SEDİMENTASYON HAZIRLAYAN HASAN KAYHAN

SEDİMENTASYON Yerçekimi etkisiyle bir, çözeltideki ağır tanecikler sedimentasyon adı verilen bir süreç sonunda sıvı sütunun dibine çöker. Sedimentasyon hızı, uygulanan kuvvetin büyüklüğü ve taneciklerin şekli ve kütlelerine bağlıdır. Küresel moleküller çabuk biçimli veya yayvan moleküllere göre çok daha hızlı çökerler. Örneğin, DNA helisleri gelişigüzel bir yumak şeklinde denatüre olmaları durumunda çok daha hızlı çökerler, bu yüzden sedimentasyon hızı denaturasyon çalışmalarında çok kullanılır.

Numune denge halinde ise tanecikler Boltzman dağılım yasasına göre geniş bir yükseklik aralığında, dağılmış haldedir(çünkü yer çekimi kuvveti termal hareketin karıştırma etkisiyle rekabet halindedir.). bu dağılım yükseklikleri moleküllerin kütleleri ile orantılı olduğundan, denge dağılımı mol kütlesinde kullanılabilecek yöntemlerden biridir.

Doğal sedimentasyon genelde çok yavaş cereyan eder, ancak yer çekimi kuvveti yerine merkezkaç kuvveti kullanmak sureti ile hızlandırılabilir. Bu son yöntem bir eksen etrafında yüksek hızla döndürülen ve numunenin de kenarında bulunan bir bölmeye yerleştirildiği bir silindirden oluşur. Modern ulturasantifüjler yer çekimi kuvvetinin 105 katı sağlayabilir.

Doğada; Sularda çözünmüş olan oksijeni tüketerek kirlenmeye sebep olan ordanik maddelerdir. Böyle maddeler antropojenik faaliyetler (ev atıkları, hayvan atıkları, gıda fabrikaları atıkları, kağıt fabrikası atıkları, mezbaha atıkları, dericilik atıkları vb.) sonucu sulara karışırlar. Karıştıkları sular durgunsa bunlar suyun dibinde toplanırlar. Buna sedimentasyon denir. Sedimentasyonla çöken organik maddeler içinde inorganik maddelerde bulunur.

Koagülant ekleyerek sedimentasyon hızlandırılır

Sedimentasyon havuzu

Sedimentasyon havuzu üç boyutlu

SEDİMENTASYON HIZI Ortamın kaldırma kuvvetinden dolayı, kütlesi m olan bir tanecik meff =b.m olarak verilen etkin bir kütleye sahiptir. Burada; b=1- ρ.υ.s şeklinde verilir.

Burada ρ çözeltinin yoğunluğu, υ. s ise çözünenin öz hacmi ρ. υ Burada ρ çözeltinin yoğunluğu, υ.s ise çözünenin öz hacmi ρ.υ.s ise bir gram çözünen miktarın yerine geçen çözücünün kütlesini göstermektedir. Bir w açısal hızı ile dönen rotordan r uzaklığında bulunan çözünen tanecikleri üzerine meffr.w2 ‘lik merkezkaç kuvveti etkin olur. Dışarı doğru ivmelenme taneciklerin ortam içindeki hızı s ile orantılı olan bir sürtünme kuvveti ile karşılanır. Bu kuvvet fs şeklinde yazılır, dolayısı ile taneciklerin ortam içinde sahip oldukları sabit bir sürükleme hızı vardır. Bu hız, yukarıdaki meffr.w2 ve fs büyüklüklerini eşitlemek suretiyle bulunur. Bu kuvvetler eşit olduğunda; s= meffr.w2 /f= b.m r.w2/f olur.

Sürüklenme hızı açısal hız ve tanecik yarıçapına bağlı olduğundan; S= s/r.w2 şeklinde verilen bir sedimentasyon sabiti tanımlamakta fayda vardır. Ortala molekül kütlesi arasında m=Mn/NA şeklinde bir ilişki olduğundan; S=b.Mn/f.NA olur.

Daha fazla ilerleme yapmak için sürtünme katsayısı f ‘i bilmemiz gerekir. Vizikozitesi η olan bir çözücüsü içinde bulunan yarıçapı a olan küresel tanecik için çözünen moleküllerinden çok daha küçük olması kaydı ile f , f =6.Π.aη şeklinde Stoks eşitliği ile verilir. Dolayısıyla küresel tanecikler için; S=b.Mn/(f.NA6.Π.aη) şeklinde verilir.

Buradan görüldüğü üzere S, Mn veya a’ nın tayininde kullanılabilir Buradan görüldüğü üzere S, Mn veya a’ nın tayininde kullanılabilir. Moleküller küresel değilse, çizerge 23.1’de verilen uygun f değerini kullanırız. Makro moleküller ile uğraşırken, çok büyük ve hacimli moleküllerden kaynaklanan karmaşayı önlemek amacı ile ölçümler daima bir seri derişimde yapılır ve daha sonra 0 derişime extrapole edilir.Bu aşamada es değerinden molekül kütlesini elde etmek için, moleküler yarıçap a’nın daha genel olarak sürtünme katsayısı f nin bilinmesi gerektiği görünmektedir. Neyse ki f ile difüzyon katsayısı ile D arasındaki Stokes-Einstein eşitliğini kullanmak sureti ile bu şartın üstesinden gelinebilir: f = k.T/D

Difüzyon katsayısı bir derişim gradiyenti boyunca moleküllerin yayılma hızının bir ölçüsüdür. Bu değer bir derişim sınırının ilerleme hızını veya derişik çözeltinin daha seyreltik olan çözelti içinde dağılma hızını ile belirlenebilir.Bazı tipik değerler, çizelge 23.2 de verilmiştir.Difüzyon katsayısı ışık saçılması ile de belirlenebilir. Çizerge 23.2; 20 derecede suda difüzyon katsayıları   M/ (Kg /mol) D/(m2/s) Sukroz 0,342 4,59xE-10 Lisozim 14,1 1,04xE-10 Hemoglobin 68 6,9xE-11 Kollojen 345 6,9xE-12 Mn =S.R.T/b.D bulunur.

SEDİMENTASYON DENGELERİ Bu sonuç çözünen moleküllerinin şekillerinden bağımsızdır.Buradan sedimentasyon ve difüzyon hızlarını kullanmak sureti ile mol kütlesinin bulunabileceği görülür. SEDİMENTASYON DENGELERİ Mol kütlesi tayininde sedimentasyon hızının kullanılmasında ki en büyük zorluk,difüzyon katsayısının tayini sırasında konveksiyon akımlarından dolayı sınırı8n niteliğinin bozulması gibi belirsizliklerdir.Bu sorun, sistemin taşıma özelliği D’ nin öneminin kalmadığı denge durumuna gelmesine izin verilmesi ile giderilebilir.

Mw = 2.R.T.In (C2/C1)/ ( r22- r21 )b.w2 Açıklanan 23.2 de göstereceğimiz gibi ağırlıkça ortalama mol kütlesi bir w açısal hızına dönen santrifüj içinde bulunan iki farklı yarıçaplı sahip olan moleküllerin derişimlerinin oranından bulunabilir. Mw = 2.R.T.In (C2/C1)/ ( r22- r21 )b.w2 Veriler farklı bir şekilde kullanılarak, Z – ortalama mol kütlesi elde edilebilir.Tüm çözünenin tabanda ince bir filmde sıkışmasını önleme amacı ile santrfüj, sedimentasyon tekniğinde olduğundan .çok daha yavaş bir hızda döndürülür. Bu yavaş hızlarda dengeye ulaşmak birkaç gün alabilir.

Stoks kanunu yazılırken aşağıdaki kabullenmeler yapılmıştır; 1)Küresel taneciğin hareketi oldukça yavaş olmalıdır. 2)Dağıtıcı sıvı faz moleküllerinin,küresel sol taneciğinden sonsuz uzaklıkta bulunmalı yani süspansiyon içindeki sol taneciklerinin konsantrasyonu sonsuz derecede seyreltik olmalıdır. 3)Sıvı ortamda kolladial katı taneciklerinin hareketi stokes kanununda hata kanunu olmaz.fakat küçük molekül ya da iyonik yapıların oluşturduğu emülsiyon sistemlerinde stokes kanunu oldukça hatalı sonuçlar verir. Kolladial partiküllerin incelediği sedimantasyon difüzyon veya elektroforez uygulamalarında stokes kanununda %1’lik sapmalar göz önüne alınmayabilir

Uygulama alanları; DNA moleküllerini molekül ağırlıklarını bulmada DNA moleküllerini çöktürmede Kan serumundaki proteinlerin ayrılmasında

Barajlara suların yabancı partiküllerin çökmesi

Suyun temizlenmesi;

Yağların saflaştırılması;

Pis suların geri kazanımı

Temiz su eldesinde

TEŞEKKÜRLER