Chemical Vapor Deposited Reusable Fluorescent Thin Film Sensor Nanoprobes for the Detection of Heavy Metal Ions

Abstract

Heavy metal pollution has made a serious threat to the environment and human health day by day due to developing science, technology and industrial activities, therefore, the importance of selective detection of heavy metals has increased. Heavy metals gradually accumulate in the human body, especially via water sources. Among heavy metals, cadmium is one of the most carcinogenic ones and has harmful effects even in trace amounts. Despite it, detection studies of cadmium ion are very few. This thesis study focuses on the development of Initiated Chemical Vapor Deposition (iCVD) synthesized polymer thin film based quantum dot-nitroxide radical fluorescence sensor nanoprobe, which has a multi-use property and high durability, unlike sensor probes developed for single use in liquid media, and selective detection of Cd2+ ions in real water sources. By examining the effects of pH, concentration, solvent type and reaction time, the most suitable conditions to improve the interaction between Cd2+ ion and the newly developed sensor nanoprobe were investigated. The results proved that it is possible to detect the target ion easily even in complex environments where other heavy metal ions are present. Cd2+ ion detection limit with this proposed nanoprobe was found as 0.195 μM and high recovery percentage (>90%) obtained in standard addition method. In the multi-use study, it was confirmed that nanoprobe could be used repeatedly for the selective and sensitive detection of Cd2+ ion without being influenced by the content of daily water samples. This thesis is a great guide for new fluorescent sensor applications.

Ağır metal kirliliği, gelişen bilim, teknoloji ve endüstriyel faaliyetlere bağlı olarak her geçen gün çevre ve insan sağlığı açısından ciddi bir tehdit haline gelmiş, dolayısıyla ağır metallerin seçici tespitlerinin önemi artmıştır. Ağır metaller, özellikle su kaynakları yoluyla insan vücudunda giderek birikmektedir. Ağır metaller arasında en kanserojen olanlardan biri olan kadmiyum, eser miktarlarda bile zararlı etkilere sahiptir. Buna rağmen kadmiyum iyonunun tespitine yönelik çalışmalar oldukça azdır. Bu tez çalışması, sıvı ortamda tek kullanım için geliştirilen sensör problarından farklı olarak çoklu kullanım özelliğine ve yüksek dayanıklılığa sahip Başlatılmış Kimyasal Buhar Biriktirme (iCVD) ile sentezlenmiş polimer ince film tabanlı kuantum nokta-nitroksit radikal floresan sensör nanoprobunun geliştirilmesine ve Cd+2 iyonunun gerçek su kaynaklarında seçici tespitine odaklanmaktadır. pH, konsantrasyon, çözücü türü ve reaksiyon süresinin etkileri incelenerek Cd+2 iyonu ile yeni geliştirilen sensör nanoprobu arasındaki etkileşimi arttırmak için en uygun koşullar araştırılmıştır. Sonuçlar, diğer ağır metal iyonlarının mevcut olduğu karmaşık ortamlarda bile hedef iyonun kolayca tespit edilmesinin mümkün olduğunu kanıtlamıştır. Önerilen bu nanoprob ile Cd+2 iyonu tespit limiti 0,195 µM olarak bulunmuş ve standart ekleme yönteminde yüksek geri kazanım yüzdesi (>%90) elde edilmiştir. Çoklu kullanım çalışmasında nanoprobun günlük su örneklerinin içeriğinden etkilenmeden Cd+2 iyonunun seçici ve hassas tespiti için tekrar tekrar kullanılabileceği doğrulanmıştır. Bu tez, yeni floresan sensör uygulamaları için büyük bir yol gösterici niteliğindedir.