örnekler ü kullandığı bantlı bir s Alınan ve nm’lik ara NANIM arın deneyse üdürü Sayın tometre kul üzerinden k ımız cihaz spektrofotom Şekil 6 eriler USB alıklarla ver el kısmı Şişe Ateş PARL llanılarak y küresel yan çift ışık ka metredir. 6.1: Perkin bağlantısın riler alınmış 31 ecam Topka LAR’ın izni yapılmıştır. nsıma ölçü aynaklı, çift n Elmer Lam dan edinile ştır (Şekil 6. 1 apı Araştırm i ve desteği 280–2500 ümleri (inte t detektörlü mbda 900 s ebilir. Cihaz .2). ma Merkezi ile, Perkin 0 nm (UV/ egrating sph ü, çifte mon spektrofotom zdan yukar laboratuva Elmer Lam /Vis/NIR) here) alınm nokromatör metresi. ıda anılan arlarında, mbda 900 arasında mış olup rlü geniş bantta 5
Alınan oluşturm yazılımı zamanlı Cihazın Şekil 6.2 veriler bilg muştur. La ının (Powe ı bir şekilde n içeriği ilgil 2: 5 nm a gisayar sist ambda 900 erful UV W e anında eld li ayrıntılı b aralıklarla y temince be spektrom WinLab) yü e edilebilm bilgi Ek C’d 32 apılan ölçüm elirlenen fo etre ile ve üklenmesi g ektedir. dedir. mün ayarlan ormatta kay eri alabilm gerekmekte nma aşamas ydedilip ger mek için, b edir. Sonuç sı. rekli arşiv bilgisayara çlar gerçek
7. YÖN Lambda 9 Şekil 7.1 dokusunda olarak yan kaydedilm NTEM 900 cihazı ve Şekil 7 an küresel nsıma yapa mektedir. Şek belirli aralı 7.2’deki do (integrating an ışık, bilg kil 7.1: Şekil 7.2: 33 ıklarda kali okundurulup g sphere) o gisayar yaz Lambda 9 Meyv 3 ibre edilme p doku yüz olarak geri zılımı (Pow 900 spektrof enin cihaza ektedir. Me zeyine ışık saçılan ışık erful UV W fotometresi a teması. eyve dokusu gönderilir k algılanır. WinLab) ta . u cihaza , meyve Dağınık arafından
Cihaz ö algıladığ boyu ar rengi, h Yapılan elma do görülmü Cihazın cihazın İlk olar açılır. S işlem c metot se Şekil 7. Metot s Autozer Aktif ha nm dalg hazır ha ölçümleri k ğı ışık şidd ralığında ya ücre yapısı, n bilimsel okusunun üştür [43]. n ölçüm son kalibrasyon rak spektro Spektrofotom
ihaz her aç eçim işlemi .3: Cihaz ekran seçimi tama ro butonunu ale gelen bu ga boyu ar ale gelir. küresel ölçe deti arasında apılan ölçü , sululuk ora çalışmalar renginin, h nuçlarının gü n aşamaları fotometre v metre açıldı çıldığında t ne geçilir (Ş ın bağlı ol görüntüsü. amlandıktan un aktif ha utona tıklan ralığı) sağla ekte yapma aki farkı ölç ümlerin değ
anları ile ilg incelendiğ hücre yapısı üvenirliliği şu şekilde o ve verilerin ıktan 30 dak tekrarlanır. Şekil 7.3). lduğu bilgi n sonra gü ale gelmesi nır ve ardınd anır. Bu iş 34 aktadır. Dok çerek değer ğerlendirmes gili yorum y inde elmal ının, sululu açısından k olmaktadır; n kayıt işle kika sonra k Powerful isayarda ka ün, ay, yıl i (buton ışı dan spektrum şlemlerden kuya gönde rler vermekt si sonucund yapılabilmek larla gerçek uk oranının kalibrasyon emini gerçe kalibrasyon UV WinL alibrasyon y ve isim ata ığının yeşil mun iki kez sonra, spek erilen ışık i tedir. Belirl da meyve d ktedir. kleştirilen d tayinlerinin önemlidir. ekleştirecek n işlemine b Lab program yapma aşam aması gerçe le dönmesi) z taranması ktrofotomet ile cihazın li bir dalga dokusunun deneylerde n yapıldığı Kullanılan bilgisayar başlanır, bu mı açılarak masındaki ekleştirilir. ) beklenir. (280-2500 tre ölçüme
35
Cihazın içerisindeki ışık kaynaklarının (döteryum, halojen lambalar) yılda iki kez değiştirilmesi, ölçümlerin doğruluğunu olumlu yönde etkilemektedir.
Bu çalışmada yapılan deneylerde kullanılan meyveler çeşitli olgunlukta ve kesildikten sonra tercih edilen farklı zaman aralıklarında incelenmesi, meyvelerin zamana bağlı değişiminin takip edilmesi gerekmektedir. Takip edilen dokunun yeni koparılmış halinden sulanma durumlarına kadar geçen sürede yapılan çeşitli deney sonuçları grafiklerde belirtilmektedir.
Deney süresince kullanılan meyve çeşitleri; elma (granny smith), elma (starking), elma (golden), erik, armut, şeftali, kayısı, kivi, portakal, nar, çilek ve ayvadır. Meyve dokuları ham, olgun, pütürlü, pütürsüz, iç ve dış yüzeyinden incelenmişlerdir.
Öznitelikleri belirlenen meyve gruplarının verileri ‘.msc’ formatından Excel programlarına yüklenmektedir.
Şişecam Topkapı Araştırma Laboratuvarlarında yapılan ve Şekil 7.5’te grafikte gösterilmekte olan 30.05.2013 tarihli ölçüm yapılan meyveler sırasıyla elma (granny smith), elma (starking), şeftali, erik ve kayısıdır. Bütün meyvelerin verileri deney sonunda bir araya getirilip grafikleri çizdirilmiştir. Meyvelerden iki durumda ölçüm alınmıştır. İlk durumda kesit alınan meyvelere kabuk yüzeyine ışık gönderilmiş ikinci durumda ise kesit alınan bu meyveler bir süre bekletilmiş ve bir miktar kurumaları sağlanmıştır.
Cihaz meyve dokusundan aldığı değerleri Excel formatında kayıt etmektedir. Alınan ‘nm’ cinsinden değerleri UV WinLab yazılımı ile grafik haline getirmektedir. Analizler grafik üzerinden yapılabilmektedir.
Çizdirilen bu grafikler üzerinden meyvelerin dış kabuk rengine, sulanma durumlarına, olgunlaşma miktarına göre yorumlandığında benzerlikler ve farklılıklar görülmektedir. En büyük farklılık Vis bölgesinde görülebilmektedir.
Şekildeki grafikte meyvelerin hepsinde (granny smith, starking, elma-golden, erik, armut, şeftali, kayısı, kivi, portakal, nar, çilek ve ayva) suyun soğurma bantlarını 980 nm, 1250 nm, 1480 nm ve 1950 nm olarak görülmektedir. Meyvelerin kabuk renklerine göre yeşil olan meyvenin 550 nm değerinde, sarı renkli meyvelerin 610 nm değerinde, kırmızı renkli meyvelerin 660 nm değerinde yansıma tepeciği oluştuğu görülmektedir.
Şekil 7.4: 30.05.2013
37
Şekil 7.5: 30.05.201
38
39 8. ÖLÇÜMLER
8.1 Meyve Dokusu Ölçümleri– Yansıma 8.1.1 Granny Smith elma olgunluk deneyi
Yapılan literatür taramalarında bu konudaki en çok çalışmanın elmalar üzerinde yapılığı gözlemlenmiştir [4,11,15,45,46]. Literatürde yapılan çalışmaların hiçbirinde bu tezdeki kadar geniş aralıklı ölçüm (UV/Vis/NIR) yapılmamış olup, bir yada iki bölge üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Bu tez için yapılan çalışmalarda nanometre boyutları UV/Vis/NIR bölgelerini içermekte olup aralık 280-2500 nm aralığını kapsamıştır.
Şekil 8.1’de verilen örnek, literatürde yer alan Granny Smith Delicious elmasıdır. Burada aynı ağacın meyvesi olan elmaların üç zaman dilimindeki ölçüm sonuçları bir grafik üzerinde gösterilmiştir. Buradaki NIR bölgesindeki vadilerin daha derin olması meyvenin sulandığının ve olgunlaştığının bir ölçütü olarak görülmektedir [44]. Bu durumda suyun soğurma bantları çizdirilen grafikte belirgin bir şekilde görünmekte olup 975 nm, 1190 nm, 1440 nm ve 1905 nm seviyelerindedir ve olgun bir meyve olduğu görünümünü vermektedir [43,44].
30.05.2013 tarihli kırmızı renkteki grafiğin bu koşullarda en üstte yer alması ve vadilerin derinleşmemesinin sebebi diğer iki örneğe karşılık, daha ham döneminde bulunması ve meyvenin henüz sulanmamış durumda olmasıdır.
Meyvenin renk kısmının 550 nm değerinde ortaya çıktığı bunun da Vis bölgesinde yeşil bant aralığına denk geldiği söylenebilmektedir.
28.06.2013 tarihinde yapılan ölçümlerde elde edilen yeşil renkli grafikte meyvenin vadilerini daha belirgin olarak derinleştiği oluşan tepe noktalarının daha belirgin olduğu gözlemlenmiştir.
