ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ  FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ BĠYOLOJĠK JELLERDE DĠFÜZYON MEKANĠZMALARI YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Fizikçi Evren ATAMAN 509031104 ġUBAT 2006 Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 19 Aralık 2006 Tezin Savunulduğu Tarih : 1 ġubat 2006 Tez DanıĢmanı : Prof. Dr. Önder PEKCAN Diğer Jüri Üyeleri Prof.Dr. Yusuf YAĞCI (Ġ.T.Ü.) Doç.Dr. YaĢar YILMAZ (Ġ.T.Ü.) ii ÖNSÖZ Çalışmamın oluşmasında fikirleriyle tüm grup arkadaşlarım gibi bana da yol gösterici olarak desteğini esirgemeyen sayın hocam Önder PEKCAN’a, deneysel çalışmanın inceliklerini ve kurallarını bana öğreterek bilgi ve tecrübelerini her zaman benimle paylaşan sayın Özlem TARI İLGİN’e, hesaplamalarımda bana yardım edip tavsiyelerde bulunan ve beni manevi olarak destekleyen sayın Gülşen AKIN EVİNGÜR’e, hayatımda en fazla değere sahip ve beni sürekli her konuda destekleyen aileme ve her şeyin kaynağı olan O’na sonsuz teşekkürler. ARALIK 2005 Evren ATAMAN iii ĠÇĠNDEKĠLER KISALTMALAR iv TABLO LĠSTESĠ v ġEKĠL LĠSTESĠ vi SEMBOL LĠSTESĠ viii ÖZET ix SUMMARY xi 1. GĠRĠġ 1 2. TEORĠK KISIM 7 2.1 Difüzyon Mekanizması 7 2.2 Floresans Teknik 11 2.3 Şişme Mekanizması 19 3. DENEYSEL ÇALIġMA 22 3.1 Karagenan 22 3.1.1 Kimyasal Yapı ve Özellikler 22 3.1.2 Karagenan Jeller 25 3.2 Floresans Ölçerler (Florometre) 29 3.3 Malzeme Hazırlanışı ve Deneyin Yapılışı 32 4. SONUÇLAR VE TARTIġMA 35 4.1 Piranin Moleküllerinin Jele Difüzyonu ve Jelin Şişmesi 35 4.2 Piranin Moleküllerinin Jelden Suya Difüzyonu 38 5. VARGI VE GELECEK ÇALIġMALAR 40 EKLER 42 KAYNAKLAR 57 ÖZGEÇMĠġ 59 iv KISALTMALAR TF : Tanaka-Fillmore IR : Kızıl ötesi UV : Mor ötesi HOMO : Dolu moleküler orbitallerin en yükseği LUMO : Boş moleküler orbitallerin en düşüğü ĠD : İç dönüşüm SAG : Sistemler arası geçiş FÇT : Fotoçoğaltıcı tüp v TABLO LĠSTESĠ Sayfa No Tablo 1.1 Çeşitli biyopolimerler, monomerleri ve işlevleri.................. 2 Tablo 2.1 Çeşitli elektronik geçişler ve süreleri.................................... 18 Tablo 3.1 Farklı karagenan tipleri ve jel özellikleri............................... 26 Tablo 4.1 Piranin moleküllerinin jele difüzyonu için deneysel veriler ve difüzyon katsayıları.......................................................... 36 Tablo 4.2 Şişme olayı için deneysel veriler, katsayılar ve bütünsel difüzyon katsayıları............................................................... 38 Tablo 4.3 Piranin moleküllerinin jelden suya difüzyonu için deneysel veriler ve difüzyon katsayıları............................................... 39 Tablo 5.1 Tüm süreçler için elde edilen değerler.................................. 40 vi ġEKĠL LĠSTESĠ Sayfa No ġekil 2.1 : t 0 ve t 0 zamanlarında difüzyonun gerçekleştiği sistemin durumu................................................................................. 10 ġekil 2.2 : Işık ile maddenin etkileşim yolları...................................... 12 ġekil 2.3 : Çekirdek konumlarına göre elektronik geçişler.................. 15 ġekil 2.4 : Jablonski çizelgesi............................................................... 16 ġekil 3.1 : (a) D-galaktoz (b) 3,6 anhidro-D-galaktoz......................... 23 ġekil 3.2 : Kappa karagenan................................................................. 23 ġekil 3.3 : Iota karagenan..................................................................... 23 ġekil 3.4 : Lambda karagenan.............................................................. 24 ġekil 3.5 : Karagenanlarda rastgele sarmal, helis ve ikili helis oluşumu............................................................................... 27 ġekil 3.6 : Iota karagenanda sıcaklığa bağlı yapı değişiklikleri........... 28 ġekil 3.7 : Perkin Elmer LS 50 spektroflorometresinin şematik gösterimi.............................................................................. 31 ġekil 3.8 : Cam tüpte hazırlanmış iota karagenan jeli.......................... 32 ġekil 3.9 : Piranin moleküllerinin jele difüzyonu deneyi çizelgesi...... 33 ġekil 3.10 : Piranin moleküllerinin jelden suya difüzyonu deneyi çizelgesi............................................................................... 33 ġekil A.1 : Deneyin birinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de floresans şiddetinin zamana göre grafiği............................. 42 ġekil A.2 : Deneyin birinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de floresans şiddetinin zamana göre grafiği............................. 43 ġekil A.3 : Deneyin birinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de saçılan ışık şiddetinin zamana göre grafiği......................... 44 ġekil A.4 : Deneyin birinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de saçılan ışık şiddetinin zamana göre grafiği......................... 45 ġekil B.1 : Deneyin birinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de normalize floresans şiddetinin zamanın kareköküne göre grafiği.......................................................................... 46 ġekil B.2 : Deneyin birinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de normalize floresans şiddetinin zamanın kareköküne göre grafiği.......................................................................... 47 ġekil C.1 : Deneyin birinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de normalize saçılan ışık şiddetinin logaritmasının zamana göre grafiği.......................................................................... 48 ġekil C.2 : Deneyin birinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de normalize saçılan ışık şiddetinin logaritmasının zamana göre grafiği.......................................................................... 49 ġekil D.1 : Deneyin ikinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de floresans şiddetinin zamana göre grafiği............................. 50 vii Sayfa No ġekil D.2 : Deneyin ikinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de floresans şiddetinin zamana göre grafiği............................. 51 ġekil E.1 : Deneyin ikinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de normalize floresans şiddetinin zamanın kareköküne göre grafiği.......................................................................... 52 ġekil E.2 : Deneyin ikinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de normalize floresans şiddetinin zamanın kareköküne göre grafiği.......................................................................... 53 ġekil F.1 : Piranin moleküllerinin jele difüzyonu sürecinde hesaplanan difüzyon katsayılarının logaritmasının 1000/T ye göre grafiği......................................................... 54 ġekil F.2 : Jelin şişmesi sürecinde hesaplanan bütünsel difüzyon katsayılarının logaritmasının 1000/T ye göre grafiği........... 54 ġekil F.3 : Piranin moleküllerinin jelden suya difüzyonu sürecinde hesaplanan difüzyon katsayılarının logaritmasının 1000/T ye göre grafiği......................................................... 55 ġekil G.1 : Li-Tanaka modelinde R- 1B grafiği..................................... 56 ġekil G.2 : Li-Tanaka modelinde R- 1 grafiği..................................... 56 viii SEMBOL LĠSTESĠ D : Difüzyon katsayısı C, c : Derişim F : Birim alandaki iletim hızı R : İdeal gaz sabiti, Li-Tanaka modelinde makaslama modülünün boysal modüle oranı A : Soğuruculuk T : Geçirgenlik I : Işık Şiddeti  : Molar soğurum katsayısı n : Şişme zaman sabiti nS : Tekli enerji seviyeleri nT : Üçlü enerji seviyeleri cD : Bütünsel difüzyon katsayısı sjD : Piranin moleküllerinin jele difüzyon katsayıları jsD : Piranin moleküllerinin suya difüzyon katsayıları 0D : Sonsuz sıcaklıktaki teorik difüzyon katsayısı ix BĠYOLOJĠK JELLERDE DĠFÜZYON MEKANĠZMALARI ÖZET Bu çalışmada, farklı sıcaklıklarda, biyolojik jel yapısı içersine küçük moleküllü yapıların difüzyonu incelenmiş, difüzyon katsayıları ve aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Biyolojik malzeme olarak kütlece % 0,8 2CaCl tuzu içeren % 2 iota- karagenan jeli kullanılmıştır. Kararlı durum floresans tekniği kullanılarak, önce jel yapısı içersine floresans özellik gösterdiği bilinen piranin moleküllerinin difüzyonu, ardından da oluşan bu yeni yapıdan piranin moleküllerinin saf su içersine difüzyonu incelenmiştir. İlk aşamada piranin molekülleriyle birlikte su da jel yapısının içersine girerek jelin şişmesine neden olmaktadır. Jel içersinde bulunan ve ışık saçılmasına neden olan karagenan ikili-helis yapıları jelin şişmesiyle birlikte birbirlerinden uzaklaşarak saçılan ışık miktarının azalmasına neden olmaktadırlar. Bu olaylarla eş zamanlı olarak yapılan spektroskopik ölçümlerde floresans şiddetinin zamanla arttığı, saçılan ışık şiddetinin de zamanla azaldığı gözlenmiştir. İki farklı difüzyon olayında da Fick yasasının geçerliliği araştırılmış ve difüzyon katsayılarının sıcaklıkla arttığı gözlenmiştir. Jellerin şişme mekanizmaları için saçılan ışık şiddeti değerleriyle Li-Tanaka modeli kullanılmış, bu model yardımıyla bütünsel difüzyon katsayıları hesaplanarak bu katsayıların da sıcaklıkla arttığı gözlenmiştir. Farklı sıcaklıklar için elde edilen difüzyon katsayıları ve Arrhenius eşitliği kullanılarak her bir süreç için aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. x DIFFUSION MECHANISMS IN BIOLOGICAL GELS SUMMARY In this study, the diffusion of small molecular structures into biological gels was examined and diffusion coefficients were calculated. 2 wt. % iota carrageenan gel in 0,8 wt % 2CaCl solution was used as biological material. The steady state fluorescence technique was employed to examine firstly the diffusion of pyranine which is known as a fluorescence probe into gel structure and secondly, from this structure into distilled water. In the first process water molecules were also diffused into gel structure with pyranine molecules, which caused the swelling of gel. The carrageenan helixes in the gel structure, which were responsible from the light scattering, diverged and caused the scattered light intensity to decrease as the gel swelled. It was simultaneously seen from spectroscopic measurements that fluorescence intensity was increased and scattered light was decreased during this process. In both diffusion processes the validity of Fick’s law was investigated and increase of diffusion coefficients depending on the increase of temperatures were observed. For the swelling process of gels, Li-Tanaka theory was used with scattered light intensities and according to this theory collective diffusion coefficients were calculated and it was observed that these coefficients were also increased with temperature. The diffusion coefficients that were calculated in different temperatures were used with Arrhenius equation to calculate the activation energies of each processes. 1 1. GĠRĠġ Tarih boyunca insanlar yün, ipek ve deri gibi biyolojik malzemelere sarsılmaz bir güven duymuşlardır. Günümüzde bu doğal polimerler, özel ihtiyaçlara cevap verebilmek için dönüşüme uğratılmıştır. Modern biyoteknolojideki gelişmeler, bilim adamlarının organizmalara ve ürettikleri malzemelere bakış açısını temelden değiştirmiştir. Polimerler doğal hayatta ve modern endüstriyel ekonomilerde merkezi bir rol üstlenmiştir. Kimya ve malzeme bilimlerindeki gelişmeler, geçen yüzyıl boyunca, çok sayıda yeni sentetik polimerin keşfedilmesini sağladı. Naylon, polietilen ve poliüretan gibi sentetik polimerler günlük yaşamımızın içine girdi. Fakat, sentetik polimerlerin yaygın kullanımı insan sağlığını ve çevreyi ilgilendiren belli başlı sorunları doğurdu. Örneğin çoğu plastik malzeme, biyolojik olarak parçalanamaz ve yenilenebilme özelliği olmayan kaynaklardan üretilir. Bu malzemeleri çok kullanışlı yapan sağlamlık ve dayanıklılık özellikleri aynı zamanda doğada kalma sürelerini uzatmakta ve yok edilebilmelerini zorlaştırmaktadır. Ayrıca bazı polimerik malzemelerin sentezi zehirli bileşenlerin kullanımını ya da zehirli son ürünlerin oluşumunu zorunlu kılmaktadır. Bu sorunlar, artan bir ilginin biyolojik hammaddelerden veya modern biyoteknolojinin yöntemleriyle üretilen polimerlere odaklanmasına neden oldu. Bu biyopolimerler çeşitli çevresel sorunların aşılmasına katkı sağlayabilir. Bu yeni malzemelerin umut verici özelliklerine rağmen, ekonomik ve mühendislik alanındaki bir dizi sorunlar yakın zamanda pazara girmelerini geciktirmektedir. Bazı biyopolimerlerin çevresel özelliklerinin kullanılan geleneksel polimerlerden daha iyi gözükmesine rağmen, maliyetlerinin düşürülmesi için daha çok mesafe kat etmek gerekmektedir. Ticari olarak kullanılabilen biyopolimerlerin maliyetleri sentetik polimerlerin dört beş katı civarındadır. 2 Biyopolimer terimi çok çeşitli malzemeleri tanımlamak için kullanılır. Genelde biyopolimerler iki temel kategori de tanımlanabilir; - mikroorganizmalar, bitkiler ve hayvanlar gibi biyolojik sistemler tarafından üretilen polimerler - aminoasitler, şekerler ve doğal yağlar gibi biyolojik başlangıç malzemelerinden kimyasal olarak sentezlenen polimerler [1]. En çok bilinen ve kullanılan biyopolimerler, proteinler, karbonhidratlar ve nükleik asitler (DNA ve RNA) olarak sıralanabilir. Esasında biyopolimerler tüm canlı organizmaların temel yapı birimleri olarak kabul edilebilir. Genetik bilginin aktarılmasını sağlayan DNA dev (makro) molekülleri, insan vücudunun temel yapı taşları proteinler ve kas dokuları, bitki hücrelerinin çeperlerini oluşturan selüloz, insanların ve hayvanların en temel besin kaynağı ve yapı birimi olan karbonhidratlar vs. yukarıda da belirtildiği gibi birer biyopolimerdir. (Tablo 1.1) Tablo 1.1: Çeşitli biyopolimerler, monomerleri ve işlevleri POLĠMER MONOMER ĠġLEVLERĠ Nükleik Asitler (DNA ve RNA) Nükleotid Tüm organizmalarda bulunan genetik bilgi taşıyıcıları Proteinler Aminoasit Biyolojik kataliz (enzimler), büyüme etkileri, algılayıcı, yapı malzemesi (yün, deri, ipek, saç, bağ dokuları), hormonlar (insülin) Polisakkaritler (Karbonhidratlar) Şeker Bitki hücrelerinde ve diğer bazı organizmalarda yapı malzemesi (selüloz), enerji depo malzemeleri (nişasta, glikojen), moleküler tanımlama (kan türleri), bakteriyel salgılar Polihidroksialkanaotlar Yağ asitleri Mikrobik enerji depolama malzemeleri Polifenoller Fenoller Bitkilerde yapı malzemeleri (lingin), bitki savunma sistemleri (tanen) Polifosfatlar Fosfatlar İnorganik enerji depo malzemeleri Polisülfatlar Sülfatlar İnorganik enerji depo malzemeleri Biyopolimerler yaygın kullanım alanlarına sahiptir ve bu özellikleri onların birçok bilim dalı tarafından incelenmesine neden olmuştur. Günümüzde kimya, biyoloji, 3 fizik, tıp ve gıda bilimleri alanlarında yayınlanan bilimsel dergilerin çoğunda biyopolimerler hakkında çok sayıda makale bulmak mümkündür. Biyopolimerlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri derinlemesine araştırılmış ve bu araştırmalar diğer bilimsel araştırmalara ve teknolojik ilerlemelere neden olmuştur. Bu geniş ve yaygın uygulama alanı olan konu artık tek başına yeni bir bilim olarak kabul görmektedir ve biyopolimer mühendisliği ve genel olarak biyoteknoloji başlığı altında yoğun çalışmalar yapılmaktadır [1]. Biyopolimerlerin yaygın şekilde kullanıldığı alanlar; gıda sektöründe katkı maddesi olarak, tıp ve ilaç sektöründe yapay organ uygulamalarında ve ilaç iletim sistemlerinde, tekstil sanayinde boyama ve giyim eşyalarında dayanıklılık artıcı olarak, kağıt sanayinde kalite arttırıcı olarak ve kozmetik sanayinde yapı düzenleyicisi olarak, sayılabilir. Ayrıca atık haline geldiklerinde biyolojik olarak parçalanabildikleri için doğaya plastikler kadar zarar vermedikleri düşünülmektedir ve geri dönüşümlerinin de kolay olmasından dolayı son zamanlarda gıda paketleme sektöründe hidrokarbonlar yerine karbonhidratlar kullanımı konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Modern biyoteknolojinin ortaya çıkışı, bilim adamlarının, organizmalara ve onların ürettiği ürünlere bakışlarını temelden değiştirmiştir. Örneğin, bazı bitki türlerinin genetik olarak değiştirilmesi, yukarıda sözü edilen geleneksel plastiklerin yerini alabilecek yeni polimer yapılarının kaynağı olabilir. Doğada bulunan enzimleri kendi amaçlarımız doğrultusunda kullanarak ya da tarımdan ve denizden elde edilen hammaddeleri dönüşüme uğratarak elde edilen, geri dönüşümü mümkün, biyolojik olarak uyumlu ve biyolojik olarak parçalanabilen yeni bir tür malzeme sınıfı ufukta görünmektedir [1]. Son yıllarda, özellikle genetik mühendisliği alanında gerçekleştirilen birkaç önemli teknik gelişme, biyolojik olarak üretilen polimerlerin ticari görünümlerinin gelişmesine neden oldu. DNA yeniden yapılandırma teknolojisindeki gelişmeler araştırmacıların, polimerlerin belirli özelliklerini ve saflıklarını önceden mümkün olmayan bir şekilde kontrol edebilmelerine olanak sağladı. Ayrıca genetik mühendisliğindeki ilerlemeler, bilim adamlarının biyolojik sistemlerin karmaşık polimerleri nasıl ürettiği konusunda çalışmalarını mümkün kıldı. Yaşayan organizmaların gelişmiş malzemeleri (örneğin örümcek ağı), çevresel etkilere neden 4 olmadan normal basınç ve sıcaklıkta üretebilmeleri kayda değer bir noktadır. Bu durum kesinlikle insan yapımı malzemeler için geçerli değildir. Bu nedenle biyopolimer araştırmaları, çevreye duyarlı yeni üretim tekniklerinin geliştirilmesine yol açabilir [1]. DNA, dört monomer nükleotidden oluşmuş doğrusal bir kopolimerdir. Nükleotidler çift sarmal şeklinde şeker-fosfat iskelet boyunca bağlanmışladır. Endüstriyel bir polimer olarak DNA, şuan ticari uygulamalara yönelik kullanılmamaktadır ama bazı araştırmacılar bu biyopolimeri nano ölçekte malzemeler kurmak amacıyla ve elektrik özellikleri için incelemeye başlamaktadırlar [1]. Proteinler (polipeptidler olarak da isimlendirilir), yirmi farklı aminoasit yapı biriminden oluşmuş karmaşık kopolimerlerdir. Proteinler birkaç yüz ya da birkaç bin aminoasit birimi içerebilir. Aminoasit yapı birimleri birbirlerine sırası ilgili genin DNA kodu tarafından belirlenen belirli dizilişlerde amin bağlarıyla bağlanırlar. Protein polimerleri, zincir üzerindeki monomerlerin bu dizilişleriyle eşsiz bir yapıdadırlar ve bu polimerleşme sürecinin özel şablonuyla önceden belirlenir. Bir hücrenin kuru kütlesinin yüzde ellisi proteindir. Son yıllarda, araştırmacılar doğal proteinlere benzeyen çok çeşitli polipeptidler sentezlediler. Yapay polipeptidler genellikle aminoasit öncüllerden elde edilir [1]. Polisakkaritler, basit şekerlerden oluşmuş polimerlerdir. Polisakkaritlerin iki temel işlevi vardır. Bazıları nişasta gibi, hücre yaşamı için enerji deposudur diğerleri ise selüloz gibi, canlı sistemlerde yapı malzemesi olarak görev yapar. Proteinlerden sonra, polisakkaritler en ayrıntılı ve çeşitli yapıya sahip biyopolimer grubu olarak kabul edilebilir. Bunun nedeni şeker monomerlerini bağlayan bağların şeker birimlerinde farklı yönelimlerde biçimlenebilmesidir. Biyolojik kaynaklı birçok polisakkaritte en az yirmi farklı şeker monomeri belirlenmiştir. Çoğu polisakkarit, dallanmış yapılar içerir ve diğer moleküllerin eklenmesiyle kimyasal olarak değişikliğe uğramıştır. Monomerik ya da tekrarlanan birimler çoğunlukla birden fazla şeker molekülünden oluşur ve sonuç olarak oldukça karmaşık olabilirler. Polisakkaritlerin yinelenen birimleri topluluğu ve bağlantılı olduğu polimerleşme süreçleri bir şablona ya da genetik koda bağlı değildir ama organizmadaki enzimler tarafından belirlenirler [1]. 5 Jel, çapraz bağlı uzun molekül zincirlerinin meydana getirdiği üç boyutlu ağ şeklinde bir polimerik yapıdır. İlk defa 1929 yılında Carothers, jelleşmenin polimer moleküllerinin üç boyutlu ve sıradan moleküllere göre sonsuz sayılabilecek büyük boyutlarda bir ağ yapısı oluşturacak şekilde birbirlerine bağlanması işleminin bir sonucu olduğunu ortaya çıkarmıştır. Polimer jeller iki bileşenden ibarettir; polimer ağları ve çözücü sıvı. Polimer ağı sıvıyı tutar ve dışarıya kaçmasını önler. Bir başka deyişle jelin polimer ağı, önemli bir miktar çözücüyü hapseden bir kap rolü oynar. Jel hem sıvı hem de katı benzeri özellikler gösterir. Çözücü sıvısı ile tamamen şişmiş bir jelin içindeki küçük moleküllerin difüzyon katsayılarının çok yüksek olması jelin sıvı özelliğine bir örnektir [2]. Jelin üç boyutlu ağsı polimer yapısı içindeki zincirler, çözücü çeşidi ve diğer koşullara bağlı olarak, şişmek üzere birbirlerini itebilir ya da yoğun ve küçük bir hal almak üzere birbirlerini çekebilirler. Bu konuda ilk istatistik mekaniksel yaklaşım 1941 yılında Huggins ve 1942 de Flory tarafından yapılmıştır. 1973 yılında Tanaka, Hocker ve Benedek, dinamik ışık saçılma spektroskopisini kullanarak jel içindeki kolektif difüzyon hareketini gözlemlediler. Daha sonra yapılan çalışmalarda jellerde kritik bir geçiş noktasının bulunduğu tespit edildi. Jellerin faz geçişlerinin tüm doğal ve sentetik polimer jeller için evrensel olduğu bulundu [2]. Polimerlerin büyük bir çoğunluğu suda çözünmezler. Bununla birlikte oldukça küçük fakat son derece önemli bir polimer grubu suda çözünebilir yapıdadır. Hidrojeller de çapraz bağlı yapıda olan ve suda çözülebilen (şişebilen) ancak dağılmayan polimerlerdir. Hidrojeller nötr veya iyonik yapıda olabilirler. Jellerin ve özellikle hidrojellerin hacimsel ve termodinamik faz geçişleri uzun zamandır üzerinde çalışılan bir konudur [2]. Jelin şişmesi ve küçülmesi ile ilgili öncü rolü oynayan bir teori Tanaka ve Fillmore tarafından geliştirilmiştir. TF teorisi jelin sürekli bir yapı olarak göz önüne alındığı bir ortam içindeki polimer ağının bütünsel difüzyonu kavramına dayanmaktadır. TF teorisine göre  , jel şişmesi ve küçülmesi için tipik zaman, R, jelin ebadı ve cD , bütünsel difüzyon katsayısı olmak üzere; 2 cR D  biçimindedir. TF üzerine bazı değiştirilmiş şişme ve kuruma teorileri geliştirilmiştir (örneğin Li ve Tanaka, 1990). Ancak bu teorilerde, şişmenin tipik zamanın jelin doğrusal ebadının karesi ve ortamın kooperatif difüzyon katsayısı ile ilişkili olması değişmez kalmıştır [2]. 6 Termodinamik olarak jeller, çözücüyü yapısı içine alabilen fakat çözücü içinde çözünemeyen çapraz bağlı polimer ağlarıdır. Jelin denge durumunda içerdiği çözücü miktarı, sıcaklığa, polimer-çözücü etkileşmesine ve örgü içinde şişmeye karşı koyan elastik kuvvetlere bağlıdır [2]. Fiziksel bağlı jel ağları genel olarak tersinir sistemlerdir. Sıcaklık ve iyon katkısı gibi faktörler, sol ve jel durumları arasında tersinir bir dönüşüm meydana getirebilir. Bu jeller temel olarak bazı doğal organik moleküllerden yeri yarı sentetik selüloz türevlerinden oluşur. Uygun değişikliklere uğrayarak jeli oluşturacak polimer zincirleri, sol durumunda iken büyük çoğunlukla rastgele sarmallar (coil) olarak nitelendirilen polimer zincirleri halindedir. Bu tür geçişler, bir veya daha fazla zincirin, tek, çift ya da üçlü yapılar oluşturacak şekilde bükülerek helisleri ve bunların da bir araya gelerek kümeleri oluşturmalarıyla meydana gelir. Üç boyutlu jel örgüsü ise bu küme grupları arasında meydana gelen ve eklem bölgeleri veya çapraz bağlanma bölgeleri adı verilen ortaklaşa bağlanmaların sonucunda ortaya çıkar [2]. Bu çalışmada, farklı sıcaklıklarda, biyolojik jel yapısı içersine küçük moleküllü yapıların difüzyonu incelenmiş, difüzyon katsayıları ve aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Biyolojik malzeme olarak 2CaCl tuzu içeren sulu çözelti içersinde hazırlanan iota-karagenan jeli kullanılmıştır. Önce bu yapı içersine küçük moleküllerin (floresans ajan) difüzyonu ardından da oluşan bu yeni yapıdan küçük moleküllerinin saf su içersine difüzyonu incelenmiştir. İlk aşamada küçük moleküllerle birlikte su da jel yapısının içersine girerek jelin şişmesine neden olmaktadır. Bu olayla eş zamanlı olarak yapılan spektroskopik ölçümlerde floresans şiddetinin zamanla arttığı, saçılan ışık şiddetinin de zamanla azaldığı gözlenmiştir. İki farklı difüzyon olayında da Fick yasasının geçerliliği araştırılmış ve difüzyon katsayılarının sıcaklıkla artığı gözlenmiştir. Jellerin şişme mekanizmaları için saçılan ışık şiddeti değerleriyle Li-Tanaka modeli kullanılmış ve bu model yardımıyla jel için bütünsel difüzyon katsayıları da hesaplanmıştır. 7 2. TEORĠK KISIM 2.1 Difüzyon Mekanizması Difüzyon, gelişigüzel (rastgele) moleküler hareketler sonucu maddenin içinde bulunduğu sistemin bir yerinden diğerine iletilmesi sürecidir. Difüzyon örneğin, alt kısmı tamamen iyot çözeltisiyle doldurulmuş uzun silindir bir kabın, üstüne iç akımları önlemek için yavaşça su konulmasıyla oluşturulmuş karışımın incelenmesi deneyiyle tarif edilebilir. İlk önce boyalı kısım temiz kısımdan kesin bir sınırla ayrılmış gibi gözükür. Sonra temiz kısım renklenmeye başlar, renk üst kısımlara gittikçe açıklaşmaktadır ve en üst kısım çok az renklenmiştir. Yeterli zaman geçtikten sonra tüm çözelti özdeş renkte görünmektedir. Bu deneyden açıkça iyot moleküllerinin herhangi bir iç akım olmaksızın kabın alt kısımlarından üst kısımlara doğru iletildiği anlaşılmaktadır. Bu durumda iyodun suyun içine difüzlendiği (iletildiği) söylenir. Eğer bir şekilde iyot moleküllerini izleme imkanımız olsaydı her molekülün gelişi güzel hareket ettiği görülürdü. Seyrek bir çözeltide her iyot molekülü nadiren karşılaştığı diğer moleküllerden bağımsız olarak hareket eder ve her biri çözücü molekülleriyle çarpışmalar gerçekleştirir. Bu çarpışmalar sonucunda moleküller, herhangi bir seçilmiş yön olmaksızın bazen derişimin yüksek olduğu bazen de alçak olduğu bölgelere doğru hareket ederler. Tek bir parçacığın hareketi “rastgele hareket” bakış açısıyla tarif edilebilir ve molekülün verilen bir sürede katetdiği mesafenin kare ortalaması hesap edilebilirken bu sürede hangi yönde ilerlediği söylenemez. Moleküllerin rastgele hareketi bakış açısı, moleküler hareketin yine de çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru gerçekleştiği gözlemiyle uyum içersinde olmalıdır. Çözeltinin içinde yatay bir bölgeyi ve biri bu bölgenin biraz üstüne diğeri de biraz altında ince ve birbirine eşit iki hacim elemanını göz önüne alalım. Verilen bir sürede 8 herhangi bir iyot molekülünün hangi yöne doğru hareket edeceğini söyleyememize rağmen, ortalama olarak, alttaki hacim elemanında bulunan moleküllerin belirli bir oranı yukarıdaki bölgeye, ve üstteki hacim elemanındakilerin de aynı oranı alttaki bölgeye geçecektir. Böylece, sadece alttaki iyot moleküllerinin sayısının üsttekilerden fazla olması gerçeği moleküllerin rastgele hareketi sonucu net hareketin yukarı doğru olacağı sonucunu doğurur [3]. Madde içinde gerçekleşen ısı iletimi de moleküllerin gelişigüzel hareketleri sonucu oluşmaktadır ve bu iki süreç arasında açık bir benzerlik bulunmaktadır. Bu benzerliği ilk fark eden ve birkaç yıl önce Fourier tarafından keşfedilen ısı iletimi iletim denklemini temel kabul ederek difüzyon sürecini nicel bir temelde açıklayan kişi Fick’tir. Eş yönlü (izotropik) malzemelerdeki difüzyonun matematiksel kuramı, birim alandan iletilen maddenin iletim hızının, bu bölgeye dik yöndeki derişim gradiyentine orantılı olduğu temeline dayanmaktadır. Bu ifade, CF D x    (2.1) eşitliğiyle gösterilebilir. Burada F birim alandaki iletim hızını, C iletilen maddenin derişimini, x iletim bölgesine dik yöndeki uzay koordinatını göstermektedir ve D difüzyon katsayısı olarak adlandırılır. Örneğin seyreltik çözeltilerde difüzyon gibi bazı durumlarda D sabit kabul edilebilirken, yüksek polimerik malzemelere difüzyon gibi bazı durumlarda ise derişime bağlılık gösterebilir. Eğer iletilen malzeme miktarı F ve derişim C, madde miktarı için aynı birimlerde ifade edilirse, (2.1) eşitliğine göre D bu birimden bağımsız olup 2 1uzunluk zaman boyutunda olur. Eşitlik (2.1) deki eksi işareti difüzyonun, derişimin artan yönüne zıt yönde gerçekleşmesinin sonucudur. Şunu belirtmek gerekir ki eşitlik (2.1) de belirtilen matematiksel ifade, sadece yapısı ve difüzyon özellikleri belli bir nokta civarında tüm yönler boyunca aynı olan eş yönlü ortamlar için geçerlidir. Bu simetriden dolayı herhangi bir noktadaki iletilen madde akışı sabit derişim yüzeyinden noktaya çizilen doğruluya dik olarak yönelmiştir [3]. 9 Eşitlik (2.1), ayrıntıları bu çalışmanın kapsamı dışında olan basit geometrik işlemler kullanılarak farklı bir ifadeye dönüştürülebilir. Bu ifade difüzyonun diferansiyel denklemi olarak adlandırılır ve eğer difüzyon tek yönde (x ekseni) gerçekleşiyorsa şu şekilde ifade edilir, 2 2 C CDt x    (2.2) Eşitlik (2.1) ve (2.2) sırasıyla Fick’in birinci ve ikinci yasası olarak adlandırılır. D difüzyon katsayısının, madde içinde farklı noktalarda farklı özellikler göstermesi durumunda üç boyutta bu eşitlik  C div DgradCt   (2.3) şeklinde ifade edilmelidir. D difüzyon katsayısı sabit olduğu durumda ise (2.2) eşitliğine özdeş olarak, 2C D Ct    (2.4) eşitliğine ulaşılır. Bu son elde edilen özellikle bizim deney koşullarımıza uygun olan silindirik simetriye uygun denklemi kurmada kolaylık sağlar. Tek yapılması gereken laplasyen işlemcisini silindirik koordinatlarda yazmaktır. Yani, C 1 C D C CrD rDt r r r r z z                                   (2.5) ifadesi elde edilir [3]. Difüzyonun matematiğinin bundan sonraki kısmı çalışılan sistemin geometrisine ve sınır ve başlangıç koşullarına göre bu diferansiyel denklemin çözümüdür. Bizim deneysel çalışmamızda difüzyon bir boyutta gerçekleşmektedir (z ekseni) ve uygun sınır koşulları aşağıdaki gibidir; 10 t 0  0 z a  , C 0 (2.5.a) t 0  z a , 0C C (2.5.b) Bu koşullar başlangıç anında, a, içine madde girişinin yapıldığı silindirin yüksekliği olmak üzere, 0 z a  aralığında maddenin olmadığı ve hem başlangıç anında hem de tüm süreç boyunca z a konumunun sabit 0C derişiminde tutulduğunu göstermektedir. Şekil 2.1 de bu durum gösterilmiştir. ġekil 2.1: t 0 ve t 0 zamanlarında difüzyonun gerçekleştiği sistemin durumu. Bu koşullar altında küçük zaman aralığında a yükseklikli silindirin içine iletilen madde miktarı için 1/ 2 3/ 2 t 1/ 2 2 2 1/ 2 2 M 4 Dt Dt 1 Dt ...a a 3 a               (2.6) eşitliği yazılabilir [3]. Burada tM , t anında, M , denge anında sisteme iletilen madde miktarlarıdır. Tüm bu koşullar altında silindir sistem içersine iletilen madde miktarı için küçük zamanlarda kullanılacak olan eşitlik (2.6) bizim, deneysel olayı açıklamak için kabul ettiğimiz difüzyon mekanizmasının temelidir. Farklı sıcaklıklarda elde edilen difüzyon katsayıları ve eşitlik 2.7 de verilen Arrhenius denklemi kullanılarak difüzyonun aktivasyon enerjisi hesaplanabilir [4]. 11 aE /RT0D D e (2.7) 2.2. Floresans Teknik Lüminesans elektronik olarak uyarılmış maddelerden mor ötesi (UV), görünür bölge ve kızıl ötesi (IR) ışık yayınımı olayıdır [5]. Maddenin uyarılma şekline göre lüminesansın farklı çeşitleri bulunmaktadır. Örneğin ışıkla uyarma (photoluminescence), iyonize edici radyasyonla uyarma (radioluminescence), elektrik alanla uyarma (electroluminescence), ısıtarak uyarma (thermoluminescence), vb. lüminesans şekilleri bulunmaktadır. Işıkla uyarma gerçekleştikten sonra, maddenin ışık yayınlaması ayrıntıları ilerde incelenecek olan üç farklı yayınım şekline neden olabilir. Bunlardan ilki bu deneysel çalışmanın da temeli olan floresans, ikincisi gecikmiş floresans, üçüncüsü ise fosforesanstır [5]. Floresansın, malzemelerin veya canlı sistemlerin yapısal ve dinamik özelliklerini incelemede başarılı bir yöntem olarak kullanılması, florometrik tekniklerin yüksek duyarlılığı, yayınım yapan molekülün floresans özelliklerinin yakın çevresine bağımlılığı ve bunun zamansal ve konumsal bilgi sağlayabilirliğinin bir sonucudur. Bu nedenle floresans özellik gösteren malzemeler (florofor), fotokimyasal, biyokimyasal ve biyolojik sistemlerin incelenmesinde sıkça ajan (probe) olarak kullanılmaktadır. Yapısal olarak kendiliğinden floresans özellik gösteren floroforlar olduğu gibi, malzemelere dıştan kovalent bağlarla bağlanan veya sadece eşlik eden ajanlarla florofor özellikler de kazandırılabilir [5]. Bu incelenen sistemin ve incelenmek istenen özelliğin yapısına göre araştırmacılar tarafından belirlenmektedir. Floresansın keşfi 1565 yılında “lingum nephriticum” malzemesini inceleyen Bolonyalı fizikçi N. Mondares tarafından yapılmıştır. Aradan geçen uzun zamandan sonra 1842-1853 yılları arasında Becquerel ve Stokes gerçekleşen olayın fiziğini anlamak konusunda önemli atılımlar gerçekleştirmiştir. Yayınladığı bir makalesinde Stokes, malzeme tarafından yayınlanan ışığın soğurulan ışıktan daha yüksek dalgaboyuna sahip olduğu gözlemini ortaya koymuştur. Bu belirleme daha sonra Stokes yasası olarak adlandırıldı [5]. Günümüzde, 1935 yılında Jablonski tarafından bulunan şema yardımıyla, öncesinde ve sonrasında yapılan ayrıntılı çalışmalar 12 sayesinde, bu olayın kuantum mekaniksel temeller doğrultusunda tam olarak anlaşılması sağlanmıştır. Doğada ışık ile maddenin etkileştiği iki süreç vardır. Bunlardan biri ışığın madde tarafından soğurulması diğeri de saçılmasıdır. Şekil 2.2 de bu durum şematik olarak gösterilmiştir. ġekil 2.2: Işık ile maddenin etkileşim yolları. Elektronik geçiş bir elektronun, ışık soğurarak taban durumdaki bir molekülün bir orbitalinden boş bir orbitale yükseltilmesi olayıdır. Bu durumdaki moleküle uyarılmış durumda denir. Bir  orbitali, iki atomik s orbitalinden, bir s bir p atomik orbitalinden ya da aynı doğrultu üzerinde olan iki p orbitalinden oluşabilir. Bu şekilde oluşturulan bağ  bağı olarak adlandırılır. Bir  orbitali ise yanal olarak üst üste binmiş iki p orbitalinden oluşmuştur ve oluşan bağ da  bağıdır. Uygun enerjideki bir foton soğurumu örneğin  elektronlarından birini  olarak isimlendirilen bir anti-bağ orbitaline yükseltebilir. Bu geçiş  olarak isimlendirilir. Bir molekül aynı zamanda oksijen ve azot gibi atomlarında konumlanan ve bağ yapmamış elektronlara da sahip olabilir. Buna karşılık gelen orbitaller n orbitalleri olarak adlandırılır. Bağ yapmamış bir elektronun bir anti-bağ orbitaline yükseltilmesi 13 mümkündür ve bu duruma karşılık gelen süreç n  olarak gösterilir. Elektronik geçiş enerjileri genellikle aşağıdaki sıradadır. n n           (2.8) Soğurma ve floresans spektroskopisinde iki tip önemli orbital göz önüne alınır: dolu moleküler orbitallerin en yükseği (HOMO) ve boş moleküler orbitallerin en düşüğü (LUMO). Taban durumdaki bir molekülün bir orbitalinde bulunan farklı spin yönelimlerine sahip iki elektrondan biri, yüksek enerjili orbitallerden birine yükseltildiğinde ilke olarak spin yöneliminde bir değişiklik olmaz ve bu sayede toplam spin kuantum sayısı sıfıra eşit kalır. Uyarılmış ve taban durumların ikisinin de çeşitliliği 1 olduğu için bunlar tekli (singlet) durumlar olarak adlandırılır ve 0S , 1S , 2S ,... simgeleriyle gösterilir. Bu duruma karşılık gelen geçiş tekli-tekli geçişi olarak adlandırılır. Tekli durumdaki bir molekül yükseltilmiş elektronun spin yönelimini değiştirdiği bir dönüşüme maruz kalabilir. Bu durumda paralel spinli iki elektron olduğundan toplam spin kuantum sayısı 1 ve çeşitlilik 3 tür. Böyle bir durum üçlü (triplet) durum olarak adlandırılır çünkü aynı enerjiye 3 farklı durum karşılık gelmektedir. Hund kuralına göre aynı biçime sahip üçlü durum tekli duruma göre daha düşük enerjiye sahiptir [5]. Deneysel olarak herhangi bir  dalgaboyunda herhangi bir ortamın ışık soğurum verimliliği soğuruculuk  A  veya geçirgenlik  T  olarak tespit edilmektedir. Bunlar    0IA log logTI        (2.9) eşitliğiyle tanımlanırlar. Burada 0I ve I sırasıyla ortama giren ve çıkan ışık şiddetlerini gösterir. Çoğu durumda herhangi bir örneğin soğuruculuğu aşağıdaki gibi verilen Beer- Lambert yasasına uyar. 14    0IA log cI        l (2.10) Burada    molar soğurma katsayısı ( 1 1Lmol cm  ), c derişim (L) ve l ise soğurumun gerçekleştiği mesafedir (soğurucu ortamın kalınlığı, cm). Molar soğurma katsayısı çözelti içindeki bir molekülün ışık soğurabilme özelliğinin bir göstergesidir. Bazı sistemler ve soğurucu ortamlar, soğuruculuğun derişime doğrusal olarak bağımlı olduğu Beer-Lambert yasasından sapmalar gösterebilir. Bunun temel iki nedeni, yüksek derişimlerde kümeleşmelerin oluşması ve ortamda diğer soğurucu malzemelerin varlığı olabilir [5]. Soğurum geçişleri için iki temel seçim ilkesi bulunmaktadır. Spin Yasaklı Geçişler: Farklı çeşitliliğe sahip durumlar arası geçişler yasaklıdır yani, tekli-tekli ve üçlü-üçlü geçişler izinli fakat tekli-üçlü ve üçtü-tekli geçişler yasaklıdır. Ama her zaman spin-yörünge etkileşmesi nedeniyle farklı çeşitliliğe sahip durumların dalga fonksiyonları arasında zayıf bir etkileşme bulunur. Sonuç olarak tekli (yada üçlü) durum dalga fonksiyonu az bir oranda üçlü (tekli) durum dalga fonksiyonu içerir. Bu üçlü durumdan tekli duruma ya da tersine geçişlerin küçük fakat ihmal edilemez bir yoğunluğunun oluşmasına neden olur. Simetri Yasaklı Geçişler: Bir geçiş simetri ilkesine aykırılığı nedeniyle yasaklı olabilir. Ama şunu da önemle belirtmek gerekir ki moleküler titreşimlerin varlığı mükemmel simetriden sapmalar oluşturarak simetri yasaklı geçişlerin gözlenmesine neden olabilir. Bu geçişlerin molar soğurum katsayıları çok küçüktür ve buna karşılık gelen soğurum bantları iyi tanımlanmış titreşim seviyelerini oluşturur [5]. Born-Oppenheimer yaklaşımına göre elektronların hareketleri çekirdek hareketlerine göre (moleküler titreşim) çok daha çabuk gerçekleşmektedir. Elektronun, uyarım yoluyla bir moleküler anti-bağ orbitaline yükseltilmesi 1510 s gibi çekirdeklerin titreşimsel hareketlerine oranla ( 10 1210 10  s) çok kısa bir zamanda gerçekleşir. Bu gözlem Frank-Condon ilkesinin temelidir: bir elektronik geçiş, kuvvetle muhtemel çekirdeğin moleküler oluşum içindeki konumunu ve çevresini değiştirmeden gerçekleşir. Potansiyel enerji eğrilerinin çekirdeklerin yapılanmalarına bağlı olarak Morse fonksiyonu olarak çizildiği şekil 2.3 deki enerji çizgesinde de gösterildiği gibi 15 sonuçta oluşan durum Frank-Condon durumu ve geçiş de dikey geçiş olarak adlandırılır. Oda sıcaklığında (Boltzmann ilkesine göre), moleküllerin çoğu taban durumun en alt titreşim seviyesinde bulunur. 0-0 geçişi olarak adlandırılan saf elektronik geçişlere ek olarak yoğunlukları potansiyel enerji eğrilerinin göreli konumlarına ve şekillerine bağlı olarak belirlenen birçok titreşimsel geçiş vardır (şekil 2.3). ġekil 2.3: Çekirdek konumlarına göre elektronik geçişler. Belirli bir ortama yerleştirilmiş bir kromoforun soğurma spektrumundaki bantların genişliği iki etkinin sonucudur: türdeş ve türdeş olmayan genişleme. Türdeş genişleme her elektronik durumdaki bir dizi sürekli titreşim seviyesinin varlığının sonucudur. Türdeş olmayan genişleme ise kromoforu saran çözücü kabuğunun yapısından kaynaklanan salınımlardır. Bu çeşit genişleme floresans yayınım spektrumunda da genişlemeye neden olur. Jablonski çizelgesi mümkün, foton soğurma, iç dönüşüm (İD), floresans, sistemler arası geçiş (SAG), fosforesans, gecikmiş floresans ve üçlü-üçlü geçişleri gibi süreçleri basit bir şekilde göstermek için oldukça kullanışlıdır (şekil 2.4). 16 ġekil 2.4: Jablonski çizelgesi. Tekli elektronik durumlar 0S , 1S , 2S ,... ve üçlü elektronik durumlar da 0T , 1T , 2T ,... simgeleriyle ifade edilir. Her elektronik duruma eşlik eden bir dizi titreşim seviyesi bulunmaktadır. Soğuruma karşılık gelen dikey çizgiler 0S seviyesinin en düşük (0) titreşim seviyesinden başlamaktadır çünkü oda sıcaklığında moleküllerin çoğu bu seviyededir. Bir foton soğurumu molekülü 1S , 2S seviyelerinin herhangi bir titreşim seviyesine çıkarabilir [5]. İç dönüşüm aynı spin çeşitliliğine sahip iki elektronik durum arasında gerçekleşen ışımasız geçiştir. Çözeltide bu süreci, son elektronik durumun en düşük titreşimsel seviyesine doğru gerçekleşen titreşimsel durulma takip eder. Fazlalık titreşim enerjisi, uyarılmış durumdaki molekülün çevresindeki çözücü molekülleriyle yaptığı çarpışmalar sonucu çözeltiye aktarılır. Bir molekül birinci uyarılmış durumun yüksek titreşim seviyelerinden birine uyarıldığı zaman, titreşimsel durulma (eğer tekli durum birinciden daha yüksekse, iç dönüşüm), uyarılmış molekülü 13 1110 10 s  gibi bir zamanda 1S seviyesinin 0 titreşim seviyesine döndürür. 1S seviyesinden, 0S seviyesine gerçekleşen iç dönüşüm de mümkündür fakat 2S den 1S seviyesine gerçekleşene göre enerji farkının büyüklüğü dolayısıyla daha düşük olasılıktadır. 17 1 0S S geçişinden kaynaklanan foton yayınımı olayı floresans olarak adlandırılır. Şu nokta önemle belirtilmelidir ki birkaç istisna dışında floresans yayınımı 1S den kaynaklandığı için tipik özellikleri uyarım dalgaboyundan bağımsızdır. 0-0 geçişi genellikle soğurum ve floresans için aynıdır. Ama floresans spektrumu soğurum spektrumuna göre uyarılmış durumda gerçekleşen titreşimsel enerji kaybı nedeniyle daha yüksek dalgaboyuna kaymıştır. Stokes yasasına göre floresans yayınım dalgaboyu her zaman soğurumdan daha yüksek değerde olmalıdır. Bununla birlikte çoğu durumda, soğurum spektrumu floresans spektrumuyla kısmen üst üste gelmektedir, yani yayınlanan ışığın bir kısmı soğurulan ışıktan daha küçük dalgaboylarına kaymıştır. Bu durum enerji korunumu yasasına aykırı gibi gözükebilir. Ama bu enerji açığı ilk kez Einstein tarafından gösterildiği gibi oda sıcaklığında bir miktar molekülün taban ve uyarılmış durumdaki 0 titreşim seviyesinin daha üstünde bulunabilmesi gerçeğiyle kapatılabilmektedir. Stokes yasasından gerçekleşen bu sapmalar düşük sıcaklıklarda kaybolabilir. Şu nokta belirtilmelidir ki bir fotonun yayınlanması soğurulması kadar hızlı gerçekleşebilir ( 1510 s ). Ama uyarılmış moleküller bir foton yayınlamadan ya da diğer ışımasız durulma süreçlerinden birine maruz kalmadan önce zamanlarının bir bölümünü (ortama ve moleküle bağlı olarak 11 1010 10 s   ) 1S durumunda geçirebilir. Böylece çok küçük bir ışık atmasıyla belli sayıda molekülün uyarımından sonra, floresans şiddeti, 1S uyarılmış durumundaki moleküllerin ortalama ömrünü gösteren bir zaman ölçeğinde üstel olarak azalır. Sistemler arası geçiş farklı çeşitliliğe sahip iki elektronik seviyenin eşdeğer enerjili titreşim seviyeleri arasında gerçekleşen ışımasız geçiştir. Bu işlem 1S seviyesinden gerçekleşen diğer durulma işlemleriyle (floresans ve 1 0S S iç dönüşümü) boy ölçüşebilecek hızlarda ( 7 910 10 s  ) gerçekleşebilir. Farklı çeşitliliklere sahip durumlar arası geçişler ilke olarak yasaktır fakat spin- yörünge etkileşmesi bu durumu mümkün kalacak büyüklükte olabilir. Oda sıcaklığındaki bir çözeltide, 1T seviyesinden gerçekleşen ışımasız durulmalar fosforesans olarak adlandırılan ışımalı geçişe göre çok daha baskındır. Aslında 18 1 0T S geçişi yasaklıdır ve bu nedenle ışımalı geçiş hız sabiti oldukça düşüktür. Böyle yavaş bir işlem süresince çözücü molekülleriyle birçok sayıda gerçekleşen çarpışmalar sistemler arası geçiş ve titreşimsel durulmayı tercih nedeni haline getirir. Bunun tersine, düşük sıcaklıklarda ya da katı ortamlarda fosforesans gözlemlenebilir. Bu koşullar altında üçlü durum ömrü saniye, dakika ve hatta daha fazla ölçekle olup fosforesansın gözlenebilmesini sağlar. Fosforesans spektrumu, 1T seviyesinin en düşük titreşim seviyesi 1S in en düşük seviyesine göre daha aşağıda kaldığı için floresans spektrumuna göre daha yüksek dalgaboylarına gözlenir [5]. Tablo 2.1 de farklı süreçlerin gerçekleşmesi için gerekli süreler verilmiştir. Tablo 2.1: Çeşitli elektronik geçişler ve süreleri. Süreç Zaman (s) Soğurum 1510 Titreşimsel durulma 12 1010 10  1S durumunun ömrü (floresans) 10 710 10  Sistemler arası geçiş 10 810 10  İç dönüşüm 11 910 10  1T durumunun ömrü (fosforesans) 610 1  Genellikle floresans teknikle araştırma yapan bir deneyci hem uyarım hem de yayınım spektrumunu kaydetmek ister. Yayınım spektrumu, sabit tek bir uyarım dalgaboyunda ölçülen, yayınımın dalgaboyuna göre dağılımıdır. Tersine bir uyarım spektrumu, sabit tek bir dalgaboyunda yayınımın, uyarım dalgaboyuna bağlı olarak şiddetini göstermektedir. İdeal bir spektrometre için, direkt olarak kaydedilmiş bir yayınım spektrumu, genişliği aletin çeşitli özelliklerine bağlı olarak belirlenmiş bir dalgaboyu aralığında, her bir dalgaboyunda yayınlanan foton akısını gösterir. Benzer olarak uyarım spektrumu, her farklı uyarım dalgaboyunda elde edilen göreli kuantum verimlerini temsil etmektedir. Çoğu florofor için kuantum verimleri ve yayınım spektrumları uyarım dalgaboyundan bağımsızdır. Bu yüzden bir floroforun uyarım spektrumu 19 genellikle soğurum spektrumuyla çakışık görünümdedir. Ama ideal koşullar altında dahi bu tip bir benzerlik, tek tip floroforun varlığını ve örneğin malzemenin ışığa, yüksek optik yoğunluğu nedeniyle doğrusal olmayan tepkisi gibi diğer karmaşık etkenlerin bulunmamasını zorunlu kılmaktadır [6]. 2.3 ġiĢme Mekanizması Jeller, genelde yapılarında, az miktarda ağ yapıyı oluşturan polimerlerden ve büyük miktarlarda çözücüden oluşmaktadırlar. Bu nedenle polimerik jellerin dinamiği tartışılacağı zaman bu, polimer çözeltisinin dinamiği ile uğraşılması anlamına gelmektedir. Jellerin göze çarpan en büyük özellikleri onların şişmeleridir. Kendilerini çevreleyen dış şartlara bağlı olarak bir jel, termodinamik dengeye ulaşıncaya kadar çözücü soğurarak şişer veya çözücüyü iterek büzülür. Bu termodinamik denge, şişme dengesi olarak adlandırılır. Şişme dengesi jel ile çözücü arasındaki etkileşme ile tanımlanır ve sıcaklık, çözücü bileşimi gibi dış şartlara bağlıdır. Polimerik ağ ve çözücüye bağlı olarak jeller hacim faz geçişi yapabilirler. Küçük moleküler maddeler gibi polimerler de bütün çözücülerde şişmezler. Polimerler termodinamik olarak iyi çözücüde çabuk şişerken, kötü çözücü olarak adlandırılan ve termodinamik olarak zayıf çözücülerde şişmezler veya çok yavaş şişerler. Çözücünün polimer şişme işlemine etkisine onun termodinamik ve kinetik özelliklerine bakılarak karar verilir. Kimyasal bileşimleri benzer olan maddeler birbiri içinde iyi şişerler, kimyasal bileşimleri farklı iseler şişme olmaz. Li ve Tanaka şişen ya da büzülen disk şeklindeki bir jelin veya polimer ağının kinetiğini aşağıdaki ifade ile önermiştir. nt /t n n 1 W 1 B eW       (2.11) Bu eşitlikte tW ve W herhangi bir t anında ve denge durumunda şişme miktarlarını temsil etmektedir. tW , t 0 ve t anındaki jelin hacim farkı olarak düşünülebilir. Jel tamamen şiştikten sonra, ağ içindeki herhangi bir noktanın yer değiştirme vektörünün 20 her bir bileşeni denge durumunda n ile üstel olarak azalır. Şişme zaman sabiti, n zamandan bağımsızdır. nB , makaslama modülü ile boyuna osmotik modülünün birbirine oranı olarak tanımlanan (R /M  ) R’nin bir fonksiyonu olarak eşitlik (2.12) da verilmiştir.     n 2n 2 3 4RB 4R 1 3 4R      (2.12) n ise R’nin bir fonksiyonu olarak verilmektedir.     n 0 n 1 n J1R 14 J       (2.13) 0J ve 1J Bessel fonksiyonlarıdır. Şişme zaman sabiti, n disk şeklindeki jelin yüzeyindeki bütünsel difüzyon katsayısı, cD ile ters orantılıdır. 2 n 2 c n 3a D   (2.14) Burada a şişme dengesine ulaşmış jelin kalınlığının yarısı olup deneysel olarak saptanan bir büyüklüktür. Şişme ve büzülme kinetiğini tanımlayan Li-Tanaka denklemindeki seri yakınsak bir seri olup şişme işleminin son aşamasına denk gelen büyük t zamanlarında serinin ilk terimi baskın olmaktadır. Eğer n 1 ise, n artacak ve n hızlı bir şekilde azalacaktır. Bu nedenle, çok büyük t değerlerinde veya n ’nin ilk terimi diğer n terimlerinden çok büyük ise, seri içerisindeki n 2 olan tüm terimler ihmal edilebilir. Böylece şişme ve büzülme kinetiği birinci dereceden kinetik olarak ifade edilir. Bu durumda Li-Tanaka denklemi tekrar yazılırsa elde edilen ifade eşitlik (2.15) ile verilmektedir. 21 1t /t 1 W 1 B eW      (2.15) Bu eşitlik bize 1B ve şişme zaman sabiti 1 ’nin bulunmasının sağlarken aynı zamanda jellerde şişme ve büzülme kinetiğinin birinci dereceden bir kinetik ile tasvir edileceğini göstermektedir. Şişme olayında sistemi karakterize eden şişme zaman sabiti, 1 ve bütünsel difüzyon katsayısı, cD ’yi hesaplamak için jellerde şişme ve büzülme kinetiğini tasvir eden ve eşitlik (2.15) ile verilen Li-Tanaka denklemi kullanılmaktadır. Li-Tanaka denkleminin logaritmik formu eşitlik (2.16) ile gösterilmektedir [7]. t 1 1 W tln 1 lnBW        (2.16) 22 3. DENEYSEL ÇALIġMA 3.1 Karagenan Karagenan terimi, kuzey İrlanda’da küçük bir sahil kasabası olan Carragheen’den gelmektedir. Yıllar önce bu kasabada ev hanımları jöle ve puding yapmak için deniz yosunlarını kaynatırlardı. Deniz yosunlarının sistematik olarak ilk kullanımı bu şekilde başlamıştır. Karagenan, ilk adıyla karagenin, 1862 yılında İngiliz eczacı Stanford tarafından keşfedildi. Stanford karagenanı “Chondrus Crispus” yosunundan elde etmişti. İsim sonraları polisakkaritlerle uyumlu olması için “-an” eki eklenerek karagenan olarak değiştirildi. Modern karagenan endüstrisi, karagenanın sütlü çikolatadaki kakao çözeltisi için ideal bir dengeleyici olduğunun bulunmasıyla, 1940’lı yıllardan itibaren gelişmeye başladı. Karagenan, ticari önemi olan, hidrofilik ve koloidal yapıya sahip bir malzemedir. Bir çok kırmızı deniz yosununda (Rhodophyta), yapısal malzeme olarak, selülozun kara bitkilerinde yaptığına benzer bir görev yapmaktadır [8]. Kimyasal yapılarına ve özelliklerine ve dolayısıyla kullanım alanlarındaki farklılıklarına bağlı olarak, farklı tip karagenanlar vardır. Ticari öneme sahip karagenanlar, iota, kappa ve lambda olarak adlandırılır. Kullanım alanları, katı çözeltiler ya da jeller oluşturabilme özelliklerine bağlı olarak belirlenir [9]. 3.1.1 Kimyasal Yapı ve Özellikler Karagenan, polisakkarit ailesinin karmaşık bir üyesidir. Doğrusal bir polimerdir ve yaklaşık 25.000 galaktoz türevinin uç uça, açık olmayan fakat son derece düzenli bir şekilde dizilmesiyle oluşmuştur [10]. Üç temel çeşit karagenan vardır, kappa, lambda ve iota ve hepsi farklı jel özelliklerine sahiptir. Karagenanlarda tekrar eden temel 23 yapı galaktozdur (Şekil 3.1.a). Karagenanların birbirinden farklılık göstermesinin nedeni, içerdikleri 3,6 anhidro-D-galaktoz (şekil 3.1.b) miktarı ve ester sülfat gruplarının sayı ve konumudur. Buna göre farklı tip karagenanların kimyasal yapı ve formülleri şöyle gösterilebilir. ġekil 3.1: (a) D-galaktoz (b) 3,6 anhidro-D-galaktoz. Kappa karagenan (Şekil 3.2): -(1 3)- -D-galaktoz-4-sülfat-(1 4)-3,6 anhidro- -D-galaktoz-(1 3)- ġekil 3.2: Kappa karagenan. Iota karagenan (Şekil 3.3): -(1 3)- -D-galaktoz-4-sülfat-(1 4)-3,6 anhidro- -D-galaktoz-2-sülfat(1 3)- ġekil 3.3: Iota karagenan. 24 Lambda karagenan (Şekil 3.4): -(1 3)- -D-galaktoz-2-sülfat-(1 4)- -D-galaktoz-2,6-disülfat(1 3)- ġekil 3.4: Lambda karagenan. Karagenanların kimyasal aktifliği temel olarak içerdikleri ester sülfat gruplarının güçlü iyonik yapıya sahip olmasından kaynaklanır. Karagenan genellikle sodyum, kalsiyum, potasyum ya da bunların karışımının tuzu şeklinde kullanılır. Karagenanların çok çeşitli uygulamalardaki işlevselliği, onların temelde reolojik özelliklerinden ileri gelmektedir. Karagenan, suda çözünebilen ve doğrusal bir polimer olması nedeniyle son derece ağdalı sulu çözeltiler oluşturur. Bu, temelde onların dallanmamış doğrusal dev moleküler yapılarına ve polielektrolitik doğalarına bağlıdır. Polimer zinciri etrafında çok sayıda eksi yüklü ester sülfat gruplarının birbirlerini karşılıklı olarak itmeleri, molekülün yüksek oranda gergin kalmasına neden olmakta, bu esnada hidrofilik doğaları gereği etraflarında hareketsiz su moleküllerinden bir kılıf oluşturmaktadır. Bu iki etki akışa karşı bir direnç oluşturulmasına katkı sağlamaktadır [8]. Karagenanların proteinlere karşı aktifliği de birçok uygulamada kullanılan önemli özelliklerinden biridir. Karagenan molekülleri eksi yük taşırlar ki bu onların potasyum tuzlarında bulunan potasyum gibi pozitif yüklü parçacıklarla birleşmesine neden olur. Aynı zamanda pozitif yüklü proteinlerle de etkileşebilirler. Karagenan sütteki protein ile (kazein) üç boyutlu bir jel ağı oluşturmak suretiyle birleşebilir [9]. Vizkozite derişime, sıcaklığa, diğer çözücülerin varlığına ve karagenan çeşidine ve molekül ağırlığına bağlıdır. Viskozite derişimle yaklaşık üstel olarak artış gösterir. Bu davranış yüklü gruplar içeren doğrusal polimerlerde beklenilen bir durumdur ve derişimle birlikte polimer zincirleri arasındaki etkileşim artışının sonucudur. Tuzlar, sülfat grupları arasındaki elektrostatik itmeyi düşürmeleri nedeniyle, karagenan 25 çözeltilerinin viskozitesini azaltır. Bu özellik de iyonik dev moleküler için beklenen bir davranıştır. Ama düşük sıcaklık ve yeterli tuz derişiminde, karagenan çözeltileri görünür viskozitelerinde bir artışla jelleşebilirler. Bu durum özellikle güçlü jelleşme tetikleyici katkı maddeleri K ve Ca için doğrudur. Yüksek sıcaklıklarda ise, Ca iyonu, K ve Na iyonlarına göre viskoziteyi daha fazla düşürür. Viskozite sıcaklıkla yine üstel bir azalış gösterir. Bu süreç, ısıtma işlemi optimum kararlılık pH si olan 9 da ya da civarında yapıldığında ve ısısal parçalanmanın gerçekleştiği noktaya kadar sürdürülmediğinde, tersinir özellik gösterir. Hem jelleşen hem de jelleşmeyen karagenanlar jelleşme noktası üstündeki sıcaklıklarda bu şekilde davranır. Soğutmada ise, jelleşen karagenanların, jelleşme noktasına ulaşıldığı zaman, tetikleyici katkıların ortamda bulunması halinde görünür viskozitesi aniden artış gösterir [8]. Karagenanlar hidrofilik özellik gösterir yani suda çözünüp organik çözücülerde çözünmezler. Çözünürlükleri, içerdikleri daha hidrofilik özellik gösteren sülfat grupları ve daha az hidrofilik özellik gösteren 3,6 anhidro-galaktoz miktarına bağlı olarak değişir. Bu nedenle kappa karagenan iota karagenana, o da lamda karagenana göre daha düşük çözünürlüğe sahiptir. Yüksek 3,6 anhidro-galaktoz içerikleri nedeniyle kappa ve iota karagenanın suda tamamen çözülmeleri için ısıtılmaları gerekmektedir. Kappa karagenanın suda tam olarak çözünmesi için 75, iota karagenanın da 40 Co nin üstünde sıcaklıklara ihtiyaç vardır. Lamda karagenan yapısında 3,6 anhidro-galaktoz bulundurmaması ve yüksek miktarda ester sülfat bulundurması nedeniyle oda sıcaklığında suda çözünür [11]. 3.1.2 Karagenan Jeller Karagenanların uygulamadaki yararları temelde, tuz ve sıcaklık değişkenlerine bağlı olarak sulu ortamlarda tersinir jeller oluşturmalarıdır. Belki de karagenanların en önemli özellikleri, yüksek çeşitliliğe sahip olmalarıdır. Kaynak deniz yosununa ve üretim yöntemlerine bağlı olarak, jelleşen ve jelleşmeyen karagenanlar ve jelleşen karagenanlar içinde de farklı jel özellikleri gösterenler vardır [12]. Tablo 3.1 de farklı karagenanların jelleşme özellikleri ve jel yapıları verilmiştir [9]. 26 Tablo 3.1: Farklı karagenan tipleri ve jel özellikleri. Karagenan Jel Özellikleri Iota Kalsiyum tuzlarıyla oluşturulan esnek jeller. Berrak jeller ve sıvı sızması yok. Jeller donma-erime işlemlerine karşı kararlılık gösterir. Kappa Potasyum tuzlarıyla oluşturulan sert, katı jeller. Kalsiyum tuzlarıyla oluşturulan kırılgan jeller. Hafif ışık geçirmez (opaque) jeller, şeker eklenmesiyle berraklaşır. Biraz pıhtılaşma (syneresis) gösterir. Lambda Jel oluşturmaz, ağdalı sıvılar oluşturur. Sayısız deneysel çalışmanın ardından, jelleşme özellikleri için karagenan içeren çok sayıda sistemin makroskopik özellikleri hakkında genel bir bilgi yığını oluşturulmuştur. Fakat hala bu özelliklerin moleküler temelleri tam olarak anlaşılabilmiş değildir. Hatta verilen bir özellik ile eşleştirilen kimyasal yapıların kesinliği bile hala tam olarak netleşmemiştir. Buna bağlı olarak son zamanlarda yapılan çalışmaların çoğu, bir yandan yapı ile işlevsellik arasındaki bağı kurmaya diğer yandan da moleküler çevrenin karagenanın jellerine etkilerinin anlaşılmasına doğru yönelmiştir [12]. Birçok spektroskopik teknik göstermiştir ki jel-sol ve sol-jel geçişleri birbirine paralel, sıcaklığa ve katkı maddelerine bağlı düzen-düzensizlik dönüşümleridir [13- 15]. Şu yaygın olarak kabul edilmiştir ki, karagenanın jelleşmesi ikili-helis yapılarının oluşması temeline dayanır. İkili-helis yapısal modeli, ilk olarak karagenanların X ışını kırınım resimlerinden ve örneğin karagenan parçalarının hesaplanan optik dönmelerinin, ışık saçılımı deneyleriyle hesaplanan sonuçlarla karşılaştırılması sonucu ortaya çıkmıştır. Şekil 3.5 de görüldüğü gibi sol durumunda karagenan rastgele sarmallar (coil) halinde bulunur ve düşük sıcaklık karagenan zincirlerinin anhidro-galaktoz yapıları etrafında kıvrılarak ikili-helis yapıyı oluşturmalarını sağlar. Sıcaklık daha da düşürüldüğünde ikili-helisler arasında kümeleşmeler görülmeye başlanır. Sonuç olarak ikili-helis kümeleri çapraz bağlanma noktaları oluşturur ve jelleşmeyi tamamlayacak sonlu ağ yapısını yaratır. 27 Karagenanın tekrarlayan birimleri sülfat gruplarında elektrik yüküne sahip olduklarından, katkı iyonlarının jelleşme sürecinde belirli rolleri olduğu görülür [16]. ġekil 3.5: Karagenanlarda rastgele sarmal, helis ve ikili helis oluşumu. Jelleşme ancak ikili-helislerin kümeleşmesi sürecini sağlayacak koşular altında gerçekleşir. Kappa karagenan, iota karagenana göre daha az negatif yük taşıdığından, daha büyük ölçüde ikili-helis kümeleşmeleri gösterir ve bu nedenle daha sağlam ve daha az ışık geçirgenliğine sahip jeller oluşturur. En fazla sülfat yapısına sahip olan lambda karagenandır. Düzenli helis yapılar bu tip karagenanda görünmez ve bu nedenle jelleşme gerçekleştiremez. Lambda karagenanın helis yapılar oluşturmamasının nedeni yapısında anhidro grubu bulundurmaması ve yüksek oranda sülfat bulundurmasıdır [17]. Karagenan jelleşmesinin en dikkat çekici özelliği, yaklaşık tüm tipik davranışların iyonik ortama duyarlılığıdır. Dahası sadece varolan iyonların miktarı ya da yükleri değil aynı zamanda türleri de önemlidir. Çok bilinen bir örnek potasyum iyonunun kappa karagenanın özellikleri üzerindeki etkisidir. Genellikle tuz eklenmesi jelleşmeyi güçlendirir ve düzenli yapının kararlılığını arttırır fakat bu iki durumun da ters örnekleri bulunmaktadır. Aynı zamanda önemli ve iyi bilinen bir şey de kappa ve iota karagenan arasındaki tuz duyarlılığı farkıdır [12]. Iota karagenanın yapısal geçişlerinin tuz bağımlılığı da bir çok çalışmada incelenmiştir ve bu tip karagenan için katkı maddesine özgü etkiler araştırılmıştır. Katkı maddelerine özgü etkilerin başında, 2Ca gibi iki yüklü iyonların helisleri kararlı bir yapıya getirme özellikleri gelmektedir [12]. 28 Iota karagenan jelinin sıcaklığa ve karagenan miktarına bağlı olarak yapısal özelliklerini, ışık geçirgenliği yöntemiyle açıklamaya yönelik yapılan bir çalışmada [18] şu sonuçlara varılmıştır. Jel durumunda ısıtılmaya başlayan iota karagenan önce belirli bir sıcaklıkta dimer-helis geçişi ardından da helis-rastgele sarmal geçişi gerçekleştirmektedir. Sol durumuna gelmiş bu malzeme soğutulmaya başlayınca önce rastgele sarmal-helis, ardından helis-dimer ve birde ısıtma sürecinden farklı olarak dimerlerin kendi aralarında yeniden bir düzene girdiği dimer-dimer geçişleri gözlenmiştir (şekil 3.6). Bu çalışmada elde edilen sonuçlar başka yöntemlerle yapılan benzer çalışmalarla uygum içersindedir ve alan (domain) modeli yaklaşımını destekler. ġekil 3.6: Iota karagenanda sıcaklığa bağlı yapı değişiklikleri. 29 Bu çalışma sayesinde elde edilen bir sonuç da rastgele sarmal-helis ve tersi geçişlere karagenan derişiminin fazlaca bir etkisinin olmaması fakat helis-dimer, dimer-helis ve dimer-dimer geçişlerine belli bir dereceye kadar zorlaştırıcı etki gösterdiğidir. 3.2 Floresans Ölçerler (Florometre) Floresans teknikle yapılan araştırmalarda, deneycinin sahip olabileceği tek ve en önemli alet spektroflorometre ya da kısaca florometredir. Bu deneysel çalışmada şematik gösterimi şekil 3.7 de verilen Perkin Elmer LS 50 florometresi kullanılmıştır. Elde edilen deneysel verinin anlamını, varsa hatalarını ve eksiklerini ancak aletin çalışma ilkelerini ve önlenemez aletsel kusurlarını yeterince kavrayabilmiş kişiler görebilir. Bu nedenle aletin önemli bazı parçalarının çalışma ilkelerinin incelenmesinde yarar vardır. Şu anda en çok kullanılan ışık kaynakları yüksek basınçlı ksenon (Xe) ark lambalarıdır. Bu lambalar, 270-700 nm arasında, 450 nm civarındaki keskin çizgiler dışında göreli olarak daha sürekli ışık çıktısı sağlarlar. Ksenon ark lambaları, elektronlarla iyonize olmuş Xe atomlarının birleşmesi sürecinin sonucu olarak ışık yayarlar. Bu iyonlar elektrik arkıyla birlikte hızla sürüklenen elektronların Xe atomlarıyla çarpışmaları sonucunda üretilir. Elektronların atomlardan tamamen ayrılması sürekli yayınımın nedenidir. Uyarılmış durumdaki Xe atomları geniş yayınım bantları halinde değil keskin çizgiler halinde ışıma yaparlar. 450 nm civarındaki pikin nedeni budur. Yayınım dalga boyu 280 nm den sonra keskin bir düşüş gösterir. Kuartzdan yapılmış dış zarf 250 nm nin altındaki dalgaboyunda ışığın dışarı çıkmasını engeller [6]. Birçok spektroflorometrede kullanılan monokromatörler prizmalardan değil genellikle kırınım ağlarından yapılmıştır. Bir monokromatörün başarım ölçütü dağıtma (dispersion) ve kaçak ışık seviyesiyle belirlenir. Bir florometre için monokromatör seçiminde düşük kaçak ışık seviyesine sahip monokromatörler seçilip kaçak ışığın yarattığı sorunlar önlenmeye çalışılır. Kaçak ışık, manokromatörden geçen, istenenden farklı değerlerdeki dalgaboyuna sahip ışık için kullanılan genel bir tanımdır. Ayrıca monokromatörler verimliliği artırabilmek için düşük şiddetteki ışığı algılayabilecek yetenekte olmalıdır. 30 Yarık aralıkları genellikle değiştirilebilir ve tipik bir monokromatör hem giriş hem de çıkış yarıklarına sahiptir. Bir monokromatörü geçen ışık şiddeti yaklaşık olarak yarık aralığının karesiyle orantılıdır. Geniş yarık aralıkları yüksek sinyal şiddetlerine ve dolaysıyla yüksek şiddet-gürültü oranlarına sebebiyet verir. Küçük yarık aralıkları düşük ışık şiddeti yanı sıra yüksek çözünürlük sağlar. Düzlemsel kırınım ağları genellikle mekanik olarak üretilir ve bazı yarıklarda kusurlara sahip olabilirler. İçbükey kırınım ağları genellikle holografik yöntemle ve ışık direnci (photoresist) yöntemiyle üretilir ve kusurlar nadiren oluşur. Kırımın ağlarındaki kusurlar kaçak ışık miktarının artmasının temel nedenidir. Bu nedenle holografik kırınım ağları floresans spektroskopisi için daha çok tercih edilirler. Ama daha geniş ölçekli ölçümlerde düzlemsel kırınım ağları da kullanılabilir. Kırınım ağı kullanan monokromatörlerin bir önemli özelliği de ışık geçirme verimlerinin dalgaboyuna bağımlılığıdır. Genellikle uyarım monokromatörü mor ötesi bölgede yayınım monokromatörü de görünür bölgede verimli çalışan kırınım ağları seçilerek bu sorun kısmen halledilebilir. Ayrıca kırınım ağı kullanan monokromatörlerin ışığın kutupluğuna bağlı olarak verimlerinin değiştiğini de belirtmek gerekir. Bu nedenle gözlenen floresans şiddetleri yayınımın kutupluluğuna bağımlı olabilir. Örneğin yayınım spektrumunu kaydederken sahip olunan kutupluluk durumuna bağlı olarak, yayınım spektrumu farklı dalgaboylarına kayıp şekil değiştirebilir [6]. Yaklaşık bütün florometreler algılayıcı olarak fotoçoğaltıcı tüpler (FÇT) kullanır. FÇT ışık şiddetine bağlı olarak elektrik akımı üreten bir aygıttır. Bir fotoçoğaltıcı tüp bir foto katottan ve büyütme işlemini gerçekleştiren bir dizi dinottan ibarettir. Foto katot bir pencerenin içinde yer ayan ince film halinde bir metaldir. Gelen fotonlar bu yüzeyden elektronların kopmasına neden olurlar. Foto elektronların üretim verimi gelen ışık şiddetine bağlıdır. Foto katot genellikle 1000- 2000 V civarında bir değerde negatif potansiyelde tutulur. Dinotlar da eksi potansiyelde tutulmaktadır fakat dizi boyunca bu potansiyel gittikçe azalır. Birinci dinotla foto katot arasındaki potansiyel genellikle 50-200 V arasında bir değerde sabit tutulur. Bu potansiyel farkı elektronun koptuktan sonra birinci dinoda doğru ivmelenmesine neden olur. 31 ġekil 3.7: Perkin Elmer LS 50 spektroflorometresinin şematik gösterimi. 32 Birinci dinotla çarpışmadan sonra potansiyel farkına bağlı olarak, elektron 5 ile 20 arasında fazladan elektronun kopmasına neden olur. Bu süreç, dinot dizisi boyunca, bir akım atımı anoda ulaşıncaya kadar sürer.Bu atımın şiddeti FÇT ye uygulanan potansiyel farkına bağlıdır [6]. 3.3 Malzeme HazırlanıĢı ve Deneyin YapılıĢı Deneyde kullanılacak silindirik cam kapta, 80 Co ye kadar ısıtılmış 400  l saf suyun içine (0,4 g), 33,2.10 g 2CaCl tuzu konarak manyetik karıştırıcıyla türdeş bir çözelti elde edilinceye kadar yaklaşık 2 dakika karıştırıldı. Ardından bu tuz çözeltisine 20,8.10 g iota karagenan tozu eklendi. Karagenan da suda tamamen çözülüp türdeş bir karışım elde edilene kadar yaklaşık 5 dakika karıştırıldı. Elde edilen sol durumundaki karagenan çözeltisi oda koşullarında jelleşmesi için soğumaya bırakıldı (şekil 3.8). Bu şekilde 4 farklı sıcaklıkta kullanmak üzere 4 tüp kütlece %2 iota-karagenan ve %0,8 2CaCl jeli hazırlandı. Deneyde floresans ajan olarak kullanılacak piraninden 310 molar derişimde sulu çözelti hazırlandı. ġekil 3.8: Cam tüpte hazırlanmış iota karagenan jeli. Deney iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada sulu piranin çözeltisi jelin üstüne konmuş ve farklı sıcaklıklarda piranin moleküllerinin jele difüzyonu ve jelin şişmesi incelenmiştir. Bu aşamada ışık şekil 3.9 da gösterildiği gibi sadece jele gönderilmiş ve zamanla floresans ajanların sayısının bu bölgede artmasıyla floresans şiddetin arttığı gözlenmiştir. Bu süreçte saçılan ışığın zamanla azalması, jelin su moleküllerini de soğurarak şiştiği ve ikili helis yapıların birbirlerinden uzaklaşarak jeli daha ışık geçirgen bir hale getirdiğini göstermektedir [19]. Elde edilen verilerden piranin moleküllerinin jele iletimleri için difüzyon katsayıları, sjD ve şişme zaman 33 sabitleriyle 1 , bütünsel difüzyon katsayıları, cD hesaplanmıştır. Elde edilen bu sonuçlar kullanılarak her bir süreç için aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. ġekil 3.9: Piranin moleküllerinin jele difüzyonu deneyi çizelgesi İkinci aşamada, deneyin ilk kısmında içine piranin molekülleri sokulmuş jellerin üstüne saf su konmuş ve piranin moleküllerinin jelden saf suya iletimleri incelenmiştir. Bu kısımda ışık şekil 3.10 da gösterildiği gibi yalnızca suya gönderilmiş ve yine sudaki piranin moleküllerinin zamanla artışının floresans şiddetinin de artmasına neden olduğu gözlenmiştir. Burada da elde edilen verilerden difüzyon katsayıları, jsD ve aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. ġekil 3.10: Piranin moleküllerinin jelden suya difüzyonu deneyi çizelgesi Her iki durumda da örnek üzerine 420 nm dalgaboyunda ışık gönderilmiş ve 90o açıda 300-650 nm dalgaboyu aralığı taranmıştır. Elde edilen spektrumlarda piranin 34 moleküllerinin beklenildiği gibi 510 nm civarında yaptığı floresans yayınımı ve 420 nm de saçılan ışık şiddetleri gözlenmiştir. 35 4. SONUÇLAR VE TARTIġMA Deney iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada piranin moleküllerinin jele difüzyonu ve jelin şişmesi incelenmiştir. İkinci aşamada ise piranin moleküllerinin içine sokuldukları jelden saf suya difüzyonu incelenmiştir. 4.1 Piranin Moleküllerinin Jele Difüzyonu ve Jelin ġiĢmesi Deneyin ilk aşaması olan bu bölümde farklı sıcaklıklarda jelin içine piranin moleküllerinin iletimi incelenmiştir. Işığın gönderildiği bölgede piranin moleküllerinin sayısındaki artışın, floresans şiddetinin artmasına neden olduğu kabul edilmiştir. Elde edilen grafikler Ek A da verilmiştir. Bu grafiklerde floresansın belli bir en büyük değerden sonra azalıyor olması, ortamın optik yoğunluğunun artması sonucu iç süzgeç etkisinin (inner filter effect) gerçekleşmesi şeklinde yorumlanmıştır. Bu olay bizim hesaplarımız açısından herhangi bir sorun teşkil etmemektedir çünkü hesaplarımız küçük zaman yaklaşımı içersinde sınırlandırılmıştır. Herhangi bir t anında ortama iletilmiş madde miktarı floresans şiddetiyle doğru orantılı olacaktır. t tM I M I   (4.1) Bu kabul yapıldıktan sonra, eşitlik 2.6, küçük zaman yaklaşıklığı yapılarak ilk terim dışındaki terimler ihmal edilince eşitlik 4.2 de verilen şekle dönüşür. 1/ 2 t 1/ 2 2 I 4 Dt I a       (4.2) 36 O halde normalize edilmiş floresans şiddeti değerlerinin 1/ 2t ye göre çizilmiş grafiklerinden difüzyon katsayısını hesaplamak mümkündür. Bu grafikler, eğim çizgileri ve eğim çizgilerinin denklemleri Ek B de verilmiştir. Herhangi bir grafiğin eğimi m ile gösterilirse difüzyon katsayısı 2 2m aD 16  (4.3) eşitliğiyle hesaplanabilir. Deneysel ölçümler ve farklı sıcaklıklar için hesaplanan sjD difüzyon katsayısı değerleri tablo 4.1 de verilmiştir. Tablo 4.1: Piranin moleküllerinin jele difüzyonu için deneysel veriler ve difüzyon katsayıları. Sıcaklık ( Co ) a (cm) Eğim sjD ( 510 2cm /s ) 30 1 0,0147 4,2429 40 1 0,0164 5,2810 50 1 0,0172 5,8088 60 1 0,0218 9,3313 Farklı sıcaklıklar için elde edilen bu difüzyon katsayıları ve eşitlik 2.7 de verilen Arrhenius denklemi kullanılarak, bu süreç için aktivasyon enerjisi hesaplanabilir. Arrhenius denkleminin logaritması alınırsa a0 ElnD lnD RT  (4.4) ifadesi elde edilir. Ek F deki şekil F.1 de bu süreç için lnD -1000/T grafiği gösterilmektedir. Bu grafikte çizilen eğim çizgisinin denklemi de verilmiştir. Grafiğin eğimine m dersek, aktivasyon enerjisi; aE mR  (4.5) 37 şeklinde elde edilir. Böylece piranin moleküllerinin jele difüzyonu için aktivasyon enerjisi, R ideal gaz sabitinin değeri, 1,986 Kcal /molK olarak alınırsa, sjE 4,89 Kcal /mol olarak hesaplanır. Deneyin bu bölümünde göz önüne alınması gereken bir diğer olay da piranin molekülleriyle birlikte su moleküllerinin de jelin içine girerek jeli şişirmesidir. Zaman ilerledikçe saçılan ışık şiddetinde gözlenen azalma jelin şiştiğinin göstergesi olarak kabul edilmiştir. Saçılan ışığın zamanla davranışını gösteren grafikler Ek A da verilmiştir. Saçılan ışık şiddeti, sI ile jelin içinden geçen ışık şiddeti, gI arasında s gI 1 I  (4.6) şeklinde bir bağıntı vardır. Herhangi bir t anında jel tarafından soğurulup jelin şişmesine neden olan su moleküllerinin miktarı, tW , jelin içinden geçen ışık şiddetiyle doğru orantılı olarak kabul edilirse gtt st g s IW I1W I I      (4.7) şeklinde bir bağıntı elde edilir. Bu durumda eşitlik 2.16 ile verilen Li-Tanaka denklemi st 1 s 1 I tln lnBI         (4.8) halini alır. Normalize edilmiş saçılan ışık şiddetlerinin logaritmalarının t ye göre grafikleri Ek C de verilmiştir. Bu grafiklerden 1 ve 1B değerleri elde edilebilir. Elde edilen bu değerlerden ve Ek G de verilen R- 1B ve R- 1 grafiklerinden R ve 1 değerleri de bulunabilir. Ardından 2.14 eşitliği kullanılarak bütünsel difüzyon katsayıları, cD hesaplanabilir. Hesaplanan bu değerler ve deneysel veriler tablo 4.2 de verilmiştir. 38 Tablo 4.2: Şişme olayı için deneysel veriler, katsayılar ve difüzyon katsayıları. Sıcaklık ( Co ) 1 (dak) 1B R 1 a(cm) cD ( 4 210 cm /s ) 30 68,0272 0,9347 0,666 0,9953 1,1 2,24 40 52,9101 0,9495 0,6826 0,9074 1,1 3,47 50 48,0769 0,9604 0,6945 0,8339 1,1 4,52 60 32,1543 0,9575 0,6914 0,8546 1,1 6,44 Elde edilen bu farklı sıcaklıktaki difüzyon katsayısı değerlerinden Arrehenius eşitliği kullanılarak Ek F deki şekil F.2 grafik yardımıyla yukarıda anlatılan yöntem kullanılarak aktivasyon enerjisi cE 6,78 Kcal /mol olarak hesaplanmıştır. 4.2 Piranin Moleküllerinin Jelden Suya Difüzyonu Deneyin ikinci aşaması olan bu bölümde farklı sıcaklıklarda jelin içine önceki aşamada sokulmuş piranin moleküllerinin saf suya iletimi incelenmiştir. Işığın gönderildiği bölgede piranin moleküllerinin sayısındaki artışın, floresans şiddetinin artmasına neden olduğu kabul edilmiştir. Elde edilen grafikler Ek D de verilmiştir. Bu grafiklerde floresans şiddeti 30, 40 ve 50 Co de belli bir en büyük değerden sonra azalma göstermemiş ama 60 Co de yapılan deneyde belirgin bir azalma görülmüştür. Bu durum yine optik yoğunluğunun artması sonucu iç süzgeç etkisinin gerçekleşmesi şeklinde yorumlanmıştır ve yüksek sıcaklıklarda bu etkinin artması daha fazla piranin molekülünün suya iletilebildiği gerçeğiyle uyumlu görünmektedir. Deneyin bu aşamasında da bu etki bizim hesaplarımız açısından herhangi bir sorun teşkil etmemektedir çünkü hesaplarımız küçük zaman yaklaşımı içersinde sınırlandırılmıştır. Deneyin birinci aşamasında yapılan kabullerin hepsi bu aşamada da geçerlidir. Eşitlik 4.2 ve Ek E de verilen grafikler kullanılarak difüzyon katsayısı, jsD ve eşitlik 4.4 ile Ek F de şekil F.3 de verilen grafik yardımıyla aktivasyon enerjileri hesaplanabilir. Tablo 4.3 de deneysel veriler ve hesaplanan difüzyon katsayıları verilmiştir. 39 Tablo 4.3: Piranin moleküllerinin jelden suya difüzyonu için deneysel veriler ve difüzyon katsayıları. Sıcaklık ( Co ) a (cm) Eğim jsD ( 510 2cm /s ) 30 1 0,0082 1,3202 40 1 0,0107 2,2480 50 1 0,0139 3,7936 60 1 0,0150 4,4178 Bu veriler ışığında aktivasyon enerjisi cE 8,35 Kcal /mol olarak hesaplanmıştır. 40 5. VARGI VE GELECEK ÇALIġMALAR Tablo 5.1 de elde edilen sonuçların hepsi değer aralıklarıyla birlikte verilmiştir. Tablo 5.1: Tüm süreçler için elde edilen değerler. Gözlemlenen Süreç Difüzyon Katsayısı ( 2cm /s ) Aktivasyon Enerjisi (kcal /mol ) Piranin moleküllerinin jele difüzyonu 54 9.10 4,89 Jelin şişmesi 42 6.10 6,78 Piranin moleküllerinin suya difüzyonu 51 4.10 8,35 Bu deneysel çalışmanın sonucunda Fick yasasının karagenan jellerine difüzyon süreçlerini modellemek için kullanışlı bir yöntem olduğu belirlenmiştir. Ayrıca jellerin şişme süreçlerini de Li-Tanaka modeliyle açıklamak uygun görünmektedir. Difüzyon katsayılarının sıcaklıkla artıyor olması da istatistiksel fiziğin kabullerine uygun bir davranıştır. Sıcaklıkla moleküler hareketler hızlanıp difüzyon sürecini de çabuklaştırmıştır. Elde edilen değerlerden piranin moleküllerinin difüzyonunda, jele iletimlerinin suya iletimlerine göre daha düşük enerji gerektirdiği görünmektedir. Ayrıca suya iletim hızı jele iletim hızından daha büyük olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçların net olarak yorumlanabilmesi için farklı bir takım çalışmalar yapılıp suyun ortamdaki varlığının ve jelin ilk aşamada şişiyor olmasının difüzyona etkileri incelenmelidir. Ayrıca karagenan jelinin farklı sıcaklıklarda gösterdiği yapısal farklılıklar da göz önüne alınmalıdır. Bu konuda farklı parametrelerin difüzyona etkisini incelemek için çeşitli çalışmalar yapılabilir. Piranin derişiminin difüzyona etkisini anlayabilmek için 41 farklı derişimlerde hazırlanan çözeltiler ve çözücünün etkisini anlayabilmek için farklı çözücülerde hazırlanan çözeltiler kullanılabilir. Molekül büyüklüğünün difüzyona etkisini anlamak için farklı floresans ajanların difüzyonu incelenebilir. İletimin gerçekleştiği ortamın etkisi karagenan jelleri içine katılan farklı miktarda katkı maddeleriyle ya da farklı tip karagenan karışımlarının hazırlanmasıyla anlaşılabilir. Tek başına kullanılan karagenan miktarının arttırılması da ortamın difüzyona etkisini anlamada yardımcı olabilir. Ayrıca jel-sol geçiş sıcaklığı civarında yapılan deneyler hem karagenan yapısı hakkında hem de difüzyonun doğasını anlama konusunda önemli yararlar sağlayabilir. Son olarak kurumuş ve tam şişmiş karagenan jellerine difüzyonun incelenmesi de çözücü katsısının ortaya çıkartılması anlamında katkılar sağlayabilir. 42 EK A 30 Derece 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 100 200 300 400 500 600 700 Zaman(dak) F l o r e s a n s Ş i d d e t i (a) 40 Derece 0 5 10 15 20 25 30 0 100 200 300 400 500 Zaman(dak) F l o r e s a n s Ş i d d e t i (b) ġekil A.1: Deneyin birinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de floresans şiddetinin zamana göre grafiği 43 50 Derece 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 100 200 300 400 500 600 Zaman(dak) F l o r e s a n s Ş i d d e t i (a) 60 Derece 0 5 10 15 20 25 30 35 0 100 200 300 400 Zaman(dak) F l o r e s a n s Ş i d d e t i (b) ġekil A.2: Deneyin birinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de floresans şiddetinin zamana göre grafiği. 44 30 Derece 0 50 100 150 200 250 0 100 200 300 400 500 600 700 Zaman(dak) S a ç ı l a n I ş ı k Ş i d d e t i (a) 40 Derece 0 20 40 60 8 100 120 140 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Zaman(dak) S a ç ı l a n I ş ı k Ş i d d e t i (b) ġekil A.3: Deneyin birinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de saçılan ışık şiddetinin zamana göre grafiği. 45 50 Derece 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 100 200 300 400 500 600 Zaman(dak) S a ç ı l a n I ş ı k Ş i d d e t i (a) 60 Derece 0 20 40 60 80 10 2 14 16 18 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Zaman(dak) S a ç ı l a n I ş ı k Ş i d d e t i (b) ġekil A.4: Deneyin birinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de saçılan ışık şiddetinin zamana göre grafiği. 46 EK B 30 Derece y = 0,0147x - 0,2925 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 20 40 60 80 100 t^1/2 (s^1/2) n o r m a l i z e ( I p ) (a) 40 Derece y = 0,0164x - 0,1062 0 0,2 0,4 0,6 ,8 1 1,2 0 10 20 30 40 50 60 70 t^1/2 (s^1/2) n o r m a l i z e ( I p ) (b) ġekil B.1: Deneyin birinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de normalize floresans şiddetinin zamanın kareköküne göre grafiği. 47 50 Derece y = 0,0172x - 0,2584 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 t^1/2 (s^1/2) n o r m a l i z e ( I p ) (a) 60 Derece y = 0,0218x - 0,2602 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 10 20 30 40 50 60 70 t^1/2 (s^1/2) n o r m a l i z e ( I p ) (b) ġekil B.2: Deneyin birinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de normalize floresans şiddetinin zamanın kareköküne göre grafiği. 48 EK C 30 Derece y = -0,0147x - 0,0675 -5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 100 200 300 400 500 600 Zaman (dak) L n ( n o r m a l i z e I s a ç ) (a) 40 Derece y = -0,0189x - 0,0518 -3,5 -3 -2,5 -2 -1, -1 -0,5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Zaman (dak) L n ( n o r m a l i z e I s a ç ) (b) ġekil C.1: Deneyin birinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de normalize saçılan ışık şiddetinin logaritmasının zamana göre grafiği. 49 50 Derece y = -0,0208x - 0,0404 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 100 200 300 400 500 Zaman (dak) L n ( n o r m a l i z e I s a ç ) (a) 60 Derece y = -0,0311x - 0,0434 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 1 -0,5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Zaman (dak) L n ( n o r m a l i z e I s a ç ) (b) ġekil C.2: Deneyin birinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de normalize saçılan ışık şiddetinin logaritmasının zamana göre grafiği. 50 EK D 30 Derece 0 5 10 15 20 25 30 35 0 100 200 300 400 500 600 Zaman(dak) F l o r e s a n s Ş i d d e t i (a) 40 Derece 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Zaman(dak) F l o r e s a n s Ş i d d e t i (b) ġekil D.1: Deneyin ikinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de floresans şiddetinin zamana göre grafiği. 51 50 Derece 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 100 200 300 400 500 Zaman(dak) F l o r e s a n s Ş i d d e t i (a) 60 Derece 0 5 10 15 20 25 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Zaman(dak) F l o r e s a n s Ş i d d e t i (b) ġekil D.2: Deneyin ikinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de floresans şiddetinin zamana göre grafiği. 52 EK E 30 Derece y = 0,0082x + 0,1697 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 20 40 60 80 100 t^1/2 (saniye^1/2) n o r m a l i z e ( I p ) (a) 40 Derece y = 0,0107x + 0,0445 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 ,7 ,8 ,9 1 0 20 40 60 80 100 t^1/2 (s^1/2) n o r m a l i z e ( I p ) (b) ġekil E.1: Deneyin ikinci aşamasında (a) 30 ve (b) 40 Co de normalize floresans şiddetinin zamanın kareköküne göre grafiği. 53 50 Derece y = 0,0139x - 0,2089 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 20 40 60 80 100 t^1/2 (s^1/2) n o r m a l i z e ( I p ) (a) 60 Derece y = 0,015x - 0,0289 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 t^1/2 (s^1/2) n o r m a l i z e ( I p ) (b) ġekil E.2: Deneyin ikinci aşamasında (a) 50 ve (b) 60 Co de normalize floresans şiddetinin zamanın kareköküne göre grafiği. 54 EK F y = -2,4644x - 1,9781 -10,4 -10,2 -10 -9,8 -9,6 -9,4 -9,2 -9 2,95 3 3,05 3,1 3,15 3,2 3,25 3,3 3,35 1000/T (1000/K) L n ( D s j ) ġekil F.1: Piranin moleküllerinin jele difüzyonu sürecinde hesaplanan difüzyon katsayılarının logaritmasının 1000/T ye göre grafiği. y = -3,4615x + 3,0445 -9 -8,8 -8,6 -8,4 -8,2 -8 -7,8 7,6 -7,4 -7,2 -7 2,95 3 3,05 3,1 3,15 3,2 3,25 3,3 3,35 1000/T (1000/K) L n ( D c ) ġekil F.2: Jelin şişmesi sürecinde hesaplanan bütünsel difüzyon katsayılarının logaritmasının 1000/T ye göre grafiği. 55 y = -4,2055x + 2,7051 -11,6 -11,4 -11,2 -11 -10,8 -10,6 -10,4 -10,2 -10 -9,8 -9,6 2,95 3 3,05 3,1 3,15 3,2 3,25 3,3 3,35 1000/T (1000/K) L n ( D j s ) ġekil F.3: Piranin moleküllerinin jelden suya difüzyonu sürecinde hesaplanan difüzyon katsayılarının logaritmasının 1000/T ye göre grafiği. 56 EK G 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 R B 1 ġekil G.1: Li-Tanaka modelinde R- 1B grafiği. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 0 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 R a l f a 1 ġekil G.2: Li-Tanaka modelinde R- 1 grafiği. 57 KAYNAKLAR [1] U.S. Congress, Office of Technology Assessment, September 1993, Biopolymers: Making Materials Nature’s Way-Background Paper, U.S. Government Printing Office, Washington, DC. [2] Kara, S., 2003. Polimer jellerin oluşum ve faz geçiş süreçlerinin foton geçirme tekniği ile incelenmesi, Doktora Tezi, Trakya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Edirne. [3] Crank, J., The Mathematics of Diffusion, 1964, Oxford University Press, London, Chapter 1, 5. [4] Tanaka, T., Experimental Methods in Polymer Science, 2000, Acedemic Press, pp 442. [5] Valeur, B., Molecular Fluorescence Principles and Applications, 2001, Willey- VCH, Chapter 1, 2, 3, 4. [6] Lakowicz, J. R., Principles of Fluorescence Spectroscopy, 1983, Plenum Press, New York, Chapter 1, 2. [7] Yong L., Tanaka T., 1990, Kinetics of Swelling and Shrinking of Gels, The Journal of Chemical Physics, 92, 1365. [8] McHugh, D. J., Production and Utilization of Products from Commerical Seaweeds, 1987, FAO, Rome, Chapter 3. [9] McHugh, D. J., A Guide to The Seaweed Industry, 2003, FAO, Rome, Chapter 7. [10] http://www.lsbu.ac.uk/water/hycar.html. [11] http://www.acroyali.com/carrageenan.htm. [12] Stephen, A. M., Food Polysaccharides and Their Applications, 1995, Marcel Dekker, Inc., New York, Chapter 8. [13] Pekcan, Ö. and Tarı, Ö., 2004, A fluorescence study on the gel-to-sol transition of  -carrageenan, International Journal of Biological Macromolecules, 34, 223-231. [14] Kara, S. and Tamerler, C. and Bermek, H. and Pekcan, Ö., 2003, Cation effectcs on sol-gel and gel-sol phase transitions of  -carrageenan-water system, International Journal of Biological Macromolecules, 31, 177-185. 58 [15] Özbek, H. and Pekcan, Ö., 2004, Critical exponents of thermal phase transitions in  -carrageenan-water system, Journal of Molecular Structure (Theochem), 676, 19-27 [16] Yuguchi, Y. and Thuy, T. T. T., Urakawa H., Kajiwara K., 2002, Structural characteristics of carrageenan gels: temperature and concentration dependence, Food Hydrocolloids, 16, 515-522. [17] Dea, M. C. I., 1989, Industrial polysaccharides, Pure & Applied Chemistry, 61, No 7, 1315-1322 [18] Kara, S. and Pekcan, Ö., 2005, Photon transmission study on conformational ordering of iota-carrageenan in 2CaCl solutions, Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, 22, No 6, 747-754 [19] Kara, S. and Tamerler, C. and Arda, E. and Pekcan, Ö., 2003, Photon transmission study on swelling of  -carrageenan gels prepared in various concentrations, International Journal of Biological Macromolecules, 33, 235-243. 59 ÖZGEÇMĠġ Evren ATAMAN 1981 yılında Ankara’da doğdu. 1998 yılında Bostancı Hayrullah Kefoğlu Lisesi’nden 2003 yılında Yıldız Teknik Üniversitesi Fizik Bölümü’nden mezun oldu. Halen İstanbul Teknik Üniversitesi Fizik Mühendisliği bölümünde yüksek lisans öğrencisidir.