T.C.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
BAZI AMİNOASİTLERİN
IŞINI ALTINDA EPR İNCELENMESİ
Nüsret ÖNEN
YÜKSEK LİSANS TEZİ
FİZİK ANABİLİM DALI
DİYARBAKIR Ekim 2017
I TEŞEKKÜR
Tez çalıĢmam süresince büyük yardımlarını gördüğüm, bilgi ve deneyiminden yararlandığım değerli hocam sayın Prof. Dr. Halim BaĢkan‟a,
Simülasyon ve spektrumların değerlendirilmesinde desteklerini esirgemeyen, tecrübe ve bilgilerinden yararlandığım hocam sayın Prof. Dr. ġemsettin Osmanoğlu‟na,
Örneklerin hazırlanması ve spektrum çekimlerinde yardımcı olan Dicle Üniversitesi ESR grubuna,
Manevi desteklerinden dolayı da aileme teĢekkürlerimi sunmayı bir borç bilirim.
Ayrıca bu tez DÜBAP (Dicle Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Projeleri Koordinatörlüğü)'ın 10-ZEF-130 no‟lu proje desteği ile hazırlanmıĢtır. Ġlgili kuruma teĢekkür ederim.
II İÇİNDEKİLER TEŞEKKÜR ... I İÇİNDEKİLER ... II ÖZET ... III ABSTRACT ... IV ÇİZELGE LİSTESİ ... V ŞEKİL LİSTESİ ... VI KISALTMA VE SİMGELER ... VII
1. GİRİŞ ... 1
2. KAYNAK ÖZETLERİ…... 5
2.1. Elektron Paramanyetik Rezonans... 5
2.2. Elektronun Manyetik Momenti ... 6
2.3. Elektron Spin Rezonans Kuramı ... 8
2.4. Spin Hamiltoniyeni ... 11
2.5. g- Faktörü ... 12
2.6. AĢırı Ġnce Yapı ... 14
3. MATERYAL ve METOT ... 17
3.1. IĢınlama ile OluĢan Bozukluklar ... 17
3.2. EPR Spektrometresi ... 18
3.3. Spektrumların Alınması ve Hesaplamalar ... 20
3.4. Çizgi ġekli ve Çizgi GeniĢliği ... 20
4. BULGULAR VE TARTIŞMA ... 23
4.1. Gama IĢınları ile IĢınlanmıĢ L- Prolin Toz Kristallerinin EPR Ġncelenmesi ... 23
4.2. Gama IĢınları ile IĢınlanmıĢ L-Serin Toz Kristallerinin EPR Ġncelenmesi ... 26
4.3. Gama IĢınları ile IĢınlanmıĢ Glisinamid Hidrojen Klorür Toz Kristallerinin EPR Ġncelenmesi ... 30
5. SONUÇ ve ÖNERİLER ... 35
6. KAYNAKLAR ... 37
III ÖZET
BAZI AMĠNO ASĠT TÜREVLERĠNĠN IġINI ALTINDA ĠNCELENMESĠ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
Nüsret ÖNEN DĠCLE ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
FĠZĠK ANABĠLĠM DALI 2017
Bu çalıĢmada amino asit bileĢiklerinden olan L-Serin, L-Prolin ve Glisinamid Hidroklorür tozları gama ile ıĢınlandı. IĢınlama sonucunda örneklerin toz halinde kaydedilen EPR spektrumları incelendi. EPR spektrumları McKelvey simülasyon programı kullanılarak simüle edilip oluĢan radikaller belirlenmeye çalıĢılmıĢ ve bu radikallerin EPR parametreleri hesaplanmıĢtır.
IV ABSTRACT
INVESTIGATION OF SOME AMINO ACID DERIVATIVES UNDER GAMMA IRRADIATION
MSc THESIS
Nüsret ÖNEN
DEPARTMENT OF PHYSICS
INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF DICLE
2017
In this study, L-Serin, L-Prolin which are compound of aminoacid and particles of Glisinamid hydrochloride were irradiated by gama. In consequence, EPR spectrums of samples which are recorded as particles were examined. Occuring radicals were tried to be indicated by simulating EPR spectrums with McKelvey simulation software and the EPR parameters of those radicals were calculated.
V
ÇİZELGE LİSTESİ
Çizelge No Sayfa
Çizelge 2.1. DeğiĢik çekirdek spin durumları için çizgi Ģiddet dağılımları 16
Çizelge 3.1. EPR spektrometrelerinin yapıldığı bazı bantlar 18
Çizelge 4.1. CH3ĊH radikali için yapılan çalıĢmaların EPR parametreleri 26
Çizelge 4.2. L-Serin örneğinin molekül yapısı, molekül ağırlığı, kapalı ve açık
formülü 27
VI
ŞEKİL LİSTESİ
Şekil No Sayfa
Şekil 2.1. Manyetik alan içinde, alana paralel ve anti-paralel yönelen spinler alan
etrafında Larmor frekansıyla yaptıkları presesyon hareketi 5
Şekil 2.2. r yarıçaplı bir çember çizerek dönen elektronun oluĢturduğu akım halkası. 6
Şekil 2.3. a Elektronun dıĢ manyetik alan içindeki enerji düzeylerinin yarılması
b Rezonans koĢulu sağlandığındaki soğurma sinyali c Soğurma sinyalinin birinci türevi
11
Şekil 2.4. hali için, manyetik alanı içine konulan atomun açısal
momentum bileĢenleri 13
Şekil 3.1. EPR spektrometresi Ģeması. 19
Şekil 4.1. L-Prolin‟in kimyasal yapısı 23
Şekil 4.2. Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ L- prolin toz kristalinin toz Kristal EPR
spektrumu (a)Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ L- prolin toz kristalinin simüle
edilmiĢ spektrumu. (b) 24
Şekil 4.3. Oda Sıcaklığında oluĢan L-Prolin radikalinin yapısı. 25
Şekil 4.4. L-Serinin Kimyasal Yapısı 27
Şekil 4.5. IĢınlama sonucu L-Serin yapısında oluĢtuğu düĢünülen radikal. 27
Şekil 4.6. Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ L-Serin toz kristalinin; toz Kristal EPR
spektrumu (a) Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ L-Serin‟in simüle edilmiĢ spektrumu.
Simüle edilmiĢ spektrum için a.i.y. değerleri aCH2 = 1.46 mT, aNH2= 0.74
mT,
aN= 1.06 mT ve çizgi geniĢliği ΔH= 0.46 mT olarak alınmıĢtır. (b)
30
Şekil 4.7. Glisinamid Hidrojen Klorür‟ün formülü 31
Şekil 4.8. IĢınlanma sonucu oluĢan Glisinamid Hidrojen Klorür radikali 32
Şekil 4.9. Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ Glisinamid hidrojen klorür toz kristalinin toz
Kristal EPR spektrumu (a)
Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ Glisinamid hidrojen klorür toz kristalinin
VII KISALTMA VE SİMGELER υ : Frekans μ : Manyetik moment β : Bohr magnetonu e : Elektronun yükü me : Elektronun kütlesi
i : Elekriksel akım Ģiddeti
J : Atomun toplam açısal momentumu S : Elektronun spin açısal momentumu L : Elektronun yörüngesel açısal momentumu μs : Elektronun spin manyetik momenti
μL : Elektronun yörünge manyetik momenti
μN : Çekirdeğin manyetik momenti
H : Hamiltoniyen
ge : Serbest elektron g faktörü
g : Spektroskopik yarılma faktörü
a : AĢırı ince yapı sabiti a.i.y. : AĢırı ince yapı yarılması % T : Yüzde geçirgenlik G r : Ters örgü vektörü ρ(r) : Elektron yoğunluğu Fhkl : Yapı çarpanı
EPR : Elektron paramanyetik rezonans IR : Kızıl Ötesi
Nüsret ÖNEN
1 1. GİRİŞ
Atomik ya da moleküler yörüngelerinden birinde eĢlenmemiĢ elektron bulunduran maddelere radikal veya paramanyetik maddeler denir. Modern atom teorisinin temel önermelerinden birisi de elektronun ve atom çekirdeğinin kendi eksenleri etrafında dönebilmeleridir. Bu harekete spin hareketi denir. Spin hareketi, atom bir manyetik alanın etkisinde değilse rastgele yönelir. Bununla birlikte kuvvetli bir manyetik alanın etkisinde spinin alabileceği yönelme doğrultuları sınırlıdır. Elektron spini manyetik alanla etkileĢmesi sonucunda spinin doğrultusu, alana paralel ya da zıt olarak yönelir. Bunlardan alana paralel olarak yönelenler yüksek enerjili, zıt olarak yönelenler düĢük enerji seviyesinde bulunurlar. OluĢan bu iki dururum arasındaki enerji seviyesine eĢit bir enerji verildiğinde bu iki durum arasında bir spektroskopik geçiĢ meydana getirilebilir. Bu tür geçiĢleri inceleyen spektroskopi dalına Elektron Paramanyetik Rezonans (EPR) veya Elektron Spin Rezonans (ESR) denir. EPR geçiĢleri mikrodalga enerji seviyesinde olup, geçiĢ enerjileri 10–140 µeV arasında değiĢmektedir. EPR sadece spin durumları arasındaki geçiĢlerle ilgilenir. EPR olayı ilk kez 1945 yılında Zavoisky tarafından gözlendi. Bu olay maddenin özelliklerini araĢtıran araĢtırmacılara çalıĢmalarında çok yararlı bir yöntem olarak görüldü. Manyetik Rezonans‟ın çalıĢma alanı, 1946‟da Purcel, Pound, Torrey, Bloch, Hansen ve Parkard‟ın ilk baĢarılı deneylerinden sonra büyük bir hızla geliĢti.
Genel olarak manyetik rezonans; manyetik moment ve açısal momentuma sahip olan sistemlerde gözlenir. EPR paramanyetik maddelerin manyetik momentinin durgun manyetik alan içine yönelip E = -µ.H Enerjisi kazanması olayıdır. Paramanyetik maddeler tabii olarak bulunabildikleri gibi; ıĢınlama, fiziksel ve kimyasal yöntemlerle de elde edilebilirler. Elektron Paramanyetik Rezonans; katı, sıvı ve gazlarda, ayrıca sıvı çözeltilerde yaygın olarak gözlenir. Katı fazların radyasyon kimyasını, metalik olmayan katıları, organik ve anorganik maddelerdeki eser radikalleri incelemede bu yöntemin çok önemli üstünlükleri vardır. Elektron çiftlenimi, kimyasal bağlardaki olayların incelenmesinde önemlidir. Ġki elektron aynı moleküler yörüngeyi doldurursa toplam elektron spini sıfır olur. Bu durumda örnek paramanyetik özellik göstermez. Maddeyi paramanyetik hale getirebilmek için, bu bağları kırarak singlet veya triplet halde yapılar elde edilir.
1. GĠRĠġ
2
Singlet hal diyamanyetik, triplet hal ise paramanyetiktir. EPR diyamanyetik maddelere duyarsızdır.
Bu maddeler; yapay olarak katkılanan manyetik iyonlar yardımıyla, ya da ıĢınlama ile oluĢturulan paramanyetik merkezler kullanılarak incelenir. Elektron paramanyetizmasının görüldüğü yerleri Ģöyle sıralayabiliriz;
1- Atomlar, çekirdekler ve tek sayıda elektronlara sahip örgü bozuklukları gibi toplam spini sıfırdan farklı olan sistemler. Örneğin serbest sodyum atomları, azot monoksit (NO), C(C6H5)3 gibi serbest radikaller, alkali tuzlar içinde F merkezleri.
2- Ġç kabukları kısmen dolmuĢ serbest atomlar ve iyonlar, geçiĢ elementleri, geçiĢ elementleriyle izoelektronik iyonlar, aktinid ve nadir toprak elementleri. Örnek: Mn2+, Cd3+, U4+ gibi iyonların çoğu katılar içinde değiĢmez bir Ģekilde yerleĢtirildiğinde paramanyetizma gösterirler.
3- Çift sayıda elektronla moleküler oksijen ve organik bir radikal ihtiva eden bileĢikler.
4- Metaller.
5- Renk merkezleri; görünür ıĢığı soğuran örgü noksanlıklarına “renk merkezi” denir. Renk merkezleri; elektronların, iyonların veya boĢlukların kristallerde tuzaklanmasıyla oluĢurlar ve belli spinlere sahip olduklarından elektron paramanyetik rezonans ile çalıĢabilirler. EPR‟nin önemli bir inceleme konusu olan serbest radikaller ise, bir molekül veya iyon üzerinde çiftlenmemiĢ bir tek elektronu bulunan bileĢiklerdir. (CH3)3 ve H3 gibi. Genel olarak bunların en önemli özelliği çiftlenmemiĢ bir
elektrona sahip olması ve bu sebeple bir manyetik moment bulunmasıdır. Bundan dolayı EPR‟nin konusu içine girerler.
Serbest radikaller; kararlı serbest radikaller ve kararsız serbest radikaller olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar. Bu çalıĢmada L-Serin, L-Prolin ve Glisinamid Hidrojen Klorür incelenmesi yapıldı.
Ayrıca; kanserli dokuların verdiği EPR spektrumlarının ıĢınlanmıĢ maddelerin verdiği spektruma benzemesi bu alandaki çalıĢmaların önemini daha da arttırmıĢtır. Bundan baĢka kristal içindeki paramanyetik iyonlarla çekirdek spinlerinin belirlenmesi, molekül yapısı hakkında bilgi toplanması, yarı iletkenlerde iletim bantlarının
Nüsret ÖNEN
3
özelliklerinin tanınması ve iletim elektronları hakkında bilgi toplanması gibi konularda EPR etkin olmaktadır.
1. GĠRĠġ
Nüsret ÖNEN
5 2. KAYNAK ÖZETLERİ
Elektron Paramanyetik Rezonans Spektrumunun anlaĢılabilmesi açısından manyetik moment, spin hamiltonyeni, g faktörü ve aĢırı ince yapı gibi terimlerin benimsenmesi gerekmektedir. Bu kavramları alt baĢlıklar halinde Ģekil ile destekleyerek anlatacağız. Böylelikle amino asitleri gama ıĢını altında EPR incelenmesi daha sağlıklı kavranmıĢ olacaktır.
2.1. Elektron Paramanyetik Rezonans
Bir H0 durgun manyetik alanı içine konulan eĢlenmemiĢ elektronlar küçük
mıknatıslar gibi davranırlar ve manyetik momentleri bu alan etrafındaki ω0 =ɤH0
Larmor frekansı ile presesyon hareketi yaparlar. Böyle bir sisteme manyetik alana dik doğrultuda bir mikrodalga alanı uygulanırsa mikrodalga frekansı ile presesyon frekansı eĢit olduğunda elektron spin rezonansı gözlenir.
Şekil 2.1. Manyetik alan içinde, alana paralel ve anti-paralel yönelen spinler alan etrafında Larmor frekansıyla yaptıkları presesyon hareketi
Genel olarak, EPR spektrumu bir tek absorbsiyon çizgisinden oluĢmaz. Çünkü çok çizgili spektrumların oluĢması eĢlenmemiĢ elektronun gördüğü manyetik alanın,
2. KAYNAK ÖZETLERĠ
6
H = H0 + H1
biçiminde olduğu sonucuna götürür. Burada, H0 dıĢardan uygulanan statik manyetik
alan, H1 ise örneğin kendi içindeki yerel manyetik alandır. Çoğu kez, H1 eĢlenmemiĢ elektronun yakınındaki manyetik çekirdeklerin oluĢturduğu pertürbasyon alanıdır. Bir kristal matriste tuzaklanmıĢ radikal için H1
, kristalin H0 alanı içinde yönelimin
anizotropiktir.
Genellikle H1 alanı ile spinin etkileĢmesi yönelmeye bağlıdır ve tensör biçimindedir. Sıvı fazda gözlenen radikallerin yaptıkları çeĢitli hareketler nedeniyle H1‟ün anizotropik kısmı sıfır olur ve spektrumda sadece izotropik değerler gözlenir.
Öte yandan camsı, amorf veya toz halindeki örneklerde tensör elemanlarının bulunması güçlük çıkarabilir. Bu durumlarda radikallerin her türlü yönelimleri olacağından, basit haller dıĢında, spektrum karmaĢık olur. Bu nedenle tek kristallerin incelenmeleri tercih edilmektedir.
2.2. Elektronun Manyetik Momenti
Elektronun spini, bir manyetik alan etkisinde değilse rastgele yönelir. Fakat bir manyetik alan içinde spinin alabileceği yönelmeler sınırlıdır. Çünkü spin hareketi yapan elektron küçük bir mıknatıs gibi davranır, manyetik alan yönüne paralel veya anti paralel olacak biçimde yönelir.
Elektron yüklü olduğundan, yörünge üzerinde v frekansı ile yaptığı dönme hareketi i=q.v ile verilen bir akım oluĢturur.
Şekil 2.2. r yarıçaplı bir çember çizerek dönen elektronun oluĢturduğu akım halkası.
Nüsret ÖNEN
7
Periyot cinsinden υ = yazılarak, c.g.s. birim sisteminde bu ifade, c ıĢık hızı olmak üzere,
i = olarak yazılır.
Sistemi i akımı taĢıyan ve alanı A olan bir akım halkası gibi düĢünüldüğünde, manyetik moment,
µz = i.A
bağıntısı ile verilir. A = π.r2
olduğundan;
olur.
Periyot;
olduğundan son iki denklemde manyetik moment;
µ =
olarak yazılabilir. Öte yandan xy düzleminde göreceli olmayan bir hızla dönen bir parçacığın klasik açısal momentumu;
olduğundan;
2. KAYNAK ÖZETLERĠ
8
β =
=
0,927 x 10-20 erg/gaussbir sabittir. Bu değer atom fiziğinde manyetik moment birimi olarak kullanılır ve Bohr Magnetonu olarak tanımlanır. Buna göre vektörel gösterimde elektronun yörüngesel manyetik momenti;
= -β
elde edilir. Deneysel sonuçla uyuĢum sağlayan, atomun vektör modelini dikkate alarak Bohr Magnetonu değerinde olacak olan elektronun spin manyetik momenti de;
= -2β
olarak tanımlanır.
Denklemde 2 katsayısı saf spin hareketi için geçerlidir. Gerçekte; önceki denklem hem spin hem de yörüngesel etkileri içerecek;
= -gβ
Biçiminde yazılmalıdır. g-faktörü her iki katkıyı da içeren Lande g-faktörü veya spektroskopik yarılma faktörü olarak adlandırılır.
2.3. Elektron Spin Rezonans Kuramı
Bir proton ve bir elektrondan oluĢan atomu göz önüne alalım. Bu sistem; elektronun kendi ekseni etrafındaki hareketlerinden dolayı (S), çekirdek etrafındaki hareketinden dolayı yörünge (L) açısal momentumuna sahiptir. Dolayısıyla bir elektron için, serbest halde açısal momentum, spin ve yörünge açısal momentumları toplamına eĢittir. Bu toplam;
Nüsret ÖNEN
9
Spin açısal momentumuna sahip olan sistem mıknatıslık özelliği gösterir. BaĢka bir ifadeyle; sistem manyetik alan içerisine konulduğunda, mıknatıs kutupları arasında yönelen pusula iğnesine benzer Ģekilde yönelme gösterir. Ġğne, mıknatıs kutupları arasına konduğunda yönelmesi değiĢmiyorsa kararlı durumdadır. Bu durum iğnenin alt enerji seviyesidir. Mıknatıs kutupları arasına konulan iğnenin yönelmesi değiĢiyorsa kararsız durumdadır. Bu durum üst enerji seviyesidir. Ġğne enerji soğurmuĢ ve üst enerji seviyesine çıkmıĢtır. BaĢka bir deyiĢle iğne manyetik alana paralel durumdan anti-paralel duruma geçmiĢtir. Böyle bir elektronun manyetik alandaki enerjisi;
E =
dır. „nin değeri elektron için;
dir. Bu durumda elektronun Hamiltoniyeni;
dır. Manyetik alanı z- yönünde alırsak üstteki denklem;
„ dir.
yi elde ederiz. Burada E1 alt enerji seviyesi, E2 üst enerji seviyesini gösterir. Ġki seviye
2. KAYNAK ÖZETLERĠ
10
E2 - E1 = hv =
Ģeklinde yazabiliriz. Burada v; elektronun E1 seviyesinden E2‟ye geçiĢini sağlayan
mikrodalga frekansı, g; elektronun spektroskopik yarılma faktörü, β ise elektronun Bohr magnetonudur. ĠĢte bahsedilen bu özelliklere sahip elektronun manyetik alanda E1 ve E2
enerji seviyelerine ayrılması elektron Zeeman olayı olarak bilinir. S spinine sahip sistemin enerji seviyeleri sayısı için genel ifade;
ns = 2S + 1
Ģeklinde verilir. Benzer ifade, I çekirdek spinini göstermek üzere;
nı= 2nI + 1
Ģeklinde yazılabilir. Burada n özdeĢ çekirdeklerin sayısıdır. Spin seviyeleri arasındaki geçiĢler, elektron için;
ΔMs = ±1
Çekirdek için;
ΔMı= 0
kuralına uygun iseler izinlidirler.
Manyetik alanın çekirdeğe etkisini dikkate alalım. Çekirdekle manyetik alanın etkileĢmesi, çekirdek Zeeman olayı olarak bilinir. Çekirdek ve elektron Zeeman olayına en basit örnek manyetik alan içindeki hidrojen atomudur. Elektron spini S =1/2 ve çekirdek spini I =1/2 olan hidrojen atomu için µs = ±1/2 ve µı = ±1/2 değerini alır. Bu
durumda manyetik alandaki hidrojen atomunun enerji seviyeleri aĢağıda gösterilmiĢtir.
Nüsret ÖNEN 11 E = 1g H 2 + z E = 2 1 g Hz g Hz = E = h a ) b ) c ) H = 0 H = 0
Şekil 2.3 a Elektronun dıĢ manyetik alan içindeki enerji düzeylerinin yarılması b Rezonans koĢulu sağlandığındaki soğutma sinyali
c Soğurma sinyalinin birinci türevi
ġekilde görülen seviyeler arasındaki geçiĢler önceki iki denklem uygulanarak elde edilir.
2.4. Spin Hamiltoniyeni
Spin hamiltoniyeni, ilk olarak 1951 yılında Abraham ve Pryce tarafından kullanılmıĢtır. Bir madde içindeki paramanyetik merkezin veya iyonun, manyetik alan içindeki enerjisini ifade eden hamiltoniyen çok sayıda terimlerden meydana gelebilir. Elektron paramanyetik rezonans spektroskopisi, mikrodalga mertebesindeki enerjilerle ilgilenir. (10-6 eV - 10-4eV) Bu enerji bölgesinde baskın olan terimler,
dır. Burada ve sırasıyla, elektron ve çekirdek spin iĢlemcileridir. Yukarıdaki denklemdeki birinci terim, paramanyetik merkezin manyetik alanla etkileĢmesini temsil eden Elektron Zeeman terimidir. Ġkinci terim, çekirdeğin manyetik alanla etkileĢmesini temsil eden Çekirdek Zeeman terimidir. Üçüncü terim, elektron ve çekirdek spinleri arasındaki etkileĢmeyi temsil eden aĢırı ince yapı terimidir. Dördüncü terim, spin-spin
2. KAYNAK ÖZETLERĠ
12
dipolar etkileĢmesini temsil eder. BeĢinci terim ise çekirdek dört kutup etkileĢmesini temsil eder.
2.5. g- Faktörü
g‟ ye Lande g faktörü de denir. Saf yörüngesel açısal momentum için yani s=0
halinde g=1‟dir. Serbest elektron için yani L=0, s=1/2 halinde ise g=2‟dir. Kristal içinde çevre etkileri sebebiyle faktörü Lande faktöründen farklı olur. Bu durumda g-faktörüne „„spektroskopik yarılma faktörü‟‟ denir. g-faktörü paramanyetik merkezin durumunu gösteren bir büyüklüktür ve kristal örgünün manyetik alan içinde yönelmesine bağlı olması dıĢında, ki bu da yörüngesel açısal momentum katkısından kaynaklanmaktadır, baĢka bir parametreye bağlı değildir.
Serbest elektronun bir manyetik alandaki enerji seviyeleri,
E2 - E1 = hv = gβHz
denklemiyle, g-faktörü ile, orantılı olarak yarılır. Paramanyetik moleküllerdeki çiftlenmemiĢ elektronun g-faktörü aynı olsaydı spektrometrede sabit v frekansıyla çalıĢıldığında rezonansı hep aynı H0 alanında gözlerdik. Rezonans alanının değiĢmesinin
sebebi her paramanyetik moleküldeki çiftlenmemiĢ elektronun serbest elektrona eĢdeğer olmaması nedeniyledir.
Atomun son yörüngesinde tek sayıda elektronun var olduğunu kabul edelim. Bu durumda elektron, spin hareketinden dolayı ve manyetik momentine sahiptir. Aynı elektron yörünge hareketinden dolayı ve „ye sahip olur. Hafif elementler için bu toplamı yapmakta oldukça geçerli olan bir yöntem, Russel-Saundere kuplajıdır. Bu kuplajda = , = ve dır.
Bu kurala göre … değerlerini alır. ve manyetik moment bileĢenlerinin ye paralel bileĢeni = gβ olarak ifade edilir. ile nin etkileĢme hamiltoniyeni;
Nüsret ÖNEN
13
olur.
Hamiltoniyen temel vektör modeli göz önüne alınarak g-faktörünü bağlı olarak ifade edelim.
olup, üstteki denklemde yerine konursa;
Şekil 2.4. hali için, manyetik alanı içine konulan atomun açısal momentum bileĢenleri µj=j, j- 1,j-2,j-3,…..,-j değerlerini alır. µj → µj±1 geçiĢlerine karĢılık;
j h g v bulunur. = Cos( , ) + Cos( , ) yazılır. = gβ , =β ve =2β denklemleri de kullanılarak;
2. KAYNAK ÖZETLERĠ 14 = elde edilir. Kosinüs teoreminden; = =
denklemlerini (3-7)‟de yerine koyarsak, saf spin ve yörünge açısal momentumları halinde j J(J+1)+S (S +1)-L(L+1) 1 2 J (J 1) g bulunur.
Elektronun spini yanında, yörüngesel açısal momentumu da olduğundan, g değeri anizotropik, yani manyetik alan içindeki yönelmeye bağlı olacaktır.
2.6. Aşırı İnce Yapı
Üzerinde çiftlenmemiĢ elektron bulunan serbest radikallerde, çekirdeğin manyetik momenti sıfırdan farklı olduğu durumlarda, çekirdek manyetik momenti yerel bir manyetik alan oluĢturarak, elektrona etki edecektir. Spektrumlarda merkeze göre simetrik birçok çizgi gözlenecektir. Bu tip yapı aĢırı ince yapı olarak adlandırılır. AĢırı ince yapı, statik manyetik alanın yanında (2I+1) yerel manyetik alanın varlığından doğmaktadır. Böylece aĢırı ince yapı, gözlenmesi gereken her rezonans çizgisinin yerine (2I+1) sayıda, eĢit aralıkta ve eĢit Ģiddette çizgi gözlenmesini gerektirir.
I spinli bir çekirdeğin, S spinli bir elektron üzerine oluĢturduğu manyetik etki incelendiğinde çekirdeğin manyetik momenti;
Nüsret ÖNEN
15
ile verilir. çekirdek g faktörü, ise çekirdek Bohr magnetonudur;
=
=
5.05 x 10-24 erg/gaussmanyetik alanla, çekirdek manyetik momentinin etkileĢme hamiltoniyeni, çekirdek Zeeman hamiltoniyeni olarak adlandırılır.
Çekirdek, r uzaklığındaki elektronun yerinde bir vektör potansiyelinden doğan bir alan oluĢturur ki bu vektörel potansiyel;
=
dır. Üstteki denklem ile verilen vektörel potansiyelden doğan manyetik alan;
H12 = veya =
„ Üstteki denklemdeki gibi olacaktır.
µs manyetik momentine sahip elektronun, çekirdeğin oluĢturduğu manyetik alanla
etkileĢim enerjisi;
E= - . =
dipol-dipol etkileĢimidir. Çekirdek ve elektron manyetik moment iĢlemcileri µ1 ve µs
değerleri denklem iki önceki denklemde yerine yazıldığında dipol-dipol etkileĢim hamiltoniyeni;
H = gNβNgeβ
2. KAYNAK ÖZETLERĠ
16
Nüsret ÖNEN
17 3. MATERYAL ve METOT
Ġncelediğimiz amino asitler; L Prolin, L Serin ve Glisinamid HCL‟dir. Yaptığımız deneysel çalıĢmada L-prolin, L-Serin ve Glisinamid hidrojen klorür toz kristalleri Dicle Üniversitesi Tıp Fakültesi Onkoloji Anabilim Dalında bulunan aktivitesi 0.3 Mrad/h lık 60Co γ- ıĢın kaynağında 20 saat ıĢınlandı ve ıĢınlama sonucu
oluĢan radikaller oda sıcaklığında EPR tekniği ile incelendi.
3.1. Işınlama ile Oluşan Bozukluklar
Doğal olarak paramanyetik olan maddeler ve radikaller doğrudan EPR spektroskopisi ile incelenebilir. Eğer madde paramanyetik özellik göstermiyorsa, çeĢitli yöntemlerle paramanyetik hale sokulabilir. En çok kullanılan yöntemler;
A-Fiziksel Yöntemler
a) Yüksek enerjili parçacıklarla ıĢınlama (e, p, n, vb.) b) Yüksek enerjili fotonlarla ıĢınlama ( , X, U.V.) c) Mekanik kuvvetler (öğütme, ezme, kırma, vb.) d) Isıtma
B-Kimyasal Yöntemler a) Kimyasal tepkimeler b) Spin etiketleme
c) Madde içine paramanyetik iyon sokulması
Bu yöntemlerden en yaygın kullanılan yüksek enerjili fotonlarla ve parçacıklarla ıĢınlamadır. Katı maddelerde ıĢınlama, madde içindeki bazı atom grupları veya molekül parçalarının bağlarını kopararak örgü içinde sürükler ve bir bölgede tuzaklanmasına yol açar. Koparılan grup veya molekülün geri kalanı her zaman paramanyetik olmayabilir. Bazen kopan parçalar kısa sürede ısı, foton, basınç gibi etkilerle eski yerlerine geri dönerler veya birbirleriyle birleĢerek diamanyetik hale dönerler. Bunun yanında ıĢınlama kristal örgüdeki atomları yerinden sürerek boĢluklar oluĢturur ve burada bir elektron veya bir atom tuzaklanabilir.
3. MATERYAL VE METOT
18
Parçacıklarla ıĢınlamada ortalama , p ve n gibi parçacıklar girdiğinden, bunlar
madde ile birleĢerek (etkileĢerek) yeni yapılar oluĢturup, maddenin doğal yapısını değiĢtirebilir. Ayrıca yüksek enerjide parçacıklar elde etmek için betatron, siklotron gibi hızlandırıcılara ihtiyaç vardır. Bunlar ise pahalıdır. Bu nedenden ötürü parçacık ile ıĢınlama, foton ile ıĢınlama kadar tercih edilmez.
3.2. EPR Spektrometresi
EPR spektrometreleri belirli mikrodalga bantlarında yapılırlar. Bu bantlardan bazıları Ģunlardır;
Çizelge 3.1. EPR spektrometrelerinin yapıldığı bazı bantlar
Bant adı Tipik Frekans Tipik dalga boyu Rezonans alanı
S 3 GHz 9 cm 1140 G
X 10 GHz 3 cm 3390 G
K 25 GHz 1.2 cm 8930 G
Q 35 GHz 0.86 cm 12500 G
EPR geçiĢleri 3-40 GHz arası mikrodalga frekanslarında olduğundan manyetik alanında buna uygun olması gerekir. EPR spektrometrelerinde mikrodalga frekansı sabit tutulur ve manyetik alan değiĢtirilebilerek geçiĢler gözlenir. Bunun nedeni, manyetik alanı oldukça yüksek hassasiyette değiĢtirmek kolayken, mikrodalga frekansını sürekli değiĢtirebilmek oldukça büyük zorluklar getirmektedir. ġekil 3.1‟de bir EPR spektrometresinin Ģeması gösterilmiĢtir. Bir EPR spektrometresi aĢağıdaki esas kısımlardan oluĢur.
Mıknatıs Sistemi: Gerekli olan durgun manyetik alanı oluĢturur. Temel
elemanları, bir çift elektro mıknatıs ve bunları besleyen güç kaynağıdır. Kaydedicinin yatay eksendeki hareketini sağlayan motor, aynı zamanda bir potansiyometreyi de çevirerek lineer manyetik alan taramasını sağlar. Sistem, yüksek manyetik alan değerlerinde ortaya çıkan ısınmayı önlemek için su ile sürekli soğutulur.
Klystron: DüĢük güçte ve küçük bir frekans bölgesi içinde mikrodalga üreten
Nüsret ÖNEN
19
uygun frekansta bir elektromanyetik dalga yayarlar. Frekans klystronun kavitesi ile belirlenir.
3. MATERYAL VE METOT
20
Kavite-Klavuz Sistemi: Üretilen mikrodalgayı incelenen örneğe, örnekten
yansıyan dalgayı da kristal dedektöre taĢıyan dalga klavuzu ve örneğin içinde bulunduğu kaviteden ibarettir.
Dalga klavuzu, mikrodalga iletim elemanıdır. Mikrodalga frekansı çok yüksek olduğundan, normal iletkenlerde deri etkisinden ötürü kayıp çok büyük olmaktadır. Bu nedenle mikrodalga iletiminde dalga klavuzları kullanılır. En çok kullanılan ve yüksek verimli klavuzlar, pirinçten yapılmıĢ dikdörtgensel bir borudur. Kavite ve klavuz arasında empedans uyumunu ve kaviteye maksimum güç akıĢımı sağlayan iris bulunmaktadır.
Modülasyon ve Dedeksiyon Sistemi: Örnek tarafından soğrulan mikrodalga enerjisi bu sistemde dedekte edilir. Statik manyetik alan ve mikrodalga frekans değerleri rezonans bölgesinin dıĢındayken mikrodalga gücünün kareköküyle orantılı olarak çıkıĢ akımı verir. Rezonans durumunda, yansıyarak dedektöre gelen güç azaldığından çıkıĢ akımı değiĢir ve bu değiĢimden yararlanarak rezonans olayı gözlenir.
3.3. Spektrumların Alınması ve Hesaplamalar
Bütün spektrumlar çeĢitli mikrodalga güçlerinde uygun modülasyon alan genliği, uygun tarama aralığı ve hızları seçilerek optimum Ģartlarda alınmıĢtır.
3.4. Çizgi Şekli ve Çizgi Genişliği
Sıvı örneklerde EPR çizgileri, hem Bloch denklemlerinin çözümüyle hem de deneylerle gözlendiği üzere Lorentzian‟dır. Bu sonuç çizgi geniĢlemesine yol açan etkenlerin olması durumunda geçerlidir. Ġdeal olmayan sıvı örneklerde tek bir çizgi yerine birbirine çok yakın birçok çizgilerden oluĢmuĢtur ve çizgi Ģekli daha çok Gaussian biçimini alır. Fakat gerçekte EPR çizgileri ne tamamıyla Lorentzian, ne de tamamıyla Gaussian‟dır, her ikisinden de katkılar içerir.
EPR spektrometresinde, eğer bilgisayar yardımıyla analiz yapılmayacaksa çizgi geniĢliği önemlidir. Ġdeal sıvı örneklerde çizgi geniĢliği 10 ile 400 miligauss arasında değiĢir ve birbirlerine çok yakın olan çizgiler açıkça çözümlenebilir. Fakat katılarda çizgiler oldukça geniĢ olarak gözlenir. Çizgi geniĢliği gauss mertebesinden birkaç yüz gausa kadar olabilir. Bu yüzden birbirine çizgi geniĢliği mertebesinde yakın olan çizgileri çözümlemek zor olabilir.
Nüsret ÖNEN
21
Çizgi geniĢliği durulma zamanları ile ilgilidir. Serbest bir ortamda radikaldeki eĢlenmemiĢ elektronların spin durumları katmerlenmiĢ haldeyken bir manyetik alan içinde bu katmerleĢme ortadan kalkar ve iki durum arasındaki gβH enerjisine ve sıcaklığa bağımlı bir nüfus yoğunluğu oranı vardır. Bu oran Fermi-Dirac dağılımı ile verilir. Ancak spin durumları arasındaki etkileĢme çok zayıf olduğundan nüfus oranları için Boltzman dağılımı yaklaĢımı yapılabilir;
= exp(-gβ H/ kT) = exp(- )
I=½ spinli bir çekirdek için |Ms,M1bazında oluĢturulan hamiltoniyen matrisi
(Ax, Ay ve Az aĢağıda verilmiĢtir).
Ax=1Axx + mAxy + nAxz
Ay=1Ayx + mAyy + nAyz
Az=1Azx + mAzy + nAzz
ki burada k Boltzman sabitidir. Sistem bir H manyetik alanı içinde ve belirli bir sıcaklıkta dengedeyken, sabit bir h enerjili bir mikrodalga uygulanır ve değiĢken manyetik alan rezonans koĢulunu sağlayan değere geldiği zaman denge bozulur. Rezonans durumu ortadan kalktıktan sonra sistem belirli bir süre sonra tekrar denge durumuna geri döner. Spinler, rezonans durumunda iken aldıkları enerjiyi iki ayrı yolla geri verirler.
3. MATERYAL VE METOT
Nüsret ÖNEN
23 4. BULGULAR VE TARTIŞMA
Bu bölümde yapılan deneysel çalıĢmada L-prolin, L-Serin ve Glisinamid hidrojen klorür toz kristalleri Dicle Üniversitesi Tıp Fakültesi Onkoloji Anabilim Dalında bulunan aktivitesi 0.3 Mrad/h lık 60Co γ- ıĢın kaynağında 20 saat ıĢınlandı ve
ıĢınlama sonucu oluĢan radikaller oda sıcaklığında EPR tekniği ile incelendi.
4.1 Gama Işınları ile Işınlanmış L- Prolin Toz Kristallerinin EPR İncelenmesi
L-prolin toz kristalleri (LP), oda sıcaklığında ıĢınlandı ve EPR spektrumları kaydedildi. IĢınlanmıĢ LP örneği spektrumu Ģekil 4.2‟de verilmiĢtir.
Oda sıcaklığında 0.3 Mrad/saat gücündeki 60Co gama ıĢını kaynağıyla ıĢınlanan
toz kristallerin EPR spektrumunda 1:4:6:4:1 Ģiddet yoğunluklu beĢ çizgi gözlenmiĢtir. Elde edilen toz kristallerin spektrumları, Bruker EMX081 spektrometresinde 3mW mikro dalga gücünde iken modülasyon frekansı 9.875 kHz alınarak spektrumlar kaydedilmiĢtir. Toz örneklerde g faktörünün değeri, radikalin dönmesi kısmen veya tamamen engellendiğinden g faktörü ortalanamaz. Bu nedenle g faktörünün bütün yönelimlerdeki değerlerinin üst üste gelmesiyle oluĢur. Simülasyon yöntemiyle; çizgi Ģekli, çizgi geniĢliği ve paramanyetik merkezin durumu elde edilebilir. (Atherton,1973) L-prolin kollojen üretimine yardımcı olarak cildi düzeltir. Kıkırdakları, eklemleri, tendomları ve kalp kaslarını güçlendirir. Kimyasal yapısı ġekil 4.1. de verildiği gibi olup kapalı formülü C5H9NO2 ve molekül ağırlığı 115.13 g/mol‟dür.
4. BULGULAR VE TARTIġMA
24
Şekil 4.2. Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ L- prolin toz kristalinin toz Kristal EPR spektrumu (a) Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ L- prolin toz kristalinin simüle edilmiĢ spektrumu. (b)
Simüle edilmiĢ spektrum için a.i.y. değerleri aα=2.23 mT; aβ= 1.74 mT ve çizgi
geniĢliği ΔH= 0.56 mT olarak alınmıĢtır.
TARTIŞMA
ġekil 4.2‟deki spektrum analiz edildiğinde çiftlenmemiĢ elektronun karbon atomu üzerinde yoğunlaĢtığı ve karbona en yakın bir protonla ve metil grubuyla (CH3)
etkileĢtiği düĢünülebilir. OluĢan radikali CH3ĊH ile gösterebiliriz. Spektrumda
gözlenen 5 çizgi spektrumu, merkezi karbon atomu üzerinde bulunan çiftlenmemiĢ elektronun Hα ve H3β protonları ile etkileĢtiğini doğrulamaktadır. McKelvey simülasyon
Nüsret ÖNEN
25
yöntemiyle elde edilen spektrum ile deneysel spektrumun uyuĢtuğu Ģekil 42.b„de görülmektedir. Simülasyon spektrumundan elde edilen a.i.y. değerleri aα= 2.23 mT ve
aβ= 1.74 mT olarak hesaplanmıĢtır. Deneysel EPR spektrumundan g= 2.0035 olarak
hesaplanmıĢ. ΔH çizgi geniĢliği 0.56 mT ölçülmüĢtür. Elde edilen EPR spektrumundan a ve g parametrelerinin değerlendirilmesi sonucu merkezi karbon atomundan bir H atomunun ayrılması sonucu yapıda oluĢtuğu düĢünülen paramanyetik merkez Ģekil 4.3.‟te verilen radikale atfedilmiĢtir.
Şekil 4.3. Oda Sıcaklığında oluĢan L-Prolin radikalinin yapısı.
IĢınlama sonucu yapıda oluĢtuğu düĢünülen radikalin, yapılan literatür incelemelerinde benzer radikali, N-metil DL-alanin (I.YeĢim Dicle, Doktora Tezi, Dicle Üniversitesi, 2012) örneğinde gözlenmiĢ ve ölçülen a ve g değerleri bizim ölçtüğümüz değerler ile uyumlu olduğu belirlenmiĢtir. Bir baĢka çalıĢmada (Yunus Emre Osmanoğlu, Yüksek Lisans Tezi, Dicle Üniversitesi, 2011) ise benzer radikal (CH3ĊH)
gözlenmiĢ ve hesaplanan a ve g değerlerinin uyuĢtuğu belirlenmiĢtir. Çizelge 4.1‟de bu değerler verilmiĢtir.
4. BULGULAR VE TARTIġMA
26
Çizelge 4.1. CH3ĊH radikali için yapılan çalıĢmaların EPR parametreleri
Radikal (CH3ĊH)
Kelvin (oK)
a.i.y. sabiti
(mT) g- değeri Metod Kaynak
N-Metil DL-Alanin 296 aα=1.7 mT aβ=1.7 mT g=2.0042 γ - IĢını I.YeĢim Dicle, Doktora Tezi, Dicle Üniversitesi, 2012 L-Alaninamid hidroklorür 296 aα=1.94 mT aβ=2.26 mT g=2.0042 γ - IĢını Y.E.Osmanoğlu Y. Lisans Tezi Dicle Üniv. Fen
Bil. Ens. 2011
L-Alanin metil ester
hidroklorür 300 aα=1 mT aβ=0.6 mT g=2.0029 γ - IĢını Y.E.Osmanoğlu Y. Lisans Tezi Dicle Üniv. Fen
Bil. Ens. 2011 N-Asetil L-Alanin 300 aα=1.9 mT aβ=2.25 mT g=2.0032 γ - IĢını M.H.BaĢkan ve ark. 2010 Glisil L-Alanin 295 aα=1.89 mT aβ=1.89 mT aOH=0.45 mT g=2.0028 γ - IĢını S.B.Zincircioğlu, ve ark. 2006 L-Prolin 296 aα=2.23 mT aβ=1.74 mT g=2.0035 γ - IĢını Bu ÇalıĢmada
4.2 Gama Işınları ile Işınlanmış L-Serin Toz Kristallerinin EPR İncelenmesi
L-serin organik bir molekül ve aynı zamanda hayvansal proteinlerde sıkça bulunan amino asitlerden biridir. L-serin‟in yağ ve yağ asidi metabolizması, kas geliĢimi ve immün sistemi için varlığı önemlidir.
Kapalı formülü HOCH2CH(NH2)CO2H vemolekül ağırlığı 105.09 g/mol olan
Nüsret ÖNEN 27 N H2 C C H H H H O C O O H
Şekil 4.4. L-Serinin Kimyasal Yapısı
IĢınlama sonucu yapıda oluĢtuğu düĢünülen radikal Ģekil 4.5.‟deki gibidir.
N H2 C C H H H O C O O H .
Şekil 4.5. IĢınlama sonucu L-Serin yapısında oluĢtuğu düĢünülen radikal.
Çizelge 4.2. L-Serin örneğinin molekül yapısı, molekül ağırlığı, kapalı ve açık formülü
N H2 C C H H H H O C O O H Kapalı Formülü C3H7NO3
Molekül Ağırlığı 105.09 g/mol
Kimyasal Adı L-Serin
Toz halindeki L-Serin 15kGy doz değerinde ıĢınlandı ve ıĢınlanmadan hemen sonra EPR spektrumları kaydedildi. IĢınlanmıĢ L-Serin örneği spektrumu Ģekil 4.6‟da verilmiĢtir.
L-Serin toz kristalleri oda sıcaklığında (295 oK) 12 saat süresince 60Co ıĢınları ile ıĢınlanmıĢtır. Elde edilen spektrumlar Bruker EMX081 spektrometresinde 4mW mikrodalga gücünde iken modülasyon genliği 0.2 mT ve manyetik alan frekansı 9.12GHz‟de spektrumlar kaydedilmiĢtir. Gama IĢınlarına tutulan L-Serin‟de oluĢan radikal türü, spektroskopik parametreler ve radyasyon duyarlılığı için elde edilen
4. BULGULAR VE TARTIġMA
28
deneysel EPR bulgularına yer verilecektir. Kapalı formülü C3H7NO3 , molekül ağırlığı
105.09 g/mol ve kimyasal adı L-Serin‟in kimyasal yapısı çizelge 4.2‟de verilmiĢtir. Oda sıcaklığında alınan deneysel EPR spektrumları ve simülasyon programı kullanılarak elde edilen simüle spektrumları ve spin hamiltoniyen parametreleri belirlenmiĢtir.
TARTIŞMA
L-Serin örneği oda sıcaklığında 60Co – γ ıĢınları ile ıĢınlandıktan sonra oda sıcaklığında (295 oK) EPR spektrumları alınmıĢtır. 295 oK‟de alınan spektrumlarda 7
resonans tepesi gözlenmiĢtir. Spektrum üzerinde alınan ölçümler, maddenin kimyasal yapısı göz önüne alındığında HOCH2ĊNH2COOH radikalinin oluĢtuğu sonucuna
varıldı. Simüle spektrumundan kullanılan a.i.y. sabitleri, aCH2=1.46 mT, aNH2=0.74 mT,
aN=10.6G ve spektroskopik g değeri g=2.0029 çizgi geniĢliği ΔH=0.46 mT olarak
hesaplanmıĢtır. Bu değerlerle karĢılaĢtırıldığında deneysel spektrum ile simüle spektrumun çok iyi uyuĢtuğu görüldü. IĢınlama sonucu; yapıda oluĢtuğu düĢünülen paramanyetik merkez, merkezi karbon atomundan H atomunun ayrılması sonucu oluĢan ve Ģekil 4.4‟de verilen radikale atfedilmiĢtir.
OluĢan radikalin 3 hafta kararlı kaldığı saptanmıĢtır. ÇiftlenmemiĢ elektronun, CH2 protonları ile etkileĢmesinden 1:2:1 Ģiddet yoğunluklu 3 çizgiye ayrılmasını
spektrumdan net olarak göremiyoruz. Ġki protonun a.i.y. sabiti aynı mertebe olduğundan çizgiler üst üste binmiĢtir. Ayrıca NH2 ve aN protonlarının etkileĢme sabitleri birbirine
yakın büyüklükte olduklarından geniĢçe tek bir spektrum gözleyebiliyoruz.
Spektrumdan ölçülen a.i.y. değerleri ve spektroskopik g faktörünün literatürde görülen değerlerle iyi bir uyum içinde olduğu görüldü. (DL-Beta Amino-N-Butirik Asit, Nazenin Ġpek, Yüksek Lisans Tezi, Dicle Üniversitesi, 2010) Bu değerler Çizelge 4.3' de verilmektedir.
4. BULGULAR VE TARTIġMA
30
Şekil 4.6. Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ L-Serin toz kristalinin; toz Kristal EPR spektrumu. (a)
Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ L-Serin‟in simüle edilmiĢ spektrumu. Simüle edilmiĢ spektrum için a.i.y. değerleri aCH2 = 1.46 mT, aNH2= 0.74 mT, aN= 1.06 mT ve çizgi geniĢliği ΔH=
0.46 mT olarak alınmıĢtır. (b)
4.3. Gama Işınları ile Işınlanmış Glisinamid Hidrojen Klorür Toz Kristallerinin EPR İncelenmesi
Glisinamid hidrojen klorür, kapalı formülü NH2CH2CONH2·HCl ve molekül
Nüsret ÖNEN 31 C C H H O H 2N N H2 .HC l
Şekil 4.7. Glisinamid Hidrojen Klorür‟ün formülü
Toz halindeki Glycinamide Hidrojen Klorür (GAHCl), 20 kGy doz değerinde oda sıcaklığında γ- ıĢınları ile 10 saat ıĢınlandı ve EPR spektrumları kaydedildi. 20 kGy doz değerinde ıĢınlanmıĢ GAHCl nin spektrumu ġekil 4.9.'da verilmiĢtir. Bu Ģekilden de görüldüğü gibi GAHCl‟nin EPR spektrumu geniĢ tek bir çizgi vermiĢtir.
Elde edilen GAHCl‟nin toz spektrumları, Bruker EMX081 spektrometresinde 2mW mikrodalga gücünde modülasyon genliği ve 0.2 mT manyetik alan modülasyon frekansı 100 kHz değerlerinde spektrumlar kaydedilmiĢtir.
TARTIŞMA
AĢırı Ġnce Yapı etkileĢme sabitleri aCH=1.23 mT, aN=0.48 mT kullanılarak simüle
spektrum elde edilmiĢtir. Deneysel spektrumla simüle spektrumun uyuĢtuğu Ģekil 4.9.'da görülmektedir.
Deneysel EPR spektrumundan g değeri g=2.0036 olarak hesaplanmıĢtır. ΔH çizgi geniĢliği 0.9 mT olarak ölçülmüĢtür. ġekilde verilen geniĢ tek çizginin oluĢum nedeni, eĢlenmemiĢ elektronun merkezi karbon atomuna bağlı α protonu ve azot protonu ile etkileĢmesidir. Çizgi geniĢliği çok büyük yani αCH değerine yakın aN
değerinden oldukça büyük olması dolayısıyla aĢırı ince yapı yarılmaları gözlenmemektedir.
4. BULGULAR VE TARTIġMA
32
Şekil 4.8. IĢınlanma sonucu oluĢan Glisinamid Hidrojen Klorür radikali
Elde edilen EPR spektrumundan a ve g değerlerinin incelenmesinden H2NCH2CONH2.HCl molekülünden Hα atomunun kopması sonucu oluĢan radikalin
Nüsret ÖNEN
33
Şekil 4.9. Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ Glisinamid hidrojen klorür toz kristalinin toz Kristal EPR spektrumu (a)
Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ Glisinamid hidrojen klorür toz kristalinin Simüle edilmiĢ spektrumu.(b)
Simüle edilmiĢ spektrum için a.i.y. değerleri aCH = 1.23 mT, aN= 0.48 mT ve
4. BULGULAR VE TARTIġMA
Nüsret ÖNEN
35 5. SONUÇ ve ÖNERİLER
Bu çalıĢmada, üç amino asit bileĢikleri oda sıcaklığında EPR incelenmesi yapılmıĢtır.
1. L-Prolin toz kristalleri, gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ yapılan EPR incelenmesi sonucu CH3ĊH radikalinin oluĢtuğu gözlenmiĢtir. EĢlenmemiĢ elektronun, Hα ve H3β
protonları ile etkileĢtiğini göstermektedir. Spektrum ölçümlerinden spin hamiltoniyen parametreleri hesaplanmıĢtır.
2. L-Serin‟in toz kristallerinde ıĢınlama sonucu yapıda oluĢtuğu düĢünülen paramanyetik merkezin HOCH2ĊNH2COOH olduğu belirlenmiĢtir. IĢınlama sonucu;
yapıda oluĢtuğu düĢünülen paramanyetik merkez, merkezi karbon atomundan H atomunun ayrılması sonucu oluĢan ve Ģekil 4.5‟de verilen radikale atfedilmiĢtir.
3. Gama ıĢınları ile ıĢınlanmıĢ Glisinamid hidrojen klorür toz kristalinde elde edilen EPR spektrumları kaydedilmiĢtir. Spektrumların incelenmesi ve McKelvey simülasyon programı yardımı ile yapıda oluĢtuğu düĢünülen H2NĊHCONH2.HCl
radikalin,H2NCH2CONH2.HCl molekülünden Hα atomunun kopması sonucu oluĢtuğu
düĢünülmüĢtür. EPR ölçümlerinde spektroskopik parametreler belirlenmiĢtir.
Sonuç olarak, Canlıların yapı taĢı olan amino asitler üzerinde gama ıĢının oluĢturduğu yapısal bozukluğun cinsi ve yarı ömrünün belirlenmesi yaĢayan canlılar için nedenli gerekli olduğu bu çalıĢmanın önemini göstermektedir.
4. BULGULAR VE TARTIġMA
Nüsret ÖNEN
37 6. KAYNAKLAR
Aydın, M.; 2006. Ġmino ve Amino Asit BileĢiklerinde Gama IĢınları ile OluĢturulan Serbest Radikallerin EPR ile Ġncelenmesi, Doktora Tezi, Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır.
BaĢkan, M.H., Aydın, M., Osmanoğlu ġ. and Topkaya, R., 2010. Electron paramagnetic resonance characterization of gamma irradiation damage centers in powder of L_(+)_tartaric acid, N_acetyl_L_alanine and l_methyl_L_histidine, Radiation effect
and Defects insolids, 1-6
BaĢkan, M.H.;2004. γ- IĢınları ile IĢınlanmıĢ Bazı Ġzobutirik asit türevlerinin EPR incelenmesi, Doktora Tezi, Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır.
Bozkurt, E.; 2008. Bazı Tetrametil Amonyum Tuzlarının EPR Tekniği ile Ġncelenmesi, Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
ÇalıĢkan, B.: 2006. Gamma IĢınlarının Kimyasal ve Biyokimyasal örneklerde oluĢturduğu serbest radikal hasarlarının, elektron spin rezonans ve simülasyon yöntemiyle belirlenmesi ve antioksidanların radikal hasarları üzerine olan söndürücü etkilerinin incelenmesi, Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara
Dicle, I. Y.; 2005. Bazı Aminoasit Türevlerinin EPR ile Ġncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır.
Elektron Spin Rezonans Hakkında Genel Bilgi. EriĢim: [http://www.taek.gov.tr/sanaem/31-teknoloji-bolumu/718-malzeme-birimi-elektron-spin-rezonansesr.html] EriĢim Tarihi : 25.05.2012
6. KAYNAKLAR
38
Elektron Spin Rezonans Teknikleri Hakkında Bilgi. EriĢim: [http://www.phys.ethz.ch/phys/students/bachelor/vp/VPExpliste/ESR.pdf] EriĢim Tarihi : 28.12.2009
Gordy, J.E.; 1981. Theory and Applications, Mc John Wiley and SOns Inc., Sayfa:35,36, New York
Harriman, J.E.; 1978. The Theoretical Foundations of Electron Spin Resonance, Physical Chemistry Series, Academic, Sayfa:37, New York
Osmanoğlu, Y.E.: 2011. Anti kanser ilaç ve bazı aminoasit bileĢiklerinde radyasyon bozulmalarını ESR spektroskopisi ile dozimetrik incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır
Randsen, B.H.; Joachin, C.J., 1989. Atom ve Molekül Fiziği, Çev: Fevzi Köksal, Hasan GümüĢ, Yayın No 43, Ondokuz Mayıs Ünv. Yayınları, Sayfa: 43, Samsun
Saifutdinov R.G., Larina L. I. , Voronkov M. G. , Vakulskaya T. I. 2002. Electron Paramagnetic Resonance in Biochemistry and Medicine, Kluwer Academic Publishers, Springer, Sayfa: 2, US
Sütçü, K.: 2010. Bazı amino asit türevlerinin EPR Ġncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır.
Wertz, J.E. and Bolton, J.R.,1972. Electron Spin Resonance Elemantary Theory and Practical Applications, Mc Graw Hill Publisher, New York, Sayfa:21, 131, 224, 227
Yakar, S.: 2006. Bazı doğal ve amino asit bileĢiklerinde Gama IĢınları ile oluĢturulan Paramanyetik Merkezlerin EPR ile Ġncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır.
Nüsret ÖNEN
39
Zincircioglu, S.B., Canoruc¸ N., Osmanoğlu ġ., BaĢkan, M.H., Dicle, .I.Y., and Aydın, M., 2006, Electron Paramagnetic Resonance of Some γ-Irradiated AminoAcid Deriv,
Verlag der Zeitschrift für Naturforschung, 61a, 577 – 582 (2006); received June 9,
Nüsret ÖNEN
41 ÖZGEÇMİŞ
Adı Soyadı : Nüsret ÖNEN Doğum Yeri : Diyarbakır Doğum Tarihi : 25.05.1985 Medeni Hali : Bekar Yabancı Dil : Ġngilizce
Eğitim Durumu (Kurum ve Yılı)
Lisans : Dicle Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümü 2004-2008 Yüksek Lisans : Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik 2009-
