Bilimin gelişmesine paralel olarak daha küçük detayları inceleme teknolojisi de gelişmektedir. Bu anlamda küçük nesneleri incelemek için yapılan ilk mikroskoplardan biri Hollandalı Antony van Leeuwenhoek'e aittir (1632-1723). Bu mikroskop 400x büyütme sağlayıp bakteri gibi canlıların keşfine önemli katkılarda bulunmuştur. Bu mikroskobun sınırlayıcı faktörü kullanılan ince kenarlı merceğin kalitesidir. Bu problem birinci mercek tarafından oluşturulan görüntünün büyütülmesini sağlayan ikinci mercek kullanılarak çözülmüştür. Bu mikroskobun geliştirilmiş şekli günümüz ışık mikroskobunun temelini oluşturmuştur. Modern ışık mikroskobu yaklaşık 1000x büyütmeye sahip olup aralarında mesafe 0.0002 mm olan iki nesnenin ayırt edilmesini sağlar ( çıplak gözle aralarındaki mesafe >=0.2 mm olan nesneler ayırt edilebilir). Yapılan çalışmalar sonucu çözünürlük probleminin sadece mercek kalitesine bağlı olmadığını aynı zamanda kullanılan ışığın dalga boyuna da bağlı olduğunu gösterdi. Bu yüzden ışık mikroskopları kullanılarak birkaç yüz nm'den daha yakın olan nesneleri ayırt etmek imkânsızdı. Daha küçük dalgaboylu ışığı (mavi-ultraviole) kullanmak gelişme sağlasa da tatmin edici olmamıştır. Tatmin edici sonuçlar elektronların dalga özelliğinin keşfini beklemiştir.
1920'de hızlandırılmış elektronların vakumda dalga gibi davrandığı keşfedildi. Işığın dalgaboyundan 100.000 kat küçük dalga boylarına sahip bu elektronlar, ışığın mercekle ve aynalarla etkileşiminde olduğu gibi elektrik ve manyetik alanlardan etkilenmektedir. Dr Ernst Ruska 1931'te bu ektileri kullanarak Berlin Üniversitesinde ilk taramalı elektron mikroskobunu inşa etmiş ve 1986'de Fizik Nobel ödülünü almıştır. Bu mikroskop geliştirilerek 0.1 nm çözünürlüğe ve 1 milyon kat büyütmeye sahip görüntüler elde edilmiştir.
Yüksek vakumda hızlandırılmış elektronlar manyetik lensler kullanılarak incelenecek numune üzerine düşürülür. Elektronlar ile numune arasında çeşitli etkileşimler sonucu geri saçılmış elektronlar, ikincil elektronlar, Auger elektronları ve X-ışınları oluşabilir. Bu sonuçların uygun algılayıcılar yardımıyla toplanması ve tekrar ekrana verilmesi ile görüntü elde edilir. SEM'de genelde ikincil elektronlar (SE) görüntü oluşturulmasında kullanılır. Elde edilen görüntülerden tanecik boyutu, taneciklerin yerleşimi hakkında hem mikro hem de nano ölçekte detaylı bilgiler elde edilebilmektedir. Laboratuvarımızdaki SEM (FEI Nova NanoSEM 450) 1.2 nm çözünürlüğe sahip olup yüksek kalitede görüntü almayı sağlar. EDS (Enerji saçılımlı spektroskopi) detektörü ile elementel analiz hizmeti de verilebilmektedir.
|
Marka |
FEI |
|
Model |
Nova Nano SEM 450 |
|
Önemli Aksesuarlar |
|
|
Yapılan Analizler |
Mikro ve Nano boyutlu yapı görüntüleme |
|
Özel Durumlar |
|
|
Çalışma Durumu |
AKTİF |
|
Sorumlu Personel |
X ışınları 1885'te Wilhelm Röntgen tarafından keşfedildi. Başlangıçta fizikçiler X ışınların doğasından emin değildiler. Ancak daha sonra elektromanyetik (e.m) dalga karakterli olduğunu fark ettiler. O zamanlar ışığın dalga modeli özellikle Maxwell elektromanyetik ışıma teorisi bilim camiasında kabul görmüş ve Charles Glover Barkla tarafından yapılan deneyler, X ışınlarının elektromanyetik dalgalarla ilgili kutuplanma ve görünür bölgede gözlenen spektral çizgilere benzer özellik özelliklere sahip olduğunu göstermiştir. Arnold Sommerfeld tarafında laboratuvarda gerçekleştirilen deneylerde X-ışınların dalgaboyu yaklaşık 1 angstrom olarak ölçülmüştür. Ancak X-ışınları sadece dalga özelliği değil aynı zamanda parçacık özelliği de göstermektedir. 1905'te Albert Einstein tarafından ortaya atılan foton kavramı, Arthur Compton'un X ışınlarının elektronlar tarafından saçıldığı doğrulanıncaya kadar kabul görmedi. Bu yüzden parçacık özelliği William Henry Bragg X ışınlarının e.m dalga olarak düşünülemeyeceğini ileri sürdü ancak fazla kabul görmedi. 1912'de Max von Laue tarafından X ışınlarının kırınımının gözlenmesi, X ışınların e.m dalgalarının bir şekli olduğunu doğruladı.
XRD kristal yapısını ve simetrisini ortaya çıkarmada kullanılan bir tekniktir. X ışınların dalgaboyu (0.1-10 Å) kristali oluşturan atomlar arasında mesafe mertebesinde olduğundan kristal yapısını, örgü parametrelerini, kusurlar, tanecik büyüklüğü, faz geçişleri gibi birçok yapısal parametreleri incelemede yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
X-ışınları örgüdeki atomların düzenlenişine bağlı olarak farklı numunelerde farklı bir şekilde kırınıma uğrar. Vakum altındaki kapalı tüpte bulunan filaman, akımın uygulanmasıyla ısıtılır. Akım ne kadar yüksekse filamandan yayılan elektron sayısı da o kadar yüksek olur. Daha sonra hedef (genelde bakır) ile filaman yüksek bir potansiyel (15-60 kilovolt) arasına uygulanır. Bu potansiyel sayesinde elektronların kinetik enerjileri artar ve hedefe doğru hızlanırlar. Bu elektronlar hedefe çarptıklarında X-ışınları üretilir. Bu X-ışınları hedef malzemenin bir karakteristiğidir ve bunların toplanması sağlanarak numune üzerine düşürülür. X-ışını bir atoma çarptığında, atom etrafındaki elektronlar gelen ışınla aynı frekansta titreşmeye başlar. Hemen hemen her doğrultuda yıkıcı bir girişim söz konusudur. Yani bir araya gelen dalgalar farklı fazdadırlar.
Bununla birlikte bir kristaldeki atomlar düzenli bir şekilde yerleşmiş olduklarından çok az doğrultularda yapıcı girişim meydana gelir. Bu yüzden kırınıma uğramış bir ışın birbirini güçlendiren çok sayıda dalganın bir karışımıdır. Kırınıma uğrayan bu ışınlar sensör sayesinde dedekte edilir. Bunlar genelde dönüştürücü devreler kullanılarak sayım hızı sinyallerine dönüştürülürler. X ışını numuneye çarpıp kırınıma uğradığı zaman, Bragg kanunu uygulayarak numuneyi meydana getiren atomların yüzeyleri arasındaki mesafe ölçülebilir. Şekilde görüldüğü gibi iki ışın arasındaki faz farkı ya da yol farkı 2dsin(θ)'dir.
Şekil: Işının kristal yüzeyinde yansıması ve paralel ışın demetleri arasındaki yol farkının gösterimi
Burada n tamsayı, l gelen X ışının dalga boyunu, d ardışık atom yüzeyleri arasındaki mesafeyi ve X-ışının yüzeye gelme açışını gösterir. dalga boyunu bildiğimiz ve açısını ölçebildiğimiz için d mesafesinihesaplayabilir. d mesafeleri takımı parmak izi gibi numunede bulunan türlerin kimliğini verir.
Laboratuvarımızda kullanılan BRUKER D8 DİSCOVER XRD cihazı kristallerin yapısal özellikleri hakkında oldukça hassas bilgiler sağlamaktadır.
|
Marka |
BRUKER |
|
Model |
D8 DISCOVER XRD |
|
Önemli Aksesuarlar |
|
|
Yapılan Analizler |
|
|
Özel Durumlar |
|
|
Çalışma Durumu |
AKTİF |
|
Sorumlu Personel |
ICP-MS Sistemi indüktif eşleşmiş plazma (ICP) ve kütle spektrometresi (MS) ünitelerinden oluşan bir cihazdır. Analiz edilmek istenen numuneler ICP'de yüksek sıcaklıkta bir plazmada moleküler bağların kopması sonucu oluşan atomlar iyonlaştırıldıktan sonra kütle spektroskopisine gönderilirler ve burada kütle/yük (m/z) oranlarına göre ayrılarak ölçülürler. ICP-MS 'te genellikle Argon (Ar) plazması kullanılmaktadır. Periyodik tablodaki birçok elementin birinci iyonlaşma enerjileri Argonun iyonlaşma enerjisinden (15.76 eV) küçük olduğu için elementler plazma içerisinde pozitif iyonlara dönüşürler.
ICP-MS direk olarak çözeltide iz element derişimlerinin belirlenmesinde uygundur. Birçok element için gözlenebilme sınırı pg/L'nin (ppt ve daha düşük derişimler) altındadır. Çok sayıda elementi aynı anda analiz edebilme özelliği sayesinde nitel analizlerde ve izotop oranlarının belirlenmesinde olduğu gibi, başta metalik elementler olmak üzere periyodik tablodaki elementlerin büyük çoğunluğunun nicel ve yarı-nitel tayinlerinde de yaygın olarak kullanılmaktadır. ICP-MS'in çalışma aralığı diğer yöntemlere oranla oldukça geniştir. Birçok element için pg-mg/L arasında kalibrasyon grafikleri çizilebilmektedir ve bu farklı derişime sahip birçok elementin aynı anda analizine olanak sağlamaktadır.
ICP – MS kullanım alanları;
Oldukça farklı disiplinlerde kullanım alanı bulunun ICP-MS başlıca, jeoloji, hidrojeoloji, çevre, tıp, biyoloji, kimya, petrokimya, metalürji ve gıda mühendisliği alanlarında kullanılmaktadır. Diğer kullanım alanlar ise; silah sanayisi (mermi atıkları, madde karakterizasyonu, zehirler), gıda çevre (içme suyu, deniz suyu, atık su, katı atıklar, toprak, çamur), klinik (kan, saç, idrar).
ICP-MS cihazı ile analizi yapılabilen elementler:
Se, Fe, B, Ca, Mn, Cd, Zn, Cu, Ni, Cr, Pb, Sb, Na, Co, Mg, Y, Hg, Al, Sn, Au, Ag, As, Ba, Bi, Cs, Ga, Hf, Mo, Nb, Rb, Sc, Sr, Ta, Ti, V, W, Zr, La, P, Tl, K, Li, Be, Ge, Br, Ru, Rh, Pd, In, Te, I, Re, Os, Ir, Pt, Ce, Pr, Nd, Sm , Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, U, Th
|
Marka |
AGİLENT |
|
Model |
7800 ICP-MS |
|
Önemli Aksesuarlar |
Otomatik Örnekleyici Mikrodalga destekli çözündürme sistemi |
|
Yapılan Analizler |
Elementel analizler (ppm, ppb, ppt) İzotop atom analizleri |
|
Özel Durumlar |
|
|
Çalışma Durumu |
ÇALIŞIYOR |
|
Sorumlu Personel |
Mastersizer cihazı ürünlerin istenilen tanecik boyutlarını belirlemekte kullanılmaktadır. Bilindiği üzere malzemelerdeki sağlamlık, kimyasal reaktiflik, opaklık, akışkanlık gibi özellikler ve malzeme mukavemeti, malzemelerin içindeki tane boyu karakteristiklerine bağlıdır. Parçacık büyüklük analizi ilaç, boya, madencilik, çikolata, gıda ve kimya sektöründe örneği oluşturan partiküllerin cihazdaki lazer sistemiyle partikül boylarının belirlenmesinde kullanılır. Bu cihaz ile öğütülmüş tozlar, süspansiyonlar, emülsiyonlar ve sınıflandırılmış malzemelerde partikül boyutu ölçülebilir. Eşdeğer Küre Teorisi ile ölçüm sağlanmaktadır.
Düşük açılı lazer ışını saçılımı (Low Angle Laser Light Scattering) tekniğine göre cihaz çalışır. Farklı partikül çağlarına sahip olan numune (süspansiyon veya katı haldeki) üzerine lazer ışını gönderilir. Farklı açılarda saçılan ışık çok sayıda dedektör yardımı ile ölçülür.
Mastersizer cihazı ürünlerin istenilen tanecik boyutlarını belirlemekte kullanılmaktadır. Bilindiği üzere malzemelerdeki sağlamlık, kimyasal reaktiflik, opaklık, akışkanlık gibi özellikler ve malzeme mukavemeti, malzemelerin içindeki tane boyu karakteristiklerine bağlıdır. Parçacık büyüklük analizi ilaç, boya, madencilik, çikolata, gıda ve kimya sektöründe örneği oluşturan partiküllerin cihazdaki lazer sistemiyle partikül boylarının belirlenmesinde kullanılır. Bu cihaz ile öğütülmüş tozlar, süspansiyonlar, emülsiyonlar ve sınıflandırılmış malzemelerde partikül boyutu ölçülebilir. Eşdeğer Küre Teorisi ile ölçüm sağlanmaktadır.
Düşük açılı lazer ışını saçılımı (Low Angle Laser Light Scattering) tekniğine göre cihaz çalışır. Farklı partikül çağlarına sahip olan numune (süspansiyon veya katı haldeki) üzerine lazer ışını gönderilir. Farklı açılarda saçılan ışık çok sayıda dedektör yardımı ile ölçülür.
Termogravimetrik Analiz Cihazı; Maddenin belli bir sıcaklık değerine ısıttırılarak veya belli bir sıcaklık değerinde tutularak, maddenin kütlesindeki azalma veya artma değişiminin ölçülmesi temeline dayanır. Kütle değişiminin zaman veya sıcaklığa karşı grafik edilerek TGA spektrumları elde edilir. % kütlenin değişiminin zamana veya sıcaklığa karşı çizilen grafiği TG eğrisidir. Bu eğri maddenin sıcaklığın bir fonksiyonu olarak belli aralıklarda maddenin termal karalılığını gösterir. Ayrıca TG eğrisinin birinci türevi zaman ve ya sıcaklığa bağlı olarak kullanılır ve DTG eğrisi olarak adlandırılır. DTG eğrisi ise belli noktalardaki değişimini göstermektedir. Maddenin kütlesindeki değişime bozunma, redoks reaksiyonları veya madde içerinde bulunan suyun uzaklaşması sonucu meydana gelir.
Diferansiyel Taramalı Kalorimetre Cihazı; Numunenin ısıtılması, soğutulması veya sabit bir sıcaklıkta tutulması ile numunede meydana gelen enerji değişimini ölçme prensibine dayanır. Bu enerji değişimi zamanın veya sıcaklığın bir fonksiyonu olarak gösterilir.
Analiz süresince meydana gelen enerji değişimi numunede hal değişiminin ve oluşum sıcaklığının bulunmasına, faz değişimi sürecine bağlı olarak numune hakkında bilgi ve karakterize etme olanağı sağlar.
DSC'de başlıca kristallenme ve erime noktası belirlenmesi, özgül ısı kapasitesi, faz değişim ısısı/sıcaklığı ve tepkime ısısı değişimlerini ölçmede kullanılır.
Fourier Dönüşümlü Kızıl Ötesi Spektrometresi Cihazı; Kızılötesi ışığın bir dipol momente sahip madde ile etkileşmesi sonucu yapısı içerisindeki bağların titreşim hareketi prensibine dayanır. Her bir titreşim hareketi belli bir enerjide soğurulmaktadır. Bu enerji zamanın bir fonksiyonu olarak ele alınarak işlenir. Elde edilen veriler dalga boyunu karşı grafik edilerek spektrumlar oluşturulur.
Bu yöntem ile bir molekül veya bileşik yapısında bulunan bağlar ve fonksiyonel gruplar karakterize edilebilir. Organik bileşiklerin aynı olup olmadığı, saflığını, yapıdaki bağların durumu, bağlanma yerleri ve organik yapı (aromatik veya alifatik) hakkında bilgi vermektedir. Ayrıca katı ve sıvı numuneler için kalitatif analiz yapılabilmektedir.
Fourier Dönüşümlü Kızıl Ötesi Spektrometresi Cihazı; Kızılötesi ışığın bir dipol momente sahip madde ile etkileşmesi sonucu yapısı içerisindeki bağların titreşim hareketi prensibine dayanır. Her bir titreşim hareketi belli bir enerjide soğurulmaktadır. Bu enerji zamanın bir fonksiyonu olarak ele alınarak işlenir. Elde edilen veriler dalga boyunu karşı grafik edilerek spektrumlar oluşturulur.
Bu yöntem ile bir molekül veya bileşik yapısında bulunan bağlar ve fonksiyonel gruplar karakterize edilebilir. Organik bileşiklerin aynı olup olmadığı, saflığını, yapıdaki bağların durumu, bağlanma yerleri ve organik yapı (aromatik veya alifatik) hakkında bilgi vermektedir. Ayrıca katı ve sıvı numuneler için kalitatif analiz yapılabilmektedir.
Mikrodalga yakma sistemi ile zirai, biyolojik, gıda, metal, petrokimyasal ve çevre örneklerinin spektrometrik (AAS, ICP, ICP/MS) analizlerinde eser veya ana elementlerin analizi için berrak numuneler hazırlanması işleminde kullanılmaktadır.
Real-time PCR teknolojisi DNA'nın ya da mRNA örneklerinin çoğaltımını ve ürünlerinin miktarını tek bir tüpte tespit edebilen bir yöntemdir. PCR çoğaltımını görünür hale getiren ve monitörize edebilen floresan işaretli prob ve boyaların kullanıldığı, floresanın oluşan DNA ile doğru orantılı olarak arttığı bir çoğaltma yöntemidir.
Patojenlerin Tespiti: Enfeksiyon hastalıklarında patojenlerin saptanmasında diziye özgü floresan problar sayesinde Real time PCR klinik laboratuvarlarında tercih edilen ve rutin uygulamadakullanılan bir metot haline gelmiştir. Ayrıca viral genomun sayısal değerinin belirlenmesi hastalığın etki derecesinin saptanmasında ve tedavisinde çok büyük önem taşımaktadır. Yöntem kemik iliği nakillerinde ve organ transplantasyonunda özellikle cytomegalovirus (CMV), hepatit B, C ve HIV açısından taramalarda en güvenilir yöntem olarak kullanılmaktadır.
Onkolojik Çalışmalar: Real-time PCR kanser araştırmalarında ve tanısında çok önemli bir yer kaplamaktadır ve önemi daha da artacaktır. Minimal rezidüel hastalıklarla bağlantılı özgün gen düzeylerinin saptanması lösemi ile çalışan kliniklere büyük katkı sağlamaktadır. Farklı çalışmalardan elde edilen özgün genlerin düzeylerinin belirlenmesi ile tedavi protokolleri değişmektedir. Bazı lösemi türleri kromozomlar arasındaki translokasyonlarla karakterizedir.
Genetiği Değiştirilmiş Organizmalar (GMO) : Ticari olarak mevcut olan “Real-Time PCR TaqMan” prob ve “FRET” prob kitleriyle transgenler başarılı bir şekilde özellikle mısırda ve soya fasulyesinde tanımlanabilmektedir
Doğum Öncesi (Prenatal) Tanı Çalışmaları: Prenatal Tanı büyük oranda invaziv girişimler ile (amniyosentez, CVS , kordosentez, fetal cilt biyopsisi ) elde edilen fetal doku örneklerinde yapılmaktadır. Real-Time PCR” ile maternal kandaki serbest fetal DNA'da Y kromozoma özel gen dizilerinden oluşan floresan problar ile fetal cinsiyet tayini güvenilir bir şekilde yapılmaktadır.
Ultraviyole ve görünür ışık soğurma spektrometreleri uzun bir zamandır yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Normalde UV taraması 200 nm- 400 nm dalgaboyu aralığına denk gelirken görünür ışık taraması 400 nm - 800 nm aralığına karşılık gelir. Kolay, kullanışlı, hızlı, doğru ve ucuz olması bu tekniği vazgeçilmez kılmıştır.
Şekil Uv-Vis soğurma spektrometre elemanları ve pektrometrenin çalışma prensibi
UV-vis spektrometre numuneden geçen ışık şiddetini (I) ölçer ve ışığın numuneden geçmeden önceki şiddeti (Io) ile karşılaştırır. Şekilde gösterildiği gibi görünür ya da UV ışık kaynağından gelen ışık demeti eşit şiddete sahip olacak şekilde ikiye ayrılır. Bu İstenilen dalgaboyuna sahip elektromanyetik (e.m) dalgalar numuneden geçtikten sonra soğrulan e.m dalgalar fotodiyot tarafından ölçülür ve dijital olarak işlenir. Bunlardan biri referansa yönlendirirken diğeri ise numuneye yönlendirilir. Bu demetler referans ve numuneden geçtikten sonra karşılaştırılır. Referans demet hemen hemen hiç soğurmaya uğramaz ve Io ile gösterilirken numuneden geçen demetin şiddeti I ile gösterilir. Çok kısa süre içinde tüm dalgaboyları taranır. Dalgaboyuna karşılık soğurma grafiği elde edilerek numune incelenir. Soğurma aşağıdaki ifade ile hesaplanır.
Soğurma (A)=log(Io/I)
Laboratuvarımızda bulunan PG INSTRUMENT T80+ UV-vis spektroskopisi 190-1100 nm dalgaboyu aralığında analize izin vermektedir. Spektrum bant genişliği 0.5, 1, 2 ve 5 nm olarak seçilebilir. Ayrıca transmitans, soğurma ya da enerji konsantrasyonu modu kullanılabilir.
TEM, oldukça ince numuneden elektron demetinin geçirilmesi sonucu numune ve elektronlar arasında meydana gelen çeşitli etkileşimin işlenmesiyle görüntünün elde edildiği bir mikroskop tekniğidir. Hızlandırılmış elektronlar düşük de Broglie dalgaboyundan dolayı oldukça yüksek çözünürlüklü görüntüler elde edilmesini sağlar. Numuneden doğrudan geçen elektronlar doğrudan görüntü elde edilmede kullanılabilirken çeşitli düzlemlerden meydana gelen ve Laue şartlarını sağlayan kırınımlar da görüntü elde etmede kullanılmaktadır. Kırınım desenlerinde meydana gelen aydınlık alan ve karanlık alanlar kullanılmasıyla Aydınlık alan ve karanlık alan yöntemleri görüntülemede ayrı ayrı kullanılmaktadır. Bu iki yöntemle kristal kusurları ve farklı fazlar gibi özellikler incelenebilmektedir. Sistemde Enerji saçılımlı spektroskopi mevcut olup elementel analiz yapılmasını sağlamaktadır. Genel anlamda TEM; fizik, kimya, biyoloji ve malzeme bilimi, nanoteknoloji gibi oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir. TEM analizleri kimyasal analiz, kristal yönelimi gibi konularda oldukça yararlı bilgiler sağlar. Merkezimizde FEI TALOS F200S TEM 200 kV mikroskobu bulunmaktadır.