Akrilamid Polimerizasyon Sürecinin Floresan Moleküller Aracılığı İle Eşzamanlı Olarak Takibi

Abstract

Günümüzde değişik yöntemler olmasına rağmen, bunlardan neredeyse hiçbiri polimerleşme sürecini etkilemeden polimer dönüşümünü büyük bir kesinlikle ve eşzamanlı olarak izlemeye imkân vermemektedir. Bu tez çalışmasında, bu problemin çözümü için aromatik moleküllerin emisyon ve soğurma spektrumları ve uyarılmış durum ömürlerindeki değişimlerin gözlenmesi ve bu yolla içinde bulundukları ortamların özelliklerinin yorumlanmasına dayanan spektroskopik yöntemler denenmiştir. Monomer olarak kullanılan akrilamid çözeltisinin içerisine çok az miktarda piranin izleyici molekülü konup, bu molekülün floresan emisyon spektrumu izlenerek akrilamid polimerleşme reaksiyonunun eşzamanlı olarak incelenebileceği gösterilmiş ve bu yöntemin diğer birçok monomer sistemi için de uygulanabileceği öngörülmüştür. Piranin molekülü üzerinde bulunan OH yan grubu radikal eklenme yoluyla akrilamid polimer zincirlerinin uç gruplarına kimyasal olarak bağlanmakta ve piranin üzerindeki üç adet SO3- yan grupları ise poliakrilamid zincirleri üzerindeki pozitif yüklenmiş amid grupları ile elektrostatik olarak etkileşmektedir. Kimyasal bağlanma sonucunda piranin spektrumu 515nm’den 406nm’ye kaymakta, elektrostatik etkileşmeler ise 406nm’deki spektrumun reaksiyon boyunca yaklaşık 430nm civarına kaymasına sebep olmaktadır. Floresan ışık şiddetindeki değişim, yaptığımız teorik modellemeler ve monomer dönüşümü deneyleri ile karşılaştırılmış ve floreasan ışık şiddetinin reaksiyon süresince monomer dönüşümü ile orantılı olduğu gösterilmiştir. Yaptığımız teorik model deneysel sonuçlar ile oldukça iyi bir şekilde örtüşmüştür. Tez çalışmasının bir bölümünde ise akrilamid jeli içerisinde tuzaklanmış piraninin floresan spektrumundaki tepelerin pH duyarlılığından faydalanarak 0–5 aralığında sulu çözeltilerin pH’ını ölçebilen oldukça hassas bir pH metre tasarlanmıştır.

Nowadays, although there exist many methods for monitoring polymerization almost none of them is able to monitor the polymerization process in real-time with great precision. To solve this problem we have tested, in this thesis, the spectroscopic methods based on the interpretation of the change in the emission and the absorption spectra, and viewing the lifetimes of injected fluoroprobes to monitor the change in their microenvironment. Pyranine fluoroprobe in trace amount was placed in the acrylamide pre-polymer solution and fluorescence spectra of this fluoroprobe were monitored. It was shown that real time monitoring of the free radical polymerization of acrylamide can be performed by this method, and it is anticipated that this method can also be used for many kinds of monomers. Pyranine binds chemically to the functional ends of the growing polymer chains over OH groups via radical addition, and, at the same time, three SO3- groups on the probe molecule electrostatically interact with the regions of excess positive charges appeared on the amide groups of the polyacrylamide chains due to the protonation effect produced by water. Chemical bonding cause a shift, from 515 to 406nm in maxima of the emission spectra, and the electrostatic interactions cause the shift in the maxima from 406nm to approximately 430nm during the reaction. The change in the fluorescence intensity is compared with our theoretical models and monomer conversion experiment, and it was observed that fluorescence intensity is directly proportional to the monomer conversion measured during the polymerization. Our theoretical model was agreed best with the experimental results. In the one part of this thesis, we have designed a very sensitive pH-meter which is able to work in aqueous media of 0<pH<5, by using the pH sensitivity of the peaks appeared in the fluorescence spectra of the pyranine which was incorporated in polyacrylamide thin slab gels.