DOKTORA TEZİ KİMYA ANABİLİM DALI

Transkript

1

2 ELEKTROKİMYASAL YÖNTEMLER İLE MONOMETALİK PALADYUM VE BİMETALİK PALADYUM-ALTIN NANOPARTİKÜL MODİFİYE POLİPROLİN FİLM ELEKTOTLARIN GELİŞTİRİLMESİ VE ANALİTİK UYGULAMALARI Emine ARSLAN DOKTORA TEZİ KİMYA ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ EKİM 2016

3 Emine ARSLAN tarafından hazırlanan ELEKTROKİMYASAL YÖNTEMLER İLE MONOMETALİK PALADYUM VE BİMETALİK PALADYUM-ALTIN NANOPARTİKÜL MODİFİYE POLİPROLİN FİLM ELEKTOTLARIN GELİŞTİRİLMESİ VE ANALİTİK UYGULAMALARI adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Kimya Anabilim Dalında DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. Semiha ÇAKIR Kimya Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum.. Başkan: Prof. Dr. Mürvet VOLKAN Kimya Anabilim Dalı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Üye: Prof. Dr. Nuran ÖZALTIN Analitik Kimya Anabili Dalı, Hacettepe Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum... Üye: Prof. Dr. A. Rehber TÜRKER Kimya Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Üye: Prof. Dr. Erdoğan HASDEMİR Kimya Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Tez Savunma Tarihi: 14/10/2016 Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Doktora Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum... Prof. Dr. Hadi GÖKÇEN Fen Bilimleri Enstitüsü Müdür V.

4 ETİK BEYAN Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi, Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu, bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim. Emine ARSLAN

5 iv ELEKTROKİMYASAL YÖNTEMLER İLE MONOMETALİK PALADYUM VE BİMETALİK PALADYUM-ALTIN NANOPARTİKÜL MODİFİYE POLİPROLİN FİLM ELEKTOTLARIN GELİŞTİRİLMESİ VE ANALİTİK UYGULAMALARI (Doktora Tezi) Emine ARSLAN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ekim 2016 ÖZET Monometalik paladyum ve altın nanopartikül (PdNp, AuNp) ve bimetalik paladyum-altın nanopartikül (Pd-AuNp) modifiye grafit elektrotlar hazırlanarak karakterize edilmiştir. Hazırlanan bu elektrotların performanslarının daha da iyileştirilme çalışmalarında biyo polimer olan poliprolinle modifikasyonları gerçekleştirilerek yeni poliprolin modifiye monometalik paladyum (PdNp/Pr/GE), altın (AuNp/Pr/GE) ve bimetalik paladyum-altın (Pd-AuNp/Pr/GE) grafit elektrotlar geliştirilmiştir. Geliştirilen bütün elektrotların elektrokimyasal ve morfolojik özellikleri dönüşümlü voltametri (CV), kare dalga voltametrisi (SWV), elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Biyopolimer içeren ve içermeyen monometalik paladyum, altın ve bimetalik paladyum-altın elektrotların elektrokimyasal ve morfolojik özellikleri karşılaştırılmıştır. Elektrot performanslarına biyopolimer derişiminin, nanopartiküllerin elektrokimyasal sentez yönteminin ve deney şartlarının önemli derecede etkili olduğu gözlenmiştir. En uygun çalışma şartları ve teknikleri belirlenerek hazırlanan biyopolimer, nanopartiküllerin elektrot yüzeyinde daha homojen ve uniform dağılmasını, elektrotların kararlılığının ve duyarlılığının artmasını sağlamıştır. Geliştirilen elektrotlardan PdNp/Pr/GE elektrot, kurkumin tayininde kullanılarak analitik uygulaması yapılmıştır. Geliştirilen bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun, bazı fenolik bileşiklerin tayininde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla, karminik asit, aloe-emodin, askorbik asit, resorsinol, nordihidroguaretik asit, dopamin bileşikleri denenmiştir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrot birçok fenolik bileşiğe karşı yüksek katalitik aktivite sergileyerek bu bileşiklerin duyarlı voltametrik tayinine olanak sağlamış ve gerçek numunelere başarıyla uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar geliştirilen yeni modifiye elektrotların fenolik bileşikler için sensör olarak kullanılabileceğini göstermiş ve gelecekte bu konu üzerine yapılacak çalışmalara bir temel oluşturacağı sonucuna varılmıştır. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Elektrokimya, voltametri, modifiye elektrot, metal nanopartikül, elektrokimyasal impedans spektroskopisi Sayfa Adedi : 200 Danışman : Prof. Dr. Semiha ÇAKIR

6 v DEVELOPMENT OF MONOMETALLIC PALLADIUM AND BIMETALLIC PALLADIUM-GOLD NANOPARTICLES MODIFIED POLYPROLINE FILM ELECTRODE BY ELECTROCHEMICAL METHODS AND ITS ANALIYTICAL APPLICATION (Ph. D. Thesis) Emine ARSLAN GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES October 2016 ABSTRACT The monometallic palladium and gold nanoparticles (PdNp, AuNp) and bimetallic palladium-gold (Pd-AuNp) nanoparticles modified graphite electrodes were prepared and characterized. In the studies of improving the performances of the prepared electrodes, the graphite electodes were modificated with polyproline biopolymer and new monometallic PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE and bimetallic Pd-AuNp/Pr/GE electrodes were developed. The electrochemical and morphological properties of all of developed electrodes were investigated using cyclic voltammetry (CV), square wave voltammetry (SWV), electochemical impedance spectroscopy (EIS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) tecniques. The electrochemical and morphological properties of the monometallic palladium, gold and palladium-gold bimetallic electrodes containing biopolymer and without biopolymer were compared. It was observed that the biopolymer concentration, electrochemical method of synthesis nanoparticles and experimental condirions were significantly effective to performance of electrodes. The prepared biopolymer under the optimal working conditions and techniques lead to more homogeneous and uniform dispersion of nanoparticles on the electrode surface and increasing stability and sensitivity of the electrodes. From the developed electrodes, PdNp/Pr/GE electrode was used for determination of curcumin for the analytical application. The availability of developed bimetallic Pd-AuNp/Pr/GE electrode in determining of certain phenolic compounds were studied. For this purpose, carminic acid, aloe-emodin, ascorbic acid, resorcinol, nordihydroguaiaretic acid, dopamine compounds were tested. Pd-AuNp/Pr/GE electrode exhibited high catalytic activity against a variety of phenolic compounds and facilitated to sensitive voltammetric determination of these compounds, it was successfully applied to the original sample. The obtained results show that the new developed modified electrodes can be used as a sensor for phenolic compounds and it has been concluded that for future studies on this topic create a base. Science Code : Key Words : Electrochemistry, voltammetry, modified electrode, metal nanoparticles, electrochemical impedance spectroscopy Page Number : 200 Supervisor : Prof. Dr. Semiha ÇAKIR

7 vi TEŞEKKÜR Doktora tez çalışmam boyunca değerli önerileri ile çalışmalarımı yönlendiren, bilgi ve tecrübeleri ile ufkumu genişleten, her konuda yakın ilgi ve desteğini gördüğüm değerli hocam Sayın Prof. Dr. Semiha ÇAKIR a, Tezimin ilerlemesinde ve tamamlanmasında bilgi ve desteklerini benden esirgemeyen değerli Tez İzleme Komitesi üyelerim Gazi Üniversitesi, Fen Fakültesi, Kimya Bölümü Öğretim Üyesi Sayın Prof. Dr. A. Rehber TÜRKER e ve Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Fakültesi, Kimya Bölümü Öğretim Üyesi Sayın Prof. Dr. Mürvet VOLKAN a, Hayatımın her anında bana destek olan annem Esma YILMAZ a ve babam Mehmet Ali YILMAZ a, İyi günde, kötü günde, hastalıkta sağlıkta her zaman yanımda olan, kahrımı çeken, bana moral veren değerli eşim Murat ARSLAN a, Yaşından büyük olgunlukla bana destek olan, anlayışla ve sabırla doktoramın bitmesini bekleyen, varlığıyla bana güç veren, hayatımın anlamı biricik kızım Berra ARSLAN a sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

8 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... ABSTRACT... TEŞEKKÜR... İÇİNDEKİLER... ÇİZELGELERİN LİSTESİ... ŞEKİLLERİN LİSTESİ... iv v vi vii xi xiii SİMGELER VE KISALTMALAR... xxiii 1. GİRİŞ GENEL BİLGİLER Elektrokimya Elektroanalitik Teknikler Voltametri Modifiye Elektrotlar Elektrotların yüzey modifikasyonu Fiziksel yöntemler ile modifikasyon Kimyasal yöntemler ile modifikasyon Elektrokimyasal yöntemler ile modifikasyon Modifiye Elektrotların Karakterizasyonu Spektroskopik ve mikroskopik tekniklerle karakterizasyon Elektrokimyasal yöntemlerle karakterizasyon Nanoteknoloji Metal nanopartiküllerin sentezi... 46

9 viii Sayfa Metalik nanopartiküller Metal nanopartiküller ile modifiye elektrotların hazırlanması Metal nanopartikül modifiye elektrotların elektrokimyasal sensörler ve biyosensörlerde kullanımı Modifiye Elektrotların Analitik Uygulamaları Fenolik bileşikler Geliştirilen elektrotların analitik uygulamalarında kullanılan bileşikler MATERYAL VE METOT Aletler Kimyasal Maddeler Çözeltiler Deneysel İşlem Grafit elektrodun hazırlanması Paladyum (Pd) ve altın (Au) nanopartiküllerin kimyasal yöntemle sentezi Pd ve Au nanopartiküllerin (PdNp, AuNp) elektrokimyasal yöntemle sentezi Grafit elektrodun biyopolimer poliprolin ile modifikasyonu (Pr/GE) Poliprolin ile modifiye edilmiş grafit elektrodun (Pr/GE) monometalik paladyum nanopartikül (PdNp) ile modifikasyonu (PdNp/Pr/GE) Poliprolin ile modifiye edilmiş grafit elektrodun (Pr/GE) monometalik altın nanopartikül (AuNp) ile modifikasyonu (AuNp/Pr/GE) Monometalik modifiye elektrotların (PdNp/GE, AuNp/GE, PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE) karakterizasyonu Poliprolin ile modifiye edilmiş monometalik modifiye elektrotların analitik uygulamaları Bimetalik paladyum-altın (Pd-Au) nanopartiküllerin elektrokimyasal sentezi (Pd-AuNp/GE)... 74

10 ix Sayfa Poliprolin ile modifiye edilmiş grafit elektrodun (Pr/GE) bimetalik paladyum-altın (Pd-Au) nanopartikül ile modifikasyonu (Pd-AuNp/Pr/GE) Bimetalik modifiye elektrotların (Pd-AuNp/GE, Pd-AuNp/Pr/GE) karakterizasyonu Poliprolin ile modifiye edilmiş bimetalik modifiye elektrotların analitik uygulamaları BULGULAR VE TARTIŞMA Metal Nanopartiküllerin (PdNp, AuNp) Sentezi Monometalik PdNp ile grafit elektrodun modifikasyonu ve karekterizasyonu PdNp/GE elektrodun aloe-emodin tayini için analitik uygulaması Monometalik PdNp/GE Elektrodun Biyopolimer (Poliprolin) ile Modifikasyonu ve Karekterizasyonu Grafit elektrodun biyopolimer poliprolin ile modifikasyonu (Pr/GE) Prolin film kaplı (Pr/GE) elektrodun paladyum nanopartikül (PdNp) ile modifikasyonu (PdNp/Pr/GE) ve karakterizasyonu Monometalik PdNp/Pr/GE elektrodun kurkuminin tayini için analitik uygulaması Bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE Elektrodun Geliştirilmesi ve Karekterizasyonu Bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun hazırlanması Bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun karakterizasyonu Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun bazı fenolik bileşiklerin tayini için analitik uygulamaları Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun aloe-emodin tayininde kullanımı Geliştirilen yeni Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun karminik asit tayininde kullanımı SONUÇ VE ÖNERİLER

11 x Sayfa KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ

12 xi ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Eşdeğer devre elemanları için impedans eşitlikleri Çizelge 2.2. Nanomateryal türleri Çizelge 3.1. Kullanılan aletler ve modelleri Çizelge 3.2. Kullanılan kimyasal maddeler ve temin edildikleri firmalar Çizelge 4.1. PdNp/GE elektrotta aloe-emodin tayini için kullanılan SWV ve AdsSWV yöntemlerine ait analitik parametreler Çizelge 4.2. L-prolinin farklı derişimdeki çözeltileri kullanılarak hazırlanan Pr/GE elektrotların CV yöntemiyle bulunan kapasitans değerleri Çizelge 4.3. GE ve farklı tarama hızlarında 3 ve 10 döngülü çoklu CV ile hazırlanmış Pr/GE elektrotlarına ait bazı elektrokimyasal parametreler Çizelge 4.4. PdNp/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlarına ait bazı elektrokimyasal parametreler Çizelge M [Fe(CN) 6 ] 3 /4- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitte GE, Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotların elektrokimyasal parametreleri Çizelge 4.6. Kurkuminin SWV ve EIS yöntemleri ile hazırlanan kalibrasyon grafiklerine ait analiz sonuçları Çizelge 4.7. Kurkumin tayini için kullanılan farklı elektrotların karşılaştırılması Çizelge 4.8. Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd- AuNp/Pr/GE lara ait bazı elektrokimyasal parametreler Çizelge M [Fe(CN) 6 ] 3 /4- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitte PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların elektrokimyasal parametreleri Çizelge Farklı fenolik bileşikler için Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta elde edilen derişim-pik akımı ilişkileri Çizelge Aloe-emodin tayini için kullanılan AdsSWV, EIS ve HPLC yöntemlerine ait analitik parametreler Çizelge Aloe-emodin tayini için kullanılan farklı elektrotların karşılaştırılması

13 xii Çizelge Sayfa Çizelge Aloe vera kapsülündeki aloe-emodin tayini için kullanılan yöntemlerin sonuçları ve sonuçların karşılaştırılması Çizelge Karminik asitin tayini için kullanılan SWV ve UV yöntemlerine ait analitik parametreler Çizelge Karminik asit tayini için kullanılan farklı elektrotların karşılaştırılması Çizelge Şeker numunesindeki karminik asit tayini için elde edilen sonuçlar

14 xiii ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Elektrot yüzeyindeki tabakaların şematik olarak gösterilmesi... 8 Şekil 2.2. Elektrot yüzeyinde oluşan elektriksel çift tabaka... 9 Şekil 2.3. Elektrot yüzeyine kütle aktarım yollarının şematik gösterimi a) difüzyon b) elektriksel göç (migrasyon) c) Karıştırma (konveksiyon) Şekil 2.4. Normal puls voltametrisi için (a) uyarma sinyalleri, (b) elde edilen voltamogram Şekil 2.5. Diferansiyel puls voltametrisi için (a) uyarma sinyalleri, (b) elde edilen voltamogram Şekil 2.6. Kare-dalga voltametrisinde (a) uyarma sinyali, (b) puls taraması dalga şekli ve (c) akım ölçümü Şekil 2.7. Tersinir bir reaksiyon için uyarma sinyaline akım cevabı, i 1 ileri akım; i 2 ters akım; i = i 1 i 2 akım farkı Şekil 2.8. Dönüşümlü voltametride (a) uygulanan potansiyel, (b) CV voltamogramı Şekil 2.9. A yük /A ind elektroaktif maddesinin indirgenme reaksiyonun şematik gösterimi a) modifiye edilmemiş elektrotta, b) çözelti ortamına katalizör madde eklendiğinde c) katalizörle modifiye edilmiş elektrotta Şekil Karbon nanotüp/karbon pasta elektrot yüzeyinde L-lisinin elektropolimerizasyonu Şekil L-aspartik asitin elektropolimerizasyonu Şekil L-Prolinin molekül formülü Şekil Prolinin sulu çözeltideki iyonik formlarının ph ya bağlı olarak dağılımı Şekil Nanoyapıların şekillerine göre sınıflandırılması Şekil Doğrudan elektrot ve organik madde kaplı elektrot yüzeylerine depolanmış metal nanopartikülleri Şekil Kolestrol için geliştirimiş modifiye elektrodun (ChOx/AuPt-Ch-IL/GCE) şematik gösterimi Şekil Kolestrol için geliştirimiş modifiye elektrodun şematik gösterimi... 27

15 xiv Şekil Sayfa Şekil Farklı şekillerde ve boyutlardaki altın nanopartiküllere ait UV-GB spektrumu Şekil XPS spektroskopi tekniğinin prensibini gösteren şema Şekil 2.20.Gönderilen elektron demetinin numune ile çarpışması sonucu ortaya çıkan sonuçlar Şekil Elektron dağılımlı X ışını spektroskopisi çalışma prensibinin şematik gösterimi Şekil Dopaminin GC ve 2-benzo[c]sinolin modifiye GC deki dönüşümlü voltamogramı Şekil [K 4 Fe(CN) 6 ]/[K 3 Fe(CN) 6 ] (1:1) içeren 0.1 M KCl çözeltisinin (a) Au, (b) Au/PEDOT (c) Au/PEDOT/AuNp elektrotta dönüşümlü voltamogramı Şekil R dirençli sisteme (a) ve impedimetrik sisteme (b) uygulanan sinüsoidal uyarılar ve alınan cevaplar Şekil φ faz açısı ile ayrılmış ve akım-potansiyel değişimini gösteren fazör Şekil Kompleks düzlem diyagramı Şekil Tipik bir Nyquist impedans spektrum grafiği Şekil Bazı örnek Nyquist diyagramları ve olası eşdeğer devreler Şekil Reel direnç-frekans ve faz açısı-frekans değişimlerini gösteren Bode çizimleri Şekil Nanoteknolojinin disiplinler arası ilişkisi Şekil Nanopartiküllerin sınıflandırılması Şekil Nanopartiküllerin üretiminde kullanılan yöntemler Şekil Çekirdek-kabuk ve alaşım nanopartikülleri için sentez yöntemleri Şekil Bimetalik nanopartiküllerin elektrokimyasal biriktirilmesi sonucu oluşan yapılar Şekil İki metal tuzunun eşzamanlı elektrokimyasal biriktirilmesiyle bimetalik alaşım nanopartikül modifiye elektrodun hazırlanış şeması Şekil Gümüş iyonlarının (Ag + ) gümüş atomuna (Ag 0 ) indirgenmesiyle gümüş monometalik nanopartiküllerinin oluşumu... 50

16 xv Şekil Sayfa Şekil Gümüş ve bakır iyonlarının (Ag + ve Cu 2+ ) gümüş ve bakır atomlarına (Ag 0 ve Cu 0 ) birlikte indirgenmesiyle Ag-Cu bimetalik nanoalaşımların oluşumu Şekil Poli(N-vinil-2-pirolidon) (PVP) stabilize Pt çakirdek- Pd kabuk modeli Şekil PVP stabilize Au-Pd (1:1) küme küme modeli Şekil PVP stabilize Au-Pd bimetalik nanopartiküllerin düzensiz alaşım modeli.. 52 Şekil Kurkuminin molekül yapısı Şekil Aloe-emodinin molekül formülü Şekil Dopaminin molekül formülü Şekil Karminin molekül formülü Şekil Nordihidroguaiaretik asitin molekül formülü Şekil a) Katekol, b) Resorsinol, c) Hidrokinon molekül formülleri Şekil 3.1. Üç elektrotlu elektrokimyasal hücrenin şematik gösterimi Şekil 3.2. GE elektrodun kimyasal yöntemle sentezlenen PdNp ve AuNp ile modifikasyonu Şekil 3.3. PdNp/GE ve AuNp/GE elektrotların hazırlanışı Şekil 3.4. Pr/GE elektrodun hazırlanışı Şekil 3.5. PdNp/Pr/GE elektrodun hazırlanışı Şekil 3.6. AuNp/Pr/GE elektrodun hazırlanışı Şekil 3.7. Bimetalik Pd-AuNp/GE elektrodun hazırlanışı Şekil 3.8. Bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun hazırlanışı Şekil x10-3 M ferrosiyanür içeren 0,1 M KCl destek elektrolitte, A) aktive edilmiş aynı GE elektrotların farklı zamanlarda (a: 0 gün, b: 5 gün, c: 10 gün), B) farklı GE elektrotların aynı zamanda, CV voltamogramları Şekil x10-4 M PdCl 2 içeren ph 7 fosfat tamponundaki GE elektrodun ( ) 1., ( ) 2., ( ) 3. taramalardaki CV voltamogramları (TH=100 mv s -1 )... 84

17 xvi Şekil Sayfa Şekil 4.3. Elektroliz yöntemiyle hazırlanan PdNp/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı (elektroliz süresi: 20 dakika; TH=100 mv s -1 ) Şekil döngülü çoklu CV ( ), 20 min -1 V da elektroliz ( ) yöntemleri ile hazırlanan PdNp/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı Şekil 4.5. PdNp/GE elektrodun çeşitli destek elektrolitlerdeki CV voltamogramları ph 7 Tris-HCl ( ) ve fosfat tamponu ( ); B) ph 8 NH 3 -NH 4 Cl ( ) ve fosfat ( ) tamponları; C) ph 4 CH 3 COOH/NaCH 3 COO ( ) ve fosfat ( ) tamponları Şekil 4.6. PdNp/GE elektrodun ph 3-10 aralığında fosfat tamponundaki CV voltamogramlarından elde edilen ph-i p ve ph-e p grafiği Şekil 4.7. PdNp/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramlarına elektroliz süresinin etkisi 5 dakika ( ), 10 dakika ( ), 20 dakika ( ).. 91 Şekil 4.8. PdNp/GE nin ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramına başlangıç potansiyelinin etkisi -0,4 V ( );-0,5 V ( ); -0,6 V ( ) Şekil 4.9. PdNp/GE nin ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramına bitiş potansiyelinin etkisi 0,8 V ( ); 1,2 V ( ); 1,6 V ( ) Şekil PdNp/GE elektrodun SEM görüntüsü Şekil x10-7 M aloe-emodin içeren ph 7 fosfat tamponunun GE elektrotta ( ) ve PdNp/GE elektrotta ( ) (A) anodik SWV, (B) katodik SWV voltamogramları Şekil Aloe-emodinin indirgenme reaksiyon mekanizması Şekil PdNp/GE elektrotta ph 7 fosfat tamponunda aloe-emodinin (A) SWV voltamogramları, (B) kalibrasyon eğrisi (a: 1x10-8 M, b: 2x10-8 M, c: 3x10-8 M, d: 5x10-8 M, e: 6x10-8 M, f: 7x10-8 M, g: 1x10-7 M, h: 1,2x10-7 M, ı: 1,6x10-7 M, i: 2x10-7 M) Şekil L-Prolinin grafit elektrot yüzeyinde multi-cv voltamogramı (potansiyel aralığı: 0.50 ve V; döngü sayısı: 10; destek elektrolit: 0.1 M L- prolin içeren ph 8 fosfat tamponu) Şekil GE yüzeyinde L-Prolinin elektropolimerizasyon mekanizması... 98

18 xvii Şekil Sayfa Şekil A) GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin 20, 40, 60, 80, 100, 120 mvs -1 tarama hızlarındaki CV voltamogramları, B) 10 mv s -1 tarama hızında C) 20 mv s -1 tarama hızında D) 60 mv s -1 tarama hızında E) 100 mv s -1 tarama hızında üç döngülü çoklu-cv ile hazırlanan Pr/GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin 20, 40, 60, 80, 100, 120 mvs -1 tarama hızlarındaki CV voltamogramları Şekil A) GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin I- v grafikleri, B) 10 mv s -1 tarama hızında C) 20 mv s -1 tarama hızında D) 60 mv s -1 tarama hızında E) 100 mv s -1 tarama hızında üç döngülü çoklu-cv ile hazırlanan Pr/GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin I-v grafikleri Şekil (A) 10 mv s -1 tarama hızında B) 20 mv s -1 tarama hızında C) 60 mv s -1 tarama hızında D) 100 mv s -1 tarama hızında on döngülü çoklu-cv ile hazırlanan Pr/GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin 20, 40, 60, 80, 100, 120 mvs -1 tarama hızlarındaki CV voltamogramları Şekil A) 10 mv s -1 tarama hızında B) 20 mv s -1 tarama hızında C) 60 mv s -1 tarama hızında D) 100 mv s -1 tarama hızında on döngülü çoklu-cv ile hazırlanan Pr/GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin I-v grafikleri Şekil a) L-Prolin, b) poliprolinin FTIR spektrumu Şekil GE ve üç döngü ile farklı tarama hızlarında hazırlanan Pr/GE elektrotların 1x10-3 M Fe(CN) 6 4-/3- (1:1) içeren KCl destek elektrolitinde Nyquist eğrileri (A), Bode grafiği (B), Admitans grafiği (C) (GE (a), TH=10 mvs -1 (b), TH=20 mvs -1 (c), TH=60 mvs -1 (d), TH=100 mvs -1 (e) ) (Z re :gerçek impedans, Z im : Sanal impedans, Z : impedans, f: frekans, Y re :gerçek admitans, Y im : sanal admitans) Şekil GE ve on döngü ile farklı tarama hızlarında hazırlanan Pr/GE elektrotların 1x10-3 M Fe(CN) 6 4-/3- (1:1) içeren KCl destek elektrolitinde Nyquist eğrileri (A), Bode grafiği (B), Admitans grafiği (C) (GE (a), TH=10 mvs -1 (b), TH=20 mvs -1 (c), TH=60 mvs -1 (d), TH=100 mvs -1 (e) ) (Z re : gerçek impedans, Z im : Sanal impedans, Z : impedans, f: frekans, Y re : gerçek admitans, Y im : sanal admitans) Şekil PdNp/GE (a) ve PdNp/Pr/GE (b) elektrotlarda ph 7 fosfat tamponunun CV voltamogramları Şekil PdNp/Pr/GE (A) ve PdNp/GE (B) yüzeylerinin SEM görüntüleri Şekil x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren ph 7 fosfat tamponunun PdNp/GE ( ) ve PdNp/Pr/GE ( ) elektrottaki CV voltamogramları

19 xviii Şekil Sayfa Şekil x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- çözeltisi içeren ph 7 fosfat tamponundaki PdNp/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotların A) Nyquist grafiği, B) Bode grafiği, C) Admitans grafiği (E uyg = +1,0 V) Şekil PdNp lerin Pr/GE yüzeyinde çoklu CV yöntemi ile elektrodepozisyonu (Potansiyel aralığı, 0.5 ve +1.0 V; tarama hızı 50 mvs -1 ; döngü sayısı, 10; destek elektrolit, M PdCl 2 içeren ph 7 fosfat tamponu) Şekil PdNp/GE (----) ve PdNp/Pr/GE ( ) elektrotların ph 7 fosfat tamponunda 1.0 and +1.0 V aralığında ve 100 mvs -1 tarama hızında CV voltamogramları Şekil a) L-Prolin, b) poliprolin c) PdNp-poliprolinin FTIR spektrumu Şekil a) GE, b) Pr/GE, c) PdNp/Pr/GE elektrotların SEM görüntüleri Şekil x10 3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren 0.1 M KCl destek elektrolitinin GE ( ), Pr/GE ( ) ve PdNp/Pr/GE (- - -). TH: 100 mvs Şekil x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- çözeltisi içeren 0.1 M KCl destek elektrolitindeki GE (a), Pr/GE (b) ve PdNp/Pr/GE (c) elektrotların Nyquist eğrileri Şekil a) GE, b) Pr/GE ve c) PdNp/Pr/GE elektrotlar için eşdeğer devre modelleri Şekil Kurkuminin pik akımının derişimle değişimini gösteren SWV voltamogramları ve kalibrasyon grafiği, a) ph 2 fosfat tamponu, b) M, c) M, d) M, e) M, f) M, g) M, h) M, ı) M, i) M kurkumin Şekil (A) Kurkuminin R ct değerinin derişimle değişimini gösteren Nyquist eğirileri a) ph 2 fosfat tamponu, b) 5x10-8 M, c) 3x10-7 M, d) 9x10-7 M, e) 3x10-6 M, f) 5x10-6 M kurkumin, (B) Kurkuminin EIS yöntemi ile elde edilen kalibrasyon grafiği Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE un ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan AuNp/Pr/GE un ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı

20 xix Şekil Sayfa Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE ( ), AuNp/Pr/GE ( ) ve Pd-AuNp/Pr/GE ( ) un 0,1 M H 3 PO 4 (ph 7) destek elektrolitindeki CV voltamogramları Şekil Farklı oranlarda PdCl 2 /HAuCl 4 karışımı içeren 0,1 M KCl de hazırlanan elektrotların CV voltamogramlarında elde edilen v-i p grafikleri Şekil Farklı oranlarda PdCl 2 /HAuCl 4 karışımı içeren 0,1 M KCl de hazırlanan elektrotların CV ile belirlenen kapasitans değerlerinin karşılaştırılması Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan a) AuNp/Pr/GE, b) PdNp/Pr/GE, c) Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramları Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan (a) PdNp/Pr/GE, (b) AuNp/Pr/GE, c) Pd- AuNp/Pr/GE elektrotların fotoğrafları Şekil Çoklu CV ile hazırlanan AuNp modifiye elektrotların SEM görüntüleri a) GE, b) AuNp/GE, c) AuNp/Pr/GE Şekil Çoklu CV ile hazırlanan PdNp modifiye elektrotların SEM görüntüleri a) GE, b) PdNp/GE, c) PdNp/Pr/GE Şekil Çoklu CV ile hazırlanan Pd-AuNp modifiye elektrotların SEM görüntüleri a) GE, b) Pd-AuNp/GE, c) Pd-AuNp/Pr/GE Şekil a) GE ve çoklu CV ile hazırlanan b) PdNp/Pr/GE, c) AuNp/Pr/GE ve d) Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların 1x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitinde SWV voltamogramları Şekil PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların 1x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitinde ve mvs -1 tarama hızlarında (A) CV voltamogramları, (B) v-i grafikleri, (C) kapasitans değerleri Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE ( ), AuNp/Pr/GE ( ), Pd-AuNp/Pr/GE ( ) elektrotların [Fe(CN) 6 ] 4-/3- redoks sistemi için Nyquist (1), Bode (2) ve Admitans (3) grafikleri (A: E= +0,1 V; B: E= +0,3 V) Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan (a) PdNp/Pr/GE üzerindeki PdNp nin Pd 3d (b) AuNp/Pr/GE üzerindeki AuNp nin Au 4f (c) Pd-AuNp/Pr/GE üzerindeki Pd-AuNp nin Pd 3d and Au 4f XPS spektrumu Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan (a) PdNp/Pr/GE, (b) AuNp/Pr/GE, (c) Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların SEM görüntüleri ve (d) PdNp/Pr/GE, (e) AuNp/Pr/GE, (f) Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların EDX analizleri

21 xx Şekil Sayfa Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE (a), AuNp/Pr/GE (b) ve Pd-AuNp/Pr/GE (c) elektrotların 1x10 3 M [Fe(CN) 6 ] 3-/4- içeren 0.1 M KCl destek elektrolitindeki CV voltamogramı (A), v- I p grafikleri (B) Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE (a), AuNp/Pr/GE (b) ve Pd-AuNp/Pr/GE (c) elektrotların 1x10 3 M [Fe(CN) 6 ] 3-/4- içeren 0.1 M KCl destek elektrolitindeki SWV voltamogramları Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE (a), AuNp/Pr/GE (b) ve Pd-AuNp/Pr/GE (c) elektrotların 1x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitte Nyquist eğrileri Şekil Bazı fenolik bileşiklerin Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta SWV voltamogramları A) 0,1 M HClO 4 (ph 1,5) destek elektrolitte NHGA, B) ph 6 fosfat tamponunda askorbik asit, C) ph 6 fosfat tamponunda dopamin, D) ph 6 BR-tamponunda resorsinol, E) 0,1 M HClO 4 (ph 1,5) destek elektrolitte karminik asit, F) 0,1 M HClO 4 (ph 1,5) destek elektrolitte aloe-emodin Şekil x10-7 M aloe-emodin içeren ph 7 fosfat tamponunda Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun CV voltamogramı Şekil x10-8 M aloe-emodinin CV voltamogramlarından elde edilen log I p - log v grafiği (TH: mvs -1 ) Şekil Aloe-emodinin pik akımına ön deriştirme süresinin etkisi Şekil A) ph 7 fosfat tamponunda 2,0x ,0x10-8 M aralığında aloe-emodinin AdsSWV voltamogramları, B) ph 7 fosfat tamponunda 9,0x ,0x10-7 M aralığında aloe-emodinin AdsSWV voltamogramları, C) 2,0x ,0x10-8 M aralığında kalibrasyon grafiği, D) 9,0x ,0x10-7 M aralığında kalibrasyon grafiği (a: 1,0x10-8, b: 2,0x10-8, c: 3,0x10-8, d: 4,0x10-8, e: 5,0x10-8, f: 6,0x10-8, g: 8,0x10-8, h: 9x10-8, ı: 1,2x10-7, j: 1,7x10-7, k: 2,0x10-7, l: 2,5x10-7, m: 3,0x10-7 M) Şekil Farklı derişimlerde aloe-emodin içeren ph 7 fosfat tamponunda Pd- AuNp/Pr/GE elektrodun Nyquist eğrileri İçten dışa: 4x10-8, 8x10-8, 1,5x10-7, 2x10-7, 3x10-7, 6x10-7 M aloe-emodin Şekil Aloe-emodin içeren çözeltide Pd-AuNp/Pr/GE elektrot için belirlenen eşdeğer devre modeli Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun Nyquist eğrilerinden elde edilen aloe-emodin için kalibrasyon eğrisi

22 xxi Şekil Sayfa Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrotla standart ekleme yöntemi ile alınan SWV voltamogramlar (A), Standart ekleme grafiği (B) a) 5 μl stok aloe vera numunesi içeren ph 7 fosfat tamponu, b) a + 2,5x10-8 M, c) a + 3x10-8 M, d) a + 3,5x10-8, e) a + 4x10-8 M, f) a + 4,5x10-8 M (200 s biriktirme) Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrotla standart ekleme yöntemi ile alınan SWV voltamogramlar (A), Standart ekleme grafiği (B) a) 20 μl stok aloe vera numunesi içeren ph 7 fosfat tamponu, b) a + 5x10-8 M, c) a + 1x10-7 M, d) a + 1,5x10-7, e) a + 2x10-7 M, f) a+2,5x10-7 M aloe-emodin (200 s biriktirme) Şekil Standart ekleme yöntemi ile alınan HPLC kromatogramları, a) Aloe vera numunesi, b) a+1x10-4 M, c) a+2x10-4 M, d) a+3x10-4 M, e) a+5x10-4 M aloe- emodin Şekil Aloe vera numunesinin HPLC yöntemi ile elde edilen standart ekleme grafiği Şekil Karminik asitin molekül formülü Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta farklı ph larda HClO 4 destek elektrolitinde M karminik asitin SWV voltamogramları (a: ph 1,5; b: ph 2,0; c: ph 3,0; d:ph 4,5; e: ph 6,0) Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta M karminik asitin farklı tarama hızlarındaki CV voltamogramları (a e: 100, 200, 300, 400, 500 mvs -1 ) Şekil Karminik asitin kateşol grubunun oksidasyon mekanizması Şekil x10-6 M karminik asitin 0,1 M HClO 4 de alınan CV voltamogramlarındaki oksidasyon pikine ait v-i p (A), v 1/2 -I p (B) ve logvlogi p (C) grafikleri (Tarama hızı = mv s -1 ) Şekil M karminik asit içeren 0,1 M HClO 4 ün farklı elektrotlardaki SWV voltamogramları (a) GE, (b) Pr/GE, (c) PdNp/Pr/GE, (d) AuNp/Pr/GE, (e) Pd-AuNp/Pr/GE Şekil A) Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta farklı derişimlerde karminik asit içeren 0,1 M HClO 4 destek elektrolitin SWV voltamogramları a) 0,1 M HClO 4 destek elektrolit, b) a+ 1x10-8 M, c) a+3x10-8 M, d) a+ 5x10-8 M, e) a+ 7x10-8 M, f) a+1,1x10-7 M, g) a+ 2x10-7 M, h) a+ 3x10-7 M, i) a+ 5x10-7 M, j) a+ 7x10-7 M, k) a+ 9x10-7 M, l) a+ 1x10-6 M, B) Kalibrasyon grafiği

23 xxii Şekil Sayfa Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrotla standart ekleme yöntemi ile alınan SWV voltamogramlar (A), standart ekleme grafiği (B) a) 50 μl şeker numunesi (10 kat seyreltilmiş stok numune çözeltisi) içeren 0,1 M HClO 4 destek elektrolit, b) a + 5x10-8 M, c) a + 2x10-7 M, d) a + 2,5x10-7 M, e) a + 3x10-7 M karminik asit Şekil Standart ekleme yöntemi ile alınan UV spektrumlar (A), Standart ekleme grafiği, a) şeker numunesi, b) a + 2x10-6 M, c) a + 4x10-6 M, d) a + 6x10-6 M, e) a + 8x10-6 M, f) a+ 1x10-5 M karminik asit

24 xxiii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklamalar A α C C CPE D E E p E pa E pk E 1/2 f F I I c I d I f I p I pa I pk k l n η R Elektrot yüzey alanı Elektron transfer katsayısı Derişim Kapasitör Sabit Faz Elementi Difüzyon katsayısı Potansiyel (volt) Pik potansiyeli Anodik pik potansiyeli Katodik pik potansiyeli Yarı dalga potansiyeli Frekans Faraday sabiti Akım (amper) Kapasitif akım Difüzyon akımı Faradayik akım Pik akımı Anodik pik akımı Katodik pik akımı Hız sabiti Elektrotlar arasındaki mesafe Elektron sayısı Aşırı gerilim Gaz sabiti

25 xxiv Simgeler Açıklamalar R r R ct T τ Φ v W Z Direnç Çözeltinin direnç sabiti Yük transfer direnci Mutlak sıcaklık Periyot Faz kayması Potansiyel tarama hızı Difüzyon İmpedansı İmpedans Kısaltmalar Açıklamalar AdSWV AuNp BRT CV DC DCP DME DPP DPV EDX EIS FTIR GC GE HMDE HPLC PdNp Pd-AuNp Kare dalga adsorptif sıyırma voltametrisi Altın nanopartikül Britton-Robinson Tamponu Dönüşümlü voltametri Doğru akım Doğru akım polarografisi Damlayan cıva elektrodu Diferansiyel puls polarografisi Diferansiyel puls voltametrisi Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi Elektrokimyasal impedans spekstroskopisi Fourier dönüşümlü infrared spektroskopisi Camsı karbon Grafit elektrot Asılı cıva damla elektrodu Yüksek performanslı sıvı kromatografisi Paladyum nanopartikül Paladyum-Altın bimetalik nanopartikül

26 xxv Kısaltmalar Açıklamalar Pr SEM SMDE SWV UV-GB XPS Prolin Taramalı elektron mikroskobu Durgun cıva damla elektrodu Kare dalga voltametrisi Ultraviyole-Görünür bölge X-ışınları fotoelektron spektroskopisi

27 1 1. GİRİŞ Elektrokimya, redoks reaksiyonlarındaki elektron alış verişinden kaynaklanan olayları ve mekanizmaları inceler. Elektrokimyasal yöntemlerin, diğer analitik yöntemlere göre daha hızlı, ucuz, basit, çevre dostu, yüksek seçiciliğe ve yaygın kullanım alanına sahip olduğu bilinmektedir. Bu nedenle, kimya, biyoloji, tıp, ilaç bilimi, çevresel uygulamalar ve daha birçok alanlardaki araştırma ve incelemeler için yeni çalışma elektrotlarının tasarımı ve geliştirilmesi önem arz etmektedir. Son yıllarda nano boyutta malzeme geliştirilmesi, karakterizasyonu ve uygulamaları birçok araştırmacının dikkatini çeken ve yoğun bir şekilde araştırılan konular arasında yer almıştır. Nanopartiküllerin sağladığı büyük avantajlar nedeniyle son yıllarda nanobilimde çok hızlı gelişmeler olmuştur [1-9]. Biyoteknoloji, genetik mühendisliği, ilaç geliştirme ve çeşitli hastalıkların (kanser, kas hastalıkları, sağırlık, körlük, kalıtımsal hastalıklar, vb.) teşhis ve tedavilerine yönelik araştırmaların geleceğinin nanoteknolojideki gelişmelere bağlı olduğunu göstermektedir [10-12]. Yeni elektrotların ve elektrokimyasal sensörlerin geliştirilmesine yönelik çalışmaların birçoğunda da metal nanopartikül modifiye elektrotlar kullanılmaktadır [13-18]. Çünkü metal nanopartiküller muhteşem bir yüzey yapısı, iyi bir elektriksel ve mekaniksel özellik yüksek performans sergilemektedir. Ancak metal nanopartikül kaplı yüzeyler çok kararlı olmayıp, ufak bir temasta kırılabilir, özel şekillerini ve özelliklerini kaybedebilir ve yığılma gösterebilirler. Bunu engellemek için, stabilizatörlere gerek duyulmuştur. Böylece, partiküllerin büyüme hızı, boyutları, kontrol edilebilmekte ve partiküllerin yığılması engellenmektedir [19-21]. Stabilizatör olarak çeşitli organik maddeler, yüzey aktif maddeler, pasifleştirici maddeler ve çeşitli polimerler kullanılabilmektedir. Bu malzemelerin içerisinde elektrot modifikasyonlarında en sık tercih edilen, iyi bir elektron, iyon veya proton iletimi sağlayan ve gözenekli yapıya sahip olan biyo iletken polimerlerdir [22-24]. Bir çok amino asit, elektropolimerizasyonla elektrot yüzeyinde bir biyo polimer oluşturabilmektedir [25-27]. Elektrot yüzeyinin bir biyopolimerle modifiye edilmesi, elektrodun biyouyumluluğunu arttırması açısından önemlidir. Bu çalışmada kullanılan L- prolin bir amino asit olup elektropolimerizasyonla elektrot yüzeyinde polimerleşebilmektedir.

28 2 Yapılan literatür araştırmalarında, L-Prolin ile modifiye elektrot hazırlanmasına ait sadece bir yayın bulunmaktadır [28]. Bu yayında, L-Prolin modifiye camsı karbon elektrot kullanılarak askorbik asit varlığında dopamin tayini gerçekleştirilmiştir. Ancak literatür araştırmalarında L-Prolin kaplı elektrodun metal nanopartiküller ile modifiye edildiğine ilişkin bir bilgiye rastlanmamıştır. Bu nedenle tez çalışmalarımızda gerçekleştirilen L-Prolin modifiye grafit elektrotların (Pr/GE) mono ve bimetal nanopartikülleri ile modifiye edilerek iyileştirilmesi ve geliştirilmesi bu alanda yapılan çalışmalara katkı sağlayacaktır. Bimetalik nanopartikül bazlı modifiye elektrotların geliştirilmesi çok yeni ve ilgi çekici bir çalışma alanıdır. Bimetalik nanopartiküllerde elektro aktivitenin, monometalik olanlara göre daha gelişmiş olduğu, bu alanda yapılan çalışmalarda belirtilmiştir [29, 30]. Elektro aktivitenin, bimetalik nanopartikülün boyut, morfoloji ve yapının ara yüzü ile ilişkili olduğu ileri sürülmüştür. Bimetalik nano alaşımlar, iki metal bileşeni arasındaki etkileşim sayesinde pek çok olumlu özellikler göstermektedirler. Bimetalik nanopartiküller, monometalik nanopartiküllerle karşılaştırıldığında, yüksek katalitik aktivitesi, seçicilik, deaktivasyon direncinin büyük olması gibi üstünlükleri vardır. Bimetalik nanopartiküllerin, yüksek duyarlılık, hızlı cevap süresi, daha seçici, geniş doğrusallık aralığı ve tekrarlanabilirlik gibi avantajları nedeniyle yeni algılama cihazlarının, elektrokimyasal sensörlerin ve biyosensörlerin geliştirilmesinde önemli bir yeri vardır. Bimetalik alaşımlar arasında özellikle Au-M (M=Pd,Pt) nanopartikülleri oldukça ilgi çekicidir. Au ve Pd arasındaki yüksek sinerjik etkiden dolayı mükemmel bir kataliz özelliği ve deaktivasyon direncine sahiptirler. Heterometalik nanopartiküllerin performansları üzerine yapılan ilk çalışmalar, sinerjik etkinin, yüzeyin elektronik yapısıyla, geometrik parametrelerle ve özellikle alaşım yüzeyindeki yerel gerginlik ve etkin atomik koordinasyon sayısı ile ilişkili olduğunu göstermiştir [31, 32]. Ayrıca, yapıya eklenen ikinci bir metalin elektronik etki yaptığı ve bu nedenle katalitik özelliklerinin iyileştiğini belirten çalışmalar da mevcuttur [33]. Ancak, literatür araştırmalarında, Au-Pd bimetalik nanopartikül bazlı elektrokimyasal çalışmaların sınırlı sayıda olduğu bulunmuştur [34-40]. Bu çalışmalar da yıllarına ait olup, hızla gelişmekte olan yeni bir konudur. Literatür araştırmalarında, L-Prolin kaplı elektrodun Pd-Au nanopartikülleri ile modifikasyonuna rastlanmamıştır. Bu nedenle L-prolin

29 3 kaplı grafit elektrotların Pd-Au bimetalik nanopartiküller ile modifiye edilerek yeni bir elektrodun geliştirilmesi bir elektrokimyasal sensör olarak kullanılabilmesi için model oluşturması açısından oldukça önemlidir. Bu amaçlar doğrultusunda, tez çalışmalarımızda grafit elektrotların yüzeyi elektrokimyasal yöntemle L-prolin film tabakası ile kaplandıktan sonra monometalik Au, Pd nanopartiküller ile modifiye edilerek monometalik AuNp/Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlar hazırlanmıştır. İkinci aşamada ise biyofilm kaplı elektrotların yüzeyi bimetalik Pd-Au nanopartiküller ile modifiye edilerek yeni Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlar geliştirilmiştir. İlk kez bu çalışma kapsamında geliştirilen bu elektrotların, L-Prolin biyopolimer filmi oluşturulmasının önemini araştırmak için mono ve bimetalik elektrotlar L-Prolinsiz olarak da hazırlanmış ve elektrotların performansları karşılaştırılmıştır. Geliştirilen tüm elektrotların performansları ve karakterizasyonları Kare Dalga Voltametrisi (SWV), Dönüşümlü Voltametri (CV), Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopisi (EIS), Taramalı Elektron Mikrokobu (SEM), Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDX) ve X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) teknikleri kullanılarak araştırılmıştır. Geliştirilen elektrotlar, çeşitli biyolojik öneme sahip bileşiklerin (aloe-emodin, kurkumin, karminik asit, dopamin, vb.) tayininde başarıyla kullanılmıştır.

30 4

31 5 2. GENEL BİLGİLER 2.1. Elektrokimya Elektrokimya, maddenin elektrik enerjisi ile etkileşmesi sonucu ortaya çıkan kimyasal dönüşümler ile fiziksel değişimleri ve kimyasal enerjinin elektrik enerjisine çevrilmesini inceler [41]. Elektroanalitik teknikler, elektrokimyasal yöntemlerin uygulanabildiği sistemler hakkında, ara yüzeylerdeki yük aktarımının stokiyometrisi ve hızı, kütle aktarım hızı, adsorpsiyon derecesi, kimyasal tepkimelerin hız ve denge sabitleri, kimyasal maddelerin etkileşimlerinin aydınlatılması gibi bilgileri de içeren çok çeşitli bilgiler verirler. Elektroanalitik teknikler, nicel ve nitel tayinlerde yüksek duyarlılığı, kesinliği vb. nedeniyle yaygın kullanım alanına sahiptir [42, 43]. Elektrokimyasal tepkimenin oluşabilmesi için, incelenen elektroaktif maddeyi içeren bir çözelti, maddenin kimyasal dönüşüme uğradığı elektrot sistemi ve bu elektrotları birbirine bağlayan bir çevirim sistemi gerekmektedir. Voltametrik analizde kullanılan sistem, elektrokimyasal hücre, analiz edilecek madde ve destek elektrolit adı verilen çözelti içersine daldırılmış üç elektrottan oluşan sistemin potensiyostata bağlanmasıyla hazırlanmıştır. Çeşitli elektrolitik yöntemler ile belirli potansiyel aralığında tarama yapılarak meydana gelen akım şiddeti ölçülür. Elektrokimyasal hücreler Potansiyel kontrollü deneylerde genellikle referans elektrot, karşıt elektrot ve çalışma elektrodundan oluşan üç elektrotlu hücreler kullanılır [44]. Voltametrik analizlerde hücre cam, kuvars veya teflondan yapılmış olabilir [45]. Üçlü elektrot sisteminde, potansiyel, çalışma elektrodu ile referans elektrot arasına uygulanır ve çalışma elektrodu ile karşıt elektrot arasındaki akım ölçülür.

32 6 Çalışma (indikatör) elektrodu Voltametride kullanılan polarlanabilir elektrotların hem kimyasal hem de elektrokimyasal özellikleri önemlidir. Bunlar cıva, platin, altın, bizmut ve karbon esaslı katı elektrotlar ile modifiye elektrotlardır. Sabit ya da döndürülerek kullanılabilen çalışma elektrotlarının her birinin potansiyel çalışma aralığı farklıdır. Bu aralık elektrodun türüne bağlı olduğu gibi, çözücüye, kullanılan destek elektrolit türüne ve ph a da bağlıdır [44]. Katodik sınırı, hidrojenin oluşumu ya da destek elektrolitinin indirgenmesi, anodik sınırı ise elektrot materyalinin ya da çözücünün yükseltgenmesi belirler. Cıva mikro elektrotları polarografi ve voltametride yaygın olarak kullanılmaktadır. Karbon elektrotlar, özellikle çok ucuz olmaları ve geniş bir potansiyel aralığında çalışılmasına olanak verdiğinden elektrokimyasal analizlerde sıklıkla kullanılır. Ancak, karbonun yüksek yüzey aktivitesinden dolayı organik bileşiklerle kolayca kirlenebilir. Hidrojen, hidroksil ve karboksil grupları ve hatta kinonlar karbon yüzeyinde bağlar oluşturabilmektedir. Bu fonksiyonel grupların varlığı nedeniyle karbon yüzeyine birçok değişik madde tutturulabilir. En sık kullanılan karbon elektrotlar karbon pasta elektrodu (CPE), perde baskılı karbon (grafit) elektrotlar (SPCE) ve kalem grafit elektrot (PGE) dir. Platin ve altın en çok tercih edilen elektrot tipleridir. Bu elektrotlar yüksek elektron transfer kinetiklerine ve geniş bir pozitif potansiyel aralığına sahiptirler. Karşılaştırma (referans) elektrodu Voltametride karşılaştırma (referans) elektrot olarak ikinci sınıftan metal- metal elektrotları kullanılır. Bu elektrotlar küçük akım şiddetlerinde polarlanmazlar. Akım şiddeti artınca ideal konumlarından saparlar. En çok kullanılanlar kalomel ve Ag/AgCl elektrotlardır. Yardımcı (karşıt) elektrot İki elektrotlu sistemlerde, polarlanmayan elektrot, üzerinden akım geçtiği için, çalışma elektrodu yüksek akımlarda polarlanır. Ayrıca çözelti direnci yüksek ise bu direnci yenmek için gerekli olan potansiyel (IR) önemli bir düzeye çıkar. Bu iki nedenden dolayı çalışma elektrodunun polarizasyon potansiyeli hatalı okunabilir. Bu sorun, sistemde üçüncü bir elektrot kullanılarak çözümlenir. Akım, çalışma elektrodu ile yardımcı elektrot arasından

33 7 geçirilir ve çalışma elektrodunun potansiyeli karşılaştırma elektroduna karşı sıfır akım altında okunur. Akım, yardımcı elektrot üzerinden geçtiği için bu elektrotların soy metal olmaları gerekir. Bu nedenle daha çok platin, grafit, tantal ya da tungsten tel çubuklar kullanılır. Çözücü ve destek elektrolitler Elektrokimyasal ölçümler genellikle çözücü içeren bir destek elektrolit içerisinde gerçekleştirilir. Çözücü seçiminde analitin çözünürlüğü ve redoks aktivitesi dikkate alınır, ayrıca elektrik iletkenliği, elektrokimyasal aktiflik ve kimyasal reaktiflik gibi çözücü özellikleri de göz önünde bulundurulmalıdır. Destek elektrolitler potansiyel kontrollü deneylerde çözeltinin direncini azaltmak, elektriksel göç etkisini engellemek ve sabit bir iyonik şiddeti korumak için kullanılır. İnert destek elektrolit bir inorganik tuz, bir mineral asit veya bir tampon olabilir. Çözücü olarak suyun kullanıldığı durumlarda, KCl, KNO 3, NH 4 Cl, NaOH veya HCl yaygın olarak kullanılırken, organik ortamlarda genellikle tetraalkilamonyum tuzları kullanılır. ph kontrolü gerektiği durumlarda tampon (asetat, fosfat veya sitrat gibi) sistemleri kullanılır. Ayrıca bazı biyolojik moleküllerin elektrokimyasal analizlerinde biyolojik moleküllerle uyumlu Tris-HCl, BRT gibi özel tampon sistemleri de kullanılabilir. Destek elektrolit yüksek saflıktaki maddelerden hazırlanmalı ve kolayca yükseltgenip indirgenmemelidir. Elektrokimyasal tabakalar Elektrokimyasal ölçüm yapılırken elektrot yüzeyi ile analizlenecek örnek çözeltisi arasında heterojen tabakalar meydana gelmektedir. Bunun nedeni, elektrodun kendisine bitişik olan çözelti tabakasındaki bir türe elektron verebilmesi veya o tabakadan elektron alabilmesidir. Şekil 2.1 de karıştırılan bir sistemdeki heterojen tabakaların bileşimi görülmektedir.

34 8 Şekil 2.1. Elektrot yüzeyindeki tabakaların şematik olarak gösterilmesi Türbülent akış bölgesi, elektrottan uzak çözelti yığınında gözlenir ve sıvı hareketinin düzenli bir akış modeli yoktur. Laminer akış bölgesinde, sıvı tabakaları elektrot yüzeyine paralel bir yönde bir biri üzerinden kayarlar. Eğer akma ya da dönme hızı belli bir değerde sabit tutulursa, karışmayan ve difüzyonla taşımanın gerçekleştiği bu katmanın kalınlığı (δ), Nernst e göre sabit kalır ve Nernst difüzyon katmanı kalınlığı (δ) adını alır. Genellikle bu çözelti tabakası, cm kalınlığında olabilir [46]. Elektrokimyasal çift tabaka Elektrota pozitif bir potansiyel uygulandıktan hemen sonra elektrodun yüzeyinde tepkimeye girecek aktif bir tür yoksa akım hızla sıfıra düşecek anlık bir akım dalgası oluşacaktır. Bu akım, her iki elektrodun da yüzeyinde bir negatif yük fazlalığı ya da eksikliği yaratan bir yükleme akımıdır. Fakat iyonik hareketliliğin bir sonucu olarak elektrota bitişik olan çözelti tabakalarında derhal bir zıt yüklenme oluşur (Şekil 2.2). Yüklü çözelti tabakası, yoğun iç tabaka ve difüzyon tabakası olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Yoğun iç tabaka (d 0 dan d 1 e), bu tabakada elektrot yüzeyinden uzaklaşıldıkça ortaya çıkan potansiyel mesafe ile doğru orantılı olarak azalır. Bu tabaka, çözücü moleküllerinden ve bazen özel olarak adsorblanmış diğer türlerden (iyonlar ya da moleküller) oluşur.

35 9 Difüzyon tabakasında (d 1 den d 2 e), elektrot yüzeyinden uzaklaşıldıkça ortaya çıkan potansiyel üstel olarak azalır. Elektrot yüzeyindeki ve yüzeye bitişik çözeltideki bu yük topluluğu bir elektriksel çift tabaka olarak adlandırılır [47]. Şekil 2.2. Elektrot yüzeyinde oluşan elektriksel çift tabaka Elektrokimyasal bir olayda akımlar Elektrot sistemine potansiyel uygulandığında kapasitif akım ve faradayik akım olmak üzere iki çeşit akım oluşur. Kapasitif akım (I c ): Bir elektrodun bir elektrolit çözeltisine daldırılarak negatif potansiyel uygulandığında çözeltideki pozitif yüklü iyonlar elektrota doğru çekilir. Böylece ara yüzeyde bir potansiyel farkı oluşur. Ters işaretli yüklerin ara yüzeyin iki tarafında birikmesi ile bu bölgede bir elektriksel çift tabaka oluşur. Oluşan bu çift tabaka, bir kapasitör gibi davranır. Bu kapasitörü yüklemek için ortamda yükseltgenecek veya indirgenecek madde olmasa dahi bir

36 10 akım oluşur. Bu akım reaksiyona bağlı değildir; sistemden kaynaklanır ki bu akıma kapasitif akım denir. Artık akımın oluşmasına neden olan etkenlerden biri kapasitif akımdır. Faradayik akım (I f ): Elektrot-Elektrolit ara yüzeyi boyunca elektron aktarımıyla bir yükseltgenme/indirgenme meydana gelmesinden kaynaklanan akımdır ve Faraday Yasalarına uyduğu için faradayik akım adını alır. Bir elektrottaki kimyasal madde miktarının geçen akımla doğru orantılı olduğunu ifade eden bu tip işlemlere faradayik işlemler adı verilir. Elektrokimyasal bir olayda kütle aktarım yolları Bir elektrokimyasal hücrenin çalışması sırasında maddenin elektrot yüzeyine aktarım yolları, üç şekilde gerçekleşmektedir (Şekil 2. 3) [41, 48]. Deneysel koşullara bağlı olarak bunlardan bir tanesi veya birkaçı maddenin elektrot yüzeyine göçünde etkili olabilir. Difüzyon: Analitin derişim farkını en aza indirmek için derişimin fazla olduğu ortamdan az olduğu ortama doğru doğal hareketi ile gerçkeleşen kütle aktarım yoludur. Elektrot yüzeyinde gerçekleşen elektrokimyasal reaksiyon sonucunda elektrot yakınındaki bölgede derişim azalacağından elektrotaktif türler elektrot yüzeyine doğru difüzlenir. Göç (Migrasyon): Elektrota dışarıdan bir potansiyel uygulandığında, bu kuvvet anyonları anoda, katyonları da katoda doğru sürükler. Bu tür taşınmaya elektriksel göç denir. Bu hareket, çözeltide herhangi bir nedenle yük denkliği bozulduğunda da oluşabilir. Bu durum, yüksek derişimlerde elektrokimyasal olarak inert olan destek elektrolit kullanımı ile engellenebilir. Karıştırma (Konveksiyon): Çözeltinin karıştırılması veya elektrodun dönmesi gibi harici mekanik kuvvetlerin neden olduğu kütle aktarım yoludur.

37 11 Şekil 2.3. Elektrot yüzeyine kütle aktarım yollarının şematik gösterimi a) difüzyon b) elektriksel göç (migrasyon) c) Karıştırma (konveksiyon) [48] 2.2. Elektroanalitik Teknikler Elektroanalitik yöntemler genelde net akımın sıfır olduğu denge durumundaki statik metotlar ve denge durumundan uzakta net akımın gözlendiği dinamik metotlar olmak üzere ikiye ayrılır. Tekniklerin çok büyük bir kısmında akım gözlenir ve bunlar çoğunlukla potansiyel kontrollü veya akım kontrollüdür. Elektrokimyasal prensiplere dayanan teknikler aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir [49, 50] I. Analiz ortamının tamamı ile ilgili teknikler a) Konduktometri b) Konduktometrik Titrasyonlar II. Yüzeyler arası elektrokimyasal teknikler a) Statik Teknikler Potansiyometri Potansiyometrik titrasyonlar b) Dinamik Teknikler Sabit Akım i) Kulometrik Titrasyonlar

38 12 ii) Elektrogravimetri Kontrol edilen potansiyel i) Sabit elektrot potansiyelli kulometri ii) Amperometrik titrasyonlar iii) Elektrogravimetri iv) Voltametri (I=f(E)) Hidrodinamik voltametri Polarografi Çalışmalarımızda voltametrik teknikler kullanıldığı için kısaca voltametrik tekniklerden bahsedilecektir Voltametri Bir çalışma elektrodunun polarize olduğu koşullar altında, elektroda uygulanan potansiyelin bir fonksiyonu olarak akımın ölçülmesine dayanan elektroanalitik metotların genel adı voltametridir. Kullanılan çalışma elektrodu damlayan cıva elektrodu ise metot polarografi adını alır [49]. Puls voltametrisi Normal polarografide, düşük derişimlerde elektrottaki elektriksel çift tabakanın yüklenmesinden oluşan kapasitif akım, faradayik akıma göre oldukça büyük olduğundan, yapılan analizlerde tayin sınırı düşüktür. Kapasitif akımın katkısı azaltılıp, daha küçük değerdeki faradayik akımlar ölçülebilirse yöntemin duyarlılığı artar. Bu yüzden puls teknikleri geliştirilmiştir. Üç tür puls tekniği vardır; Normal puls tekniği Diferansiyel puls tekniği Kare Dalga puls tekniği Normal puls volatmetrisi (NPV) Normal puls tekniğinde zamanla genliği artan pulslar verir. Uygulanan potansiyel pulsları yaklaşık s süreyle sınırlıdır, fakat pulslar arasındaki potansiyel daima başlangıç

39 13 değerine döner (Şekil 2.4a). Akım ölçümü her puls süresinin sonuna doğru yapıldığından kapasitif akımın etkisi minimumdur. Burada elde edilen voltamogram/polarogram normal puls tekniğinde elde edilenler gibi dalga şeklindedir (Şekil 2.4b). Şekil 2.4. Normal puls voltametrisi için (a) uyarma sinyalleri, (b) elde edilen voltamogram Diferansiyel puls voltametrisi (DPV) DPV de, normal voltametrideki artan doğru akım potansiyeline, sabit genlikli pulslar bindirilir. Akım, puls uygulamasından önce ve puls uygulamasının sonuna doğru ölçülür. Akımlar arasındaki fark potansiyele karşı grafiğe geçirilir ve pik şeklinde bir voltamogram elde edilir. Pik potansiyeli elde edilen pikin tepe noktasındaki potansiyeldir ve E p şeklinde gösterilir. DPV de uygulanan potansiyel ve elde edilen pik Şekil 2.5 de gösterilmiştir. Şekil 2.5. Diferansiyel puls voltametrisinde (a)uyarma sinyali, (b) elde edilen voltamogram Diferansiyel puls voltametrisinin diğer voltametrik yöntemlerden farkı, potansiyel zaman ayarlaması ve akım ölçme düzeneğinin kapasitif akımın etkisinin en aza indirilmesini sağlayacak bir biçimde olmasıdır.

40 14 Diferansiyel puls voltamogramında elde edilen pikin yüksekliği analitin konsantrasyonu ile doğru orantılıdır: 1/ 2 nfad C 1 i p (2.1) t 1 m Burada σ katsayısı, σ=exp[(nf/rt)( E/2)] ( E, puls genliğidir) eşittir. (1 - σ) / (1 + σ) katsayısının maksimum değeri 1 olup, yüksek puls genliklerinde elde edilir. Pik akımının yarı değerindeki pik genişliğine yarı pik genişliği adı (W 1/2 ) verilir. Yarı pik genişliği; 3.52RT W1 / 2 (2.2) nf Eşitliği ile verilir. Bu eşitliğe göre, pik genişliği elektrot yüzeyinde gerçekleşen elektrokimyasal reaksiyonda yer alan elektron sayısına bağlıdır. Bu nedenle teknik, nitel analiz için de kullanılabilir. Kare dalga voltametrisi (SWV) Kare-dalga voltametrisi son derece hızlı ve duyarlı olma üstünlüğü olan bir puls polarografi tekniğidir. Kare dalga voltametrisinin sabit elektrotlarda potansiyel-zaman dalga şekli Şekil 2.6 da görülmektedir. Şekil 2.6. Kare-dalga voltametrisinde (a) uyarma sinyali, (b) puls taraması dalga şekli ve (c) akım ölçümü

41 15 Bir kare dalganın tamamlanma süresi olan periyod τ ile gösterilir. Birbirini takip eden kare dalgalar arasındaki yükseklik farkına basamaklı adım yüksekliği adı verilir ve E s ile gösterilir. Kare dalga genliği (E sw ), her bir dalganın alt ve üst noktaları arasındaki farkın yarısına eşittir. Puls genişliği (t p ), τ/2 ye eşittir. Genellikle periyod yerine 1/τ a eşit olan frekans (f) kullanılır. Frekansın artması ve buna bağlı olarak peryodun azalması ile kare dalga pik akımı ve hassasiyet artar. Kare dalga voltametrisinde deneysel parametreler belirli aralıklarda seçilir. Deneylerde frekans genellikle 10 f 1000 Hz veya peryod 1 τ 100 ms aralığında olmalıdır. Basamaklı adım yüksekliği ise aktarılan elektron sayısına (n) bağlı olarak E s =10/n mv eşitliğinden bulunur. E sw ise genelde 50/n mv dur. Kare dalga voltametrisinde akım ölçümleri ileri ve geri pulsların sonuna doğru t s kadar bir zaman aralığında yapılır. İleri puls için ölçülen akım i 1, geri puls için ölçülen akım i 2 olmak üzere her bir kare dalganın net akımı i = i 1 i 2 ye eşittir ve ileri fark akımı olarak adlandırılır. i farkı potansiyele karşı grafiğe geçirildiğinde voltamogram, Şekil 2.7 den de görüldüğü gibi tek pik şeklinde elde edilir [46]. i farkı konsantrasyonla doğru orantılı olarak değiştiğinden kare dalga voltametrisi kantitatif tayinlerde kullanılan bir metotdur. Şekil 2.7. Tersinir bir reaksiyon için uyarma sinyaline akım cevabı, i 1 ileri akım; i 2 ters akım; i = i 1 i 2 akım farkı Sıyırma voltametrisi Sıyırma metotlarında, analit karıştırma veya elektroliz yöntemi ile bir mikro elektrot üzerine biriktirilir. Hassas bir şekilde ölçülen bir süre sonra, elektroliz ve karıştırma durdurulur ve birikmiş analit daha önceden anlatılan voltametrik metotlardan biri ile tayin edilir. Analizin bu

42 16 ikinci basamağında analit mikro elektrot yüzeyinden sıyrılır; bu yüzden bunlara sıyırma metotları adı verilir. Elektrot yüzeyindeki biriktirme işleminin nedeni, çok seyreltik çözeltideki madde derişimini elektrot yüzeyinde derişik hale getirmektir. Elektro-biriktirme yapılacak potansiyel, analiz edilecek maddenin E 1/2, yarı-dalga potansiyelinden mv daha negatif bir değerde olmalıdır. Sıyırma voltametrisi, önderiştirmenin niteliği ve sıyırma aşamasında potansiyelin taranma yönüne göre farklı adlar alır. Anodik sıyırma voltametrisi (ASV) Bu teknikte, çözeltideki metal iyonlarının bir kısmı yeterince negatif potansiyel altında elektrot yüzeyinde metalik olarak ön deriştirilir ve ardından potansiyel anodik (+) akım değişimi izlenir. Bir başka deyişle metalik halde elektrot yüzeyinde toplanan maddenin yüzeyden anodik çözünmesi söz konusudur. Sıyırma aşamasında ise elektrot potansiyeli anodik yönde doğrusal veya diğer tekniklerle taranır ve böylelikle yüzeyde metalik olarak toplanan türün yükseltgenmesi ve çözeltiye geri difüzyonu gerçekleşir [49]. Elde edilen sıyırma voltamogramındaki yükseltgenme pikinin şekli ve potansiyeli biriktirilen türe ilişkin kalitatif ve kantitatif bilgiler verir. Katodik sıyırma voltametrisi (KSV) Potansiyel tarama yönüne göre katodik sıyırma adını alan bu yöntemde, önce çalışma elektrot olarak kullanılan elektrot ile maddenin çözünürlüğü az olan bir tuzu biçiminde elektrot yüzeyinde toplanması sağlanır. Daha sonra potansiyel negatif yönde taranarak, az çözünen tuzun bileşimindeki metal iyonunun indirgenmesi izlenir. Yüksek derişimlerde çalışılır ve uzun süre biriktirme uygulanırsa, elektrot yüzeyi doygunluğa ulaşır ve çözelti derişim ile elde edilen sinyal arasındaki bağıntı geçerliliğini yitirebilir. Katodik sıyırmada elde edilen pik potansiyelleri ile de kantitatif analiz gerçekleştirilebilir. Adsorptif sıyırma voltametrisi (AdsV) Bu yöntemde önderiştirme, analiti içeren hücredeki çözeltinin karıştırılmasıyla analitin elektrot yüzeyine fiziksel adsorpsiyonu sağlanır. Bu yolla elektroaktif birçok önemli bileşik yüksek duyarlılıkla tayin edilebilmektedir. Bu yöntemle hazırlanan kalibrasyon grafiğinin doğrusal aralığı önderiştirilen bileşiğin büyüklüğüne, hidrofobik özelliğine ve elektrot

43 17 yüzeyine yönelimine göre değişir. Genellikle de seyreltik çözeltilerde ve kısa sürelerde biriktirme uygulanır. Adsorptif sıyırma voltametrisi katodik ve anodik olmak üzere iki şekilde uygulanabilir. Dönüşümlü voltametri (CV) Dönüşümlü voltametri, çözeltide ve çözelti elektrot arayüzeyinde elektroaktif türlerin incelenmesi açısından en uygun elektroanalitik tekniklerden birisidir. Bu teknikte sabit bir elektrota çok hızlı potansiyel taramaları uygulanır. Elektrota uygulanan potansiyel üçgen dalga şeklinde ise buna dönüşümlü voltametri denir. Dönüşümlü voltametride potansiyelakım ilişkisi ve elde edilen voltamogram Şekil 2.8 de verilmiştir. Şekil 2.8. Dönüşümlü voltametride (a) uygulanan potansiyel, (b) CV voltamogramı Dönüşümlü voltametride tarama hızı değiştirilerek pik akımlarının tarama hızı ile değişmesinden adsorbsiyon, difüzyon ve elektron aktarım reaksiyonuna eşlik eden kimyasal reaksiyon olaylarının varlığı belirlenebilir. Ayrıca ileri ve geri tarama piklerinden reaksiyon mekanizması hakkında fikir edinilebilir, kinetik veriler bulunabilir. Dönüşümlü voltametride genellikle tarama hızı 10 mvs -1 den 1000 V s -1 ye kadar değiştirilebilir. Çok yüksek tarama hızlarında (v>1000 Vs -1 ) çift tabaka yüklenmesi ve IR problemleri ortaya çıkar. Ancak mikro elektrot kullanıldığı zaman bu tür problemler en aza indirilir Modifiye Elektrotlar Modifiye elektrotlar, elektrot yüzeyine kendiliğinden ya da dışarıdan bir etkiyle organik (polimerler) ya da inorganik (ligandlar, metaller) maddelerin tutturulmasıyla oluşturulan

44 18 sistemlerdir. Burada amaç yeni özelliklere sahip bir yüzey elde etmektir. Son zamanlarda çözeltiye özellikle eklenen ve elektrot yüzeyine adsorplatılarak veya yüzeye belirli moleküller takılarak bir elektrodun modifiye edilmesi büyük ilgi alanı haline gelmiştir [51] Elektrotların yüzey modifikasyonu Elektrot yüzeyinin modifikasyonu için kullanılan maddelerin, elektrodun özelliklerine zarar vermeden elektrodu daha dayanıklı, daha iletken ve korozyona karşı dirençli hale getirmesi istenmektedir. Analitik amaçlarla kullanılacak modifiye edilmiş bir elektrot, mekanik dayanıklılık, kimyasal kararlılık, tekrarlanabilirlik, modifiye edicinin aktivitesinin uzun süreli olması, gerekli potansiyel aralığındaki zemin akımlarının düşük ve kararlı olması, elde edilen analit cevabının bir elektrottan diğerine farklılık göstermemesi, elektrot yapımının basit ve güvenli olması gibi özelliklere sahip olmalıdır. Ayrıca hızlı cevap verme ve yeniden kullanılabilir olma özelliklerine sahip olmalıdırlar. Elektrot modifikasyonunun önemli uygulamalarından biri de modifiye edilen elektrotların elektrokatalitik özelliğe sahip olmasıdır [52, 53]. Sabit bir aşırı gerilim (η) değerinde elektrokimyasal reaksiyon, bir elektrot üzerinde diğer bir elektrota kıyasla daha hızlı gerçekleşiyorsa, bu elektrot diğerine göre daha elektrokatalitik demektir. Elektrokatalizörde önemli olan bir parametre, elektrotta reaksiyonun gerçekleşeceği yüzeydir. Bir elektrokatalizörün etkinliğini arttırmanın en pratik yolu, elektrodun yüzey alanını arttırarak düşük aşırı gerilimlerdeki reaksiyon hızını yükseltmektir. Bu nedenle, elektrot modifikasyonunda modifiye edici madde, analit ile elektrot arasındaki elektron transferini sağlamalı, aşırı potansiyeli azaltarak hassasiyeti ve seçiciliği arttırmalıdır. Şekil 2. 9 da elektrot üzerinde gerçekleşen elektrokatalitik olmayan, homojen ve heterojen elektrokatalitik tepkimeler gösterilmiştir.

45 19 Şekil 2.9. A yük /A ind elektroaktif maddesinin indirgenme reaksiyonun şematik gösterimi a) modifiye edilmemiş elektrotta, b) çözelti ortamına katalizör madde eklendiğinde c) katalizörle modifiye edilmiş elektrotta Genellikle modifiye edilmemiş elektrotta elektrokimyasal reaksiyon, termodinamik redoks potansiyelinden önemli ölçüde daha yüksek potansiyellerde ve yavaş elektron transfer kinetiği ile gerçekleşir (Şekil 2.9a). Bu tür reaksiyonlar çözelti ortamına veya elektrot yüzeyine uygun bir elektron transfer katalizör madde eklenerek katalizlenebilir [54, 55] (Şekil 2.9b ve Şekil 2.9c). Katalizör madde (M) analit ile elektrot arasındaki yük transferini kolaylaştırmaktır. Örneğin bir indirgeme reaksiyonunda katalizör varlığında reaksiyon dizisi aşağıdaki gibidir; M yük + ne - M ind M ind + A yük M yük + A ind Bu reaksiyonlar gereği, elektron transferi doğrudan analit ile elektrot arasında değil, elektrot ve katalizör arasında gerçekleşir. Katalizör doğrudan çözelti ortamına ekleniyorsa homojen elektrokataliz reaksiyon gerçekleşir (Şekil 2.9b). Ancak katalizör bir modifiye edici olarak kullanılıyorsa yani elektrot yüzeyine bağlanıyorsa, heterojen elektrokataliz reaksiyon gerçekleşir (Şekil 2.9c). Burada, A yük analitin yükseltgenmiş hali, A ind analitin indirgenmiş hali, M yük elektrot yüzeyinde yükseltgenmiş halde bulunan modifiye edici, M ind modifiye edicinin indirgenmiş halidir. Bulk çözeltide bulunan analit (A), elektrot yüzeyine difüzlenir ve burada M yük ile kimyasal bir reaksiyon vererek yükseltgenir (A yük ). İndirgenen modifiye edici, hızla yükseltgenerek elektrokatalitik aktif haline yeniden geçer. Böylece elektrot ve analit

46 20 arasında heterojen bir elektron transferi gerçekleşmiş olur. Bu elektron transferinin sonucu, modifiye edici üzerindeki analitin aşırı gerilimi azalır ve akım yoğunluğu artar [56] Fiziksel yöntemler ile modifikasyon Elektrot yüzeylerinin modifikasyonunda çeşitli fiziksel teknikler kullanılmaktadır. Fiziksel modifikasyon tekniklerden biri elektrot yüzeyinin potansiyelle aktif bölgelerin oluşturulması veya rekristalizasyonudur. İkincisi ise, fiziksel adsorpsiyondur. Ancak, adsorpsiyon zayıftır ve elektrodun kararlılığına olumsuz etkisi vardır. Bu nedenle fiziksel modifikasyon teknikleri fazla tercih edilmez [57] Kimyasal yöntemler ile modifikasyon Elektrot yüzeylerinin modifikasyonunda sıklıkla kullanılan kimyasal teknikler: Kovalent bağlanma: Bu yöntemde, bağlayıcı bir ajan (örneğin organosilan) kullanılarak modifiye edici madde elektrot yüzeyine kovalent bağla bağlanır ve birkaç monomoleküler tabaka oluşur [58, 59]. Damlatma ile kaplama: Bu yöntemde, modifiye edici maddenin çözeltisinden birkaç damla elektrot yüzeyine damlatılır ve çözücüsünün kuruması için bekletilir [60]. Daldırma ile kaplama: Bu yöntemde, elektrot adsorpsyionla kendiliğinden bir film oluşması için modifiye edici maddenin çözeltisi içerisine daldırılır. Yeterli bir süre sonra elektrot çözeltiden çıkarılarak, çözücünün kuruması için bekletilir [61]. Kompozit: Kompozit elektrot bulk elektrot malzemesine kimyasal modifiye edicinin emdirilmesi ile hazırlanır. Buna iyi bir örnek, karbon pasta elektrottur [62]. Spin kaplama: Elektrot yüzeyine damlatılan modifiye edici madde çözeltisi merkez kaç kuvveti kullanılarak yüksek hızda döndürme ile buharlaştırılır. Örneğin, oksit kserojel filmi elektrotlar, viskoz bir jelin indiyum kalay oksit tabaka üzerine spin kaplama ile hazırlanırlar [63].

47 21 Langmuir-Blodgett: Yüzeye modifiye edilecek çözelti uygun çözücüde ve faz oluşturan başka çözücü arasında yüzeye belirli süre diliminde modifiye edilir. Zheng ve arkadaşları GC yüzeyini, p-ters-butiltiyakaliks[4]aren (kloroformda) ve Cu(NO 3 ) 2 (suda) karışımı ile modifiye etmiştir. Literatürde buna benzer birçok LB modifikasyonuna rastlanmaktadır [64]. Kemisorpsiyon: Bu yöntemde, kimyasal film elektrot yüzeyine kuvvetli ve tersinmez olarak adsorplanır [58]. Kendiliğinden düzenlenen tabakalar ile modifikasyon bu sınıfa girer Elektrokimyasal yöntemler ile modifikasyon Modifikasyon çalışmalarında en yaygın yaklaşımlardan biri, elektrot yüzeyinin uygun bir polimer film ile kaplanmasıdır. Polimer modifiye elektrotlar genellikle, çözünmüş halde monomeri içeren çözelti ortamında elektropolimerizasyon yoluyla, ya da yüzey üzerine çözünmüş polimer içeren çözelti damlatılıp sonrasında çözücünün buharlaştırma yoluyla uzaklaştırılması ile hazırlanabilir. Elektrokimyasal polimerizasyon Elektrokimyasal polimerizasyon teknikleri üç ana başlıkta toplanabilir. 1- Çoklu dönüşümlü voltametri (çoklu-cv), 2-Kronoamperometri (CA), 3-Kronopotansiyometri (CP). Bu teknikler makroskobik büyütme ve çekirdekleşme reaksiyonlarının araştırılmasında yaygın olarak kullanılırlar. Bu kapsamda polianilin, politiyofen, polipirol, poliindol ve türevleri oldukça dikkat çeken polimerik film kaplamaları arasında yer almaktadır. Film kalınlığının ve yüzey pürüzlülüğünün kontrol edilebilmesi, polimerlere çeşitli fonksiyonel gruplara sahip türlerin tutturulabilmesi ile özellikle sensör ve seçimlilik çalışmalarında, polimer modifiye yüzeylere olan ilgi artmıştır [65-67]. Elektrokimyasal polimerizasyonda, çalışma, karşıt ve referans elektrotlara sahip olan üç elektrotlu hücrede monomer destek elektrolit ve uygun çözücü ile elektrot yüzeyinde veya çözeltide polimerleşmektedir. Bu polimerizasyonda başlama basamağı doğrudan veya dolaylı olarak gerçekleşmektedir. Polimerizasyonu başlatacak olan aktifler elektrot yüzeyindeki reaksiyonlar neticesinde oluşur. Elektrokimyasal polimerleşmede, monomerin yükseltgenme veya indirgenme potansiyel değerinde, çözücü-destek elektrolit tepkimeye katılmamalıdır.

48 22 Elektrolit seçilirken yükseltgenme potansiyeli dikkate alınmalıdır ve anyonların yükseltgenme potansiyeli kullanılan monomerlerin yükseltgenme potansiyelinden büyük olmalıdır. Elektrokimyasal polimerizasyonun avantajları Polimerizasyonun oda sıcaklığında gerçekleştirilebilmesi, elektrot yüzeyinde homojen filmlerin elde edilebilmesi, iyon katılımı ve film oluşumunun eş zamanlı olarak gerçekleşebilmesi, doping olayında istenilen iyonların kullanılabilmesi açısından elektrokimyasal polimerizasyon avantajlıdır. Elektrokimyasal polimerizasyonda oluşan polimer, monomer, katalizör ve çözücüden ayrılma gibi bir işlem gerektirmez. Elektrot yüzeyine oluşan ürün safsızlık içermemektedir. Potansiyelin ya da akımın değeri ile film kalınlığı kontrol edilebilir oluşu, polimerizasyonun başlama ve bitiş basamaklarının kontrol edilebilir ve buna bağlı olarak istenilen stokiyometride polimer elde edilebilir oluşu, bu sentezin tercih sebebi olmuştur. Amino asitlerin elektrokimyasal polimerizasyonu Amino asitlerin elektropolimerizasyonu ile hazırlanan modifiye elektrotlar, kolay hazırlanabilir ve ulaşılabilir olmaları, iyi bir biyo uyumluluğa sahip olmaları nedeniyle biyosensör geliştirme çalışmalarında çok dikkat çekmektedir [25-27,68]. Chitravathi ve diğerleri 2011 yılında yaptıkları çalışmada, dopamin ve askorbik asitin eş zamanlı tayini için poli serin modifiye elektrot geliştirmişlerdir [25] yılında Jiang ve diğerleri tarafından yapılan bir çalışmada da, elektrokimyasal bir DNA sensörü geliştirmek üzere karbon pasta elektrodu, tek duvarlı karbon nanotüp ile modifiye edildikten sonra L-Lisinin elektropolimerizasyonu ile poli-lisin/karbon nanotüp/karbon pasta elektrot hazırlanmıştır. Sonra bu elektrota tek sarmal DNA bağlanarak, hibridizasyona dayalı bir sensör geliştirilmiştir [69]. Bu çalışmadaki L-Lisin amino asitinin elektrot yüzeyinde elektropolimerizasyonunun mekanizması Şekil da verilmiştir.

49 23 Şekil Karbon nanotüp/karbon pasta elektrot yüzeyinde L-lisinin elektropolimerizasyonu 2009 yılında Wang ve diğerleri camsı karbon elektrodun yüzeyini L-sisteinin elektropolimerizasyonu ile modifiye etmişler ve hazırladıkları bu elektrodu metil paratiyonun tayininde kullanmışlardır [26] yılında Qin ve diğerleri camsı karbon elekrotu sisteinin elektropolimerizasyonu ile modifiye etmişler ve vitamin B4 tabletlerindeki adeninin tayininde kullanmışlardır [27] yılında Zhang-yu ve diğerleri L-aspartik asitin camsı karbon elektrot yüzeyinde elektropolimerizasyonu ile hazırlanan elektrodu epinefrin tayini için kullanmışlardır. Bu çalışmada L-aspartik asitin elektropolimerizasyon mekanizmasının Şekil 2.11 deki gibi olduğu belirtilmiştir [68]. Şekil L-aspartik asitin elektropolimerizasyonu

50 24 L-Prolin L-Prolin, proteinleri oluşturan 20 amino asitten biridir. Diğer tüm aminoasitler birincil amin grubu taşımalarına rağmen, L-Prolin, yan zincirindeki dört karbon atomu bir halka oluşturarak tekrar azot atomuna bağlandığı için, birincil amin grubundan yoksundur (Şekil 2. 12). Şekil L-Prolinin molekül formülü Davydove ve diğerleri tarafından yapılan çalışmada, prolinin sulu çözeltideki iyonik formlarının ph a bağlı olarak dağılımı Şekil 2.13 deki grafikte verilmiştir [70]. L-Prolinin, 2<pH<9 aralığında Zwitter iyonu şeklinde bulunduğu gözlenmektedir (Şekil 2.13). Şekil Prolinin sulu çözeltideki iyonik formlarının ph ya bağlı olarak dağılımı Amino asitlerin Zwitter iyon şeklinin karbon yüzeye adsorpsiyonun daha kuvvetli olduğu bilinmektedir [71, 72]. Dolayısıyla, prolinin nötral ortamda ve geniş bir ph aralığında Zwitter iyon formunda bulunması, karbon yüzeye adsorpsiyonu için önemli bir avantajdır. Literatür taramalarımızda prolinin, elektrot modifikasyonunda kullanıldığına dair tek bir çalışma bulunmuştur. Yan- xiu ve diğerleri tarından yapılan bu çalışmada, prolin modifiye

51 25 camsı karbon elektrot ile askorbik asit varlığında dopamin tayini yapılmıştır [28]. çalışmada elektropolimerizasyon mekanizması hakkında herhangi bir bilgi verilmemiştir. Bu Elektrokimyasal biriktirme Elektrokimyasal biriktirme, metal nanopartikül ile modifiye edilmiş elektrotların hazırlanmasında çok etkili bir metottur. Çünkü elektroliz boyunca, metal nanopartiküllerin çekirdekleşmesi ve büyümesi doğrudan iletken yüzeyde gerçekleşir. Metal nanopartiküllerin bu yüzeye tutunması yeterince güçlüdür ve iletken yüzeyle metal nanopartikül arasındaki iletkenlik bağlantısı tamamen sağlanmaktadır. Ancak, elektroliz reaksiyonu, daima benzer (üniform) partikül oluşmasına izin vermeyebilir. Dolayısıyla, homojen yoğunlukta ve benzer (üniform) boyutlarda metal nanopartiküllerin hazırlanabilmesi açısından, elektroliz şartlarının kontolü çok önemlidir [73]. Finot ve diğerleri, yaptığı çalışmada Au nanopartiküllerinin camsı karbon elektrot yüzeyinde elektrodepozisyonunda yüzeylerdeki Au nanopartiküllerin özelliklerini karakterize etmiş ve çeşitili depolama şartları uygulanarak nanopartikül boyutunun, partikül yoğunluğunun ve yüzey yapısının kontrol edilebileceğini göstermişlerdir [74]. Elektrokimyasal biriktirme ile metallerin, alaşımların ve nanokompozitlerin iki ve üç boyutlu nanoyapıları başarıyla oluşturulabilir (Şekil 2.14). Elektrokimyasal biriktirme ile nanoyapılı yüzeylerin hazırlanmasında atomların cinsi, elektrolit cinsi, ph, döngü sayısı, frekans, sıcaklık, akım yoğunluğu gibi faktörler kontrol edilerek değişik boyut ve şekillerde nano yüzeyler hazırlanmaktadır [75]. Şekil Nanoyapıların şekillerine göre sınıflandırılması Nanoyapılı metal taneciklerinnin ara yüzeylerindeki atomlar, minimum enerjiye sahip olabilmek için yakınındaki taneciklere yönelerek agrage olabilir ve böylece yüzeyde homojen

52 26 olmayan bir dağılım gösterebilirler [75]. Bu durum elektrot yüzeyine kompleks oluşturucu organik maddeler adsorplatıldıktan sonra metalin elektrokimyasal biriktirilmesi ile engellenebilir (Şekil 2.15). Özellikle yapsında O, N, S gibi atomlar bulunduran organik maddeler, hem elektrot yüzeyine kolay adsoplanabilmekte hem de metal iyonları ile kompleks oluşturabilmektedir [75-77]. Şekil Doğrudan elektrot ve organik madde kaplı elektrot yüzeylerine depolanmış metal nanopartikülleri Metal nanopartikül modifiye elektrotların hazırlanmasında elektrodun önce organik bir madde ile ya da bir polimer ile modifiye edildiği birçok çalışma bulunmaktadır [70, 71, 78-81]. Bu çalışmalardaki elektrotların hazırlanışını gösteren birkaç örnek Şekil 2.16 ve Şekil 2.17 de verilmiştir 2011 yılında Safavi ve Farjami tarafından yapılan bir çalışmada, camsı karbon elektrot yüzeyi iyonik sıvı ve kitosan karışımı ile modifiye edildikten sonra, elektrokimyasal biriktirme yöntemi ile Au-Pt alaşım nanopartikülleri ile modifiye edilmiştir. Hazırlanan modifiye elektrodun (AuPt-Ch-IL/GCE) şematik gösterimi Şekil 2.16 da verilmiştir. AuPt-Ch-IL/GCE modifiye elektrodun H 2 O 2 reaksiyonunu elektrokatalizlediği gösterilmiştir. Bu elektrot yüzeyine kolestol oksidaz enzimi (ChOx) immobilize edilerek, kolestrol tayini için amperometrik biyosensör (ChOx/AuPt-Ch-IL/GCE) geliştirilmiştir [78]. Şekil Kolestrol için geliştirimiş modifiye elektrodun (ChOx/AuPt-Ch-IL/GCE) şematik gösterimi [78]

53 yılında Zhang ve diğerleri tarafından yapılan çalışmada, kolestrol tayini için kemilüminesan luminol katalizli AuNp bazlı biosensör hazırlanmıştır. İndirgenmiş grafen oksit ve l-sistein karışımı ile modifiye edilen camsı karbon elektrot yüzeyinde AuNp lerin kendiliğinden düzenlenmesi sağlanmıştır (Şekil 2.17). Hazırlanan elektrot yüzeyine kolestrol oksidaz enzimi tutturularak, enzim ile kolestrol arasındaki tepkime sonucu oluşan H 2 O 2 in, luminol ile reaksiyona girmesiyle kemilüminesans şiddetindeki değişim takip edilerek kolestrol tayini gerçekleştirilmiştir [82]. Şekil Kolestrol için geliştirimiş modifiye elektrodun şematik gösterimi [82] 2.4. Modifiye Elektrotların Karakterizasyonu Hazırlanan modifiye elektrotların karakterizasyon işlemi, modifiye edilecek elektrot ile modifiye edilen elektrot arasındaki farklılıkları göstermek ve elektrodun performansının iyileştirildiğini kanıtlamak amacıyla yapılır. Modifiye elektrotların karakterizasyonunda kullanılan yöntemler spektroskopik ve mikroskobik yöntemler ile elektrokimyasal yöntemler olmak üzere iki ana grupta toplanabilir Spektroskopik ve mikroskobik tekniklerle karakterizasyon Spektroskopi teknikleri, yüzey karakterizasyonu için oldukça önemli ve ikna edici tekniklerdir. Spektroskopik tekniklerde, modifiye edilmemiş yüzey ile modifiye edilmiş yeni yüzey arasında bir kıyaslama söz konusudur. Mikroskopik tekniklerde, çesitli fiziksel veriler yardımı ile yüzey hakkında önemli bilgiler elde edilir. En önemli spektroskopik ve mikroskopik karakterizasyon teknikleri: 1- X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) 2- Fouruer dönüşümlü infrared spektroskopisi (FTIR) 3- Raman spektroskopisi

54 28 4- Elipsometri ve yüzey plazmon tınlaşım spektroskopisi (SPR) 5- Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (NMR) 6- UV-GB spektroskopisi 7- Kütle spektroskopisi (MS) 8- Taramalı prob mikroskopisi (AFM) 9- Taramalı elektron mikroskopisi (SEM) 10- Taramalı tünelleme mikroskopisi (TEM) Tez çalışmamızda geliştirdiğimiz elektrotların karakterizasyonları için kullandığımız yöntemlerden aşağıda kısaca bahsedilmiştir. Ultraviyole-görünür bölge spektroskopisi (UV-GB) Ultraviyole ve görünür ışık (UV-GB) absorpsiyon spektroskopisi nm dalga boyları arasındaki ışığın çözelti tarafından absorplanmasının (A) ölçümüne dayanır. UV-GB spektroskopi genellikle çözeltideki moleküller veya inorganik iyon ve komplekslerin ölçümünde kullanılır. Birçok molekül UV veya görünürbölge dalga boylarını absorplar ve farklı moleküller farklı dalga boylarını absorplarlar. Bir absorpsiyon spektrumu molekülün yapısını gösteren birçok absorplama bantlarından oluşmaktadır. UV-GB spektrumundan elde edilen adsorpsiyon bantlarından nanopartiküllerin cinsi, şekli ve boyutları hakkında bilgi edinilebilir (Şekil 2. 18) [83]. Şekil Farklı şekillerde ve boyutlardaki altın nanopartiküllere ait UV-GB spektrumu

55 29 X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) malzemenin yüzeyi ile ilgili olarak atomik ve moleküler bilgi sağlanması amacıyla kullanılan sayısal bir analiz tekniğidir. Çekirdekseviyelerinin incelenmesi ve bunu takiben yayılan çekirdek fotoelektronların analiz edilmesiyle numune yüzeyinin bileşimi ve elektrostatik seviyesi hakkında bilgi verir (Şekil 2.19). XPS kullanarak, numune yüzeyinde hangi elementlerin bulunduğu, bu elementlerin hangi seviyelerinin mevcut olduğu, malzemelerin üç boyuttaki dağılımı, tabaka halinde ise film kalınlığı, filmin kimyasal bileşimi belirlenebilir [84, 85]. XPS in en yaygın uygulama alanları aşağıdaki başlıklar altında toplanabilir. Modifiye elektrot yüzey analizi Metaller ve alaşımların yüzeylerinin mikroanalizi Mineral yüzey çalışmaları Polimer çalışmaları Tıbbi amaçlı kullanılan malzemelerinin analizi Çimento ve beton yüzeyleri çalışmaları Temel atomik fizik çalışmaları Şekil XPS spektroskopi tekniğinin prensibini gösteren şema

56 30 Taramalı elektron mikroskobu (SEM) Taramalı elektron mikroskobu (SEM) elektron optik prensipler çerçevesinde tasarlanmış ayırım gücü, odak derinliği, görüntü ve analiz birleştirebilme özelliği sayesinde birçok dalda araştırma geliştirme çalışmalarında kullanıma uygun bir tekniktir. Bir taramalı elektron mikroskobunda görüntü oluşumu temel olarak; elektron demetinin incelenen örneğin yüzeyi ile yaptığı fiziksel etkileşmelerin (elastik, elastik olmayan çarpışmalar ve diğerleri) sonucunda ortaya çıkan sinyallerin toplanması ve incelenmesi prensibine dayanır (Şekil 2.20). Şekil Gönderilen elektron demetinin numune ile çarpışması sonucu ortaya çıkan sonuçlar Bunlardan ilki, gelen elektron demetindeki elektronların, malzemedeki atomlarla yapmış olduğu elastik olmayan çarpşıma sonucu ortaya çıkan ikincil elektronlardır. Bu elektronlar örnek yüzeyinin yaklaşık 10 nm lik bir derinliğinden ortaya çıkarlar ve bunların tipik enerjileri en fazla 50 ev civarındadır. İkincil elektronlar fotoçoğatıcı tüp yardımıyla toplanıp, örneğin tarama sinyali konumuyla ilişkilendirilerek yüzey görüntüsü elde edilir. Elektron demeti ile incelenen örnek yüzeyindeki malzeme arasındaki etkileşmede ortaya çıkan diğer bir elektron grubu ise geri saçılma elektronlarıdır. SEM tekniğinin, kullanım alanları temel bilimlerden (başta katı hal fiziği olmak üzere jeoloji, biyoloji gibi birçok dalı içine alarak), tıbbi ve diğer teknolojik uygulamalara kadar geniş bir yelpazeyi kapsar [86].

57 31 Enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) Elektron dağılımlı X ışını spektroskopisi (EDX); bir kimyasal mikro analiz tekniğidir ve sıklıkla SEM ve TEM analizler ile birlikte kullanılır. EDX analiziyle örneğe gönderilen X ışınları ile elektron bombardımanı sırasında örnekten saçılan x-ışınları yarı iletken dedektör tarafından algılanır ve iletkenlik bandına geçen elektronlar elektrik sinyaline dönüştürülür (Şekil 2.21). Böylece, yapı içerisindeki metalin konsantrasyonu ve yapıda bulunan metal oksitlerinin kütlece yüzde olarak miktarları belirlenebilir [85]. Bu spektroskopik yöntem genel olarak; bilinmeyen madde analizlerinde, korozyon değerlendirmesinde, metal alaşımlarının belirlenmesinde ve fazların dağılımlarının belirlenmesinde kullanılır. Şekil Elektron dağılımlı X ışını spektroskopisi çalışma prensibinin şematik gösterimi Fourier dönüşümlü infrared spektroskopisi (FTIR) Infrared spektroskopisi (IR), bir molekül içindeki çeşitli bağların titreşim frekanslarını ölçmek ve belirli fonksiyonel grupların varlığını belirlemek için kullanılan bir tekniktir [87]. Fourier dönüşümlü spektrometreler farklı bir prensibe göre çalışırlar. Bu tip cihazlar birden çok sinyali tek bir sinyal olarak algılayıp analizledikleri için çok daha kısa sürede çok daha detaylı bilgi toplanabilmektedir. Bunun yanında daha yüksek ayırma gücüne ve duyarlılığa sahiptirler [88, 89]. FTIR spektrumları ile saf bir bileşik varlığının gösterilmesi, ya da belirli safsızlıkların varlığının tespit edilmesi mümkündür. Dolayısıyla, elektrot yüzeyindeki modifikasyon işlemlerinde aktif merkezlerle reaksiyona girebilecek moleküllerin tutunması sonucunda yüzeyde oluşan değişik ara bileşiklerin FTIR spektroskopik yöntemle karekterize edilmesi önemlidir.

58 Elektrokimyasal yöntemlerle karakterizasyon Modifiye edilmemiş elektrot yüzeyi ile modifiye edilmiş elektrot yüzeyi arasındaki farklılıklar, elektrokimyasal tekniklerle elde edilen parametrelerin karşılaştrılmasıyla belirlenebilir. Bu amaçla dönüşümlü voltametri (CV) ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) teknikleri yaygın olarak kullanılır. Dönüşümlü voltametri (CV) ile karakterizasyon CV tekniği ile modifiye elektrot yüzeyinin elektroaktif ya da iletken özelliğe sahip olup olmadığını, yüzeye bağlanan grupların çalışma potansiyel aralığında indirgenme veya yükeltgenme pikleri verip vermediğini, bazı analitlere karşı duyarlı veya seçici olup olmadığını anlamak mümkündür. Bu teknikle, modifiye elektrot yüzeyi ile yalın elektrot yüzeyi arasındaki değişiklikler, bilinen elektroaktif maddelerin elektrokimyasal davranışları, elektrokimyasal özellikleri ve parametreleri belirlenerek tespit edilir. CV tekniği ile karakterizasyonda, sık kullanılan elektroaktif maddeler, ferrosen, ferrisiyanür, dopamin, askorbik asit ve rutenyumhekzaminklorürdür. Şekil 2.22 deki voltamogramda görüldüğü gibi çıplak camsı karbon (GC) elektrot yüzeyinde dopamin molekülü oldukça tersinir bir voltamogram verirken 2-benzo[c]sinolin diazonyum tuzu ile modifiye edilmiş GC yüzeyi dopaminin elektron transferini azaltmıştır [90]. Bu durum 2- benzo[c]sinolin diazonyum tuzunun GC yüzeyine bağlandığını gösterir. Şekil Dopaminin GC ve 2-benzo[c]sinolin modifiye GC deki dönüşümlü voltamogramı

59 33 Bazen bu durumun tersi davranışlar da olabilir. Şekil de (a) ile gösterilen voltamogram [K 4 Fe(CN) 6 ]/[K 3 Fe(CN) 6 ] nin, Au elektrot yüzeyindeki elektrokimyasal davranışına ait iken, (b) ile gösterilen voltamogram [K 4 Fe(CN) 6 ]/[K 3 Fe(CN) 6 ] nin, Poli (3,4-etilendioksiltiyofen) modifiyeli Au elektrot yüzeyindeki, (c) ile gösterilen voltamogram Au nanopartikül ve Poli (3,4 etilendioksiltiyofen) modifiye Au elektrot yüzeyindeki davranışına aittir [91]. Görüldüğü gibi modifiye yüzeyde [K 4 Fe(CN) 6 ]/[K 3 Fe(CN) 6 ] nin akımlarında artma gözlenmiştir. Bu durum hem modifiye yüzeyin karakterizasyonunda önemlidir hem de uygulamasında önemlidir. Şekil [K 4 Fe(CN) 6 ]/[K 3 Fe(CN) 6 ] (1:1) içeren 0.1 M KCl çözeltisinin (a)au, (b) Au/PEDOT (c) Au/PEDOT/AuNp elektrotta dönüşümlü voltamogramı Elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) EIS yöntemi ile elektrokimyasal bir sistemin ara yüzeyindeki statik özellikler, dielektrik sabitleri, iletkenlik, yük transferi ya da adsorpsiyon olaylarındaki dinamik değişmeler hakkında detaylı bilgi edinmek mümkündür. EIS tekniği, düşük genlikli alternatif akımın periyodik olarak uygulanmasına karşılık sistemin davranışını ölçme esasına dayanır. Bir elektrokimyasal sisteme potansiyel uygulandığında, sistemden geçen akıma karşı sistem yavaşlatıcı bir etki olarak direnç gösterir. Ohm yasasına göre direnç R =E/i dir. Elektrokimyasal sistem karmaşık davranışlara sahip devre elementleri içerebilir. Devre elemanlarının çoğu, direnç, kapasitans ve indüktans gibi bilinen elektrik elemanlarıdır. Bu durumda daha genel devre parametrelerini göstermek amacıyla direnç yerine impedans kavramı kullanılmaktadır. Direnç gibi, impedans da, elektriksel akımın geçmesine karşı devrenin tavrının ölçülmesidir. Fakat dirençten farklı olarak, impedans, ideal sistem davranışlarıyla sınırlı değildir. Ohm yasası doğru akım (dc) için V=I.R iken; alternatif akım

60 34 (ac) için ise V= I.Z şeklindedir. Buradaki Z terimi (görünen direnç, R) akıma engel olan bütün elementlerin birleşimidir. Z boyutu, devre elementi olan kapasitör ve indüktörler tarafından yaratılmaktadır ve frekansa bağlıdır. Bununla birlikte direnç frekanstan bağımsızdır [92]. Sadece R direncinden oluşmuş basit bir sisteme ohm yasası uygulanırsa, akım ve uygulanan potansiyel arasında: i = E/R (2.3) bağıntısı olup, burada faz açısı sıfırdır. Kapasitör için de aynı ilişki kurulabilir ancak faz açısı sıfır değildir. (Şekil 2.24); Şekil R dirençli sisteme (a) ve impedimetrik sisteme (b) uygulanan sinüsoidal uyarılar ve alınan cevaplar Faz kayması olduğunda uyarılmış bir sinyal için zamanın bir fonksiyonu olarak E t aşağıdaki eşitlik ile ifade edilir; E t E 0 sin( t) (2.4)

61 35 Bu eşitlikte, E 0 sinyalin genliği, ω açısal frekans, t zamandır. Açısal frekans ile frekans arasındaki ilişki; 2 f Faz kayması olduğunda sinyal cevabının şiddet I t, I 0 dan farklıdır. I t I sin( t ) (2.5) 0 Şekil φ faz açısı ile ayrılmış ve akım-potansiyel değişimini gösteren fazör Ohm yasasına benzetmeye çalışmak gerekirse bir sistemin impedansı: Z E I t t E0 sin( t) Z I sin( t ) 0 0 sin( t) sin( t ) (2.6) eşitliği ile verilir. Bu eşitlikten impedansın genlik (Z 0 ) ve faz kayması (φ) na bağlı olarak türetildiği görülebilir. Bu, impedansın bir vektör gibi değerlendirilebilmesine olanak sağlar. İmpedansı kompleks sayılarla ifade etmek daha doğrudur. Z -jz nün gösterimimndeki jz nin negatif ifade edilmesinin sebebi, sanal kısımdan gelen negatif değerden kaynaklanmaktadır. Z Z0(cos jsin ) Z' jz" (2.7) Yukarıdaki eşitlik,

62 36 j Z Z 0e şeklinde yazılabilir. Burada j= 1 dir. Z : kompleks sayının gerçek bileşeni (Z =Z 0 cosφ), Z :kompleks sayının sanal bileşenidir. (Z =jz 0 sinφ). Kompleks düzlem diyagramı aşağıdaki şekilde gösterilir (Şekil 2.26). Şekil Kompleks düzlem diyagramı İmpedansın kompleks düzlemdeki grafiğine nyquist eğrisi adı verilir. Bu grafikte, impedansın sanal bileşeni y ekseninde, gerçek bileşeni x ekseninde gösterilir. EIS verileri genellikle uygun bir eşdeğer devre modeli ile eşleştirilerek değerlendirilir. Modelde yer alan devre elemanlarının çoğu, direnç, kapasitans ve indüktans gibi bilinen elektrik elemanlarıdır [93]. Eşdeğer devre elemanları Bir elektrokimyasal hücrenin eşdeğer devre modelinde bulunabilecek devre elemanları genel olarak, elektrolit direnci, elektriksel çift tabaka kapasitansı, polarizasyon direnci, yük transfer direnci, difüzyon, kaplama kapasitansı, sabit faz elemanı ve gerçek indüktans olarak sayılabilir. Çizelge 2.1 de bu devre elemanları ve impedans eşitlikleri verilmiştir.

63 37 Çizelge 2.1. Eşdeğer devre elemanları için impedans eşitlikleri Eşdeğer Devre Elemanları İmpedans R (Direnç) R C (Kapasitör) 1/ jωc W (Difüzyon İmpedansı) σ (ω) -1/2 (1-j) tanh(δ (jω/d) 1/2 ) CPE (Sabit Faz Elementi) A(jω) ɑ Çizelge 2.1 den görüldüğü gibi dirençte hayali kesim 0 a eşittir. Direnç için impedans frekanstan bağımsızdır. Kapasitörün impedansı gerçek kesime sahip değildir. İmpedansın hayali kesimi kapasitansın ve frekansın bir fonksiyonudur. Frekansın artması ile kapasitörün impedansı düşmektedir. Üçüncü element olan indüktörün impedansı da kapasitör gibi sadece hayali kesimden oluşmaktadır. Frekansın artması ile indüktörün impedansı da artmaktadır. Elemanların kombine edilmesi ile elde edilen devrenin toplam impedansı devre elemanlarının impedans değerlerinin toplamı ile hesaplanır. İki devre elemanı seri bağlıysa toplam impedans Z Z 1 Z 2 (2.8) şeklindedir. Devre elemanları paralel bağlıysa bu eşitlik 1 Z 1 1 (2.9) Z Z 1 2 halini alır. Elektrolitik direnç Elektrokimyasal bir hücrenin impedansında çözelti direnci önemli bir parametredir. Modern üç elektrotlu potansiyostatlar, karşıt elektrot ile referans elektrot arasındaki elektrolitik direnci telafi etmektedir. Ancak çalışma elektrodu ile referans elektrot arasında oluşan elektrolitik direnç hesaplamalarda ihmal edilemez. İyonik çözeltilerin dirençleri, iyon tipine, konsantrasyona, sıcaklığa ve akımın geçtigi ya da taşındığı elektrolit alanının geometrisine bağlıdır.

64 38 R l (2.10) A, çözeltinin direnç sabitini, l, elektrotlar arasındaki mesafeyi A, alanı ifade etmektedir. Çözelti direncinin hesaplanmasında daha çok k çözeltinin iletkenlik sabiti kullanılmaktadır. l R (2.11) ka Çift faz kapasitansı Elektrot ve elektrolit arasında bir elektriksel çift faz tabakası mevcuttur. Bu tabaka elektrot yüzeyine tutunmuş olan elektrolit içerisindeki iyonlardan oluşmaktadır. Elektrot içindeki yükler ve iyonların yükleri Angstrong düzeyinde birbirlerinden ayrılmışlardır. Bu nedenle tabaka tıpkı bir kapasitör formundadır. Elektrolit içerisindeki elektrodun kapasitansı, yaklaşık olarak cm 2 ye 30 μf dır. Çift faz tabakası için kapasitans degerleri, elektrot potansiyeli, sıcaklık, konsantrasyon, iyon türü, oksit tabakaları, adsorpsiyon gibi bazı parametrelere bağlı olarak değişmektedir. Yük transfer direnci Kinetik kontrollü elektrokimyasal reaksiyonlarda ortaya çıkan bir başka direnç de yük transfer direncidir. Elektrolit ile temasta olan bir metal (Me Me n+ + ne - ) elektrolit içerisinde çözünür. Yük transferi tepkimesinin hızı reaksiyona, sıcaklığa, konsantrasyona ve uygulanan potansiyele bağlı olarak değişmektedir. Potansiyel ile akım arasında, nf (1 ) nf c 0 RT cr RT i i0 e e (2.12) cr c0 eşitliğince bir ilişki vardır. Elektrolitin derinliklerindeki madde konsantrasyonun, elektrot yüzeyindeki madde konsantrasyonuna eşit olduğu durumda yukarıdaki denklem

65 39 nf (1 ) nf RT RT i i0 e e (2.13) halini alır. Denklem Butler-Volmer eşitliği olarak da bilinmektedir. Polarizasyonun yük transfer kinetiğine bağlı olduğu durumlar için uygulanabilir. Aşırı gerilimin çok düşük olduğu ve sistemin denge durumunda yük transfer direnci RT R ct (2.14) nfi 0 ile ifade edilmektedir. Yük transfer direnci bilindiği takdirde bu eşitlikten değişim akım yoğunluğu (i o ) hesaplanabilmektedir. Difüzyon impedansı Difüzyon engeli, elektrokimyasal bir tepkime için, Warburg impedansı olarak adlandırılan farklı bir direnç yaratmaktadır. Warburg impedansı frekansa (ω) bağlı olarak değişmektedir. Z 1/ 2 ( ) (1 j) (2.15) Eşitlik gereğince hesaplanan impedans değerinin, yüksek frekans değerlerinde düşük olduğu, düşük frekans değerlerinde arttığı görülebilmektedir. Warburg sabitinin, σ, açılımı RT 1 1 n F A 2 c D c r D (2.16) r şeklindedir. D, difüzyon sabiti, A, elektrodun yüzey alanı, n, transfer edilen elektron sayısı ve c, difüzlenen maddenin konsantrasyonudur. Warburg impedansının bu şekli, sadece difüzyon tabakası kalınlığının sınırsız olduğu kabul edildiğinde geçerlidir. Difüzyon tabakası sınırlı olduğunda düşük frekanslardaki impedans 2 Z ( ) 1/ 0 (1 j)tanh( ( j / D) 1/ 2 ) (2.17)

66 40 halini almaktadır. Difüzyon tabakası kalınlığı ve difüzyon sabiti, D dir. Bu eşitlikten sonlu Warburg impedansı hesaplanmaktadır. Frekans sonsuza giderken ve difüzyon tabakası kalınlığı sınırsız olduğunda eşitlik sadeleşir ve sınırsız Warburg impedansını verir. Sabit faz elementi İmpedans ölçümleri sırasında kapasitörler idealden sapmalar gösterebilirler ve sabit faz elementi gibi davranırlar. Bir kapasitörün impedansı Z = A(jω) -α (2.18) şeklinde hesaplanabilmektedir. A, kapasitansın tersidir ve burada -1 α 1 dir. α sabitinin 1 e eşit olduğu durumlarda eşitlik ideal bir kapasitör gibi davranırken çift tabaka ile ilgili kapasitansı temsil etmektedir. α nın 1 den küçük olduğu durumlarda eşitlik sabit faz elementi halini almaktadır. Bir modelde genellikle sistemdeki homojen olmayan nicelikleri tanımlamak için kapasitör yerine sabit faz elementi kullanılır. Çift faz kapasitansları ve polimer filmlere ait kapasitanslar çoğu zaman idealden sapmalar göstermektedirler ve sabit faz elementi gibi davranmaktadırlar [94, 95]. İmpedimetrik verilerin gösterimi için en fazla sanal impedansın gerçek impedansa karşı grafiğe geçirilmesi ile elde edilen Nyquist grafiği kullanılmaktadır (Şekil 2. 27). Bu grafikteki her bir nokta farklı bir frekans değerine aittir. Şekil Tipik bir Nyquist impedans spektrum grafiği

67 41 Şekil 2.27 tipik bir Nyquist grafiğini ve ilgili elektriksel devresini göstermektedir. Bu impedans spektrum profili R 1 direncine (a) ait değerle başlayan ve (b) değeriyle biten, toplamı R 1 + R 2 olan bir yarım daire şeklindedir. R 1 değeri çözelti direncini gösterirken R 2 direnci yük transfer direnci (R ct ) ni göstermektedir. Kapasitörün kapasitans değeri spektrumun sanal impedans kısmının maksimum değerine eşittir. Elektrokimyasal sistemlere ait çoğu impedans spektrumu bu tip diyagramlara oturtulabilir. Spektrumun doğrusal olan son kısmı ise düşük frekansta taranan ve elektrot yüzeyi-çözelti arasında kütle aktarımıyla ilgili olan bölgedir. AC impedans ölçümlerinin çok ayrıntılı bilgiler sunuyor olmasına karşın impedans verilerini yorumlamak ve anlamlı sonuçlar elde etmek için gelişmiş tekniklere ihtiyaç duyulmaktadır. Diğer yöntemlere göre daha pahalıdır ve ölçülen impedans verilerinin hangi tür eşdeğer devrelerle uyumlu olduğu bilgisayar programları ile saptanması uzmanlık gerektirmektedir. Saptanan eşdeğer devrelerdeki devre elemanlarının kullanılan elektrokimyasal sistem için fiziksel anlamı olması şarttır. Dolayısıyla diğer yöntemlere göre yorumlanması zordur [96]. Ancak elde edilen değerlerin yorumu önemlidir. Yorum farklılıkları olsa bile sonuçta ölçülen toplam direnç elektrodun özelliğini veya performansını belirleyeceğinden, elektrodun dayanıklılığını belirlemede yaygın olarak kullanılmaktadır. EIS de yüzeye uygulanan alternatif akım frekansına bağlı olarak iki farklı direnç değeri elde edilir. Bunlardan biri reel direnç (Z ), diğeri sanal dirençtir (Z ). Rp 1 ( CdlRp) 2 dl p Rs 2 1 C 2 dlrp C R (2.19) Bu dirençlerin birbirlerine göre değişimini gösteren Nyquist eğrilerinden yararlanılarak elektrot/çözelti ara yüzeyinde kuramsal olarak beklenen olası direnç ve kapasitif elemanlara göre uygun bir eşdeğer devre oluşturup, uyarlama (fitting) programları ile tüm elemanlar için değerler tahmin edilerek elektrot yüzeyindeki gelişim izlenebilir (Şekil 2.27). Elde elden Nyquist diyagramları genel olarak düşünülen elektronik eşdeğer devrelere tam uymaz. Aynı zamanda, devredeki bir kapasitörün akım geçişine izin vermediği bilinir. Oysa elektrokimyasal sistemlerde elektrot/çözelti ara yüzeyinde yük birikimi ile birlikte akım geçişi

68 42 de gerçekleşir. Bu nedenle eşdeğer devrelerde kapasitör yerine geçecek ama koşullara göre direnç etkisi de gösterebilecek bir kavram olarak yüzeyin faz sabiti (constant phase element, Q dl ) tanımlanmıştır. Bu yeni kavramın kapasite ile direnç arasındaki olası değerleri 2.20 eşitliği ile tanımlanmıştır. ( j ) Q C n (2.20) Burada n, -1 n 1 aralığında ve alacağı değerlere göre faz sabitinin anlamı değişmektedir. n = -1, indüktif etki, n = 0 direnç etkisi, n = ½ Warburg ve n = 1 ise ideal kapasitör etkisi hakim olmaktadır. Nyquist eğrilerinden direnç değerlerini tam olarak belirlemek zor olduğu için reel direncin frekansla değişimini gösteren Bode diyagramlarından da yararlanılır. Özellikle yüksek frekans bölgesinde metal yüzeyi hakkında bilgi edinmek için faz açısı-frekans değişimlerini veren Bode çizimlerinden de yararlanılır (Şekil 2.28) [97]. EIS deney sonuçlarının yorumlanması ile ilgili olarak kullanılan eşdeğer devre modelleri, Nyquist ve Bode grafiklerine birkaç örnek aşağıda verilmiştir (Şekil 2.28 ve Şekil 2.29) [98]. Sadece çözelti direnci ve kapasitans devre elemanlarını içeren bir model olarak, çok yüksek impedans değerine sahip, dayanıklı bir kaplama ile kaplı metal düşünülebilir (Şekil 2.28 a). Çözelti direnci, çift tabaka kapasitansı ve yük transfer direncini içeren, Randles devresi, kullanımı yaygın en temel eşdeğer devre modelidir (Şekil 2.28 b). Warburg impedansına çift tabaka kapasitansı ve yük transfer impedansı eklendiğinde eşdeğer devre modeli, Nyquist ve Bode grafikleri Şekil 2.28 c deki gibi olacaktır. Böyle bir devre genellikle hücrede kinetik ve difüzyon prosesler birlikte ise söz konusudur.

69 43 Şekil Bazı örnek Nyquist diyagramları ve olası eşdeğer devreler Şekil Reel direnç-frekans ve faz açısı-frekans değişimlerini gösteren Bode çizimleri İmpedans tekniğinin avantajları [99]: 1. Yüksek dirençli metaryellerde (boyalı ve kaplı) kullanılabilir 2. Zamana bağlı veriye ulaşılabilir 3. Tahribatsız impedans tekniğinde de metal yüzeyine 5-10 mv aralığında çok küçük genlikte uyarı sinyalleri uygulanmaktadır. Bu ölçekteki küçük uyarı sinyalleri yüzey yapısını fazla değiştirmediğinden ölçüm yönteminden kaynaklanan hata minimum düzeydedir. 4. Kantitatif veriye ulaşılabilir, örneğin impedans tekniği ile polarizasyon direncinin belirlenmesine ilaveten çift tabaka kapasitansı belirlenebildiği için korozyon süreciyle ilgili mekanistik bilgiler elde edilebilmektedir. 5. Geniş kullanım alanına sahiptir. Pahalı olması ve veri analizinin çok kompleks olması da yöntemin dezavantajlarıdır.

70 Nanoteknoloji Nanoteknoloji, nanometre ölçeğindeki malzemelerin tasarımı, üretimi, montajı, karakterizasyonu ve bu malzemelerden elde edilmiş minyatür fonksiyonel sistemlerin uygulamalarını inceleyen ve hızla gelişen disiplinler arası araştırma-geliştirme faaliyetlerinin tümünü temsil eden bir alandır (Şekil 2.30). Şekil Nanoteknolojinin disiplinler arası ilişkisi Nano yapılı materyallerin kimyasal sentezlerinin ve proseslerinin kapsamı çok geniş olup optik, elektronik, manyetik, biyolojik, katalitik ve biyomedikal materyaller gibi birçok uygulama alanına sahiptir [100]. Nanomateryallerin sınıflandırılması Nanomalzemeler değişik formlarda ve boyutlarında üretilebilirler. Nanomalzemelere ait boyutlar ve bu boyut aralıklarındaki örnek materyaller Tablo 1 de gösterilmektedir [100].

71 45 Çizelge 2.2. Nanomateryal türleri Materyaller Boyut (yaklaşık) Örnekler Nanokristaller veya kuantum noktalar 1-10 nm Metaller, yarıiletkenler, manyetik materyaller Nanopartiküller nm Metaller, seramik oksitler Nanoteller nm Metaller, yarıiletkenler, oksitler, nitritler Nanotüpler nm Karbon Nano gözenekli katılar mm Zeolitler, alümina İki boyutlu nanoprtiküller Birkaç nm 2 -µm 2 Metaller, yarıiletkenler, manyetik materyaller İnce filmler nm Yarıiletkenler Nanopartiküller, soy metal koloitleri (Au, Pt vb.) ve yarı iletken nanopartiküller (CdS, PbS, ZnO, CdSe vb.) olmak üzere iki ana sınıfta toplanabilir (Şekil 2.31) [99]. Bunlardan tez çalışmalarımızda kullanacağımız Au, Pt ve bimetalik nanopartiküllerin sentez yöntemleri daha ayrıntılı verilecektir. Şekil Nanopartiküllerin sınıflandırılması Nanomateyallerin kullanım alanları Nanomalzemeler, faydalı kimyasal, fiziksel ve mekanik özelliklere sahip olduklarından, geniş bir uygulama yelpazesi için kullanılabilir. Nanomalzemelerin bazı kullanım alanları; a) Bilgisayar teknolojisi, hafıza kartları b) Hidrojen üretimi ve bataryalar c) Televizyon teknolojisi, elektronik cihazlar, mobil iletişim sistemleri

72 46 d) Nanotüp içeren bileşikler, nanopartiküle sahip bileşikler, kimyasal kaplamalar, alaşımlar, akıllı malzemeler e) Optik sistemler f) Sensörler, detektörler, lazerler g) Biyoanaliz sistemleri, ayrıştırma teknolojileri, su arıtma sistemleri h) Tıpta görüntüleme teknolojileri i) Filtre sistemleri, yapıştırıcılar, parlatıcı maddeler, boyalar j) Tekstil, otomobil endüstrisi, inşaat malzemeleri Metal nanopartiküllerin sentezi Nanopartiküllerin üretiminde kullanılan yöntemler: Şekil 2.31 de görüldüğü gibi aşağıdan yukarı Bottom Up ve yukarıdan aşağı Top Down olarak adlandırılan iki ana yaklaşım altında incelenmektedir (Şekil 2.32) [101]. Şekil Nanopartiküllerin üretiminde kullanılan yöntemler Yukarından aşağıya yaklaşımına dahil olan yöntemlerde hacimsel malzemeye dışarıdan mekaniksel ve/veya kimyasal işlemler ile enerji verilmesi sonucunda malzemenin nano

73 47 boyuta kadar inebilecek küçük parçalara ayrılması esas alınmaktadır. Aşağıdan yukarıya yaklaşımına dahil yöntemler ise; atomik veya moleküler boyuttaki yapıları kimyasal reaksiyonlar ile büyüterek partikül oluşumunun gerçekleştirilmesi olarak tanımlanmaktadır. Bu üretim yöntemleri daha çok endüstriyel alanda kullanılan tekniklerdir. Nanomalzemelerin sentezinde, elektrokimyasal sentez, ters misel/mikroemülsiyon metotu, hidrotermal sentez, metal buhar sentezi, sonokimyasal depozisyon, kimyasal indirgenme gibi yöntemler de sıklıkla kullanılmaktadır. Metal nanopartiküllerin sentezi için kullanılan çeşitli elektrokimyasal, kimyasal ve fiziksel yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemler; i) Elektrokimyasal biriktirme metotu, ii) Kimyasal indirgemeyle biriktirme metotu, iii) Fiziksel metotlardır. i) Kimyasal indirgemeyle nanopartikül sentezi: Bu metot, metal iyonlarının kuvvetli bir indirgeyici reaktif eşliğinde metalik nanopartiküllere indirgenmesine dayanır. İstenilen büyüklük ve morfolojide sentezlenebilmesine rağmen kullanılan reaktiflerin toksik olması bu yöntemin en önemli dezavantajıdır. ii) Fiziksel metotla nanopartikül sentezi: Fiziksel metotlar, püskürterek yükleme, iyon ve elektron ışımasıyla yükleme ve buharlaştırarak yükleme olmak üzere üç çeşittir. Bu yöntemle metal nanopartiküllerin hazırlanması başarılı bir şekilde yapılsa da özel ve pahalı ekipmanlara ihtiyaç duyulması bu metotun dezavantajlarındandır. iii) Elektrokimyasal biriktirmeyle nanopartikül sentezi: Elektrokimyasal yöntem, metal nanopartiküllerin sentezi için mükemmel bir tekniktir. Bu teknik, metal nanopartiküllerin çekirdeklenmesinin ve büyümesinin kontrol edilebilmesini sağlar. En önemlisi, metal nanopartiküllerin büyüklüğü ve elektrot yüzeyindeki dağılımı metal tuzunun konsantrasyonu, çeşitli elektrokimyasal biriktirme parametreleri (çekirdekleşme potansiyeli ve biriktirme süresi) değiştirilerek kontrol edilebilir. Yüksek saflıkta olan nanopartiküller, hızlıca oluşturulur ve oluşan bu nanopartiküller elektrot yüzeyinde iyi bir dağılıma sahiptir. Elektrokimyasal yöntemle sentezlenen elektrot yüzeyindeki metal nanopartiküllerin, yüksek katalitik aktivite göstermeleri ve düşük maliyetli olmalarının yanı sıra küçük partikül boyutlu olmaları ve yüksek dağılım göstermeleri bu metotun avantajlarındandır.

74 48 Monometalik nanopartiküllerin sentezinde kullanılan birçok yöntem bimetalik partiküller için de kullanılabilir. Genellikle, bimetalik nanopartiküller iki metal iyonun aynı anda ya da ard arda indirgenmesinden sonra stabilize edilerek (kaplama veya şablon kullanarak) hazırlanır. İndirgenme şartlarına ve yöntemine bağlı olarak partikül yapısı çekirdek-kabuk (core-shell) modeli şeklinde veya homojen bir alaşım şeklinde olabilir [ ]. Örneğin, ard arda inidirgenme, çekirdek-kabuk şeklinde nanopartiküller oluşturmak için çok kullanılan bir yöntemdir [105]. Alaşım partikülleri ise iki veya daha fazla metal iyonunun eş zamanlı inidrgenmesiyle kolayca sentezlenebilir (Şekil 2.33) [106, 107]. Şekil Çekirdek-kabuk ve alaşım nanopartikülleri için sentez yöntemleri İki metalin elektrokimyasal biriktirilmesi sonucunda üç ana yapıda bimetalik nanopartiküller oluşur (Şekil 2.34).

75 49 Şekil Bimetalik nanopartiküllerin elektrokimyasal biriktirilmesi sonucu oluşan yapılar İki metal tuzunun karışımı eşzamanlı indirgendiğinde, doğrudan alaşım partikülleri oluşur (Şekil 2.35) [79, ]. Şekil İki metal tuzunun eşzamanlı elektrokimyasal biriktirilmesiyle bimetalik alaşım nanopartikül modifiyeli elektrodun hazırlanış şeması Diğer yapılardaki partikülleri oluşturmak için farklı yollar izlenmelidir [111]. Örneğin, Penner ve Kwok yaptıkları bir çalışmada, elektrokimyasal yöntemle Au-Cu çekirdek/kabuk ve oligomer partikülleri sentezlemişlerdir [112] Metalik nanopartiküller Boyutları 100 nm ve altında kalan parçacıklar olarak tanımlanan nanopartiküller ise nanoboyutlu malzemelerin dolayısıyla nanoteknolojinin temelini oluşturmaktadır [113]. Bu partiküller diğer ticari malzemelerden genelde farklı ve üstün kabul edilen özellikler göstermektedir. Sıkça belirtilen nanopartikül özelliklerinin çekiciliğinin günümüzde bilinen

76 50 nedenleri ise; kuantum boyut etkileri, elektronik yapısının boyut bağımlılığı, yüzey atomlarının benzersiz karakterleri ve yüksek yüzey/hacim oranı olarak ön plana çıkmaktadır [114]. Nanopartikül sentezi bu yapıların sergiledikleri olağandışı özellikler sebebiyle yüksek aktiviteli katalizörler, optik uygulamalar için özel teknolojik malzemeler ile birlikte süperiletkenler, aşınmaya karşı katkılar, yüzey aktif maddeler, ilaç taşıyıcılar ve özel teşhis aletleri gibi birçok teknolojik ve farmakolojik ürünlerin hazırlanmasının yolunu açmıştır. Bunların yanı sıra, malzemelerin nanoboyut seviyesinde kontrolü nanotaşıyıcılar, sensörler, nanomakinalar ve yüksek yoğunluklu veri depolama hücreleri gibi kendine özgü işlevselliğe sahip minyatürleştirilmiş aygıtların gerçekleştirilmesine izin vermektedir [100, 101, 113, 114]. Açıkça görülmektedir ki, nanoyapılı malzemelerin ve cihazların tasarlanmasını, üretimini ve işlevsel olarak kullanımını kapsayan nanoteknoloji alanındaki yeni gelişmeler için vazgeçilemez ilk adım nanopartiküllerin üretimidir. Nanoteknolojik malzemelerin çıkış noktasını oluşturan nanopartiküller geniş bir kimyasal aralık ve morfolojide üretilebilirler. Günümüzde çekirdek-kabuk, katkılı, sandviç, boşluklu, küresel, çubuk benzeri ve çok yüzlü gibi farklı morfolojilere sahip metal, metal alaşımı, seramik ve polimer esaslı veya bunların karışımından istenilen özelliklere sahip nanopartiküller hazırlanabilir [114]. Metal nanopartiküller içerdiği bileşen sayısına göre aşağıdaki gibi gruplandırılabilir; Monometalik nanopartiküller; Monometalik nanopartilküller, metal tuzunun indirgeyici reaktif, kararlılaştırıcı ve çözücü varlığında aynı anda indirgenmesiyle oluşur. Reaksiyonda metal tuzu +2, +3 değerlikli bir geçiş metali olabilir (Şekil 2.36) [115]. Şekil Gümüş iyonlarının (Ag + ) gümüş atomuna (Ag 0 ) indirgenmesiyle gümüş monometalik nanopartiküllerinin oluşumu Bimetalik nanopartiküller; Son yıllarda tek metal içeren (monometalik) geçiş metal nanopartiküllerin yanı sıra iki farklı metalin birleşimi ile oluşan bimetalik nanopartiküller de, hem bilimsel hem de teknolojik alanda yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 2.37) [116].

77 51 Şekil Gümüş ve bakır iyonlarının (Ag + ve Cu 2+ ) gümüş ve bakır atomlarına (Ag 0 ve Cu 0 ) birlikte indirgenmesiyle Ag-Cu bimetalik nanoalaşımların oluşumu Bimetalik nanopartiküllerin yapıları Yığın metallerde, atomlar çeşitli geometrilerde düzenlenmiştir. Oluşan kristal yapı genellikle basit olup, metalin cinsine ve sıcaklık gibi diğer şartlara bağlı olarak değişir. Bimetalik nanopartiküller, her metal elementinin yerinin yığın haldeki dağılımından farklı olduğu, başka tip yapıda bulunabilirler. Çekirdek-Kabuk Yapısı (Core-shell): Bu yapıda, bir metal elementi bir iç çekirdek oluşturur, diğer element ise bu çekirdeğin etrafını sararak bir kabuk oluşturur (Şekil 2.38). Şekil Poli(N-vinil-2-pirolidon) (PVP) stabilize Pt çakirdek- Pd kabuk modeli Küme-küme yapı (Cluster-in-cluster): Bir element nanokümeyi oluşturur, diğer element bu nanokümeyi çevreler ve bağlayıcı olarak görev yapar (Şekil 2.39).

78 52 Şekil PVP stabilize Au-Pd (1:1) küme küme modeli Alaşım: Yığın metallerde genellikle iki çeşit metal elementi alaşım yapısı oluışturur. Eğer iki elementin atomik boyutları birbirine benzerse, rastgele (düzensiz) alaşım oluşur (Şekil 2.40). Şekil PVP stabilize Au-Pd bimetalik nanopartiküllerin düzensiz alaşım modeli Bimetalik nanopartiküllerin uygulaması İki farklı metalin birleşimi ile oluşan bimetalik nanopartiküller, hem bilimsel hem de teknolojik yönden monometaliklere göre daha ilgi çekicidir. İki metal tek bir nanopartikül içerisinde birleştirildiği zaman, oluşan bimetalik nanopartiküllerin optik, elektronik ve manyetik özellikleri onu oluşturan her iki metal tarafından belirlenir. Tek bileşenli nanopartiküllerin dezavantajlarını giderecek yeni fonksiyonlar bimetalik nanopartiküllerin kullanımı ile geliştirilebilir. Örneğin Au monometalik nanopartiküllerinin elektrokatalitik etkisi yokken, Au-Pt veya Au-Pd gibi bimetalik nanopartikülleri yüksek elektrokatalitik etkiye sahiptir. Bimetalik nanopartiküller için beklenen önemli özellikler: Yeni fonksiyonlar sağlayan, farklı atomlar ve fazlar arasında fiziksel ve kimyasal etkileşimler;

79 53 Nanometre boyutlarına özgü, değişmiş karışabilirlik ve etkileşimler (makroskopik faz özelliği aynı olmayabilir); Yeni özelliklere bağlı morfolojik değişiklikler Bimetallik nanopartiküller, katalitik özelliğin arttırılmasında ve manyetik özelliklerin düzenlenmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Yüzeydeki ve alaşımın yapısındaki değişikliklerin meydana getirdiği tüm bu özellikler nedeniyle, bimetalik nanopartiküllerin kompozisyon dağılımını kontrol etmek partikül özelliklerinin iyileştirilmesi için çok önemlidir [29]. Bu tür malzemeler, nanoaygıtların ve sensörlerin gelişitirilmesi için oldukça yararlı olmaktadır [117, 118]. Bimetalik nanopartiküllerin katalitik aktivitesinin monometalik nanopartiküllere göre daha üstün olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca bimetalik nanopariküllerin katalitik etkisinin partikül bileşenlerinin kompozisyonlarına duyarlı olduğu tespit edilmiştir. Etkin bir katalizör olmayan altının [119], katalitik aktivitesinin geliştirilmesi için diğer metal nanopartiküller ile alaşımı kullanılabilir. Örneğin, Au-Pt, Au-Pd ve Au-Rh çekirdek-kabuk bimetalik nanopartikülleri suyun hidrojenasyonunda ilgili monometalik nanopartiküllerden daha yüksek katalitik aktivite göstermektedir [29] Metal nanopartiküller ile modifiye elektrotların hazırlanması Altın ve gümüş nanopartiküller en sık kullanılan nanopartiküllerdir. Gümüş nanopartiküller ile kıyaslandığında altın nanopartiküller birçok avantajı söz konusudur. Kolay hazırlanabilmesi ve yüksek homojenliğinin yanı sıra nanopartiküller biyolojik moleküllere karşı (antijen, antikor veya DNA, RNA gibi) çok iyi bir biyouyumluluk göstermektedir. Bu sebepten ötürü altın nanoparçacıklar gen analizlerinde ve antijen-antikor tayininde geniş bir şekilde yer almaktadır. Ayrıca altın ve platin monometalik nanopartikülleri mekanik dayanıklılık ve elektriksel özelliklere sahip olup, katalizör olarak da kullanılabilmektedir. Benzer şekilde, paladyum (Pd) monometalik nanopartiküller platin gubu metallerden olup elektrot modifikasyonları için tercih edilen bir materyaldir.

80 54 Paladyum nanopartiküller Paladyumun hidrojenin kendi yüzeyine ve örgülerine adsorplanabilme ve absorplanabilme yeteneğini arttırması gibi eşsiz bir özelliği vardır. Bu özellik katalizör, yakıt hücresi, hidrojen depolama gibi bazı endüztriyel işlemler için paladyuma temel önem kazandırır [120]. Paladyum metal elektrot veya değişik yollarla modifiye edilmiş altın veya karbon elektrotlar kullanılarak paladyumun elektrokimyasal davranışı üzerine çeşitli araştırmalar yapılmıştır [ ]. Pd nanopartikül modifiye elektrotlar elektrokimyasal sensör türleri için kullanılmıştır. Örneğin, hidrojen sensörü için tek duvarlı karbon nanotüpler üzerine elektrodepolanmış paladyum nanopartikül modifiye elektrot [126], oksijen indirgenmesi için süper kritik akışkan sıvı içersinde Pd modifiye karbon nanotüpler [127], formaldehidin elektrokatalitik oksidasyonu için nano Pt-Pd alaşımı elektrodepolanmış nafyon film kaplı camsı karbon elektrot [128] ve Pd nanopartikül destekli çok duvarlı karbon nanotüpler [129], formik asitin elektrokatalitik oksidasyonu için Pd Np-Polianilin-nafyon modfiye camsı karbon elektrot geliştirilmiştir. Bunun dışında, Pd nanopartikül modifiye karbon iyonik sıvı elektrot [130] ve çok tabakalı polimer filmler [131] de mevcuttur. Pd nanopartiküllerin kullanımı sadece elektrokimyasal sensörler ile sınırlı değildir, aynı zamanda glukoz, DNA ve H 2 O 2 tayinine yönelik biosensör uygulamalarında da kullanılmaktadır. Örneğin glukoz tayini için Pd nanopartikül modifiye camsı karbon elektrot [132] ve Pd nanopartiküller ile glukoz osidaz nafyon çözünür karbon nanotüp modifiye elektrot [133]; DNA biosensörü için Pd nanopartikül ile kombine karbon nanotüp modifiye camsı karbon elektrot [134]; H 2 O 2 algılama için iletken Pd nanopartiküllü nanokafes [135]. H 2 O 2 ve NADH için Pd nanopartikül modifiyeli karbon nanofiberler [136, 137] geliştirildiği çalışmalar mevcuttur. Altın nanopartiküller Altın nanopartiküller biyonanoteknoloji alanındaki sensör uygulamalarında sıklıkla kullanılan malzemelerdir. Altın partiküllerin bir sensör sistemindeki kullanım amaçları spesifik olarak bir analitin varlığını saptamak ve de bu analitin konsantrasyonunu ölçebilecek bir çıktıyı sağlamaktır. Söz gelimi sensör sisteminde dedektör olarak optik bir bileşen kullanılırsa

81 55 analitin konsantrasyonu da altın nanopartiküllerin özelliklerinde meydana gelecek değişimler yardımıyla okunabilir. Küçük boyutlarından dolayı da altın parçacıklı sensörler diyagnostiklerde etkili bir kullanım alanlarına sahiptirler. Son zamanlarda altın nanoaprtiküllerle ilgili yapılan çalışmalar yoğun araştırma odağı olmuştur. Çünkü altın naopartiküllerinin yüzey kimyası, nanosensör, biosensör, katalizör, nanoalgılayıcı ve nanoelektrokimya gibi geleceğin uygulama alalarında anahtar rol oynayacaktır. Altın nanopartiküller iyi biyouyumluluk, mükemmel iletkenliği ve yüksek yüzey/hacim oranı gibi özellikleri nedeniyle elektrokimyacılar için daha çok ilgi çekmiştir. Altın nanopartikül temelli modifiye elektrotların hazırlanmasına ve bu modifiye elektrotların değişik maddelerin tayinin de kullanılmasına yönelik bir çok çalışma mevcuttur. Örneğin; hücre araştırmalarında [138], glukoz [139], norepinefrin [140], dopamine [141], kateşol [142], epinefrin [143], askorbik asit [144] gibi bazı küçük biyomoleküllerin elektrokatalizinde altın nanopartiküller kullanılmıştır. Bunların yanı sıra, altın nanopartikül türevi elektrotlar bazı toksik maddelerin tayininde kullanılmaktadır. Antimon ve arsenik tayini için altın nanopartikül modifiye perde baskılı karbon elektrot, camsı karbon elektrot ve kenar düzlem pirolize grafit elektrotlar kullanılmıştır [ ]. Nitrik oksit ve hidrazinin elektrolitik oksidasyonu için altın nanopartikül modifiye elektrot kullanılmış ve yüksek katalitik aktivite gösterdiği bulunmuştur [ ]. Altın nanopartiküllerin kullanımı sadece elektro modifikasyonları ve elektrokimyasal sensörler ile sınırlı değildir, aynı zamanda sensör probları, elektronik iletkenler, terapötik ajanlar [ ], organik fotovoltaik, biyolojik ve tıbbi uygulamalar [155, 156] gibi ileri teknoloji uygulamalarına yönelik optik-elektronik özellikleri ile ilgili araştırmalar yapılmaktadır [157]. Bimetalik nanopartiküllerin katalitik aktivitesinin monometalik nanopartiküllere göre daha üstün olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca bimetalik nanopariküllerin katalitik etkisinin partikül bileşenlerinin kompozisyonlarına duyarlı olduğu tespit edilmiştir. Etkin bir katalizör olmayan altının [119], katalitik aktivitesinin geliştirilmesi için diğer metal nanopartikülleri

82 56 kullanılabilir. Örneğin, Au-Pt, Au-Pd ve Au-Rh çekirdek-kabuk bimetalik nanopartikülleri monometalik nanopartiküllerden daha yüksek katalitik aktivite göstermektedir [29]. Pd-Au bimetalik alaşım nanopartikülleri Özellikle, Pd-Au bimetal nanopartiküller sinerjik etkilerinden dolayı bileşenlerinin monometalik nanopartiküllerinden daha süper katalitik performans sergilerler [30, ]. Paladyum-altın (Pd-Au) nanopartikülleri, yüksek katalitik performanlarından dolayı hidrojenasyon reaksiyonları [103, 161, 162], bozunma reaksiyonları [ ], oksidasyon reaksiyonları [159, 166, 167] ve hidrokarbon hidrojenasyonunda [168] çok ilgi çekici hale gelmiştir. Yeni Pd-Au bimetalik nanopartikül modifiye elektrot geliştirilmesi, yüksek hassasiyet, hızlı tepki süresi, geniş lineer aralığı, daha iyi seçicilik ve tekrarlanabilirlik gibi uygun özelliklere sahip elektrokimyasal sensörlerin uygulamaları için önem kazanmaktadır. Son zamanlarda çeşitli araştırma grupları, bazı malzemelerin üzerini Pd-Au bimetalik nanopartiküllerle modifiye etmiştir. Kuai ve diğerleri tarafından yapılan çalışmada, Pd-Au alaşım nanopartikülleri ve çekirdek/kabuk nanopartikülleri kimyasal yöntemle hazırlanmış ve oksijen indirgenmesi için elektro katalitik aktiviteleri incelenmiştir [34]. Söz konusu çalışmada, Pd-Au alaşım nanopartiküllerin en iyi aktiviteyi gösterdiği bulunmuştur. Celorrio ve diğerleri tarafından yapılan çalışmada, Pd-Au çekirdek/kabuk partikülleri kimyasal olarak iki aşamada gerçekleştirilmiştir [35]. Birinci aşamada trisodyum sitrat ile Au nanopartikülleri sentezlenmiş, ikinci aşamada Pd, askorbik asit varlığında Au çekirdekleri üzerinde büyütülmüştür. Hazırlanan nanopartiküller C ve ITO desteklere tutturulmuş ve formik asitin elektro oksidasyonundaki aktiviteleri incelenmiştir. Sonuç olarak, elektro aktivitelerinin, partiküllerin kompzisyonlarına, yapılarına ve desteğin cinsine bağlı olduğu belirtilmiştir. Hong ve diğerleri tarafından yapılan çalışmada, Au-Pd alaşım nanopartikülleri ve Au-Pd çekirdek/kabuk nanopartiküller sentezlenmiş ve formik asit oksidasyonundaki elektroaktiviteleri incelenmiştir [36]. Au-Pd çekirdek/kabuk nanopartikülleri, askorbik asit

83 57 varlığında setiltrimetilamonyum klorür ile sentezlenmiştir. İndirgenme kinetiği yavaş olmasından dolayı, Au-Pd nanopartiküllerinin oluşumu Au atomlarını çekirdekleşmesiyle başlamış, devamında ise Au çekirdekleri üzerinde Pd tabakası büyümüştür. Söz konusu çalışmada, Au-Pd alaşımının formik asit oksidasyonunda daha aktif olduğu gösterilmiştir. Lan ve diğerleri tarafından yapılan çalışmada, Au-Pd çekirdek/kabuk nanopartikülleri kimyasal olarak sentezlenmiş ve camsı karbon elektrot üzerine tutturulmuştur. Hazırlanan bu elektrotla As(III) tayini yapılmış ve tayin sınırı 0,25 ppb olarak belirlenmiştir [37]. Qian ve Yang tarafından yapılan çalışmada, Au-Pd bimetalik nanopartiküller, amino uçlu dendrimer modifiye ITO yüzeyinde elektrodepozisyonla oluşturulmuştur. Metal tuzlarının oranı, elektrodepozisyon süresi, dendrimerin tabaka sayısın gibi faktörlerin etkisi incelenmiş ve hidrazin sülfatın oksidasyonundaki elektrokatalitik aktivitesi belirlenmiştir [38]. Tang ve diğerleri tarafından yapılan bir çalışmada, ITO yüzeyine doğrudan Au-Pd alaşım nanopartiküllerinin elektrodepozisyonu gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, Au-Pd nanopartiküllerinin bileşiminin, metal tuzlarının oranına, elektrodepozisyon potansiyeline ve süresine bağlı olduğu bulunmuştur. Ayrıca, Au-Pd nanopartiküllerinin etanolün elektro oksidasyonunda iyi bir elektro aktivite gösterdiği belirtilmiştir [39]. Yang ve diğerleri tarafından yapılan bir çalışmada, indirgenmiş grafit oksit levhalar üzerine Pd-Au alaşım nanopartikülleri elektrokimyasal olarak depolanmıştır. Bu elektrot üzerine glukoz oksidaz enzimi adsorplatılmış ve glukoz tayini için bir enzim biyosensörü geliştirilmiştir [110] Metal nanopartikül modifiye elektrotların elektrokimyasal sensörler ve biyosensörlerde kullanımı Son yıllarda, elektrokimyasal sensör teknolojilerinde, nanopartiküller, karbon nanotüpler ve nanokablolar gibi farklı nanomalzemelerin kullanımına olan ilgi giderek artmaktadır. Nanomateryal bazlı geliştirilmiş küçük, ucuz ve verimli sensörlerin yüksek duyarlılık, seçicilik, düşük üretim maliyeti, düşük güç tüketimi, geliştirilmiş kararlılık gibi özellikleriyle geniş uygulama alanları vardır. Nanoboyutlu materyallerin benzersiz özellikleri, sensör uygulamalarında onları ideal kılmaktadır [40]. Mikro-/nano- elektrot bazlı geliştirilmiş

84 58 elektrokimyasal sensörler, artan kütle transferi, azalan çözelti direnç etkisi, düşük tayin sınırı ve azalmış gürültü sinyal oranı gibi avantajlarından dolayı makro elektrotlara göre daha çok tercih edilmektedir [ ] Modifiye Elektrotların Analitik Uygulamaları Tez çalışmaları kapsamında birçok biyolojik öneme sahip fenolik bileşikler kullanılmıştır. Bunlardan en önemlileri, kurkumin, aloe-emodin, karminik asit, dopamin, nordihidroguaretik asit, rezorsinol vb. dir Fenolik bileşikler Fenolik bileşikler, en az bir aromatik halka ve bu halkada çok miktarda hidroksil substitüenti bulunduran bileşiklerin tümüne denir. Son yıllarda bitkisel kökenli gıdalarda bulunan fenolik bileşiklerin yoğun bir şekilde incelenmesi, bunların insan sağlığı ile yakından ilişkisi olduğunun saptanmasından ve özellikle de kanser insidansını azalttığı yönündeki epidemiyolojik bilgilerden kaynaklanmaktadır. Buna karşın, bazı çalışmalar flavonoidlerin karsinojen olduğunu savunsa da, diğer birçok çalışmada elde edilen bulgular, flavonoidlerin antimutajen, antikarsinojen ve antioksidan olduğunu desteklemektedir. Fenolik bileşikler, bitkinin büyüme, gelişme ve savunmasında çeşitli fonksiyonel biolojik moleküllerin büyük bir grubunu temsil eder. Farmakolojik çalışmalarda, fenolik bileşiklerin anti inflamatuar, antibakteriyel, antikonvülzan, tümöre karşı ve antioksidan özellikleri ortaya konmuştur [ ]. Elektrokimyasal teknikler, biyolojik öneme sahip bileşiklerin redoks davranışları hakkında değerli bilgiler sağlamak için önemli bir potansiyele sahiptir. Yüksek hassasiyeti nedeniyle voltametrik yöntem çeşitli biyolojik bileşiklerin redoks davranışını incelemek için başarılı bir şekilde kullanılmıştır. Fenol türevlerinin redoks davranışı farklı elektrotlar kullanılarak araştırılmıştır: altın [182, 183], platin [ ], karbon [183, ], bor katkılı elmas [ ], cıva damlası [192] ve Ti/IrO 2 [193].

85 Geliştirilen elektrotların analitik uygulamalarında kullanılan bileşikler Tez çalışması kapsamında geliştirilen monometalik ve bimetalik elektrotların analitik uygulmaları kurkumin, aloe-emodin, dopamin, karminik asit, nordihidroguaiaretik asit (NDGA), resorsinol gibi fenolik bileşikler kullanılarak araştırılmıştır. Kurkumin Kurkumin, zerdeçal olarak da bilinen hint safranı baharatında bulunan bir pigmenttir. Kurkumin gıdalarda E100i kodu ile boya maddesi olarak kullanılır [194]. Kurkumin, 1,7- bis(4-hidroksi-3-metoksifenil)-1,6-heptadien-3,5-dion yapısında olup, fenol, metoksifenol grupları ve kinon alt birimlerini içerir (Şekil 2.41). Şekil Kurkuminin molekül yapısı Kurkumin iyi tedavi edici etkileri, anti-inflamatuar antikanser, antiviral, antiartritik, antiamyloid ve anti-iskemik etkileriyle iyi bilinir [195]. Bununla birlikte, kurkumin DNA üzerinde prooksidan ve antioksidan etkiler sergiler. Pro veya antioksidan özellikler kurkumin konsantrasyonına bağlıdır [196]. Bu nedenle, biyolojik sıvılarda ve gıdalarda kurkumin miktarının belirlenmesi ve kontrol edilmesi çok gereklidir. Bugüne kadar kurkumin tayini için HPLC [197], UV-GB spektroskopi [198] ve spektroflorimetri [199] gibi teknikler kullanılmıştır. Ayrıca kurkuminin camsı karbon elektrotta [200, 201], karbon pasta elektrotta ve asılı cıva damla elektrodunda [196] voltametrik ve polarografik tayinine yönelik çalışmalar bulunmaktadır. Literatürde kurkuminin modifiye elektrotla voltametrik tayinine yönelik yalnız bir çalışma bulunmaktadır. Camsı elektrot üzerinde blue K asit in elektropolimerleşmesiyle hazırlanmış modifiye elektrot kullanılarak kurkuminin voltametrik tayini gerçekleştirimiştir [202].

86 60 Aloe-emodin Aloe-emodin, (1,8- dihidroksi-3-hidroksimetilantrakinon), Rheum palmatum ve aloe-vera bitkilerinin kök ve saplarında bulunan doğal bir antrakinon türevidir (Şekil 2.42). Bu madde Aloe vera bitkisinin sıvısında, yaprağın kabuğunun hemen altında bulunur ve yaygın bir şekilde laksatif preparatlarda kullanılır. Şekil Aloe-emodinin molekül formülü Bazı klinik çalışmalar, Aloe-emodinin antitümör, antiviral, antimikrobiyal, genotoksisite ve antioksidan etkileri olduğunu göstermiştir [ ]. Buna ilaveten bazı araştırmalarda da Aloe-emodinin başta akciğer kanser hücrelerinde [206, 207] olmak üzere, Lösemi hücreleri [208] ve hepatoma hücreleri [209], nöroektodermal hücrelerde anti kanser aktivite gösterdiği rapor edilmiştir [ ]. Ancak, Aloe-emodinin terapik etkileri ve toksisitesi hala önemli bir araştırma konusudur. Bu durum, araştırmacıların Aloe-emodinin biyolojik sıvılar ve dokular gibi kompleks ortamlardaki tayini için yeni analitik yöntem geliştirmesine sevk etmektedir. Bugüne kadar Aloe-emodin tayini için HPLC [213], floresans spektroskopi [214], gaz kromotografi/kütle spektrometrik [215], kapiler elektroforez [216] gibi teknikler kullanılmıştır. Ayrıca bu yöntemlere nazaran daha hızlı, basit ucuz ve hassas olan elektrokimyasal metotlarla da Aloe-emodin tayini gerçekleştirilmiştir [ ]. Cıva ve Karbon pasta elektrotlar kullanılarak diferanisyel puls ve katalitik adsorptif sıyırma voltamerik teknikleri ile Aloe-emodinin tayinleri yapılmıştır. Bunların yanı sıra, tayin sınırının daha düşük olduğu yeni modifiye elektrotlar da geliştirilmeye başlamıştır. Örneğin, karbon kaplı nikel manyetik nanopartikül-modifiye camsı karbon elektrot geliştirilmiştir [219].

87 61 Dopamin Dopaminin kimyasal formülü (C 6 H 3 (OH) 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 ) şeklinde (Şekil 2.43) olup kimyasal adlandırması 4-(2-aminoetil)benzen-1,2-diol dür. Şekil Dopaminin molekül formülü Dopamin kateşolaminler grubuna ait ve merkezi sinir sistemi, renal, hormonal ve kardiyovasküler sistemlerinde çok önemli bir rol oynayan önemli bir nörotransmitterdir [222]. Nörotransmitterler (NT) bir nörondan diğerine bir mesaj ileten kimyasal habercilerdir. Merkezi sinir sistemindeki dopaminerjik systemin fonksiyon bozukluğu, şizofreni ve parkinson hastalıkları gibi nörolojik bozukluklarla ilişkilidir [223]. Ayrıca dopaminin sempatik sinir sistemindeki etkileri dolayısıyla ilaç olarak; kalp atışlarını hızlandırmak ve kan basıncını yükseltmek için kullanılır. Dopamin tayini için genel olarak kullanılabilen çeşitli analitik yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemlerin bazıları, hızlı sıvı kromatografisi / tandem kütle spektrometrisi (LC-MS / MS) [224], kromatografi yöntemi [ ] ve kapiler elektroforez kütle spektrometresi yöntemidir [228]. Ancak bütün bu teknikler, bir basınç ve sıcaklık kontrol sistemleri, ayırma sistemleri ve diğer spektrofotometrik veya elektriksel algılama sistemleri gerektirir. Bu anlamda, dopaminin merkezi sinir sistemindeki öneminden dolayı elektrokimyasal tayini büyük ilgi görmüştür. Bununla birlikte, dopamin tayini için önemli bir problem, elektropolimerleşmiş filmlerden oluşan reaksiyon ürünlerinin birikmesi nedeniyle elektrot yüzeyinin tıkanmasıdır [229]. Bu yüzden, biyolojik substratlarla kirlenmeden kaynaklanan sorunların üstesinden gelmek için umut verici bir yaklaşım, modifiye elektrotların kullanılmasıdır [230, 231]. Karminik asit Karmin, Dactylopius coccus (eski adıyla Coccus cacti) böceğinden elde edilen bir tür renk pigmentidir. Pigment, böceğin yumurtalarından ve vücudundan elde edilir [232]. Pigmentin ismi karmin olup, asıl renkli bileşik karminik asittir (C 22 H 20 O 13 ) (Şekil 2.44).

88 62 Şekil Karminin molekül formülü Karminik asit, nispeten yüksek kimyasal ve biyolojik stabiliteye sahip olması nedeniyle gıda, tekstil, ilaç ve kozmetik ürünlerde kırmızı renklendirici ajan (E120) olarak yaygınca kullanılmaktadır [233]. Gıda katkı maddesi olarak renklendirici kullanılması kesinlikle yasa ve yönetmeliklere tarafından kontrol edilir. Karminik asidin yüksek miktarda alınması gıda anaflaksisine ve gıda alerjisine neden olabilmektedir [234, 235]. Bu nedenle, gıdalardaki karminik asit miktarının belirlenmesi ve kontrol edilmesi önem arz etmektedir. Karminik asitin HPLC [236, 237], kapiler elektroforez [238] ve UV-GB spektroskopik [239] yöntemlerle yapılmış kantitatif analizine yönelik çalışmalar mevcuttur. Literatürde, karminik asitin voltametrik davranışı ve tayinine yönelik camsı karbon elektrot [240], paraffin emdirilmiş karbon elektrot [241], cıva damla elektrotta [ ] olmak üzere sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Nordihidroguaiaretik asit (NDGA) Nordihidroguaiaretik asitin (NDGA) molekül formülü (C 6 H 3 (OH) 2 -CH 2 -CH (CH3)- CH (CH3)- CH 2 - C 6 H 3 (OH) 2 ) şeklinde (Şekil 2.45) olup kimyasal adlandırması 4,4 -(2,3- Dimetilbütan-1,4-diyl)dibenzene-1,2-diol dür. Nordihidroguaiaretik asit, herdem yeşil çöl çalısı olarak bilinen ve Kimyongiller ailesinden Larrea tridentata nın yaprak ve ince dallarında bulunan fenolik bir antioksidandır. Şekil Nordihidroguaiaretik asitin molekül formülü

89 63 Nordihidroguaiaretik asit, yağlar ve tereyağlar için antioksidan gıda katkı maddesi olarak kullanılmış olup 1968 yılında GRAS listesinden çıkarılmıştır. NDGA nin gıda paketlemede kullanımına izin verilmiştir. Ancak gıdaya geçen miktar gıda miktarının %0,005 inden fazla olmayacak şekilde sınırlandırılmıştır [245]. NDGA, TBHQ, PG, BHA, BHT gibi yaygın gıda antioksidanlarının rutin tespiti için kullanılan analitik yöntemlerin çoğu kromatografik teknikler [246, 247] ya da spektrofotometrik yöntemlerdir [248]. Franzke, yağlardaki antioksidanların (PG, NDGA, BHT ve TBHQ) toplam miktarını voltametrik tekniklerle belirlemiştir [248]. Çeşitli ürünlerdeki fenolik antioksidanların (BHA, BHT, TBHQ, PG and NDGA) miktarını belirlemek için sıvı kromatoğrafisi ve elektrokimyasal tayinler hızlı ve duyarlı tekniklerdir [249]. Resorsinol Resorsinol, kateşol ve hidrokinon, yaygın olarak kozmetik, böcek ilaçları, aroma maddeleri, ilaçlar, antioksidan, boya ve fotoğraf kimyasallarında yaygın olarak kullanılan üç dihidroksibenzen izomerleridir [250]. Ekolojik çevredeki yüksek toksisite ve düşük bozunabilirliği nedeniyle, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) ve Avrupa Birliği (AB) tarafından çevresel kirleticiler olarak kabul edilmektedir [251]. Bu ürünlerin üretim ve uygulama işlemleri boyunca, bu maddelerden bazıları yanlışlıkla çevreye salınarak akarsuları ve yeraltı sularını kirletmektedir. Ayrıca, bu izomerler çevre örneklerinde birlikte bulunur [252, 253] (Şekil 2.46). Şimdiye kadar, resorsinol tayini için HPLC [254], floresans spektroskopi [255], kapiler elektroforez [256] ve elektrokimyasal metotlar [257, 258] gibi birçok analitik metotlar kullanılmıştır. Şekil a) Kateşol, b) Resorsinol, c) Hidrokinon molekül formülleri

90 64

91 65 3. MATERYAL VE METOT 3.1. Aletler Tez çalışmalarında kullanılan aletler ve modelleri Çizelge 3.1. de verilmiştir. Çizelge 3.1. Kullanılan aletler ve modelleri Alet Üç elektrotlu Elektrokimyasal Hücre (Pt,karşıt elektrot;ag-agcl(doy), referans elektrot; Grafit elektrot (GE), çalışma elektrodu) Voltametrik potansiyostat Model PARVersaSTAT 3 PAR 507 model mikro hücre Voltamogram kaydedici VersaStudio Software ph metre WTW series inolab ph 720 Analitik terazi Ultraviyole-Görünür Bölge Spektrofotometresi Radwag AS 60/220 C2 T 80 çift ışın yollu Spektrrofotometre Spektrum kaydedici UV Win5 Software HPLC cihazı Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) Enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) X-ışını Fotospektroskopisi (XPS) Fourier Transform İnfrared Spektroskopisi (FTIR) Waters 1500 series, C18 kolon Quanta 400F FE-SEM JXA-8230 Elektron Prob Mikroanaliz cihazı SPECS EA 300 XPS Mattson 1000 spectrometer with KBr pellets 3.2. Kimyasal Maddeler Tez çalışmalarında kullanılan kimyasal maddeler Çizelge 3.2 de verilmiştir.

92 66 Çizelge 3.2. Kullanılan kimyasal maddeler ve temin edildikleri firmalar Kimyasal madde Saflık Derecesi (%) Temin Edildiği Firma Paladyum Klorür (PdCl 2 ) 99 Sigma-Aldrich Kloroaurik asit (HAuCl 4.3H 2 O) 99 Sigma-Aldrich L-Prolin (C 5 H 9 NO 2 ) 99 Merck Hidroklorik asit (HCl, d = 1,19 g/ml) 37 Merck Sodyum hidroksit (NaOH) 97 Merck Potasyum nitrat (KNO 3 ) 99 Merck Asetik asit (CH 3 COOH, d = 1,05 g/ml) 99,8 Merck Tris-HCl (NH 2 C(CH 2 OH) 3.HCl) >99 Sigma-Aldrich Potasyum klorür (KCl) 99,5 Merck Amonyak (NH 3, d = 0,91 g/ml) 25 Ak kimya Amonyum klorür (NH 4 Cl) 99,8 Merck Fosforik asit (H 3 PO 4, d = 1,71 g/ml) 85 Merck Perklorik asit (HClO 4, d = 1,68 g/ml) 70 Merck Sülfürik asit (H 2 SO 4, d = 1,84 g/ml) Merck Potasyum ferrosiyanür (K 4 [Fe(CN) 6 ]) 99 Merck Potasyum ferrisiyanür (K 3 [Fe(CN) 6 ]) 99 Merck Kurkumin (C 21 H 20 O 6 ) 65 Sigma-Aldrich Karminik asit (C 22 H 20 O 13 ) 96 Sigma-Aldrich Aloe emodin (C 15 H 10 O 5 ) 95 Sigma-Aldrich Nordihidroguaraitik asit (C 18 H 22 O 4 ) 97 Merck Dopamine (C 8 H 11 NO 2 ) 99 Merck Rezorsinol (C 6 H 6 O 2 ) 99 Merck 3.3. Çözeltiler KCl çözeltisi, 0,1 M: 0,745 g KCl üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 100 ml ye seyreltilmiştir. KNO 3 çözeltisi, 1,0 M: 1,010 g KNO 3 üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 100 ml ye seyreltilmiştir.

93 67 Amonyak/Amonyum klorür tamponu: Yoğunluğu 0,91 g/ml olan % 25 lik (m/m) amonyak çözeltisinden 1,87 ml alınıp üç kez damıtılmış deiyonize su ile 250 ml ye tamamlanarak 0,1 M amonyak çözeltisi hazırlanmıştır. Daha sonra 0,1 M lık hidroklorik asit (HCl) çözeltisi kullanılarak ph 8,5 9,5 arasında istenen ph ya ayarlanmıştır. Fosforik asit çözeltisi, 0,1 M: Yoğunluğu 1,71 g/ml olan %85 lik (m/m) fosforik asit çözeltisinden 6,75 ml alınıp üç kez damıtılmış deiyonize su ile 1 L ye tamamlanarak 0,1 M fosforik asit çözeltisi hazırlanmştır. Daha sonra 0,1 M lık sodyum hidroksit ilaveleri ile ph 2, 4, 6, 7, 8 olan tampon çözeltiler hazırlanmıştır. Asetik asit/asetat tamponu: Yoğunluğu 1,1 g/ml olan % 99,8 lik (m/m) asetik asit çözeltisinden 0,3 ml alınıp üç kez damıtılmış deiyonize su ile 50 ml ye tamamlanarak 0,1 M asetik asit çözeltisi hazırlanmıştır. Daha sonra 0,1 M lık sodyum hidroksit ilaveleri ile ph 4,5 6,5 arasındaki değerlere ayarlanmıştır. Tris-HCl çözeltisi, 0,1 M: 1,576 g Tris-HCl üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 100 ml ye seyreltilmiştir. Hidroklorik asit çözeltisi, 0,1 M: Yoğunluğu 1,19 g/ml olan % 37 lik (m/m) hidroklorik asit çözeltisinden 8,3 ml alınarak üç kez damıtılmış deiyonize su ile 1 L ye tamamlanmıştır. Sodyum hidroksit çözeltisi, 0,1 M: 0,4 g NaOH üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 100 ml ye seyreltilmiştir. L-Prolin çözeltisi, 0,1 M: 0,115 g L-Prolin üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 10 ml ye seyreltilmiştir. Paladyum klorür çözeltisi,0,01 M: 0,018 g PdCl 2, 3 M HCl çözeltisinde çözülerek üç kez damıtılmış deiyonize su ile 10 ml ye seyreltilmiştir. Kloroaurik asit çözeltisi, 0,01 M: 0,0390 g kloroaurik asit üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 10 ml ye seyreltilmiştir.

94 68 Kurkumin çözeltisi, 0,001 M: 0,0023 g kurkumin üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 10 ml ye seyreltilmiştir. Kurkuminin daha düşük derişimlerdeki çözeltileri bu stok çözeltiden seyreltme yolu ile hazırlanmıştır. Aloe-Emodin çözeltisi, 0,001 M: 0,0027 g aloe-emodin 1 ml etanolde çözülerek üç kez damıtılmış deiyonize su ile 10 ml ye seyreltilmiştir. 10-4, 10-5 M lık Aloe-emodin çözeltileri ise bu stok çözeltiden alınarak seyreltilmiştir. Karminik asit çözeltisi, 0,001 M: 0,0049 g karminik asit üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 10 ml ye seyreltilmiştir ve 10-5 M lık karminik asit çözeltileri ise bu stok çözeltiden alınarak seyreltilmiştir. Dopamin çözeltisi, 0,001 M: 0,0015 g dopamin üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 10 ml ye seyreltilmiştir. 10-4, 10-5 M lık dopamin çözeltileri ise bu stok çözeltiden alınarak seyreltilmiştir. Nordihidroguaretik asit çözeltisi, 0,001 M: 0,0030 g nordihidroguaretik asit üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 10 ml ye seyreltilmiştir ve 10-5 M lık Nordihidroguaretik asit çözeltileri ise bu stok çözeltiden alınarak seyreltilmiştir. Rezorsinol çözeltisi, 0,001 M: 0,0011 g rezorsinol üç kez damıtılmış deiyonize su ile çözülerek 10 ml ye seyreltilmiştir ve 10-5 M lık rezorsinol çözeltileri ise bu stok çözeltiden alınarak seyreltilmiştir Deneysel İşlem Grafit elektrodun hazırlanması 0.5 TOMBO 2B kalem uçları, özel hazırlanan düzeneğe yerleştirilerek çalışma elektrodu kısmında 1 cm si çözelti içerisine girecek şekilde ayarlanmıştır. Düzeneğin uç kısmına ince bir bakır tel sarılarak iletkenlik sağlanmış ve grafit elektrot hazırlanmıştır (Şekil 3.1). Grafit elektrodun aktivasyonu için uygun deney şartları belirlenmiş ve elektrokimyasal aktivasyonu gerçekleştirildikten sonra kullanılmıştır.

95 69 Şekil 3.1. Üç elektrotlu elektrokimyasal hücrenin şematik gösterimi Paladyum (Pd) ve altın (Au) nanoprtiküllerin kimyasal yöntemle sentezi Pd ve Au nanopartiküllerin sentezi için çeşitli yöntemler denenmiştir. Yapılan ön çalışmalarda, kimyasal yöntemlerle sentezlenen metal nanopartiküllerin, grafit elektrot yüzeyine adsorpsiyonu denenmiştir. Bu amaçla, 10-3 M HAuCl 4 çözeltisine ve 10-3 M PdCl 2 çözeltisine kimyasal indirgeyici (sitrat, hidrazin, bitki ekstarktı vb.) eklenerek AuNp ve PdNp lerin sentezine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Partiküllerin oluşumu renk değişimi ve UV-GB spektroskopisi ile izlenmiştir. Aktifleştirilmiş grafit elektrotlar, kimyasal yöntemle oluşturulan metal nanopartikülleri içeren çözeltiye daldırılarak, PdNp ve AuNp lerin grafit elektrot yüzeyinde adsorplanması için çeşitli sürelerde bekletilmiştir (Şekil 3.2). Belirli süreler sonunda bu elektrotların CV voltamogramları alınarak grafit elektrotların PdNp ve AuNp ile modifiye edilip edilmedikleri test edilmiştir.

96 70 Şekil 3.2. GE elektrodun kimyasal yöntemle sentezlenen PdNp ve AuNp ile modifikasyonu Pd ve Au nanoprtiküllerin (PdNp, AuNp) elektrokimyasal yöntemle sentezi PdNp elektrokimyasal sentezinde elektroliz ve çoklu CV yöntemleri denenmiştir. Elektroliz yönteminde, elektrokimyasal olarak yüzeyi aktive edilmiş grafit elektrot, 1x10-3 M PdCl 2 içeren 10 ml ph 7 fosfat tamponu içerisine daldırılmış ve belirli bir süre -1,0 V potansiyel uygulanmıştır. Metal nanopartiküllerin elektroliz ile sentezinde elektroliz süresi ve uygulanan potansiyel önemli olduğu için en uygun şartların belirlenmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Çoklu CV yönteminde ise, elektrokimyasal olarak yüzeyi aktive edilmiş grafit elektrot yine 1x10-3 M PdCl 2 içeren 10 ml ph 7 fosfat tamponu içerisine daldırılmış ve -0,4 V - +0,8 V potansiyel aralığında 100 mvs -1 tarama hızıyla 15 döngülü çoklu CV voltamogramı alınarak modifiye edilmiştir. Çoklu CV yöntemi ile metal nanopartikül sentezinde döngü sayısı, uygulanan potsansiyel aralığı ve tarama hızı gibi parametrelerin optimizasyonu

97 yapılmıştır. Her iki yöntemle hazırlanan modifiye elektrotların ayrı ayrı voltametrik karakterizasyonu için gerekli çalışmalar yapılmıştır. 71 AuNp elektrokimyasal sentezinde, elektrokimyasal olarak yüzeyi aktive edilmiş grafit elektrot, 1 mm HAuCl 4 içeren 0,1 M KCl destek elektrolit içerisine daldırılmış ve ve -0,4 V ile +0,8 V potansiyel aralığında 100 mvs -1 tarama hızıyla 15 döngülü çoklu CV tekniği ile AuNp ile modifiye edilmiştir. Hazırlanan PdNp/GE ve AuNp/GE elektrotlar damıtık su ile yıkanarak desikatörde muhafaza edilmiştir. Şekil 3.3. PdNp/GE ve AuNp/GE elektrotların hazırlanışı Grafit elektrodun biyopolimer poliprolin ile modifikasyonu (Pr/GE) Elektrokimyasal olarak yüzeyi aktive edilmiş grafit elektrot, 0,1 M ve 0,01 M L-prolin içeren 10 ml ph 8 fosfat tamponu içerisine daldırılmış ve -1,0 V ile +1,0 V aralığında 10, 20, 40, 60, 100 mvs -1 tarama hızlarında 3 ve 10 döngülü çoklu CV voltamogramlar alınmıştır. Daha sonra bu elektrotlara, 0,1 M NaOH içerisinde 50 s süresince +1 V potansiyel uygulanmıştır (Şekil 3. 4). Modifikasyon işleminde, L-Prolin derişimi, döngü sayısı ve tarama hızı gibi parametrelerin optimizasyonu yapılmıştır. Poliprolin (Pr) ile modifiye edilmiş elektrotların voltametrik karakterizasyonu da yapılmıştır.

98 72 Şekil 3.4. Pr/GE elektrodun hazırlanışı Poliprolin ile modifiye edilmiş grafit elektrodun (Pr/GE) monometalik paladyum nanopartikül (PdNp) ile modifikasyonu (PdNp/Pr/GE) PdNp/Pr/GE elektrotların hazırlanmasında elektroliz ve çoklu CV yöntemleri denenmiştir. Elektroliz yönteminde, PdNp/GE elektrotla karşılaştırma yapabilmek için aynı şartlar kullanılmıştır M PdCl 2 içeren 10 ml ph 7 fosfat tamponunda 20 dakika elektroliz edilerek PdNp/Pr/GE monometalik nanopartikül modifiye elektrotlar da hazırlanmıştır. PdNp lerin Pr/GE yüzeyine çoklu CV tekniği ile elektrokimyasal biriktirilmesi, ve M PdCl 2 çözeltileri, farklı ph larda, farklı potansiyel aralıklarında ve farklı döngü sayılarında gerçekleştirilerek en uygun deney şartları belirlenmiştir. PdNp sentezi için en uygun deney şartları, M PdCl 2 içeren 10 ml ph 7 fosfat tamponu, 0,5 V ile +1,0 V potansiyel aralığı, 50 mvs -1 tarama hızında 10 döngülü çoklu CV ile PdNp/Pr/GE elektrotlar hazırlanmıştır. Ayrıca monometalik ve bimetalik nanopartikül modifiye elektrotların karşılaştırılabilmesi için, Pr/GE lar M PdCl 2 içeren ph 3 e ayarlanmış 0,1 M KCl destek elektrolit çözeltisinde -0,2 V da 200 s süresince elektrotliz edilerek PdNp/Pr/GE monometalik nanopartikül modifiye elektrotlar da hazırlanmıştır. Elektrotlar distile su ile yıkanarak desikatörde muhafaza edilmiştir. Şekil 3.5. PdNp/Pr/GE elektrodun hazırlanışı

99 Poliprolin ile modifiye edilmiş grafit elektrodun (Pr/GE) monometalik altın nanopartikül (AuNp) ile modifikasyonu (AuNp/Pr/GE) 73 Poliprolin ile modifiye edilmiş grafit elektrotlar M HAuCl 4 içeren ph 3 e ayarlanmış 0,1 M KCl destek elektrolit çözeltisinde -0,2 V da 200 s süresince elektroliz edilerek PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE monometalik nanopartikül modifiye elektrotlar da hazırlanmıştır (Şekil 3.6). Elektrotlar damıtık su ile yıkanarak desikatörde muhafaza edilmiştir. Şekil 3.6. AuNp/Pr/GE elektrodun hazırlanışı Monometalik modifiye elektrotların (PdNp/GE, AuNp/GE, PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE) karakterizasyonu Monometalik modifiye elektrotlar (PdNp/GE, AuNp/GE, PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE) elektrokimyasal, spektroskopik ve mikroskobik yöntemlerle karakterize edilmiştir. Elektrokimyasal karakterizasyon Monometalik modifiye elektrotların (PdNp/GE, AuNp/GE, PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE) elektrokimyasal karakterizasyonu CV ve EIS teknikleri ile yapılmıştır. CV tekniğinde ferrisiyanür testinden yararlanılmıştır. Bu test için, her iki türün de derişimi M olacak şekilde K 3 Fe(CN) 6 /K 4 Fe(CN) 6 karışımının 0,1 M H 3 PO 4 destek elektrolit çözeltisinde -0,8 V ile 1,2 V tarama aralığında ve çeşitli tarama hızlarında CV voltamogramları alınmıştır. CV voltamogramlarından elde edilen verilerle, hazırlanan elektrot yüzeyleri hakkında bilgi edinilmiştir. Monometalik modifiye elektrotların (PdNp/GE, AuNp/GE, Pr/GE, PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE) karakterizasyonu EIS tekniği ile dedoğrulanmıştır. EIS deneylerinde kullanılan ferrisiyanür/ferrosiyanür çözeltisi ise her iki türün de derişimi M olacak şekilde, K 3 Fe(CN) 6 ve K 4 Fe(CN) 6 karışımı 0,1 M KCl çözeltisinde çözülerek hazırlanmıştır. Nyquist

100 74 eğrileri açık devre potansiyelinde 100 khz - 1 mhz frekans aralığında 10 mv genlik uygulanarak elde edilmiştir. Elde edilen Nyquist eğrileri simüle edilerek yorumlanmıştır. Spektroskopik ve mikroskobik karakterizasyon Elektropolimerizasyon yöntemi ile poliprolinle kaplanan grafit elektrotların yüzeyleri FT-IR spektroskopi ile analiz edilmiştir (Mattson 1000 spectrometer, KBr pellet). Geliştirilen modifiye elektrot yüzeylerinin (PdNp/GE, AuNp/GE, Pr/GE, PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE) morfolojik olarak incelenmesi ODTÜ Merkez Laboratuvar ında bulunan Quanta 400F FE- SEM Taramalı Elektron Mikroskobu ve Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDX) ile gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte, PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE elektrotları bimetalik elektrotla karşılaştırabilmek amacıyla ODTÜ Merkez Laboratuvar ında bulunan SPECS EA 300 XPS cihazı ile XPS analizleri yapılmıştır Poliprolin ile modifiye edilmiş monometalik modifiye elektrotların analitik uygulamaları Poliprolin ile modifiye edilmiş monometalik modifiye elektrotlardan geliştirilen PdNp/Pr/GE elektrodun kurkumin analizinde kullanılabilirliğine yönelik çalışmalar yapılmıştır. PdNp/Pr/GE elektrodun analitik uygulaması PdNp/Pr/GE elektrodun kurkumin tayininde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu yöndeki çalışmalarda, değişik destek elektrolitler denenmiş en uygun deney şartları belirlenmiştir. En uygun destek elektrolit fosfat tamponu olarak belirlenmiştir. ph 2-10 aralığında fosfat tampon destek elektrolitinde kurkuminin CV ve SWV voltamogramları alınmıştır. İyi duyarlılık, tekrarlanabilirlik ve düşük zemin akımı nedeniyle en iyi sonuçlar ph 2 fosfat tamponunda elde edilmiştir. Standart kurkumin çözeltileri ile kalibrasyon grafiği hazırlanarak tayini gerçekleştirilmiştir Bimetalik paladyum-altın (Pd-Au) nanopartiküllerin elektrokimyasal sentezi (Pd- AuNp/GE) Aktifleştitilmiş grafit elektrot 1 mm HAuCl 4 ve 1 mm PdCl 2 içeren 0,1 M KCl destek elektrolit içerisine daldırılmış ve çoklu CV tekniği ile Pd-AuNp ile modifiye edilmiştir (Şekil

101 75 3.7). Elde edilen Pd-AuNp/GE elektrotlar damıtık su ile yıkanarak desikatörde muhafaza edilmiştir. Pd-AuNp/GE elektrodun özellikleri monometalik PdNp/GE, AuNp/GE elektrotlar ile karşılaştırılmıştır. Şekil 3.7. Bimetalik Pd-AuNp/GE elektrotların hazırlanışı Poliprolin ile modifiye edilmiş grafit elektrodun (Pr/GE) bimetalik paladyum-altın (Pd-Au) nanopartikül ile modifikasyonu (Pd-AuNp/Pr/GE) Poliprolin ile modifiye edilmiş grafit elektrotlar (Pr/GE), Pr/GE yüzeyinde paladyum-altın bimetalik nanopartiküllerin (Pd-AuNp) sentezi için çoklu CV ve elektroliz yöntemleri olmak üzere iki yöntem de kullanılmıştır. Bimetalik nanopartiküllerin hazırlanmasında kullanılacak metal çözeltilerinin derişimi ve oranı son derece önemli olduğundan, modifikasyon için kullanılacak en uygun şartlar (yöntem, destek elektrolit, ph, metal çözeltilerinin derişimi, metal çözeltilerinin oranı vb.) belirlenmiştir. Çoklu CV yöntemi ile modifikasyon işleminde; Pr/GE lar, 1:1 oranında PdCl 2 /HAuCl 4 içeren hücrede 50 mvs -1 tarama hızıyla 10 döngülü çoklu CV si alınarak Pd-AuNp/Pr/GE hazırlanmıştır. Elektroliz yöntemi ile yapılan modifikasyon işleminde; M PdCl 2 ve M HAuCl 4 (Pd:Au 3:1 oranında) içeren ve ph 3 e ayarlanmış 0,1 M KCl destek elektrolit çözeltisinde -0,2 V da 200 s süresince elektroliz edilerek PdAu bimetalik nanopartiküller oluşturulmuştur (Şekil 3.8).

102 76 Şekil 3.8. Bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun hazırlanışı Bimetalik modifiye elektrotların (Pd-AuNp/GE, Pd-AuNp/Pr/GE) karakterizasyonu Bimetalik modifiye elektrotlar (Pd-AuNp/GE, Pd-AuNp/Pr/GE) elektrokimyasal, spektroskopik ve mikroskobik yöntemlerle karakterize edilmiştir. Elektrokimyasal karakterizasyon Bimetalik modifiye elektrotların (Pd-AuNp/GE, Pd-AuNp/Pr/GE) elektrokimyasal karakterizasyonu CV ve EIS teknikleri ile yapılmıştır. CV tekniğinde yine ferrisiyanür testinden yararlanılmıştır. Bu test için, her iki türün de derişimi M olacak şekilde, K 3 Fe(CN) 6 /K 4 Fe(CN) 6 karışımının 0,1 M H 3 PO 4 destek elektrolit çözeltisinde -0,8 V ile 1,2 V potansiyel aralığında ve çeşitli tarama hızlarında CV voltamogramları alınmıştır. CV voltamogramlarından elde edilen verilerle, hazırlanan elektrotların kapasitansları hakkında bilgi edinilmiştir. Bimetalik modifiye elektrotların (Pd-AuNp/GE, Pd-AuNp/Pr/GE) karakterizasyonu EIS tekniği ile de teyit edilmiştir. EIS deneylerinde kullanılan ferrisiyanür/ferrosiyanür çözeltisi ise her iki türün de derişimi M olacak şekilde, K 3 Fe(CN) 6 / K 4 Fe(CN) 6 karışımı 0,1 M KCl çözeltisinde çözülerek hazırlanmıştır. Nyquist eğrileri açık devre potansiyelinde 100 khz - 1 mhz frekans aralığında 10 mv genlik uygulanarak elde edilmiştir. Elde edilen Nyquist eğrileri simüle edilerek yorumlanmıştır. Spektroskopik ve mikroskobik karakterizasyon Geliştirilen bimetalik modifiye elektrot yüzeylerinin (Pd-AuNp/GE, Pd-AuNp/Pr/GE) morfolojik olarak incelenmesi ODTÜ Merkez Laboratuvar ında bulunan Quanta 400F FE-

103 77 SEM Taramalı Elektron Mikroskobu ve Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDX) ile gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte, Pd-AuNp/Pr/GE elektrodu monometalik elektrotlarla karşılaştırabilmek amacıyla ODTÜ Merkez Laboratuvar ında bulunan SPECS EA 300 XPS cihazı ile XPS analizleri yapılmıştır Poliprolin ile modifiye edilmiş bimetalik modifiye elektrotların analitik uygulamaları Geliştirilen bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun analitik performansının belirlenmesi için çeşitli bileşiklerin tayini denemiştir. Bu amaçla, dopamin, resorsinol, nordihidroguaretik asit, askorbik asit, karminik asit, aloe-emodin bileşikleri denenerek Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun fenolik bileşiklere karşı duyarlı olup olmadığı konusunda araştırmalar yapılmıştır. Her madde için uygun destek elektrolit ve deney şartları belirlenerek kalibrasyon eğrileri hazırlanmıştır. Dopamin tayini: Yeni modifiye elektrotların geliştirilmesine yönelik yapılan birçok çalışmada, geliştirilen elektrodun analitik uygulaması elektrokimyasal davranışı bilinen dopamin molekülü ile denenmektedir. Bu nedenle, geliştirilen yeni Pd-AuNp/Pr/GE un performansını belirlemek amacıyla dopamin için derişim-pik akımı ilişkisi incelenmiştir. Bu amaçla, ph 7 fosfat tamponunda, -0,8 V ile 1,2 V potansiyel aralığında alınan dopaminin kare dalga voltamogramlarında 0,24 V da anodik pik gözlenmiştir. Analitik amaçlı kullanılabilecek bu pikin derişim-pik akımı ilişkisine ait kalibrasyon grafiği oluşturulmuştur. Resorsinol tayini: Geliştirilen bimetalik nanopartikül modifiye elektrotta resorsinolün elektrokimyasal davranışı incelenmiş, tayini için en uygun şartlar belirlenmiştir. Resorsinolün ph 2 fosfat tamponunda -0,4 V ile +1,0 V arasında alınan alınan kare dalga voltamogramlarından elde edilen +0,68 V daki yükseltgenme pikinin derişim-pik akımı ilişkisi incelenerek kalibrasyon grafiği oluşturulmuştur. Nordihidroguaretik asit tayini: Geliştirilen bimetalik nanopartikül modifiye elektrotta nordihidroguaretik asitin tayini için en uygun şartlar belirlenerek 0,1 M HClO 4 destek elektrolitinde, -0,5 V ile +1,2 V arasında alınan alınan kare dalga voltamogramlarından +0,44 V da gözlenen yükseltgenme pikinin derişim-pik akımı ilişkisi incelenmiş ve kalibrasyon grafiği oluşturulmuştur.

104 78 Askorbik asit tayini: Geliştirilen bimetalik nanopartikül modifiye elektrot kullanılarak askorbik asitin 0,1 M HClO 4 destek elektrolitinde alınan anodik kare dalga voltamogramlarından gözlenen 0,60 V daki yükseltgenme pikinin analitik amaçlı kullanılabilirliği araştırılarak kalibrasyon grafiği hazırlanmıştır. Karminik asit tayini: Geliştirilen bimetalik nanopartikül modifiye elektrotta karminik asitin elektrokimyasal davranışı incelenerek, tayini için en uygun şartlar belirlenmiştir. Karminik asitin 0,1 M HClO 4 de alınan alınan kare dalga voltamogramlarından elde edilen 0,78 V daki anodik pik kullanılarak kalibrasyon grafiği oluşturulmuştur. Aloe-emodin tayini: Geliştirilen bimetalik nanopartikül modifiye elektrotta aloe-emodin emodinin ph 7 fosfat tamponunda 200 s biriktirme yapılarak alınan katodik kare dalga voltamogramlarından -0,38 V da gözlenen katodik pik akımının derişim ile doğrusal ilişkisi incelenmiştir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrot ile orijinal numunelerde aloe-emodin ve karminik asit tayini Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun analitik uygulamaları için kullanılan bileşikler arasında en yüksek duyarlılık aloe emodin ve karminik asit için elde edildiğinden, orijinal numunelerde de tayinleri denenmiştir. Aloe vera kapsülünde aloe-emodin tayini Kurutularak toz haline getirilmiş aloe vera bitkisi 0,5 mg lık kapsüller halinde hazırlanarak tarım bakanlığından izinli bitkisel ilaç formunda piyasada satılmaktadır. Aloe- vera bitkisinin etken maddelerinden bir tanesi de aloe-emodindir. Piyasada bunun dışında sadece aloeemodin içeren başka bir bitkisel ilaca da raslanmamıştır. Pd-AuNp/Pr/GE ile aloe-emodin tayini gerçekleştirilmiştir. Kapsül içindeki tozdan 0,0500 g alınarak 25 ml etanolde çözülmüştür. 10 ml ph 7 fosfat tamponu içeren hücreye, bu çözeltiden 5 µl eklenmiştir. Numunenin voltamogramı alındıktan sonra aloe emodinin 1x10-5 M lık standart çözeltilerinden artan derişimlerde (2,5x10-8 M, 3x10-8 M, 3,5x10-8 M, 4x10-8 M, 4,5x10-8 M) eklenerek SWV voltamogramları alınmıştır. Standart ekleme yöntemi ile elde edilen kalibrasyon eğrisi kullanılarak numunedeki aloe emodin içeriği belirlenmiştir. 10 ml

105 ph 7 fosfat tamponu içeren hücreye stok numune çözeltisinden 20 µl alınarak da standart ekleme yöntemi tekrarlanmış ve aloe emodin içeriği belirlenmiştir. 79 Aloe emodin tayini için HPLC bir karşılaştırma metodu olarak seçilmiştir [259]. Bu metotta verilen deneysel şartlar kullanılarak 1x10-3 M standart aloe-emodin çözeltisine ait koromatogramda aloe-emodin pikleri tespit edilmiştir. Daha sonra numune çözeltisine ait kromotogramda aynı alıkonma süresinde aloe emodin pikleri gözlenmiştir. 0,0106 g lık numunenin 5 ml de çözülmesi ile hazırlanan stok numune çözeltisinden 0,5 er ml alınarak artan derişimlerde standart aloe-emodin (1x10-4 M, 2x10-4 M, 3x10-4 M, 4x10-4 M, 5x10-4 M) eklenerek 1 ml ye seyreltilmiş çözeltilerin kromatogramları alınmıştır. Kromatogramlardan hazırlanan kalibrasyon eğrisinden numunedeki aloe-emodin miktarı hesaplanmıştır. Elektrokimyasal ve HPLC yöntemi ile elde edilen sonuçlar birbiri ile karşılaştırılmıştır. Şekerde karminik asit tayini Piyasada patlayan şeker olarak bilinen ve genellikle küçük plastik yoğurt paketlerinin üzerinde ayrı ambalaj içerisinde satılan kırmızı renkli draje formundaki şekerlerde gıda boya maddesi olarak karminik asit kullanılmaktadır. Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun analitik uygulaması, bu şeker numunelerindeki karminik asitin tayini ile test edilmiştir. Draje şekerin kırmızı renkli kaplaması suda çözülerek hazırlanan çözelti 10 kat seyreltilerek kullanılmıştır. 10 ml 0,1 M HClO 4 destek elektrolit içeren hücreye, bu seyreltik çözeltiden 50 µl eklenerek alınan SWV voltamogramlarda karminik asitin 0,78 V daki yükseltgenme piki gözlenmiştir. Standart ekleme yöntemi kullanılarak hazırlanan kalibrasyon eğrilerinden numunedeki karminik asit miktarı bulunmuştur. Karminik asit tayini için UV-GB sektroskopisi bir karşılaştırma metodu olarak seçilmiştir [260, 261]. Karminik asitin 280 nm deki absorpsiyon piki analitik amaçlı kullanılmıştır. Hazırlanan seyreltik şeker numunesi 100 kat seyreltilerek 2 şer ml alınıp, üzerine artan derişimlerde (2x10-6 M, 4x10-6 M, 6x10-6 M, 8x10-6 M, 1x10-5 M) karminik asit standart çözeltisi eklenerek hacim 5 ml ye tamamlanmıştır. Standart ekleme kalibrasyon grafiği çizilerek numunedeki karminik asit miktarı bulunmuştur. Elektrokimyasal ve UV yöntemi ile elde edilen sonuçlar birbiri ile karşılaştırılmıştır.

106 80

107 81 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Tez çalışması kapsamında yürütülen monometalik ve bimetalik nanopartikül modifiye elektrotların geliştirilmesi, karakterizasyonu, elektrotların kullanılabilirliği ve analitik uygulamaları ile ilgili deneysel çalışmalar aşağıda verilen ana başlıklar altında yürütülmüştür. - Aktive edilmiş grafit elektrotların Au ve Pd nanopartikül modifiye monometalik elektrotların (PdNp/GE ve AuNp/GE) hazırlanması ve karakterizasyonu, - Aktive edilmiş grafit elektrotların poliprolin (Pr) ile modifikasyonu ve Pr/GE elektrodun hazırlanması, - Pr/GE elektrotların monometalik Pd ve Au nanopartikül ile modifikasyonu (PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE) ve karakterizasyonu, - Pr/GE elektrotların bimetalik Pd-Au nanopartikül ile modifikasyonu (Pd-AuNp/Pr/GE) ve karakterizasyonu, - Monometalik ve bimetalik elektrotların analitik uygulamaları. Bu çalışmalardan elde edilen veriler yorumları ile birlikte aşağıdaki alt başlıklarda ayrıntılı olarak sunulmuştur Metal Nanopartiküllerin (PdNp, AuNp) Sentezi Metal nanopartiküllerin sentezi ve elektrotların modifikasyonu için kimyasal ve elektrokimyasal yöntemler denenmiştir. Kimyasal yöntemlerle yapılan sentez ve modifikasyon çalışmalarında nanopartiküllerin grafit elektrotlar yüzeyinde homojen ve yeterli miktarda adsorplanamadığı gözlenmiş ve bu bulgu elektrokimyasal ve spektroskopik karekterizasyon çalışmaları ile de desteklendiği için metal nanopartiküller ile elektrot modifikasyonu çalışmaları elektrokimyasal yöntemler ile gerçekleştirilmiştir. Elektrokimyasal yöntemler ile metal nanoapartiküllerin sentezinin ucuz, kolay, nanopartikülün istenilen boyutta olması, doğrudan elektrot yüzeyinde sentezlenmesi, iletkenliğinin yüksek olması ve toksik etkisinin olmaması önemlidir [262].

108 Monometalik PdNp ile grafit elektrodun modifikasyonu ve karekterizasyonu Elektrokimyasal yöntem kullanılarak sentezlenen paladyum nanopartikül (PdNp) ile grafit elektrotlar (GE) modifiye edilmiş ve PdNp/GE elektrotlar geliştirilmiştir. Geliştirilen elektrotların karekterizasyon çalışmaları yapılmış ve analitik uygulaması çalışmalarında aloeemodin tayinlerinde kullanılabilirliği gösterilmiştir. Grafit elektrodun hazırlanması Grafit elektrotlar 60 s süresince +1,4 V potansiyel uygulanarak aktive edildikten sonra kararlı bir sinyal verip vermediği araştırılmıştır. Bu amaçla aynı deney şartlarında aynı elektrotla 1x10-3 M ferrosiyanür içeren 0,1 M KCl çözeltisinin farklı zamanlarda (0, 5, 10 gün) voltamogramları alınmıştır. Voltamogramlarda pik potansiyelinde ve pik akımında kayda değer değişimler gözlenmemiştir (Şekil 4.1A). Aynı deney şartlarında farklı elektrotlar kullanılarak alınan 1x10-3 M ferrosiyanür içeren 0,1 M KCl çözeltisinin voltamogramlarında da önemli bir farkın olmadığı Şekil 4.1B de görülmektedir.

109 83 Şekil x10-3 M ferrosiyanür içeren 0,1 M KCl destek elektrolitte, A) aktive edilmiş aynı GE elektrotların farklı zamanlarda (a: 0 gün, b: 5 gün, c: 10 gün), B) farklı GE elektrotların aynı zamanda, CV voltamogramları PdCl 2 nin GE elektrotta elektrokimyasal davranışı Aktive edilmiş grafit elektrotlar yüzeyinde PdNp elektrokimyasal sentezi için en uygun destek elektrolit ph 7 fosfat tamponu kullanılmıştır. 2x10-4 M PdCl 2 içeren ph 7 fosfat tamponunda GE elektrodun birinci döngü voltamogramında bir anodik pik (0,10 V) gözlenirken, birkaç döngü sonrasında 0,30 V tersinir yeni bir anodik pik daha gözlenmiştir. Bu anodik pikler (0,10 V ve 0,30 V) Pd(0) ın Pd(II) ye ve Pd(IV) e yükseltlgenerek paladyum oksitlerinin

110 84 oluşumuna ve 0,15 V gözlenen katodik pikin ise yükseltgenme reaksiyonları sonucunda oluşan farklı paladyum türlerinin indirgenerek Pd(0) nanopartiküllerin oluşumuna atfedilebilir. Bu bulgu, Diculescu ve diğerleri tarafından yapılan çalışma ile uyumludur [121] (Şekil 4. 2). Şekil x10-4 M PdCl 2 içeren ph 7 fosfat tamponundaki GE elektrodun 1. ( ), 2. ( ), 3. ( ) taramalardaki CV voltamogramları (TH=100 mvs -1 ) PdNp lerin elektrokimyasal sentezi Grafit elektrot (GE) yüzeyinde paladyum nanopartikül sentezi için iki farklı elektrokimyasal yöntem kullanılmış ve sonuçları karşılaştırılmıştır. Elektroliz yöntemi Çoklu dönüşümlü voltametri (çoklu CV) yöntemi

111 85 Elektroliz yöntemi 1x10-3 M PdCl 2 içeren 10 ml ph 7 fosfat tamponunda -1,0 V da 20 dakika elektroliz yöntemi ile GE elektot yüzeyinde PdNp sentezlenerek hazırlanan PdNp/GE elektrodun voltamogramı Şekil 4.3 verilmiştir. Literatürde bulunan Diculescu ve diğerleri tarafından yapılan çalışmadaki PdNp modifiye camsı karbon elektrodun aynı şartlardaki CV voltamogramı ile PdNp/GE elektrodun CV voltamogramlarının uyum içinde olduğu görülmüştür [121]. Şekil 4.3. Elektroliz yöntemiyle hazırlanan PdNp/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı (elektroliz süresi: 20 dakika; TH=100 mv s -1 ) Elektroliz işlemi ile çözeltideki Pd 2+ iyonları GE yüzeyinde Pd(0) a indirgenir [PdCl n ] 2-n + 2e - Pd + ncl - Elektroliz sonucunda grafit elektrot yüzeyinde paladyum nanopartiküllerin sentezlenmesiyle hazırlanmış olan PdNp/GE elektrodun CV voltamogramında +0,5 V (3a) ve +0,7 V (4a) da gözlenen (Şekil 4. 3) anodik pikler PdO / Pd(OH) 2 [263] ve PdO 2 oluşumuna aittir [121]. Pd + H 2 O PdO + 2H + + 2e - (3a piki) Pd + H 2 O Pd(OH) 2 + 2H + + 2e - (3a piki)

112 86 PdO + H 2 O PdO 2 + 2H + + 2e - (4a piki) Pd + 2H 2 O PdO 2 + 4H + + 4e - (4a piki) Şekil 4.3 de, indirgenmesine aittir [121]. -0,01 V (3c) da gözlenen katodik pik, PdO/Pd(OH) 2 oksit filminin PdO + 2H + + 2e - Pd + H 2 O (3c piki) Pd(OH) 2 + 2e - Pd + 2OH - (3c piki) Şekil 4. 3 de -0,41 V (1a) da ve -0,27 V (2a) da gözlenen anodik pikler paladyum nanopartiküller üzerinde adsorbe olan hidrojenlerin desorspsiyonuna ve yükseltgenmesine aittir. -0,42 V (2c) daki katodik pik adsorplanmış hidrojenin indirgenerek desorpsiyon olduğunu göstermektedir [121]. H 2 (ads) H 2 (des) H 2 (ads) 2H + + 2e - 2H + + 2e - H 2 (des) (1a piki) (2a piki) (2c piki) Çoklu CV yöntemi Çoklu dönüşümlü voltametri tekniği ile hazırlanan PdNp/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramında PdNp lerin oluşumunu gösteren karekteristik piklerin tümü gözlenememiştir. Şekil 4. 4 de çoklu dönüşümlü voltametri ve elektroliz yöntemleri ile hazırlanan PdNp/GE elektrotların CV voltamogramları karşılaştırmalı olarak verilmiştir.

113 87 Şekil döngülü çoklu CV ( ), 20 dakika -1 V da elektroliz ( ) yöntemleri ile hazırlanan PdNp/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı Şekil 4.4 de görüldüğü gibi, elektroliz yöntemi ile hazırlanan PdNp/GE elektrodun voltamogramında PdNp lerin oluşumunu gösteren karekteristik piklerin hepsinin açıkça gözlenebildiği ve pik akımlarının da çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/GE elektrottaki akımlardan yaklaşık 30 kat daha fazla olduğu görülmüştür. Bu da elektroliz yöntemi ile elektrot yüzeyinde daha çok PdNp oluştuğunu göstermektedir. PdNp/GE elektrodun karakterizasyonu PdNp/GE elektrotların elektrokimyasal davranışına etki eden çeşitli parametreler incelenmiştir. Bu amaçla destek elektrolit, ph, elektroliz süresi, başlangıç ve bitiş potansiyellerinin PdNp/GE elektrotların CV voltamogramlarına etkisi araştırılmış ve bu çalışmalardan elde edilen veriler yorumları ile birlikte aşağıda ayrıntılı olarak sunulmuştur.

114 88 Destek elektrolitin ve ph nın etkisi Tris-HCl, CH 3 COOH-CH 3 COONa tamponu, NH 3 -NH 4 Cl tamponu ve fosfat tamponları denenmiştir. PdNp oluşumuna ait karekteristik piklerin en iyi gözlendiğini düşündüğümüz fosfat tamponu destek elektrolitindeki voltamogramlar ile karşılaştırmalı olarak Şekil 4.5 de verilmiştir. Şekil 4.5. PdNp/GE elektrodun çeşitli destek elektrolitlerdeki CV voltamogramları A) ph 7 Tris-HCl ( ) ve fosfat tamponu ( ); B) ph 8 NH 3 -NH 4 Cl ( ) ve fosfat ( ) tamponları; C) ph 4 CH 3 COOH/NaCH 3 COO ( ) ve fosfat ( ) tamponları Tris-HCl destek elektrolitinde PdNp karekteristik pikleri gözlenememiştir (Şekil 4.5A). Bunun nedeni, Cl - iyonlarının varlığında oksidatif yüzey aşınmasına bağlı olarak PdNp yüzeyinin bozunması ile açıklanabilir [264]. ph 8 NH 3 -NH 4 Cl tamponunda alınan voltamogramda PdO in indirgenme pikleri gözlenmemiştir (Şekil 4.5B). Bu durum Pd 2+ nın NH 3 ve -NH 2 türleri ile kuvvetli kompleks oluşturmak üzere PdO filmi çözünmesi ile ilişkilendirilebilir [265]. PdNp/GE elektrodun ph 4 CH 3 COOH/NaCH 3 COO tamponu ve fosfat tamponunda alınan voltamogramları birbirleriyle benzerlik göstermiş olmakla birlikte,

115 89 ph nın etkisi incelendiğinde ph 7 fosfat tamponunda karakteristik piklerin akımlarında önemli derecede artışlar gözlenmiştir (Şekil 4.5C). Dolayısıyla, en uygun destek elektrolit ph 7 fosfat tamponu olarak belirlenmiştir. Şekil 4.3 de -1,0 V da 20 dakika elektrolizle hazırlanan PdNp/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramlarında PdO in indirgenmesine ait -0,01 V (3c) gözlenen pikin ph-i p ve ph-e p grafikleri Şekil 4. 6 da verilmiştir. ph 2-8 aralığında ph arttıkça pik akımı artmış, ph 8 den sonra azalma gözlenmiştir. Asidik ph değerlerinde PdO in indirgenmesine ait -0,01 V daki pikin akımlarının düşük olmasının nedeni, Pd + H 2 O PdO + 2H + + 2e - reaksiyonu gereği oluşan PdO yüzeyinin bozunmasıdır. ph 8 den sonra PdO in indirgenmesine ait -0,01 V daki pikin akındaki azalmaların nedeni Pd(OH) 2 + 2e - Pd + 2OH - reaksiyonu ile açıklanabilir. Diğer taraftan adsorbe olmuş hidrojen atomlarının indirgenme ve yükseltgenmesine ait -0,27 V ve -0,42 V lardaki piklerin de pik akımlarında ph arttıkça azalma gözlenmiştir. Asitlik arttıkça adsorbe olmuş hidrojen miktarı da artacağından bu bulgu beklenen bir sonuçtur. Şekil 4.6 da görüldüğü gibi PdO in indirgenmesine ait -0,01 V daki pik artan ph ile daha negatif potansiyellere kaymıştır. Bu durum söz konusu piklere ait elektrot indirgenme reaksiyon mekanizmasında protonun yer aldığını gösterir [266, 267]. E p -ph ilişkisi incelenerek çizilen grafikden elde edilen doğru denklemi E p (mv) = -76,5 ph + 542,9 (r=0,998) olup PdO in indirgenme tepkimesinde 2 H + yer aldığını göstermektedir.

116 90 Şekil 4.6. PdNp/GE elektrodun ph 3-10 aralığında fosfat tamponundaki CV voltamogramlarından elde edilen ph-i p ve ph-e p grafiği Elektroliz süresinin etkisi En uygun elektroliz süresinin belirlenmesi için -1,0 V potansiyel uygulanarak 5 dakika, 10 dakika ve 20 dakika sürelerde elektroliz gerçekleştirilmiş ve PdNp/GE elektrotların ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramları alınmıştır. Şekil 4.7 de görüldüğü gibi elektroliz süresi arttıkça elektrot yüzeyinde PdNp oluşumunu gösteren karekteristik piklerin akımları artmaktadır. 20 dakikadan daha uzun süreler denendiğinde elektrot yüzeyinin düzgün kaplanmadığı, piklerin yayvanlaştığı, pik şekillerinin bozulduğu ve akımlarının düzensizleştiği görülmüştür.

117 91 Şekil 4.7. PdNp/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramlarına elektroliz süresinin etkisi 5 dakika ( ), 10 dakika ( ), 20 dakika ( ) Başlangıç ve bitiş potansiyelinin etkisi PdNp/GE elektrodun CV voltamogramındaki piklerin pik potansiyellerinin başlangıç ve bitiş potansiyel ile değiştiği gözlenmiştir. Başlangıç potansiyelinin etkisi Şekil 4. 8 de verilmiştir. Başlangıç potansiyeli -0,4 V dan daha negatif potansiyel olarak seçildiğinde PdNp yüzeyine adsorbe olmuş hidrojenlerin adsorpsiyon/desorpsiyon piki (H 2 (ads) H 2 (des) ; -0,41 V; 1a piki) daha pozitif potansiyele kaymış ve akımı artmıştır. Bu bulgu, PdNp yüzeyine daha fazla hidrojenin adsorbe olduğunu göstermektedir. Diculescu ve diğerleri tarafından yapılan çalışmada, negatif potansiyel uygulandığında paladyumun kafes yapısının içine veya üzerine daha fazla hidrojen adsorbe olmasıyla, oksit filminin elektrokatalitik proseslerde yüksek etkiye sahip olduğu belirtilmiştir [121]. Bununla birlikte, -0,4 V dan daha negatif potansiyellerde CV taramasının yapılması ile hidrojen adsorpsiyon-desorpsiyon piklerin yayvanlaşmasına neden olduğundan o bölgede çalışma potansiyel aralığını daraltmaktadır. Bitiş potansiyelinin etkisi Şekil 4. 9 da verilmiştir. Bitiş potansiyeli olarak 0,8 V tan daha pozitif potansiyeller seçildiğinde, PdO oluşumuna ait pikin (Pd + H 2 O PdO + 2H + + 2e - ve PdO + H 2 O PdO 2 + 2H + + 2e - ; +0,5 V (3a) ve +0,7 V (4a)) potansiyeli ve

118 92 akımı değişmezken, PdO indirgenme pikinin (PdO + 2H + + 2e - Pd + H 2 O ve/veya Pd(OH) 2 + 2e - Pd + 2OH - ; -0,01 V; 3c piki) negatif potansiyellere doğru kaydığı ve akımının arttığı gözlenmiştir. Bu bulgu, CV voltamogramın daha pozitif potansiyelde bitirilmesinin, PdO oluşumuna ait tepkimenin tersinmezliğini arttırdığını göstermektedir. Şekil 4.8. PdNp/GE nin ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramına başlangıç potansiyelinin etkisi -0,4 V ( );-0,5 V ( ); -0,6 V ( ) Şekil 4.9 PdNp/GE nin ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramına bitiş potansiyelinin etkisi 0,8 V ( ); 1,2 V ( ); 1,6 V ( )

119 93 GE üzerinde PdNp sentezi için ph 7 fosfat tamponunda, -1,0 V potansiyelde en uygun elektroliz süresinin 20 dakika olduğu belirlenmiştir. Bu şartlarda hazırlanan, PdNp/GE elektrodun SEM görüntüsünde (Şekil 4.10), boyutları nm aralığında değişen PdNp lerin oluşumu açıkça gözlenmiştir. Bu yöndeki çalışmaların devamında, PdNp/GE elektrodun analitik uygulamaları için aloe-emodin tayinde de kullanılabilirliği araştırılmıştır. Şekil PdNp/GE elektrodun SEM görüntüsü PdNp/GE elektrodun aloe-emodin tayini için analitik uygulaması PdNp/GE ile aloe-emodinin voltametrik davranışının incelenmesine yönelik en uygun deney şartları belirlenerek, kare dalga adsorptif sıyırma voltametrisi (AdsSWV) ve kare dalga voltametrisi (SWV), teknikler kullanılarak çeşitli ph larda H 3 PO 4 destek elektrolitinde PdNp/GE elektrotlar kulanılarak aloe-emodinin voltametrik tayininin yapılabilirliği araştırılmıştır. Aloe-emodinin kuvvetli adsorpsiyon özelliğinden dolayı elektrokimyasal tayini için AdsSWV yönteminden yararlanılmıştır. Aloe-emodinin ph 3, ph 5 ve ph 7 fosfat tamponunda 90 s biriktirme yapılarak alınan anodik kare dalga voltamogramlarında tek bir yükseltgenme piki gözlenmiştir. Bu pikin akımı derişim ilişkileri incelenmiş doğrusallık aralığının ph 7 de kısmen daha geniş olduğu gözlenmiştir. ph 9 da 90 s briktirme yapılarak alınan anodik kare dalga voltamogramında -0,460 V ve -0,25 V da iki yükseltgenme piki gözlenmiştir. Bu piklerin akımları derişimle doğrusal olarak artmamıştır. Aloe-emodinin AdsSWV çalışmalarında, PdNp/GE elektrot yüzeyinin kısa bir sürede doygunluğa ulaşması nedeniyle tayin için uygun bir yöntem olmadığı görülmüştür. Bu nedenle elektrot yüzeyinde biriktirme

120 94 yapılmaksızın deneyler tekrarlanarak en geniş doğrusallık aralığının ve en düşük tayin sınırının ph 7 de SWV tekniği ile elde edildiği gözlenmiştir. PdNp/GE ve GE elektrotlarda ph 7 fosfat tamponunda aloe-emodinin SWV voltamogramları Şekil de verilmiştir. PdNp/GE elektrotta, aloe-emodinin kare dalga voltamogramlarındaki -0,368 V da gözlenen anodik ve katodik piklerin akımları GE elekroda göre artmıştır. Aynı şartlarda alınmış aloe-emodin voltamogramlarında pik akımlarının PdNp/GE elektrotta daha fazla olması PdNp/GE elektrodun yüksek iletkenliğe, geniş yüzey alanına sahip olması ile açıklanabilir. Yapılan bu ön denemeler, aloe-emodinin anodik pikinin analitik amaçlı kullanılmasının daha uygun olduğunu göstermiştir. Şekil x10-7 M aloe-emodin içeren ph 7 fosfat tamponunun GE elektrotta ( ) ve PdNp/GE elektrotta ( ) (A) anodik SWV, (B) katodik SWV voltamogramları

121 95 ph 7 fosfat tamponunda aloe-emodinin SWV voltamogramlarında sırasıyla -0,368 V ve -0,397 V da gözlenen yükseltgenme ve indirgenme pikleri, aloe-emodinin kinon grubunun yükseltgenmesine ve indirgenmesine aittir. Elektrot mekanizması tersinir olup 2e /2H + eşliğinde yürümektedir (Şekil 4.12) [213]. Şekil Aloe-emodinin indirgenme-yükseltgenme reaksiyon mekanizması Aloe-emodinin ph 7 fosfat tamponunda alınan kare dalga voltamogramlarından (Şekil 4. 13A) elde edilen -0,368 V daki anodik pikin derişim-pik akımı ilişkisine ait kalibrasyon grafiği Şekil 4. 13B de ve doğrusallık aralığı ile ilgili regrasyon analizi sonuçları Çizelge 4.1 de verilmiştir. SWV voltamogramlarında 2x x10-7 M derişim aralığında -0,368 V daki pik akımının derişimle orantılı olarak değiştiği gözlenmiştir. Kalibrasyon çalışması sonucunda elde edilen verilerden gözlenebilme sınırı (LOD) ve tayin sınırı (LOQ) değerleri hesaplanmıştır. LOD ve LOQ değerleri sırası ile 1,17x10-8 M ve 3,90x10-8 M olarak hesaplanmıştır. I p (μa)=(1,15±0,07)x10 9 C(M) + 144,48±4,53 (R 2 =0.993±0.07) Şekil PdNp/GE elektrotta ph 7 fosfat tamponunda aloe-emodinin (A) SWV voltamogramları, (B) kalibrasyon eğrisi (a: 1x10-8 M, b: 2x10-8 M, c: 3x10-8 M, d: 5x10-8 M, e: 6x10-8 M, f: 7x10-8 M, g: 1x10-7 M, h: 1,2x10-7 M, ı: 1,6x10-7 M, i: 2x10-7 M)

122 96 Çizelge 4.1. PdNp/GE elektrotta aloe-emodin tayini için kullanılan SWV ve AdsSWV yöntemlerine ait analitik parametreler Dinamik aralık [nm] Parametre SWV AdsSWV ,1 150,0 Kesim [µa] Eğim [µa nm -1 ] Korelasyon katsayısı, R 2 Gözlenebilirlik sınırı, LOD [nm] Tayin sınırı, LOQ [nm] 144,48 1,15 0,994 11,7 39,0 162,83 0,96 0,992 7,83 26, Monometalik PdNp/GE Elektrodun Biyopolimer (Poliprolin) ile Modifikasyonu ve Karekterizasyonu PdNp/GE elektrodun kararlılığını arttırmak, PdNp partiküllerin büyüme hızını ve boyutlarını kontrol edilebilmek ve agregasyonu engellemek amacıyla, GE biyopolimer poliprolinle kaplanarak Pr/GE elektrotlar hazırlanmıştır. Daha sonra Pr/GE elektrotlar PdNp ile modifiye edilerek yeni PdNp/Pr/GE elektrotlar geliştirilmiş ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalardan elde edilen veriler yorumları ile birlikte aşağıda ayrıntılı olarak sunulmuştur Grafit elektrodun biyopolimer poliprolin ile modifikasyonu (Pr/GE) Amino asitlerin çoğu, elektropolimerizasyonla elektrot yüzeyinde düzgün bir biyo polimer oluşturabilmektedir [25-27]. Bu çalışmada kullanılan amino asit L-prolin de elektropolimerizasyonla elektrot yüzeyinde polimerleşebilmektedir. GE elektrot yüzeyinin biyopolimerle (poliprolin) düzgün bir şekilde kaplanabilmesi için çoklu CV yönteminden yararlanılmıştır. Bu yöntemle kaplamada L-prolin derişimi, ortamın ph sı, tarama potansiyel aralığı, döngü sayısı ve tarama hızı incelenmesi gereken önemli parametrelerdir. L-Prolinin grafit elektrot yüzeyinde elektropolimerizasyonunda, kullanılacak destek elektrolitin ph sı son derece önemlidir. Çünkü, L-prolin bir amino asit olup, ph ya bağlı olarak anyonik, katyonik veya zwitter iyonu formunda bulunabilir. Amino asitlerin Zwitter iyon şeklinin karbon yüzeye adsorpsiyonun daha kuvvetli olduğu bilinmektedir [70, 71].

123 97 Dolayısıyla, L-prolinin nötral ortamda ve geniş bir ph aralığında (2<pH<9) Zwitter iyon formunda bulunması, karbon yüzeye adsorpsiyonu için önemli bir avantajdır. Bu nedenle, GE elektrodun L-prolin ile modifikasyonu için ph 8 fosfat tamponu tercih edilmiştir. L-prolinin farklı derişimdeki (0,001 M, 0,01 M, 0,1 M) çözeltileri kullanılarak hazırlanan Pr/GE elektrotların 1x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- (1:1) içeren 0,1 M KCl destek elektrolitindeki değişik tarama hızlarında alınan CV voltamogramlarından elde edilen I/v ilişkilerin incelenmiş ve kapasitans değerleri belirlenmiştir (Çizelge 4.2). CV voltamogramlardaki akımlar tarama hızı ile genellikle doğrusal ilişki gösterir ve polimer filmin kapasitansı C=I/v eşitliğinden elde edilir [268]. Elektrot kapasitans değerinin büyük olması elektrot performansının iyi olmasının bir ölçüsüdür. Derişik L-prolin çözeltisi kullanıldığında elektrot kapasitansının daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Bu bulgu, derişim arttıkça, elektrot yüzeyinin daha fazla prolinle ve daha düzgün kaplandığını göstermektedir. Çizelge 4.2. L-prolinin farklı derişimdeki çözeltileri kullanılarak hazırlanan Pr/GE elektrotların CV yöntemiyle bulunan kapasitans değerleri L-prolin derişimi (M) 0,001 0,01 0,1 Kapasitans (F) 8,06x ,2x ,4x10-8 L-Prolinin grafit elektrot yüzeyinde elektropolimerizasyonunda, en uygun potansiyel aralığını belirlemek için 0,1 M L-prolin içeren ph 8 fosfat tamponunda çeşitli bitiş potansiyelleri (1,5 V, 1,6 V, 1,75 V) ile sabit başlangıç potansiyeli (-0,5 V) arasında 10 döngü tarama yapılarak GE elektrot üzerinde poliprolin filmleri oluşturulmuştur. Polimer oluşumu sırasında bitiş potansiyeli 1,5 V ve 1,6 V olarak seçilen çok döngülü voltamogramlarda, herhangi bir pike rastlanmamış, bu da polimer oluşumuna dair herhangi bir reaksiyonun yürümediğini göstermiştir. Ancak bitiş potansiyeli 1,75 V seçildiğinde, birinci döngüde L-Prolin, serbest katyonik radikaline ait V da bir oksidasyon piki vermiştir (Şekil 4.14) [269, 270]. Katyon radikalleri grafit elektrot yüzeyinde C-N bağı oluşturabilir [271, 272]. Bu nedenle, döngü sayısı artmasıyla V daki oksidasyon pikinin akımı artarak, daha negatife potansiyellere kaymış, yedinci döngüde potansiyel ve akım sabit kalmştır. Bu durum, grafit elektrot yüzeyinde elektroaktif polimer filminin oluştuğunu göstermektedir [269, 270].

124 98 Şekil L-Prolinin grafit elektrot yüzeyinde çoklu CV voltamogramı (potansiyel aralığı: 0.50 ve V; döngü sayısı: 10; destek elektrolit: 0.1 M L-prolin içeren ph 8 fosfat tamponu) L-Prolinin grafit elektrot yüzeyinde polimerizasyonuna ait muhtemel elektrot mekanizması aşağıda verilmiştir (Şekil 4. 15). Şekil GE yüzeyinde L-Prolinin elektropolimerizasyon mekanizması

125 99 L-Prolinin elektropolimerizasyonuna, tarama hızının ve döngü sayısının etkisini incelemek amacıyla, GE elektrotlar, 10, 20, 60, 100 mvs -1 lik tarama hızlarında üç ve on döngülü çoklu CV yöntemi kullanılarak poliprolinle modifiye edilmiş ve elektrotların performansları [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl ortamında test edilerek en uygun tarama hızı ve döngü sayısı belirlenmiştir. Çeşitli tarama hızlarında (10, 20, 60, 100) üç döngülü çoklu CV yöntemiyle hazırlanan Pr/GE elektrotlar ile alınan 1x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- (1:1) içeren 0,1 M KCl nin değişik tarama hızlarındaki CV voltamogramları Şekil 4.16 da verilmiştir. Elektropolimerizasyonda kullanılan tarama hızı arttıkça, elde edilen Pr/GE elektrotlardaki akımların da bir miktar arttığı gözlenmiştir. Tarama hızı-akım grafiklerinden 100 mvs -1 tarama hızında hazırlanan Pr/GE elektrotta en yüksek kapasitans değeri elde edilmiştir (Şekil 4.17). Bu bulgu, düşük tarama hızlarında elde edilen polimerin daha kalın ve düzensiz olabileceği, yüksek tarama hızlarında ise daha ince ve uniform film oluştuğu şeklinde yorumlanabilir.

126 100 Şekil A) GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin 20, 40, 60, 80, 100, 120 mvs -1 tarama hızlarındaki CV voltamogramları, B) 10 mv s -1 tarama hızında C) 20 mv s -1 tarama hızında D) 60 mv s -1 tarama hızında E) 100 mv s -1 tarama hızında üç döngülü çoklu-cv ile hazırlanan Pr/GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin 20, 40, 60, 80, 100, 120 mvs -1 tarama hızlarındaki CV voltamogramları

127 101 Şekil A) GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin I-v grafikleri, B) 10 mv s -1 tarama hızında C) 20 mv s -1 tarama hızında D) 60 mv s - 1 tarama hızında E) 100 mv s -1 tarama hızında üç döngülü çoklu-cv ile hazırlanan Pr/GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin I-v grafikleri On döngülü çoklu CV yöntemiyle hazırlanan Pr/GE elektrotlar ile alınan 1x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- (1:1) içeren 0,1 M KCl nin değişik tarama hızlarındaki CV voltamogramları Şekil 4.18 de verilmiştir. Elektropolimerizasyon gerçekleştirilirken tarama hızı arttıkça, Pr/GE elektrotlardaki akımların, dolayısıyla tarama hızı-akım grafiklerinden elde edilen kapasitans değerlerinin de üç döngü ile hazırlanan Pr/GE elektrotlar daki gibi bir miktar arttığı gözlenmiştir (Şekil 4.19). Ancak 60 mvs -1 ve 100 mvs -1 tarama hızları arasında önemli bir değişme gözlenmemiştir. 60 mvs -1 ve üzeri tarama hızlarında elde edilen Pr/GE elektrotlar kapasitans değerleri birbirine yakın olduğundan, zamandan tasarruf etmek amacıyla L- prolinin elektropolimerizasyonunda 100 mvs -1 tarama hızı tercih edilmiştir.

128 102 Şekil (A) 10 mv s -1 tarama hızında B) 20 mv s -1 tarama hızında C) 60 mv s -1 tarama hızında D) 100 mv s -1 tarama hızında on döngülü çoklu-cv ile hazırlanan Pr/GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin 20, 40, 60, 80, 100, 120 mvs -1 tarama hızlarındaki CV voltamogramları Şekil A) 10 mv s -1 tarama hızında B) 20 mv s -1 tarama hızında C) 60 mv s -1 tarama hızında D) 100 mv s -1 tarama hızında on döngülü çoklu-cv ile hazırlanan Pr/GE elektrotta 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren KCl destek elektrolitin I-v grafikleri On döngü ile hazırlanan Pr/GE elektrodun kapasitans değerlerinin üç döngü ile hazırlanan elektrotlara göre daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle, L-prolinin elektropolimerizasyonunda döngü sayısı on olarak tercih edilmiştir. Pr/GE elektrodun karakterizasyonu Pr/GE elektrodun hazırlanmasına yönelik en uygun şartlar 0,1 M L-prolin, -0,5 ile 1,75 V potansiyel aralığı, 100 mvs -1 tarama hızı, ph 8 fosfat tamponu, 10 döngü olarak belirlenmiş ve bu şartlarda hazırlanan Pr/GE elektrodun FTIR analizi yapılmıştır. Ayrıca en uygun şartların belirlenmesi için hazırlanan Pr/GE elektrotların karakterizasyonları EIS yöntemi ile incelenmiştir.

129 103 FTIR GE elektrodun L-prolinle modifikasyonu FTIR sektroskopi ile analiz edilmiştir. L-Prolinin FTIR absorpsiyon spektrumunda 1623 cm -1 de C = O gerilme titreşimi, cm -1 aralığında C H, N H, O H gerilme titreşimleri ve 1166 cm -1 de C O gerilme titreşimi gözlenmiştir (Şekil 4. 19) [273] (Şekil 4.20a). GE elektrot yüzeyinde oluşan poliprolinin FTIR spektrumunda, 3439 cm 1 deki C H ve karboksilik asit grubunun O-H gerilme titreşimlerine ait bandlar L-Prolinin polimerleşmesine bağlı olarak genişlemiştir [273, 274]. Proteinlerdeki en şiddetli absorpsiyon bandı olan C = O gerilme titreşimi 1645 cm 1 de görülmüştür [275] (Şekil 4.20b). Benzer şekilde, Luo ve diğerleri tarafından yapılan çalışmada da poli-l-prolinin C = O gerilme titreşiminin 1639 cm 1 de gözlenmiştir [272]. Sonuçlar L-prolinin GE yüzeyinde elektropolimerleştiğini göstermektedir. Şekil a) L-Prolin, b) poliprolinin FTIR spektrumu

130 104 Elektrokimyasal impedans spektroskopi (EIS) Bu yöntem yüzeyin özelliklerini bozmadan modifiye yüzeylerin karakterizasyonunda kullanılan önemli bir tekniktir. Çalışmalarımızda GE ve Pr/GE elektrotların EIS verilerinden Nyquist (Z re -Z im ), Bode (log f-log Z ) ve Admitans (Y re -Y im ) grafikleri elde edilmiş ve elektrotlar karakterize edilmeye çalışılmıştır. GE elektrotta Fe(CN) 4-/3-6 nin CV si alınarak denge potansiyeli bulunmuş ve bu potansiyel sabit DC potansiyeli olarak (210 mv) uygulanmıştır. Frekans aralığı ise 0,001 Hz 100 khz arasında seçilmiştir. 1x /3- M Fe(CN) 6 (1:1) içeren KCl destek elektrolitinde GE elektrodun, üç ve on döngüyle farklı tarama hızlarında hazırlanmış Pr/GE elektrotların Nyquist (Z re -Z im ), Bode (log f-log Z ) ve Admitans (Y re -Y im ) grafikleri sırasıyla Şekil 4.21 ve Şekil 4.22 de verilmiştir. Tüm elektrotlar için kapasitans, iletkenlik, yük transfer direnci ve yük transfer hızları gibi parametreler hesaplanmıştır (Çizelge 4.3). Şekil 4.21A ve Şekil 4.22A da, L-prolinle modifiye edilen GE elektrotlarına ait Nyquist (Z re - Z im ) eğrilerinin çaplarının GE elektrodunkinden daha küçük olduğu yani yük transfer direncinin azaldığı görülmüştür. Bu sonuç, GE yüzeyinin L-prolinle modifiye edildiğini ve elektrodun iyileştirildiğini gösteren bir karakterizasyon sonucudur. Şekil 4.21B ve Şekil 4.22B de gösterilen Bode (log f-log Z ) grafiklerinden elektrotların kapasitansını bulmak mümkün olup buradan bulunan kapasitans değerler Çizelge 4.3 de verilmiştir. Şekil 4.21C ve Şekil 4.22C deki Admitans grafiklerinden (Y re -Y im ) Pr/GE elektrotların iletkenliklerinin GE elektroda göre arttığı gözlenmektedir.

131 Şekil GE ve üç döngü ile farklı tarama hızlarında hazırlanan Pr/GE elektrotların 1x10-3 M Fe(CN) 6 4-/3- (1:1) içeren KCl destek elektrolitinde Nyquist eğrileri (A), Bode grafiği (B), Admitans grafiği (C) (GE (a), TH=10 mvs -1 (b), TH=20 mvs -1 (c), TH=60 mvs -1 (d), TH=100 mvs -1 (e) ) (Z re :gerçek impedans, Z im : Sanal impedans, Z : impedans, f: frekans, Y re :gerçek admitans, Y im : sanal admitans) 105

132 106 Şekil GE ve on döngü ile farklı tarama hızlarında hazırlanan Pr/GE elektrotların 1x10-3 M Fe(CN) 6 4-/3- (1:1) içeren KCl destek elektrolitinde Nyquist eğrileri (A), Bode grafiği (B), Admitans grafiği (C) (GE (a), TH=10 mvs -1 (b), TH=20 mvs -1 (c), TH=60 mvs -1 (d), TH=100 mvs -1 (e) ) (Z re : gerçek impedans, Z im : Sanal impedans, Z : impedans, f: frekans, Y re : gerçek admitans, Y im : sanal admitans) Çizelge 4.3 deki sonuçlara bakıldığında, yük transfer direncinin (R ct ) en düşük olduğu ve en yüksek kapasitansa (C dl ) ve elektron transfer hızına (k ct ) sahip elektrodun 100 mvs -1 tarama hızında on döngülü çoklu CV ile hazırlanan Pr/GE olduğu görülmüştür.

133 Çizelge 4.3. GE ve farklı tarama hızlarında 3 ve 10 döngülü çoklu CV ile hazırlanmış Pr/GE elektrotlarına ait bazı elektrokimyasal parametreler 107 Döngü sayısı (R o :elektrolitik direnç, R ct : elektron transfer direnci, C dl : çift faz kapasitansı, k ct : elektron transfer hızı, Y: admitans) Elektrot R 0 (ohm) R ct (ohm) C dl (F) k ct (cms -1 ) Y (ms) GE 35, ,38x10-5 2,46x ,88 Pr/GE (TH=10 mvs -1 ) 33, ,46x10-5 4,37x ,75 3 Pr/GE (TH=20 mvs -1 ) 26, ,02x10-5 4,91x ,81 Pr/GE (TH=60 mvs -1 ) 21, ,76x10-5 5,25x ,32 Pr/GE (TH=100 mvs -1 ) 13, ,41x10-5 6,03x ,18 GE 31, ,65x10-5 2,35x ,56 Pr/GE (TH=10 mvs -1 ) 13, ,26x10-5 3,72x ,62 10 Pr/GE (TH=20 mvs -1 ) 13, ,24x10-5 4,47x ,92 Pr/GE (TH=60 mvs -1 ) 13, ,15x10-4 5,38x ,00 Pr/GE (TH=100 mvs -1 ) 13, ,74x10-4 7,09x ,08 EIS çalışma sonuçlarından elde edilen bulgular, geliştirilen Pr/GE elektrodun kapasitans değeri, yük transfer hızı, yük transfer direnci, elektrolitik direnç, admitans gibi elektrokimyasal özelliklerinin GE elektrota göre daha iyi olduğunu göstermiştir. GE elektrotların L-prolin ile modifikasyonu için en uygun şartların belirlenmesine yönelik yapılan EIS çalışmaları sonuçlarının CV çalışmalarının sonuçları ile uyum içerisinde olduğu görülmüştür Prolin film kaplı (Pr/GE) elektrodun paladyum nanopartikül (PdNp) ile modifikasyonu (PdNp/Pr/GE) ve karakterizasyonu Pr/GE elektrotlar PdNp ile modifiye edilerek yeni monometalik PdNp/Pr/GE elektrot geliştirilmiştir. Hazırlanan yeni prolinli PdNp/Pr/GE elektrodun yüzey morfolojisi (SEM) ve elektrokimyasal performansları (EIS ve CV) prolinsiz PdNp/GE elektrot ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Monometalik PdNp/Pr/GE elektrot iki farklı yöntemle de hazırlandığından karakterizasyon çalışmaları da ayrı başlıklar altında ayrıntılı olarak sunulmuştur.

134 108 Elektroliz yöntemi ile PdNp/Pr/GE elektrodun hazırlanması ve karakterizasyonu Elektrodun hazırlanması Pr/GE elektrottlar yüzeyinde PdNp partiküllerin sentezi için elektroliz yöntemi ve PdNp/GE elektrotla karşılaştırma yapabilmek için aynı şartlar kullanılmıştır. 1x10-3 M PdCl 2 içeren 10 ml ph 7 fosfat tamponunda 20 dakika elektroliz edilerek hazırlanan PdNp/Pr/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı ile PdNp/GE elektrotların CV voltamogramı Şekil 4.23 de verilmiştir. PdNp/Pr/GE elektrodun CV voltamogramında PdNp lerin karakteristik piklerinin akımlarının PdNp/GE elektrota göre yaklaşık üç kat fazla olduğu görülmüştür. Bu sonuç, prolinle kaplanmış GE (Pr/GE) elektrodun yüzeyine daha çok PdNp sentezlenerek depolandığını göstermektedir. Şekil PdNp/GE (a) ve PdNp/Pr/GE (b) elektrotlarda ph 7 fosfat tamponunun CV voltamogramları

135 109 Elektrotların yüzey morfolojileri PdNp/Pr/GE elektrodun SEM görüntüsünden PdNp lerin boyutu nm aralığında uniform partiküller halinde sentezlendiği ve GE elektrodun prolinle kaplanmasının yüzey morfolojisinde önemli etksi olduğu anlaşılmıştır (Şekil 4.24). Şekil (A) PdNp/Pr/GE ve (B) PdNp/GE yüzeylerinin SEM görüntüleri Elektrotların elektrokimyasal performansları PdNp/Pr/GE ve PdNp/GE elektrotların 5x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramlarında PdNp/Pr/GE elektrota daha yüksek akım elde edilmiştir (Şekil 4.25).

136 110 Şekil x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren ph 7 fosfat tamponunun PdNp/GE ( ) ve PdNp/Pr/GE ( ) elektrottaki CV voltamogramları PdNp/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlara ait Nyquist, Bode ve Admitans grafikleri Şekil 4.26 da verilmiştir. Her iki elektrot için kapasitans, iletkenlik, yük transfer direnci ve yük transfer hızları gibi parametreler hesaplanmıştır (Çizelge 4.4). Şekil 4.25 de ve Çizelge 4.4 de görüldüğü gibi, PdNp/Pr/GE elektrodun kapasitans değeri, yük transfer hızı ve admitansı PdNp/GE elektrota göre daha büyük ve yük tranfer direnci daha küçüktür. Bu parametreler değerlendirildiğinde, PdNp/Pr/GE elektrodun performansının çok daha iyi olduğunu açıkça göstermektedir.

137 111 Şekil x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- çözeltisi içeren ph 7 fosfat tamponundaki PdNp/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotların A) Nyquist grafiği, B) Bode grafiği, C) Admitans grafiği (E uyg = +1,0 V) Çizelge 4.4. PdNp/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlarına ait bazı elektrokimyasal parametreler Elektrot R 0 (ohm) R ct (ohm) C dl (F) k ct (cms -1 ) Y (ms) PdNp/GE 9, ,6 2,69x10-6 5,51x ,0 PdNp/Pr/GE 7,21 805,7 2,29x10-4 1,76x ,0 (R o :elektrolitik direnç, R ct : elektron transfer direnci, C dl : çift faz kapasitansı, k ct : elektron transfer hızı, Y: admitans) Çoklu CV yöntemi ile PdNp/Pr/GE elektrodun hazırlanması ve karakterizasyonu Elektrodun hazırlanması PdNp lerin Pr/GE yüzeyine çoklu CV tekniği ile elektrodepozisyonu, ve M PdCl 2 çözeltileri, farklı ph larda, farklı potansiyel aralıklarında ve farklı döngü sayılarında gerçekleştirilmiştir. PdNp sentezi için en uygun deney şartları, M PdCl 2 içeren ph 7 fosfat tamponu, 0,5 V ile +1,0 V potansiyel aralığı, 50 mvs -1 tarama hızı ve 10 döngü olarak belirlenmiştir. Belirlenen şartlarda hazırlanan PdNp/Pr/GE elektrodun CV voltamogarmında karakteristik PdNp pikleri elde edilmiştir (Şekil 4.27).

138 112 Şekil PdNp lerin Pr/GE yüzeyinde çoklu CV yöntemi ile elektrodepozisyonu (Potansiyel aralığı, 0,5 ve +1,0 V; tarama hızı 50 mvs -1 ; döngü sayısı, 10; destek elektrolit, M PdCl 2 içeren ph 7 fosfat tamponu) PdNp/GE and PdNp/Pr/GE modifiye elektrotların ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramlarında Bölüm de detaylı olarak anlatılan PdNp nin karakteristik piklerinin (1a, 2a, 3a, 4a, 2c, 2c pikleri) akımlarının PdNp/Pr/GE elektrotta PdNp/GE elektroda göre daha yüksek olduğu gözlenmiştir (Şekil 4.28). Akımların yüksek olması doğrudan PdNp sayısına bağlı olarak geniş yüzey alanı ile ilgilidir [276].

139 113 Şekil PdNp/GE (----) ve PdNp/Pr/GE ( ) elektrotların ph 7 fosfat tamponunda 1,0 and +1,0 V aralığında ve 100 mvs -1 tarama hızında CV voltamogramları Elektrotların yüzey morfolojisi FTIR PdNp varlığında Pr/GE elektrodun FTIR spektrumunda bazı değişiklikler gözlenmiştir (Şekil 4.29). C=O ve karboksilik asit grubunun O H, C-H gerilme titreşimleri Pr/GE elektrotta sırasıyla 1640 ve 3439 cm 1 de gözlenirken, PdNp/Pr/GE elektrotta 1672 ve 3428 cm 1 de görülmüştür. Absorpsiyon piklerindeki kaymalar nanopartiküller ile poliprolin arasında bir etkileşim olduğunu göstermektedir [277].

140 114 Şekil a) L-Prolin, b) poliprolin ve c) PdNp-poliprolinin FTIR spektrumu SEM Geliştirilen PdNp/Pr/GE elektrodun yüzey morfolojisi SEM tekniği ile analiz edilmiştir. Şekil 4.30 da görüldüğü gibi PdNp/Pr/GE elektrotta, metal nanopartikülleri uniform dağılım göstermektedir ve partiküllerin boyutları nm aralığındadır.

141 115 Şekil a) GE, b) Pr/GE ve c) PdNp/Pr/GE elektrotların SEM görüntüleri Elektrotların elektrokimyasal performansları GE, Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotların M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitteki CV voltamogramları Şekil 4.31 de verilmiştir. GE, Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlarında [Fe(CN) 6 ] 3 /4 pikinin (ΔE) değerleri 346 mv, 231 mv ve 173 mv olarak bulunmuştur. ΔE değerindeki azalma, PdNp/Pr/GE elektrodun performansının diğer elektrotlardan daha iyi olduğunu açıkça göstermektedir. Ayrıca, pik akımları da PdNp/Pr/GE elektrotta daha yüksek gözlenmiştir.

142 116 Şekil x10 3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitinin GE ( ), Pr/GE ( ) ve PdNp/Pr/GE (- - -). TH: 100 mvs -1 GE, Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlara ait Nyquist grafikleri Şekil 4.32 de verilmiştir. PdNp/Pr/GE elektrotta elektron transfer direncinin Pr/GE ve GE elektrotlara göre belirgin bir azalma görülmüştür. Bu bulgu, PdNp lerinin elektron transferini hızlandırmada önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Şekil x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- çözeltisi içeren 0,1 M KCl destek elektrolitindeki GE (a), Pr/GE (b) ve PdNp/Pr/GE (c) elektrotların Nyquist eğrileri

143 117 GE, Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlara ait eşdeğer devre modelleri ve devrenin elektrokimyasal parametreleri Princeton Applied Research ZsimpWin yazılımını kullanılarak belirlenmiştir (Şekil 4.33 ve Çizelge 4.5). Eşdeğer devre modellerinde yer alan R s : çözelti direnci, R ct : elektron transfer direnci, Q dl : elektrode/elektrolit arayüzey kapasitansı, R f : film direnci, Q f : filmin kapasitansı; R nano : nanopartikül direnci, Q nano : elektrolit/metal nanopartikül arayüzey kapasitansı, W: difüzyon kaynaklı warburg impedansını temsil etmektedir. Şekil a) GE, b) Pr/GE ve c) PdNp/Pr/GE elektrotlar için eşdeğer devre modelleri Çizelge M [Fe(CN) 6 ] 3 /4- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitte GE, Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotların elektrokimyasal parametreleri Parametreler R s (ohm) Q dl /Y 0 (S/s α ) R ct (kohm) α Q f /Y 0 (S/s α ) R f (kohm) α Q nano /Y 0 (S/s α ) R nano (kohm) α W/Y 0 (S/s 0.5 ) χ2 k ct (cm/s) GE Pr/GE PdNp/Pr/GE R(Q(RW)) R(Q(RW))(QR) R(Q(RW))(QR)(QR) 61,73 3, ,64 0, , , , ,29 7, ,84 0,74 1,56 0,002 0, , , , ,79 1, ,04 0,98 1, ,15 0,74 2, ,15 0,75 4, , , Çizelge 4.5 de görüldüğü gibi, elektron transfer direnci (R ct ) değerleri GE, Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlar için 6,64 kohm, 4,84 kohm ve 0,04 kohm olarak bulunulmuştur. PdNp/Pr/GE elektrodun diğer elektrotlar arasında en düşük R ct değerine sahip olması, elektrot yüzeyinde elektron transfer hızının artmasıyla iyi bir elektrokatalitik aktiviteye sahip olduğunu göstermektedir [278].

144 118 R s değerleri ise GE>Pr/GE>PdNp/Pr/GE olup, bu durumun PdNp/Pr/GE elektrodun mikroskobik yüzeyin artmasından kaynaklandığı düşünülmektedir [279]. Q dl, çift tabaka kapasitansı, sabit faz elementi olup, frekansa bağlı elektrokimyasal bir olguyu gösterir. Elektrot yüzeyi pürüzlü ve gözenekli olduğunda, arayüzeyin elektronik özellikleri bir kapasitans elementi ile yeterince iyi tarif edilemez ve C dl yerine sabit bir faz elemanı Q dl konulmak zorundadır [95, 280]. Sabit faz elementinin impedansı aşağıdaki eşitlikle belirlenir: Z CPE (ω) = Z 0 (јω) -α α faz olup 0<α<1 aralığında, j hayali sayı, Z 0 bir sabit ve ω açısal frekanstır [281]. α değeri 1 e yakın olduğunda sabit faz elementi (CPE) bir kapasitör gibi davranır ve Q dl C dl olur [94, 95]. Bu çalışmada, Q dl kapasitans olarak kullanılmıştır, çünkü α değeri GE, Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlar için sırasıyla 0,77, 0,74 ve 0,98 olarak bulunmuştur (Çizelge 4.5). Q dl değerleri ise ZSimpWin simulasyon programından GE, Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlar için sırasıyla 3, F/cm 2, 7, F/cm 2 and F/cm 2 bulunmuştur (Çizelge 4.9). Q dl değerindeki yükselmenin nedeni, dielektrik sabitindeki, iletkenlik ve gözeneklilikteki artış ile açıklanabilir [282]. Heterojen elektron transfer hız sabiti, k ct aşağıdaki eşitlik kullanılarak hesaplanmıştır: k ct =RT/n 2 F 2 R ct AC redox A, elektrot yüzeyinin geometrik alanı; C redox, redoks çiftinin konsantrasyonudur [283]. PdNp/Pr/GE elektrodun k ct değerinde, Pr/GE ve GE elektrotlara kıyasla gözle görülür bir artış gözlenmiştir (Çizelge 4.5). Bu durum PdNp/Pr/GE üzerinde elektron transfer prosesinin daha kolay ve hızlı gerçekleştiğini göstermektedir.

145 Monometalik PdNp/Pr/GE elektrodun kurkuminin tayini için analitik uygulaması 119 PdNp/Pr/GE elektrodun kurkuminin voltametrik ve empedimetrik tayini için kullanılabilirliği araştırılmıştır. PdNp/Pr/GE elektrot kullanılarak kurkuminin ph 2 fosfat tamponunda alınan SWV voltamogramlarında +0,52 V da anodik bir pik gözlenmiştir. Şekil 4.34 de, 5x x10-7 M derişim aralığında kurkuminin pik akımlarındaki artışları ve buradan elde edilen kalibrasyon grafiği verilmiştir. Çizelge 4.6 da kalibrasyon grafiğine ait analiz sonuçları verilmiştir. Gözlenebilme sınırı (LOD) ve tayin sınırı (LOQ) değerleri sırası ile 1,2x10-9 M ve 4,1x10-9 M olarak hesaplanmıştır. I p (µa)= 1,73 (±0,04) C(nM) + (8,21±0,70) R 2 =0,9976±0.003 Şekil Kurkuminin pik akımının derişimle değişimini gösteren SWV voltamogramları ve kalibrasyon grafiği, a) ph 2 fosfat tamponu, b) M, c) M, d) M, e) M, f) M, g) M, h) M ı) M, i) M kurkumin

146 120 PdNp/Pr/GE elektrodun ph 2 fosfat tamponundaki elektrokimyasal impedans spektrumlarında, R ct değerlerinin kurkumin derişimi ile orantılı olarak arttığı gözlenmiştir. Şekil 4.35, R ct değerlerindeki artışları ve buradan elde edilen kalibrasyon grafiğini göstermektedir. Çizelge 4.6 da kalibrasyon grafiğine ait analiz sonuçları verilmiştir. Buradan yola çıkarak, PdNp/Pr/GE elektrodun kurkumin tayini için önemli bir avantaj sunduğu söylenebilir. R ct (ohm)= 9,794(±0,356)x10 9 C(M) + (8769,5±150,3) R 2 =0,992±0,007 Şekil (A) Kurkuminin R ct değerinin derişimle değişimini gösteren Nyquist eğirileri a) ph 2 fosfat tamponu, b) a+5x10-8 M, c) a+3x10-7 M, d) a+9x10-7 M, e) a+3x10-6 M, f) a+5x10-6 M kurkumin, (B) Kurkuminin EIS yöntemi ile elde edilen kalibrasyon grafiği Çizelge 4.6. Kurkuminin SWV ve EIS yöntemleri ile hazırlanan kalibrasyon grafiklerine ait analiz sonuçları Parametreler SWV EIS Dinamik aralık (M) Eğim (µa nm; ohm nm) Kesim noktası (µa ; ohm) Korelasyon katsayısı, r Gözlenebilirlik sınırı, LOD (M) Tayin sınırı, LOQ (M) 4,1x ,0x10-7 1,73 8,21 0,998 1,2x10-9 4,1x10-9 1,5x10-7 5,0x10-6 9, ,996 4,6x10-8 1,5x10-7

147 121 Kurkumin için tayin parametreleri geliştirilen yöntem ve literatürdeki diğer çalışmalar ile karşılaştırılmış ve sonuçlar Çizelge 4.7 de verilmiştir. Geliştirilen PdNp/Pr/GE elektrot geniş konsantrasyon aralığı ve düşük LOD ile tayin imkanı sunmuş, kurkumin için duyarlı bir elektrot olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Çizelge 4.7. Kurkumin tayini için kullanılan farklı elektrotların karşılaştırılması Elektrot Metot Doğrusallık aralığı (M) LOD Literatür GCE CV 9,9x ,1x10-4 4,1x10-6 [199] CPE HMDE Poli-ACBK/GCE PdNp/Pr/GE DPAdSV DPAdSV DPV SWV 5, , ,9x ,8x10-5 1, , , , ,1x10-8 1, [200] [200] [201] Bu çalışma GCE camsı karbon elektrot; CPE karbon pasta elektrodu; HMDE asılı cıva damlası elektrodu; poliacbk/gce poliasit blue K modifiye camsı karbon elektrot; PdNp/Pr/GE Paladyum nanopartikül ve poliprolin modifiye elektrot 4.3. Bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE Elektrodun Geliştirilmesi ve Karakterizasyonu Pr/GE elektrot Pd-Au bimetalik nanopartiküller ile modifiye edilerek yeni Pd-AuNp/Pr/GE elektrot geliştirilmiştir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun elektrokimyasal davranışları (CV), morfolojik özellikleri (SEM, XPS) ve performansı (EIS, SWV, CV) araştırlımıştır. Bu özelliklerini karşılaştırmak için aynı şartlar kullanılarak monometalik PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE elektrotlar da hazırlanarak karakterize edilmiştir. Geliştirdiğimiz bimetalik elektrodun (Pd-AuNp/Pr/GE) analitik amaçlı kullanılabilirliği çeşitli bileşikler için denenmiştir. Aloe-emodin ve karminik asit tayini orijinal numunelerde gerçekleştrilmiştir. Bu çalışmalardan elde edilen veriler yorumları ile birlikte aşağıdaki alt başlıklarda ayrıntılı olarak sunulmuştur Bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun hazırlanması Pr/GE yüzeyinde bimetalik nanopartiküllerin (Pd-AuNp) sentezi için iki yöntem kullanılmıştır Çoklu dönüşümlü voltametri (Çoklu CV) yöntemi Elektroliz yöntemi

148 122 Çoklu CV yöntemi Pr/GE ların, 0, M PdCl 2 ve 0, M HAuCl 4 (Pd:Au 1:1 oranında) içeren ph 3 e ayarlanmış 0,1 M KCl destek elektrolitinde, 0,2 V ile +1,0 V potansiyel aralığında 50 mvs -1 tarama hızı ve 10 döngülü çoklu CV yöntemi ile voltamogramları alınmıştır. Pd-AuNp/Pr/GE hazırlanması için belirlenen en uygun deney şartlarında PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE elektrotlar da hazırlanarak alınan voltamogramlarda Pd-AuNp, PdNp ve AuNp karekteristik pikleri analiz edilmiştir. Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramındaki karekteristik pikler Bölüm detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Şekil 4.36 da görüldüğü gibi yeni deney şartına PdNp/Pr/GE un piklerinin potansiyellerindeki ve pik akımlarındaki değişmelerin gözlenmiş olması beklenilen bir durumdur. Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE un ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan AuNp/Pr/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı Şekil 4.37 de verilmiştir. AuNp ait iki anodik bir kadodik pik gözlenmiştir. 1,06 V (1a) da gözlenen anodik pik AuO nun, 1,24 V (2a) da gözlenen ikinci anodik pik

149 Au 2 O 3 ve/veya Au(OH) 3 oluşumlarına, +0,66 V (1c) da gözlenen katodik pik ise oluşan altın oksitlerin indirgenmesine aittir [ ] AuCl 4 + 3e - Au + 4Cl - Au + H 2 O AuO + 2H + + 2e - 2Au + 3H 2 O Au 2 O 3 + 6H + + 6e - veya Au + 3H 2 O Au(OH) 3 + 3H + + 3e - Au 2 O 3 + 6H + + 6e- 2Au + 3H 2 O Au(OH) 3 + 3H + + 3e - Au + 3H 2 O (1a piki) (2a piki) (2a piki) (1c piki) (1c piki) Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan AuNp/Pr/GE un ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı Şekil 4.38 de verilmiştir. Pd-Au alaşımının karekteristik, katodik pikleri 0,61 V (1c) ve 0,34 V (2c) da, anodik piki ise 1,14 V (1a) gözlenmiştir. 0,61 V (1c) ve 0,34 V (2c) daki katodik pikler sırasıyla, Pd-Au alaşımın yükseltgenirgen oluşan altın ve paladyum oksitlerinin indirgenmesine, 1,14 V (1a) da gözlenen yayvan anodik piki ise Pd-Au alaşımının paladyum ve altın oksitlerinin oluşumuna aittir [39, 288]. PdO x / AuO x + xh + + xe - x(pd-au) +xh 2 O (1c piki) ve (2c piki) Pd-Au + H 2 O PdO / AuO + 2H + + 2e - veya (1a piki)

150 124 x(pd-au) +xh 2 O PdO x / Au x O x + xh + + xe - (1a piki) Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramı Bimetalik Pd-Au alaşım nanopartikül modifiye elektrodun voltamogramında, paladyum oksitlerin indirgenmesine ait pik PdNp ye göre pozitife (0,098 V dan 0,34 V (2c) a), altın oksitlerin indirgenmesine ait pik AuNp ye göre daha negatife ( 0.65 V dan 0,61 V (2c) a) kaymıştır (Şekil 4.39). Pik potansiyellerindeki kayma Pr/GE elektrot yüzeyinde bimetalik Pd- AuNp lerin sentezlendiğini göstermektedir [288].

151 125 Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE ( ), AuNp/Pr/GE ( ) ve Pd-AuNp/Pr/GE ( ) un ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramları Elektroliz yöntemi Pr/GE elektrotlar üzerinde Pd-Au nanopartiküllerin sentezi elektroliz yöntemiyle de denenmiştir. Pd-Au bimetalik nanopartiküllerin elektrokimyasal biriktirilmesinde farklı oranlarda ve derişimlerde PdCl 2 /HAuCl 4 karışım çözeltileri ve farklı depolama potansiyelleri denenmiştir. Şekil 4.40 dan da görüldüğü gibi değişik oranlarda PdCl 2 /HAuCl 4 çözeltileri ile hazırlanmış elektrotların farklı tarama hızlarında alınan CV voltamogramlarından elde edilen akımlar grfaiğe geçirildiğinde en yüksek eğim 3:1 oranında Pd:Au ile hazırlanan elektrotta elde edilmiştir. Bu eğim değerleri elektrotların kapasitansları hakkında bilgi vermekte olup hazırlanan elektrotların kapasitans değerleri Şekil 4.41 de karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir. Pd-Au bimetalik nanopartikül modifiye elektrotlar hazırlanırken en uygun deney şartları, 1, M PdCl 2 and 0, M HAuCl 4 (3:1) içeren ph 3 e ayarlanmış 0,1 M KCl çözeltisinde -0,2 V da 200 s süresince elektroliz olarak belirlenmiştir.

152 126 Şekil Farklı oranlarda PdCl 2 /HAuCl 4 karışımı içeren 0,1 M KCl de hazırlanan elektrotların CV voltamogramlarında elde edilen v-i p grafikleri Şekil Farklı oranlarda PdCl 2 /HAuCl 4 karışımı içeren 0,1 M KCl de hazırlanan elektrotların CV ile belirlenen kapasitans değerlerinin karşılaştırılması Aynı deney şartlarında hazırlanmış PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramları Şekil de verilmiştir.

153 127 AuNp/Pr/GE elektrot ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramında, 1,31 V da bir anodik pik ve 0,79 V da bir katodik pik vermiştir (Şekil 4.42a). 1,31 V daki anodik pik altın oksitlerinin oluşumuna, 0,79 V daki katadik pik ise altın oksitlerin indirgenmesine aittir. PdNp/Pr/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramında gözlenen 0,02 V ve 0,90 V daki anodik pikler, sırasıyla hidrojen atomlarının oksidasyonuna ve paladyum oksitlerin oluşumuna aittir. 0,27 V ve 0,12 V da gözlenen katodik pikler ise, sırasıyla paladyum oksitlerin indirgenerek PdNp oluşumuna ve PdNp yüzeyine adsorplanmış H + iyonlarının indirgenmesine aittir (Şekil 4.42b) [121, 289]. Elektroliz yöntemi ile hazırlanan Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramında, -0,05 V ve 0,35 V da iki anodik pik 0,46 V, 0,35 V ve -0,10 V da üç katodik pik gözlenmektedir (Şekil 4.42c). -0,05 V ve 0,35 V daki anodik pikler, hidrojenin oksidasyonuna ve alaşımdaki paladyum ve altın oksitlerinin oluşumuna aittir. 0,46 V, 0,35 V ve -0,10 V daki katodik pikler ise sırasıyla, paladyum ve altın oksitlerinin indirgenmesine ve Pd-AuNp lere adsorbe olmuş H + iyonlarının indirgenmesine aittir. Pd-Au alaşım nanopartiküllerindeki paladyum ve altın oksitlerinin indirgenmesine ait piklerin çoklu CV yöntemi ile hazırlanan Pd-AuNp elektrotlardakine benzer olarak kaydığı dolayısıyla Pd-Au alaşım nanopartiküllerin oluştuğu gözlenmiştir [39, 290, 291].

154 128 Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan a) AuNp/Pr/GE, b) PdNp/Pr/GE, c) AuNp/Pr/GE elektrodun ph 7 fosfat tamponundaki CV voltamogramları Pd- Bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlar, her iki yöntemle de başarıyla hazırlanmış ve aynı elektrokimyasal özellikleri ve davranışları sergilediği görülmüştür. Bu nedenle, bimetalik Pd- AuNp/Pr/GE elektrotların hazırlanmasında bu iki yöntem de kullanılabilir olduğu görülmektedir Bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun karakterizasyonu Bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrot iki farklı yöntemle hazırlandığından karakterizasyon çalışmaları da ayrı başlıklar altında ayrıntılı olarak sunulmuştur. Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun karakterizasyonu Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun yüzey morfolojisi ve elektrokimyasal performansı incelenmiş ve aynı şartlarda hazırlanan monometalik AuNp/Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlar ile karşılaştırılmıştır.

155 129 Elektrotların yüzey morfolojileri PdNp ile modifiye edilen elektrotların yüzeyleri siyah renkli olup grafitin renginden ayırt edilemediği, AuNp ile modifiye edilen elektrotların kızıl-kahve renkli, bimetalik Pd-AuNp ile modifiye edilen elektrotların ise metalik gri renkli olduğu gözlenmiştir (Şekil 4.43). Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan (a) PdNp/Pr/GE, (b) AuNp/Pr/GE, c) Pd- AuNp/Pr/GE elektrotların fotoğrafları Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların SEM görüntüleri alınmıştır. Ayrıca Pd-Au bimetalik nanopartiküllerle modifikasyonda prolinin etkisin incelemek amacıyla prolinsiz PdNp/GE, AuNp/GE ve Pd-AuNp/GE elektrotların da SEM görüntüleri alınmış ve Şekil da karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Şekil 4.44 de GE, AuNp/GE ve AuNp/Pr/GE elektrotların yüzey morfolojileri görülmektedir. AuNp/GE elektrotta AuNp ler arasında agregasyon olduğu görülmektedir. AuNp/Pr/GE elektrotta ise AuNp ler daha kararlı olup boyutları nm aralığında değişmektedir. Şekil Çoklu CV ile hazırlanan AuNp modifiye elektrotların SEM görüntüleri a) GE, b) AuNp/GE, c) AuNp/Pr/GE

156 130 Şekil 4.45 de GE, PdNp/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotların yüzey morfolojilerine dair SEM görüntüleri verilmiştir. PdNp/GE elektrotta PdNp lerin boyutları yaklaşık nm aralığında, PdNp/Pr/GE elektrotta ise PdNp lerin boyutları nm aralığında olduğu gözlenmiştir. Şekil Çoklu CV ile hazırlanan PdNp modifiye elektrotların SEM görüntüleri a) GE, b) PdNp/GE, c) PdNp/Pr/GE Şekil 4.46 da GE, Pd-AuNp/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların yüzey morfolojileri görülmektedir. Pd-AuNp/GE elektrotta Pd-AuNp lerin yine agrage olduğu ve yığın halde durdukları görülmektedir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta ise Pd-AuNp ler hem elektrot yüzeyindeki dağılımlarının hem de partikül boyutları dağılımının oldukça homojen olduğu görülmektedir. Pd-AuNp lerin ortalama boyutları nm civarındadır. Şekil Çoklu CV ile hazırlanan Pd-AuNp modifiye elektrotların SEM görüntüleri a) GE, b) Pd-AuNp/GE, c) Pd-AuNp/Pr/GE

157 131 Elektrotların elektrokimyasal performansları Şekil 4.47 de, 1x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitinin GE, PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlardaki anodik SWV voltamogramları verilmiştir. En yüksek pik akımının Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta elde edildiği gözlenmiştir. Bu durum, bimetalik Pd-Au nanopartiküllerin, Au ve Pd monometalik nanopartiküllere göre daha yüksek aktiviteye sahip olduğunu göstermektedir [37]. Şekil a) GE ve çoklu CV ile hazırlanan b) PdNp/Pr/GE, c) AuNp/Pr/GE ve d) Pd- AuNp/Pr/GE elektrotların 1x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitinde SWV voltamogramları PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlar ile 1x10-3 M K 4 [Fe(CN) 6 ]/K 3 [Fe(CN) 6 ] (1:1) içeren 0,1 M KCl destek elektrolitinin değişik tarama hızlarında dönüşümlü voltamogramları alınmış, elde edilen voltamogramlardaki pik akımları tarama hızlarına karşı grafiğe geçirilerek elektrotların kapasitansları belirlenmiştir (Şekil

158 ). Kapasitans değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin Pd-AuNp/Pr/GE a ait olduğu görülmektedir. Şekil PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların 1x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4- /3- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitinde ve mvs -1 tarama hızlarında (A) CV voltamogramları, (B) v-i grafikleri, (C) kapasitans değerleri PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlar ile elektrokimyasal impedans spektroskopisi çalışmaları yapılmış ve elde edilen Nyquist, Bode ve Admitans grafikleri Şekil 4.49 da verilmiştir.

159 133 Şekil Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE ( ), AuNp/Pr/GE ( ), Pd- AuNp/Pr/GE ( ) elektrotların [Fe(CN) 6 ] 4-/3- redoks sistemi için Nyquist (1), Bode (2) ve Admitans (3) grafikleri (A: E= +0,1 V; B: E= +0,3 V) Şekil 4.49 da verilen PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların Nyquist, Bode ve Admitans grafiklerinden, bu elektrotlara ait çözelti direnci (R 0 ), yük transfer direnci (R ct ), kapasitans (C), elektron transfer hız sabiti (k ct ), admitans (Y) gibi bazı elektrokimyasal parametreler hesaplanmış ve sonuçlar Çizelge 4.8 de verilmiştir.

160 134 Çizelge 4.8. Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd- AuNp/Pr/GE lara ait bazı elektrokimyasal parametreler Elektrot E uyg (V) R 0 (ohm) R ct (ohm) C dl (F) k ct (cms -1 ) Y (ms) PdNp/Pr/GE 49, ,26x10-5 4,47x10-4 9,00 AuNp/Pr/GE +0,1 40, ,78x10-4 1,25x10-3 9,25 Pd-AuNp/Pr/GE 35, ,39x10-4 1,82x ,25 PdNp/Pr/GE 47, ,24x10-5 3,97x10-4 9,25 AuNp/Pr/GE +0,3 42, ,82x10-4 8,69x ,18 Pd-AuNp/Pr/GE 37, ,69x10-4 1,14x ,62 Çizelge 4.8 deki sonuçlara bakıldığında, yük transfer direncinin (R ct ) en düşük olduğu elektrodun Pd-AuNp/Pr/GE olduğu görülmüştür. Bu durum elektron transferinin hızlandığını yani elektrokatalitik özelliğinin arttığını göstermektedir. Ayrıca Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun diğer elektrotlara göre en yüksek kapasitans değerine sahip olduğu görülmüştür. Bu sonuç, CV deneylerinin sonuçları ile örtüşmektedir. Elde edilen bulgular, Pd-AuNp/Pr/GE un kapasitans değerinin, yük transfer hızının ve admitansının monometalik nanopartikül modifiye elektrotlara göre daha büyük olduğunu ve yük transfer direnci ile iyon transfer direncinin daha düşük olduğunu göstermiştir. Bu bulgular, yeni bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE un performansının monometalik elektrotların performanslarından daha iyi olduğunu göstermektedir. Elektroliz yöntemi ile hazırlanan Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun karakterizasyonu Elektroliz yöntemi ile hazırlanan Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun yüzey morfolojisi ve elektrokimyasal performansı incelenmiş ve aynı şartlarda hazırlanan monometalik AuNp/Pr/GE ve PdNp/Pr/GE elektrotlar ile karşılaştırılmıştır.

161 135 Elektrotların yüzey morfolojileri PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE and Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların XPS analizleri Şekil 4.50 de verilmiştir. PdNp/Pr/GE elektrodun XPS spektrumunda, Pd 0 ın 3d 3/2 ve 3d 5/2 spinlerindeki elektronlara ait 341,00 ve 336,00 ev bağlanma enerjilerindeki pikler gözlenmiştir (Şekil 4.50a) [37]. AuNp/Pr/GE elektrodun XPS spektrumunda, Au 0 ın 4f 5/2 ve 4f 7/2 spinlerindeki elektronlara ait 87,75 ve 84,00 ev bağlanma enerjilerindeki pikler gözlenmiştir (Şekil 4.50b) [37, 292]. Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun XPS spektrumunda, 340,75 ev, 336,00 ev, 87,75 ev ve 84,00 ev (Şekil 4.49c) olmak üzere, Pd 0 (3d 3/2 ve 3d 5/2 ) un karakteristik pikleri ve Au 0 (4f 5/2 ve 4f 7/2 ) ın karakteristik sinyalleri gözlenmiştir [37].

162 136 Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan (a) PdNp/Pr/GE üzerindeki PdNp nin Pd 3d (b) AuNp/Pr/GE üzerindeki AuNp nin Au 4f (c) Pd-AuNp/Pr/GE üzerindeki Pd- AuNp nin Pd 3d and Au 4f XPS spektrumu PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların SEM görüntüleri Şekil 4.51 (a-c) de verilmiştir. AuNp lerin boyutları ( nm) PdNp lerden (25-50 nm) daha büyük olduğu görülmektedir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrot yüzeyinde ise nm boyutlarındaki nanopartiküllerin diğer elektrot yüzeylerine göre daha yoğun ve homojen bir şekilde dağıldığı gözlenmektedir. PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların modifiye elektrotların EDX analizi Şekil 4.51 (d-f) de verilmiştir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun EDX analizinde bimetalik nanopartiküllerde Pd ve Au varlığı gözlenmektedir (Şekil 4.51f).

163 137 Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan (a) PdNp/Pr/GE, (b) AuNp/Pr/GE, (c) Pd- AuNp/Pr/GE elektrotların SEM görüntüleri ve (d) PdNp/Pr/GE, (e) AuNp/Pr/GE, (f) Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların EDX analizleri Elektrotların elektrokimyasal performansları PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların performansları, [Fe(CN) 6 ] 3 /4 redoks probu kullanılarak dönüşümlü voltametri, kare dalga voltametrisi ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi yöntemleri ile araştırılmıştır. 1x10 3 M [Fe(CN) 6 ] 3 /4 içeren 0,1 M KCl çözeltisinin CV voltamogramı Şekil 4.52A da verilmiştir. [Fe(CN) 6 ] 3 /4 redoks çiftinin PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlardaki anodik ve katodik pik potansiyellerinin farkı (ΔE) sırasıyla 145 mv, 113 mv ve 65 mv olarak belirlenmiştir. ΔE nin azalması, Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun performansının PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE elektrotlara göre daha iyi olduğunu göstermektedir. Monometalik ve bimetalik nanopartikül modifiye elektrotların kapasitansları CV voltamogramları kullanılarak C =I/V formülünden hesaplanabilmektedir [293]. I-v grafiklerinin eğimlerinden kapasitansların (AuPd > Au > Pd) olduğu bulunmuştur (Şekil 4.52B). Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta akımın diğerlerinden yüksek olması elektroaktif yüzey alanının artmış olması ve elektron transferinin arttığını göstermektedir (Şekil 4.53). Bunun

164 138 nedeni, bimetalik nanopartiküllerdeki Au ve Pd atomları arasındaki heterometalik bandın oluşumu ile açıklanabilir [110, 294, 295]. Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan PdNp/Pr/GE (a), AuNp/Pr/GE (b) ve Pd- AuNp/Pr/GE (c) elektrotların 1x10 3 M [Fe(CN) 6 ] 3-/4- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitindeki A) CV voltamogramı, B) v- I p grafikleri Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan (a) PdNp/Pr/GE, (b) AuNp/Pr/GE ve (c) Pd- AuNp/Pr/GE elektrotların 1x10 3 M [Fe(CN) 6 ] 3-/4- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitindeki SWV voltamogramları

165 139 Modifikasyon işlemlerinde elektrot yüzeyindeki impedans değişimleri elektrokimyasal impedans spektroskopisi ile takip edilebilmektedir. Şekil 4.54, PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların 1x10 3 M [Fe(CN) 6 ] 3-/4- içeren 0,1 M KCl destek elektrotlitindeki Nyquist eğrilerini göstermektedir. Şekil Elektroliz yöntemi ile hazırlanan (a) PdNp/Pr/GE, (b) AuNp/Pr/GE ve (c) Pd- AuNp/Pr/GE elektrotların 1x10-3 M [Fe(CN) 6 ] 4-/3- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitte Nyquist eğrileri Elde edilen Nyquist eğrilerinden, eşdeğer devre modelleri ve eşdeğer devrenin elektrokimyasal parametreleri Princeton Applied Research in ZsimpWin yazılımı ile belirlenmiş ve sonuçlar Çizelge 4.7 de verilmiştir. Nyquist eğrilerinden, elektron transfer direnci (R ct ), çözelti, direnci (R s ), kapasitans (C dl ve Q dl ) ve elektron transfer hız sabiti (k ct ) gibi elektrokimyasal parametreler hesaplanmıştır.

166 140 Şekil ve Çizelge 4.8 de görüldüğü gibi, elektron transfer direnci (R ct ) değerleri PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlar için 3687 ohm, 1476 ohm ve 949 ohm olarak bulunulmuştur. Pd AuNp/Pr/GE elektrodun diğer elektrotlar arasında en düşük R ct değerine sahip olması, elektrot yüzeyinde elektron transfer hızının artmasıyla mükemmel bir elektrokatalitik aktiviteye sahip olduğunu göstermiştir. [278, 296]. Çözelti direnci, R s, elektrolit çözeltisinin bulk özelliklerini gösterir. Çizelge 4.9 da görüldüğü gibi, R s değerleri PdNp/Pr/GE> AuNp/Pr/GE >Pd-AuNp/Pr/GE olup, bu durumun Pd- AuNp/Pr/GE elektrodun mikroskobik yüzeyin artmasından kaynaklandığı düşünülmektedir [279]. Çizelge M [Fe(CN) 6 ] 3 /4- içeren 0,1 M KCl destek elektrolitte PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotların elektrokimyasal parametreleri R(Q(RW))(QR)(QR) Parametreler PdNp/Pr/GE AuNp/Pr/GE Pd-AuNp/Pr/GE R s (ohm) Q dl /Y 0 (S/s α ) R ct (ohm) α Q nano /Y 0 (S/s α ) R nano (ohm) α Q f /Y 0 (S/s α ) R f (ohm) α W/Y 0 (S/s 0.5 ) χ2 k ct (cm/s) 35,08 4, ,98 4, ,76 1, ,73 8, , , ,7 3, ,80 6, ,80 1, ,65 7, , , ,69 1, ,80 3, ,00 6, ,74 3, , , Q dl kapasitans olarak kullanılmıştır, çünkü α değeri PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd- AuNp/Pr/GE elektrotlar için sırasıyla 0,98, 0,80 ve 0,80 olarak bulunmuştur (Çizelge 4.9) [94, 95]. Q dl değerleri ise ZSimpWin simulasyon programından PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd- AuNp/Pr/GE elektrotlar için sırasıyla 4, F/cm 2, 3, F/cm 2 and 1, F/cm 2 bulunmuştur (Çizelge 4.9). Q dl değerindeki artma, dielektrik sabitindeki, iletkenlik ve gözeneklilikteki artmadan kaynaklandığı düşünülmektedir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun heterojen elektron transfer hız sabiti, k ct değerinde, PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE elektrotlara kıyasla gözle görülür bir artış gözlenmiştir (Çizelge 4.9). Bu

167 durum Pd-AuNp/Pr/GE üzerinde elektron transferinin daha kolay ve hızlı gerçekleştiğini göstermektedir. 141 Sonuç olarak, elektrotliz ve çoklu CV yöntemleri kullanılarak geliştirilen yeni bimetalik Pd- AuNp/Pr/GE elektrotların morfolojik (nanopartikül boyutu ve dağılımı) ve elektrokimyasal özelliklerinin (kapasitans, elektron transfer direnci, elektrolitik direnç, elektron transfer hızı vb.) monometaliklere göre oldukça iyileşmiş olduğu görülmüştür. Bununla birlikte, her iki yöntemle hazırlanan Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlardan, elektrotliz yöntemiyle hazırlanan Pd- AuNp/Pr/GE elektrotların morfolojik ve elektrokimyasal özelliklerinin kısmen daha iyi olduğu görülmüştür. Bu nedenle çalışmaların devamında, elektroliz yöntemiyle hazırlanan Pd- AuNp/Pr/GE elektrotların analitik uygulamaları araştırılmıştır Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun bazı fenolik bileşiklerin tayini için analitik uygulamaları Geliştirilen bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun bazı bileşiklerin tayininde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla, karminik asit, aloe-emodin, askorbik asit, resorsinol, nordihidroguaretik asit (NDHGA), dopamin bileşikleri denenerek Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun fenolik bileşiklere karşı duyarlı olup olmadığı incelenmiştir. Her bileşik için uygun destek elektrolit ve uygun deney şartları ayrı ayrı belirlenmiştir. Belirlenen deney şartlarında alınan SWV voltamogramlar Şekil 4.55 de verilmiştir. Bahsi geçen bileşikler için elde edilen derişim-pik akımı ilişkileri Çizelge 4.10 da verilmiştir. Elektrodun aloe-emodin ve karminik asit için yüksek katalitik aktivite gösterdiği tespit edilmiştir. Bu nedenle, bu maddelerin tayinine yönelik çalışmalar detaylı olarak yapılmış ve gerçek numunelerde analitik uygulamaları gerçekleştirilmiştir.

168 142 Şekil Bazı fenolik bileşiklerin Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta SWV voltamogramları A) 0,1 M HClO 4 (ph 1,5) destek elektrolitte NHGA, B) ph 6 fosfat tamponunda askorbik asit, C) ph 6 fosfat tamponunda dopamin, D) ph 6 BR-tamponunda resorsinol, E) 0,1 M HClO 4 (ph 1,5) destek elektrolitte karminik asit, F) 0,1 M HClO 4 (ph 1,5) destek elektrolitte aloe-emodin

169 Çizelge Farklı fenolik bileşikler için Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta elde edilen derişim-pik akımı ilişkileri 143 Bileşik Molekül yapısı Kalibrasyon eşitliği Doğrusallık aralığı (M) Regrasyon katsayısı Karminik asit I p (μa)=2, C(M)+110,33 1,0x ,0x10-6 r=0,996 Aloe-emodin I p (μa)=2, C(M)+82,50 5,0x ,0x10-7 r=0,985 Askorbik asit I p (μa)=1, C(M)+131,00 1,0x ,0x10-5 r=0,973 Resorsinol I p (μa)=1, C(M)+222,00 1,0x ,5x10-5 r=0,961 NDHGA I p (μa)=3, C(M)+283,00 2,0x ,5x10-6 r=0,965 Dopamin I p (μa)=6, C(M)+142,00 1,0x ,0x10-5 r=0, Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun aloe-emodin tayininde kullanımı Pd-AuNp/Pr/GE elektrot kullanılarak SWV ve CV teknikleri ile aloe-emodinin ph 2-8 aralığında elektrokimyasal davranışı incelenmiştir. SWV voltamogramlarından pik potansiyelinin ph ya bağlı olduğu, artan ph ile pik potansiyelinin negatife kaydığı gözlenmiştir (E p (V) = 0,0245 0,0505 ph). En iyi sonuçlar ph 7 fosfat tamponunda elde

170 144 edilmiştir. Bununla birlikte, aloe-emodinin ph 7 fosfat tamponundaki Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta alınmış CV voltamogramında E k =-0,38 V (Ea=-0,35 V) daki tersinir pik için ΔE p =30 mv olduğu gözlenmiş ve reaksiyon mekanizmasının 2e - (αn =1,98) varlığında yürüdüğü görülmüştür (Şekil 4.56). Bu pik Bölüm de bahsedildiği gibi kinon grubunun indirgenme-yükseltgenmesine (2e /2H + ) aittir [219, 220, 297]. Şekil x10-7 M aloe-emodin içeren ph 7 fosfat tamponunda Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun CV voltamogramı Aloe-emodinin -0,38 V daki tersinir piki için farklı tarama hızlarında ( mvs -1 ) tarama hızının pik akımına etkisi CV tekniği ile araştırılmıştır. Yapılan deneylerde pik akımının hem tarama hızı ile hem de tarama hızının karekökü ile doğrusal bir ilişki olduğu, logi pc -logv grafiğinden de eğimi 0,67 olan bir doğru elde edilmiştir (Şekil 4.57). Eğim değerinin 0,5 ile 1 arasında olması bu reaksiyonun adsorpsiyonla karışık difüzyon kontrollü yükseltgenme reaksiyonu olduğunu göstermektedir [ ].

171 145 Şekil x10-8 M aloe-emodinin CV voltamogramlarından elde edilen log I p - log v grafiği (TH: mvs -1 ) Aloe-emodinin indirgenme pikinin akımı üzerine ön deriştirme süresinin etkisi (0-320 s) incelenmiştir (Şekil 4.58). Şekil 4.60 da görüldüğü gibi pik akımı 200 s ye kadar artmıştır. 200 s den daha uzun sürelerde elektrot yüzeyinde madde adsorpsiyon nedeni ile elektrot yüzeyinin doygunluğa ulaşması sonucu belli bir değerde sabit kalmıştır. Bu nedenle analiz için ön deriştirme süresi olarak 200 s seçilmiştir Ip (µa) t depositon (s) Şekil Aloe-emodinin pik akımına ön deriştirme süresinin etkisi

172 146 Aloe-emodin tayini için kalibrasyon grafiği Aloe-emodinin farlık derişimlerdeki AdsSWV voltamogramları Şekil 4.59A da, AdsSWV voltamogramlarından elde edilen derişim-pik akım ilişkisine ait kalibrasyon grafikleri ise Şekil 4.59B ve Şekil 4.59C de verilmiştir. Aloe-emodin için 2,0x ,0x10-8 M ve 9,0x ,0x10-7 M olmak üzere iki doğrusal aralık gözlenmiştir. I (µa) = (2,28±0,37)x10 9 C (M) + 99,19±8,48 (aloe-emodin: 2,0x ,0x10-8 M) I (µa) = (3,54±0,15)x 10 8 C (M) + 244,82±7,93 (aloe-emodin: 9,0x ,0x10-7 M)

173 147 Şekil A) ph 7 fosfat tamponunda 2,0x ,0x10-8 M aralığında aloe-emodinin AdsSWV voltamogramları, B) ph 7 fosfat tamponunda 9,0x ,0x10-7 M aralığında aloe-emodinin AdsSWV voltamogramları, C) 2,0x ,0x10-8 M aralığında kalibrasyon grafiği, D) 9,0x ,0x10-7 M aralığında kalibrasyon grafiği (a: 1,0x10-8, b: 2,0x10-8, c: 3,0x10-8, d: 4,0x10-8, e: 5,0x10-8, f: 6,0x10-8, g: 8,0x10-8, h: 9x10-8, ı: 1,2x10-7, j: 1,7x10-7, k: 2,0x10-7, l: 2,5x10-7, m: 3,0x10-7 M)

174 148 Yüksek eğim değeri (2,28x10 9 μa/m ve 3,54x10 8 μa/m) ve korelasyon sabiti (R=0,986 ve R=0,997) metotun duyarlılığını yansıtmaktadır. Gözlenebilme sınırı ve tayin sınırı değerleri sırası ile 1,1x10-8 M ve 3,6x10-8 M olarak bulunmuştur. Yöntemin tekrarlanabilirliği M aloe-emodinin 5 farklı ölçümünden belirlenmiştir ve yüzde bağıl standart sapma % 1,8 olarak bulunmuştur. Elektrokimyasal impedans spektroskopi (EIS) çalışmaları EIS ölçümleri, elektrot yüzeyinin morfolojik özelliklerini ve elektrodun performansını belirlemede önemli olduğundan elektrokimyasal çalışmalarda sıklıkla kullanılır. Ayrıca EIS nadiren kantitatif tayin için kullanılabilir. Farklı derişimlerde aloe-emodin varlığında elektrot yüzeyinin impedans değişimlerini gösteren Nyquist eğrileri Şekil 4.60 da verilmiştir. Şekil 4.60 da görüldüğü gibi aloe-emodin derişimi arttıkça Nyquist eğrilerinin yarıçapları da doğrusal olarak artmaktadır. Bu nedenle EIS ölçümleri aloe-emodin tayini için alternatif bir metot olarak kullanılabilir. Nyquist eğrilerinin yarıçaplarındaki bu artışın nedeni, Pd- AuNp/Pr/GE elektrot yüzeyinde ale-emodinin adsorplandığı ve elektron transfer hızını engellemiş olduğu düşünülebilir [301]. Şekil Farklı derişimlerde aloe-emodin içeren ph 7 fosfat tamponunda Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun Nyquist eğrileri İçten dışa: 4x10-8, 8x10-8, 1,5x10-7, 2x10-7, 3x10-7, 6x10-7 M aloe-emodin

175 EIS verilerinden elde edilen verilere göre eşdeğer devre, bir dirence parallel bağlı bir sabit faz elementi içeren Randles devresi R(Q(RW)) olarak belirlenmiştir (Şekil 4. 61). 149 Şekil Aloe-emodin içeren çözeltide Pd-AuNp/Pr/GE elektrot için belirlenen eşdeğer devre modeli Önerilen eşdeğer devrede, R s çözelti direnci, R ct çözelti ve elektrot yüzeyi arasındaki yük transfer direnci ve Q dl çit tabaka kapasitansıdır. İdeal olmayan elektrot yüzeyi olduğu durumlarda deneysel verilerin fit optimazsyonu için kapasitör yerine sabit faz elementi kullanmak grekmektedir [302, 303]. Aloe-emodin derişimine karşı R ct değerlerindeki değişim grafiğe geçirildiğinde M derişim aralığında doğrusal ilişki elde edilmiştir (Şekil 4. 62). R ct (ohm) = (1,51±0,05) 10 9 C (M) + 238,3 ±8,08 (R 2 =0,990±0,003) Gözlenebilirlik sınırı (LOD) 1, M olarak belirlenmiştir. Bu LOD değeri AdsSWV ile elde edilen LOD değerinden daha yüksektir. Yöntemin tekrarlanabilirliği M aloeemodinin 5 farklı ölçümünden belirlenmiştir ve yüzde bağıl standart sapma % 7,7 olarak bulunmuştur.

176 R ct (ohm) y = 15,171x + 238,34 R² = 0, C Aloe-emodin x10 8 (M) Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun Nyquist eğrilerinden elde edilen aloe-emodin için kalibrasyon eğrisi Geliştirilen AdsSWV yöntemi, EIS ve karşılaştırmalı standart HPLC yöntemi ile elde edilen analitik parametreler Çizelge 4.12 de verilmiştir. Çizelge 4.11 den görüleceği gibi, AdsSWV yöntemi EIS ve HPLC den daha iyi cevaplar vermiştir. Çizelge Aloe-emodin tayini için kullanılan AdsSWV, EIS ve HPLC yöntemlerine ait analitik parametreler Parametre AdsSWV EIS HPLC Dinamik aralık [M] 3, , ve 9, , , , , , Kesim 99,19 ve 244,82 µa 316 ohm 10,51 Eğim 2, ve 3, µa/m 1, ohm/m 8, Korelasyon katsayısı, R 2 0,974 ve 0,995 0,994 0,998 LOD [M] 1,1x10-8 1,5x10-8 8,6x10-6 LOQ [M] 3,6x10-8 5,3x10-8 2,9x10-5 BSS [%] (n=5) 1,8 7,7 5,9 Aloe-emodin için tayin parametreler geliştirilen yöntem ve literatürdeki diğer çalışmalar ile karşılaştırılmış ve sonuçlar Çizelge 4.12 de verilmiştir. Geliştirilen Pd-AuNp/Pr/GE elektrot

177 geniş konsantrasyon aralığı ve düşük LOD ile tayin imkanı sunmuş, aloe-emodin için duyarlı bir elektrot olarak kullanılabileceğini göstermiştir. 151 Çizelge Aloe-emodin tayini için kullanılan farklı elektrotların karşılaştırılması Elektrot Metot Doğrusallık aralığı (M) LOD Literatür CPIE DPV 1,0x ,2x10-5 3,00x10-9 [297] GCE DASV 2, , ,00x10-7 [304] GN/GC DPV 5,0x ,0x10-6 2,00x10-9 [217] CNN/GCE AdsSWV 6, , ve 1, , , [219] Pd-AuNp/Pr/GE EIS 4, , ,5x10-8 Bu çalışma Pd-AuNp/Pr/GE AdsSWV 2, , ve 9, , ,1x10-8 Bu çalışma CPIE 1-bütil-3-metilimidazolyum hekzaflorofosfat ve parafin yağı karışımından oluşturulmuş iyonik sıvı tipi karbon pasta elektrodu; GCE camsı karbon elektrot; GN/GC grafen-nafyon modifiye camsı karbon elektrot; CNN/GCE karbon kaplı nikel manyetik nanopartikül modifiye camsı karbon elektrot; Pd-AuNp/Pr/GE Paladyum-Altın bimetalik nanopartikül ve poliprolin modifiye elektrot Aloe vera kapsülünde aloe-emodinin tayini Aloe-emodin tayini için geliştirilen yöntem aloe vera bitki kapsülü içerisindeki aloe emodin tayini için uygulanmıştır. Kapsüldeki aloe-emodin içeriği bilinmediğinden, kapsüldeki aloeemodin miktarı standart bir metot olan HPLC ile de tayin edilmiştir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun kullanıldığı voltametrik yöntemin doğruluğu ve kesinliği, aloe-emodin tayini için standart bir metot olan HPLC ile karşılaştırılmıştır. Aloe vera kapsülünde aloe-emodinin Pd-AuNp/Pr/GE elektrotla voltametrik tayini Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun gerçek numueye uygulanabilirliği AdsSWV tekniği kullanılarak bitkisel ilaçtaki aloe-emodinin tayini ile test edilmiştir (Şekil 4.63, Şekil 4.64). Kalibrasyon grafiğinin düşük derişim bölgesinde yapılan deneyde, standart ekleme kalibrasyon grafiği oluşturularak stok numune çözeltisinin aloe-emodin içeriği % 1,74 ± 0,04 olarak

178 152 hesaplanmıştır (Şekil 4. 63). Yüksek derişim bölgesinde yapılan deneyde ise, standart ekleme kalibrasyon grafiği çizilerek numunedeki aloe-emodin içeriği % 1,57 ± 0,09 olarak bulunmuştur (Şekil 4.64). Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrotla standart ekleme yöntemi ile alınan SWV voltamogramlar (A), Standart ekleme grafiği (B) a) 5 μl stok aloe vera numunesi içeren ph 7 fosfat tamponu, b) a + 2,5x10-8 M, c) a + 3x10-8 M, d) a + 3,5x10-8, e) a + 4x10-8 M, f) a + 4,5x10-8 M aloe-emodin (200 s biriktirme) Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrotla standart ekleme yöntemi ile alınan SWV voltamogramlar (A), Standart ekleme grafiği (B) a) 20 μl stok aloe vera numunesi içeren ph 7 fosfat tamponu, b) a + 5x10-8 M, c) a + 1x10-7 M, d) a + 1,5x10-7, e) a + 2x10-7 M, f) a+2,5x10-7 M aloe-emodin (200 s biriktirme)

179 153 Aloe vera kapsülünde aloe-emodinin HPLC ile tayini Literatürde aloe-emodinin HPLC ile tayin edildiği çeşitli çalışmalar mevcuttur [259, 305, 306]. Buradan yola çıkarak aloe-emodin tayini için HPLC referans bir metot olarak kabul edilmiştir. Öncelikle aloe emodinin standart çözeltileri hazırlanarak HPLC deki alıkonma süreleri 3,4 dakika olarak tespit edilmiştir. Daha sonra yukarıda kullanılan stok ilaç numunesinin kromotogramı alınmıştır. Burada da aloe-emodinin piki tespit edilmiş ve numune üzerine standart aloe emodin çözeltileri eklenerek 3,4 dakikadaki pik şiddetleri takip edilmiştir (Şekil 4. 65). Standart ekleme kalibrasyon grafiği oluşturularak stok aloe vera çözeltisinin aloe-emodin içeriği % 1,67 ± 0,09 olarak hesaplanmıştır (Şekil 4. 66). Şekil Standart sekleme yöntemi ile alınan HPLC kromotogramları, a) 0,5 ml Aloe vera numunesi, b) a+1x10-4 M, c) a+2x10-4 M, d) a+3x10-4 M, e) a+5x10-4 M aloeemodin

180 Pik şiddeti y = 87,23x + 57,095 R 2 = 0, C eklenen AE x10 4 (M) Şekil Aloe vera numunesinin HPLC yöntemi ile elde edilen standart ekleme grafiği Aloe vera kapsülündeki aloe-emodin miktarının tayinine yönelik yapılan AdsSWV ve HPLC çalışmalarının sonuçları t-testi ve F-testi kullanılarak istatistiksel olarak karşılaştırılmıştır (Çizelge 4.13). İki metot arasındaki t testi sonucunda t değeri % 95 güvenle tablo değerinden (2,45) daha düşük (2,24) olduğu bulunmuştur. t değerinin tablo değerinden düşük olması iki metotun arasındaki değerlerin farklı olmadığını göstermektedir. İki metot arasındaki F testi değeri de tablo değerinden (6,59) daha düşük olduğu (5,06) bulunmuş ve bu değerin de tablo değerinden düşük olması iki metotun kesinlikleri arasında bir fark olmadığını göstermiştir. Çizelge Aloe vera kapsülündeki aloe-emodin tayini için kullanılan yöntemlerin sonuçları ve sonuçların karşılaştırılması AdsSWV X ort (g/100 g) 1,74 %BSS 2,29 t-testi 2,24[2,45] a F-testi 5,06[6,59] a n 5 Not: a %95 güven seviyesi için t ve F kritik değerler HPLC 1,67 5, Geliştirilen yeni Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun karminik asit tayininde kullanımı Karminik asitin oksidasyon mekanizmasında, antrakinon kısmında yer alan hidrokinon, kateşol grup ve 3-OH grupları ph ya da bağlı olarak aşamalı olarak yükseltgenirler (Şekil 4.67) [240].

181 155 Şekil Karminik asitin molekül formülü Karminik asitin Pd-AuNp/Pr/GE elektrottaki elektrokimyasal davranışı HClO 4 destek elektrolitinde ph 2-6 aralığında farklı ph larda SWV ve CV teknikleri ile araştırılmıştır. Çözelti ph sı karminik asitin anodik pik potansiyeli ve akımına belirgin etki göstermiştir. Pd- AuNp/Pr/GE elektrotta 0,1 M HClO 4 destek elektrolitinde farklı ph larda alınan M karminik asitin SWV voltamogramları Şekil 4.68 de verilmiştir. ph>5,5 de karminik asit için sinyal gözlenmemiştir. Oksidasyon pik potansiyeli artan ph ile daha negatif potansiyellere kaymıştır. Bu durum akım kontrollü elektrot proseslerinde proton katılmasını göstermektedir. Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta farklı ph larda HClO 4 destek elektrolitinde M karminik asitin SWV voltamogramları (a: ph 1,5; b: ph 2,0; c: ph 3,0; d:ph 4,5; e: ph 6,0)

182 156 Farklı ph larda elde edilen SWV voltamogramlarında karminik asidin oksidasyon pikinin pik potansiyelindeki kayma grafiğe geçirildiğinde elde edilen doğrunun eğimi 56 mv/ph olup eşit sayıda elektron ve proton içeren prosesler için beklenen 59 mv/ph değerine yakın çıkmıştır. E p (mv) = -55,7(±0,3) ph + 633,2(±6,0) (r=0.999) Bununla birlikte, karminik asitin Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta 0,1 M HClO 4 de ve 0,4-1,2 V potansiyel aralığında alınan CV voltamogramlarında E a =0,75 V da (E k =0,72 V) tersinir bir oksidasyon piki gözlenmiştir (Şekil 4.69). Tersinir sistemlerde ΔE p = E pa -E pk = 0,059/αn eşitliği geçerli olup α= 1 kabul edilir. Buradan hareketle karminik asitin 0,1 M HClO 4 destek elektrolitinde alınmış CV voltamogramlarına bakıldığında ΔE p =30 mv olduğu gözlenmiş ve karminik asitin indirgenme ve yükseltgenme reaksiyon mekanizmasının 2e- (αn =1,98) varlığında yürüdüğü bulunmuştur. Bu pik kateşol grubun (2e /2H + ) oksidasyonuna atfedilebilir. Bu bulgu literatürdeki bilgilerle de örtüşmektedir (Şekil 4.70) [240, 307]. Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta M karminik asitin farklı tarama hızlarındaki CV voltamogramları (a e: 100, 200, 300, 400, 500 mvs -1 )

183 157 Şekil Karminik asitin kateşol grubunun oksidasyon mekanizması Karminik asitin 0,75 V daki tersinir piki için farklı tarama hızlarında ( mvs -1 ) tarama hızının pik akımına etkisi CV tekniği ile araştırılmıştır (Şekil 4.69). Difüzyon kontrollü elektrot proseslerinde pik akımı ile tarama hızının karekökü arasında doğrusal bir ilişki varken, adsorpsiyon kontrollü reaksiyonlarda pik akımı ile tarama hızı arasında doğrusal bir ilişki vardır. Ayrıca logi p -logv grafiğinin eğim değerinin, adsorpsiyon kontrollü reaksiyonlarda 1,0 difüzyon kontrollü reaksiyonlarda ise 0,5 olması beklenir. Karminik asit için yapılan deneylerde pik akımının hem tarama hızı ile hem de tarama hızının karekökü ile doğrusal bir ilişki olduğu gözlenmiştir (Şekil 4.71a-b). Bununla birlikte, logi p -logv grafiğinden de eğimi 0,61 olan bir doğru elde edilmiştir (Şekil 4.71c). Eğim değerinin 0,5 ile 1 arasında olması bu reaksiyonun adsorpsiyonla karışık difüzyon kontrollü yükseltgenme reaksiyonu olduğunu göstermektedir [ ]. Şekil x10-6 M karminik asitin 0,1 M HClO 4 de alınan CV voltamogramlarındaki oksidasyon pikine ait v-i p (A), v 1/2 -I p (B) ve logv-logi p (C) grafikleri (Tarama hızı = mv s -1 ) Karminik asitin SWV voltamogramlarında tersinir oksidasyon piki (kateşol) PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlarda sırasıyla 0,814 V, 0,776 V ve 0,781 V da gözlenmiştir (Şekil 4.72). Au nanopartikülleri, karminik asit oksidasyonunu katalizlemişir.

184 158 PdNp/Pr/GE elektrotta Pd nanopartiküllerin elektrokatalitik özelliğinden dolayı karminik asit için daha büyük bir anodik pik gözlenmiştir. Bununla birlikte, Pd-Au nanopartiküller gelişmiş katalitik aktivite göstermiştir. Bu durum Au ve Pd un sinerjik etkisinden kaynaklanmaktadır [308, 309]. Pd-Au alaşım nanopartiküllerinde, Pd karminik asit için katalitik element görevi yaparken, Au ise elektron transferi için elektronun iletilmesini kolaylaştırmaktadır. Şekil x10 6 M karminik asit içeren 0,1 M HClO 4 ün farklı elektrotlardaki SWV voltamogramları (a) GE, (b) Pr/GE, (c) PdNp/Pr/GE, (d) AuNp/Pr/GE, (e) Pd- AuNp/Pr/GE Karminik asit tayini için kalibrasyon grafiği Karminik asitin SWV voltamogramlarından elde edilen derişim-pik akım ilişkisine ait kalibrasyon grafiği Şekil 4.76 da verilmiştir. SWV voltamogramlarında 1x x10-6 M derişim aralığında 0,78 V daki tersinir pik akımının derişimle orantılı olarak değiştiği gözlenmiştir (Şekil 4.73). I p (μa)=(2,93±0,03)x10 8 C(M) + 110,33±0,58 (R 2 =0,998±0,004)

185 159 Yüksek eğim değeri (2,93x10 8 μa/m) ve korelasyon sabiti (R=0,99) metotun duyarlılığını yansıtmaktadır. Gözlenebilme sınırı ve tayin sınırı değerleri sırası ile 5,90x10-9 M ve 1,97x10-8 M olarak bulunmuştur. Yöntemin tekrarlanabilirliği 2x10-8 M karminik asitin 5 farklı ölçümünden belirlenmiştir ve yüzde bağıl standart sapma % 0,8 olarak bulunmuştur.

186 I (µa) y = 2,93x + 110,28 R² = 1,00 (B) C Karminik asit x10 8 (M) Şekil A) Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta farklı derişimlerde karminik asit içeren 0,1 M HClO 4 destek elektrolitin SWV voltamogramları a) 0,1 M HClO 4 destek elektrolit, b) a+ 1x10-8 M, c) a+3x10-8 M, d) a+ 5x10-8 M, e) a+ 7x10-8 M, f) a+1,1x10-7 M, g) a+ 2x10-7 M, h) a+ 3x10-7 M, i) a+ 5x10-7 M, j) a+ 7x10-7 M, k) a+ 9x10-7 M, l) a+ 1x10-6 M, B) Kalibrasyon grafiği

187 161 Geliştirilen SWV yöntemi ve karşılaştırmalı standart UV yöntemi ile elde edilen analitik parametreler Çizelge 4.14 de verilmiştir. Karminik asitin sulu çözeltisinin nm dalga boyu aralığında alınan UV-GB absorbsiyon spektumnda 227 nm ve 280 nm de iki belirgin absorpsiyon bandı gözlenmiştir. 280 nm deki absorpsiyon bandı analitik amaçlı kullanılmıştır. Çizelge Karminik asitin tayini için kullanılan SWV ve UV yöntemlerine ait analitik parametreler Parametre SWV UV Dinamik aralık [M] Kesim Eğim Korelasyon katsayısı, r Gözlenebilirlik sınırı, LOD [M] Tayin sınırı, LOQ [M] BSS [%] (n=5) 1, , ,33 2, ,99 5, , ,80 1, , ,005 1, ,99 5, , ,21 Karminik asit için tayin parametreleri geliştirlen yöntem ve literatürdeki diğer çalışmalar ile karşılaştırılmış ve sonuçlar Çizelge 4.15 de verilmiştir. Geliştirilen Pd-AuNp/Pr/GE elektrot geniş konsantrasyon aralığı ve düşük LOD ile tayin imkanı sunmuş, aloe-emodin için duyarlı bir elektrot olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Çizelge Karminik asit tayini için kullanılan farklı elektrotların karşılaştırılması Elektrot Metot Doğrusallık aralığı (M) LOD Literatür HMDE DPV 5,0x ,25x10-7 1,43x10-9 [242] DME CP 5, , ,80x10-7 [244] Pd-AuNp/Pr/GE SWV 1,0x ,0x10-6 5,90x10-9 Bu çalışma DME damlayan cıva elektrot, HMDE asılı cıva damlası elektrodu; Pd-AuNp/Pr/GE Paladyum-Altın bimetalik nanopartikül ve poliprolin modifiye elektrot Şeker numunesinde karminik asit analizi Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun uygulanabilirliği şeker numunesinde karminik asit tayini yapılarak test edilmiştir.

188 162 1,6670 g draje şekerin kırmızı renkli kaplaması suda çözülerek hazırlanan çözelti 10 kat seyreltilerek kullanılmıştır. 10 ml 0,1 M HClO 4 destek elektrolit içeren hücreye, bu seyreltik çözeltiden 50 µl eklenerek alınan SWV voltamogramlarda karminik asitin 0,78 V daki yükseltgenme piki gözlenmiştir. Numunenin voltamogramı alındıktan sonra karminik asit standart çözeltisinden artan derişimlerde eklenerek voltamogramları alınmıştır (Şekil 4. 74). Standart ekleme kalibrasyon grafiği çizilerek numunedeki karminik asit içeriği % 0,105 ± 0,010 olarak bulunmuştur. Şekil Pd-AuNp/Pr/GE elektrotla standart ekleme yöntemi ile alınan SWV voltamogramlar (A), standart ekleme grafiği (B) a) 50 μl şeker numunesi (10 kat seyreltilmiş stok numune çözeltisi) içeren 0,1 M HClO 4 destek elektrolit, b) a + 5x10-8 M, c) a + 2x10-7 M, d) a + 2,5x10-7 M, e) a + 3x10-7 M karminik asit Literatürde karminik asitin UV-GB spektroskopik yöntemle tayinin yapıldığı çalışma mevcuttur [260, 261]. Buradan yola çıkarak karminik asit tayini için UV-GB sektroskopisi referans bir metot olarak kabul edilmiştir. Karminik asit in UV-GB spektrumunda nm dalga boyu aralığında 227 nm ve 280 nm de iki absorpsiyon bandı ve 316 nm de omuz şeklinde bir absorpsiyon bandı gözlenmektedir. Bu bandlardan 280 nm deki analitik amaçlı kullanılmıştır. Hazırlanan stok şeker numunesi 100 kat seyreltilerek 2 şer ml alınıp, üzerine artan derişimlerde karminik asit standart çözeltisi eklenerek hacim 5 ml ye tamamlanmıştır. Bu şekilde elde edilen UV-GB spektrumları Şekil 4.75 de verilmiştir. Standart ekleme kalibrasyon grafiği çizilerek numunedeki karminik asit içeriği % 0,102 ± 0,015 olarak bulunmuştur.

189 163 Şekil Standart ekleme yöntemi ile alınan UV spektrumlar (A), Standart ekleme grafiği, a) şeker numunesi, b) a+ 2x10-6 M, c) a+ 4x10-6 M, d) a+ 6x10-6 M, e) a+ 8x10-6 M, f) a+ 1x10-5 M karminik asit Voltametrik ve spektroskopik yöntemle bulunan sonuçlar istatiksel olarak karşılaştırılmıştır (Çizelge 4. 16). İki metot arasındaki t testi sonucunda t değeri % 95 güvenle tablo değerinden (2,31) daha düşük (0,33) olduğu bulunmuştur. t değerinin tablo değerinden düşük olması iki metotun arasındaki değerlerin farklı olmadığını göstermektedir. İki metot arasındaki F testi değeri de tablo değerinden (5,05) daha düşük (1,59) olduğu bulunmuş ve bu değerin de tablo değerinden düşük olması iki metotun kesinlikleri arasında bir fark olmadığını göstermiştir. Çizelge Şeker numunesindeki karminik asit tayini için elde edilen sonuçlar Bulunan (%) BSS(%) t testi F testi n a %95 güven seviyesi için t ve F kritik değerler SWV 0,105 9,52 0,33 [2,31] a 1,59[5,05] a 6 UV 0,102 14, Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun kararlılık, tekrarlanabilirlik ve girişim çalışmaların kararlılık ve tekrarlanabilirlik elektrot performansının önemli unsurlarıdır. Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun tekrarlanabilirliğinin araştırılması için 5x10-7 M karminik asit içeren 0,1 M HClO 4 ün SWV voltamogramı aynı elektrotla 6 kez çekilmiştir. Elde edilen akım değerlerinin %BSS=1,76

190 164 bulunmuştur. Bu durum elektrodun karminik asit tayininde tekrar tekrar kullanılabileceğini göstermektedir. Elektrodun saklama karalılığı yani raf ömrü de incelenmiştir. Desikatör içerisinde 2 hafta saklanan elektrodun alınan voltamogramında elde edilen akım değeri, başlangıç akım değerinin %96 sı kadardır. 1 ay sonra %90 ı kadar akım değeri okunmuştur. Bu durum da elektrodun çok iyi bir kararlılığa sahip olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte karminik asit tayini geliştirilen metotun seçiciliğini kontrol etmek için şeker numunesinde bulunabilecek bazı organik bileşikler varlığında 5x10-7 M karminik asitin voltamogramları alınmış ve bu türler varlığında herhangi bir girişim olmadığı görülmüştür.

191 SONUÇ VE ÖNERİLER Bu tez çalışmasında, yeni monometalik ve bimetalik nanopartikül modifiye grafit elektrotlar geliştirilmiştir. Geliştirilen elektrotlar SWV, CV, EIS, SEM, EDX, XPS, FTIR yöntemleri ile karakterize edilmiş ve değişik biyolojik öneme sahip bileşiklerin tayinleri için analitik uygulanabilirliği araştırılmıştır. Bu doğrultuda gerçekleştirilen çalışmalar temel olarak dört ana başlıkta yürütülmüştür. Birinci aşamada, çoklu CV ve elektroliz yöntemleriyle PdNp lerin elektrokimyasal sentezi gerçekleştirilerek monometalik PdNp/GE elektrotlar hazırlanmıştır. Hazırlanan elektrotların CV voltamogramlarından elektrot yüzeyinde PdNp oluşumunu gösteren karakteristik pikler analiz edilmiştir. PdNp/GE elektrotların elektrokimyasal parametreleri, PdNp nin oluşumunu gösteren piklerin potansiyellerine ve pik akımlarına destek elektrolitin cinsinin, ph nın, başlangıç ve bitiş potansiyellerinin etkisi olduğu bulunmuştur. PdNp/GE elektrot aloe-emodin tayininde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Aloe-emodinin -0,368 V daki anodik pik akımının GE ye göre 2,5 kat arttığı, PdNp ile modifiye edilen elektrodun daha büyük elektroaktif yüzey alanına sahip olduğu ve elektron transferinin daha hızlı olduğu görülmüştür. İkinci aşamada, monometalik PdNp/GE elektrodun kararlılığını artırmak ve uniform, homojen bir yüzeye sahip elektrot elde etmek için GE elektrodun yüzeyinin polimerle kaplanması planlanmıştır. Bu amaçla, GE yüzeyi L-prolinin elektropolimerizasyonu ile modifiye edilmiş ve biyouyumlu olduğu düşünülen Pr/GE elektrotlar hazırlanmıştır. Pr/GE elektrodun hazırlanması için gerekli en uygun şartların belirlenmesi için çeşitli parametrelerin (döngü sayısı, L-prolin derişimi, tarama hızı, tarama potansiyel aralığı vb.) etkisi incelenmiştir. En uygun şartlarda hazırlanan Pr/GE elektrotlar FTIR, CV ve EIS teknikleriyle karakterize edilmiştir. Elde edilen bulgular, L-prolinin GE elektrot yüzeyinde başarıyla polimerleştirilmesiyle bu elektrodun kapasitans, elektron transfer hızı, admitans vb. elektrokimyasal özelliklerinde önemli iyileşmeler sağladığını göstermiştir. Kolay ve düşük maliyet ile hazırlanabilen Pr/GE modifiye elektrotların iyi bir biyo uyumluluğa sahip olmaları nedeniyle literatüre katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

192 166 Üçüncü aşamada, çoklu CV ve elektroliz yöntemleri ile Pr/GE elektrotlar yüzeyinde PdNp ler sentezlenerek yeni monometalik PdNp/Pr/GE elektrotlar geliştirilmiştir. PdNp/Pr/GE elektrotlar SEM, EIS ve CV teknikleriyle karakterize edilmiştir. Her iki yöntemle de hazırlanan PdNp/Pr/GE elektrodun SEM görüntülerinde, PdNp partiküllerinin homojen dağıldığı, uniform (çoklu CV yöntemi ile nm; elektroliz yöntemi ile nm aralığında) partiküller oluştuğu gözlenmiştir. Bu durum, prolinin PdNp ile modifiye edilen elektrotların yüzey morfolojisine önemli etkisi olduğunu açıkça göstermiştir. CV çalışmaları sonucunda PdNp/Pr/GE elektrodun performansının GE, Pr/GE ve PdNp/GE elektrotlara göre daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Bu sonucun PdNp/Pr/GE elektrodun diğerlerine kıyasla daha büyük elektroaktif yüzey alanına sahip olması ve yapılan modifikasyon neticesinde hem L-prolinin hem de paladyumun elektron transferini hızlandırmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. EIS sonuçlarından da, PdNp/Pr/GE elektrotta elektron transfer direncinin GE, Pr/GE ve PdNp/GE elektrotlara göre daha düşük, kapasitans değerinin ise daha yüksek olduğunun tespit edilmesi ile PdNp/Pr/GE elektrodun daha iyi performansa sahip olduğu kanıtlanmıştır. Geliştirilen PdNp/Pr/GE elektrodun fenolik bileşik olan kurkumin tayininde uygulanabilirliği denenmiştir. Kurkumin tayini için, 5,0x ,0x10-7 M derişim aralığında doğrusallık saptanmış ve LOD değeri 1,2x10-9 M olarak bulunmuştur. Ayrıca, PdNp/Pr/GE elektrodun kurkumin varlığında alınan EIS eğrilerinde, kurkumin derişimi arttıkça Nyquist eğrilerinin yarıçaplarının arttığı, bu artışın da 5x x10-6 M derişim aralığında doğrusal olduğu bulunmuştur. LOD değeri de 4,60x10-8 M olarak tespit edilmiştir. Buradan yola çıkarak, PdNp/Pr/GE elektrodun kurkuminin EIS yöntemi ile tayini için önemli bir avantaj sunduğu ve alternatif bir metot olarak kullanılabileceği gösterilmiştir. Dördüncü aşamada, çoklu CV ve elektroliz yöntemleri ile Pr/GE elektrotlar yüzeyinde Pd-Au bimetalik nanopartiküller sentezlenerek yeni bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlar geliştirilmiştir. Geliştirilen Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun morfolojik özellikleri (SEM, XPS), elektrokimyasal davranışları (EIS ve CV) ve performansı (SWV, CV)

193 araştırılmıştır. Bu özelliklerini karşılaştırmak için aynı şartlar kullanılarak monometalik PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE elektrotlar da hazırlanarak karakterize edilmiştir. 167 Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun CV voltamogramı, monometalik PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE elektrodun CV voltamogramları ile karşılaştırıldığında paladyum oksitlerinin indirgenmesine ait pikin pozitif potansiyellere, altın oksitlerinin indirgenmesine ait pikin ise negatif potansiyellere kaydığı görülmüştür. Bu bulgu literatür bilgileri ile örtüşmekte olup, Pr/GE elektrot yüzeyinde bimetalik nanopartiküllerin oluşumunu göstermektedir. Elektroliz yöntemiyle hazırlanan Pd- AuNp/Pr/GE elektrot da aynı davranışı göstermiştir. Değişik oranlarda PdCl 2 /HAuCl 4 çözeltileri ile hazırlanmış elektrotlardan en yüksek kapasitans değeri 3:1 oranında Pd:Au hazırlanan elektrotta elde edilmiştir. Bu sonuç, bimetalik elektrotların hazırlanmasında metal çözeltilerinin bileşiminin önemli olduğunu göstermiştir. Çoklu CV yöntemi ile hazırlanan monometalik PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve bimetalik Pd-AuNp/Pr/GE elektotların SEM görüntüleri ile prolinsiz PdNp/GE, AuNp/GE ve Pd- AuNP/GE elektrotların SEM görüntüleri karşılaştırıldığında, mono ve bimetalik elektrotlarda prolinin partikül boyutlarına ve dağılımına önemli etkisi olduğu, agregasyonu engellediği görülmüştür. Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta Pd-AuNp lerin hem elektrot yüzeyindeki dağılımın hem de partikül boyutlarının oldukça homojen olduğu görülmüştür. Pd-AuNp lerin ortalama boyutları nm aralığındadır. Elektroliz yöntemiyle hazırlanan monometalik ve bimetalik elektotların SEM görüntülerinde de benzer bulgular elde edilmiştir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun EDX analizinde bimetalik nanopartiküllerde Pd ve Au iki bileşenin de varlığı gözlenmiştir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun XPS spektrumunda, Pd 0 un 3d 3/2 ve 3d 5/2 spinlerindeki elektronlara ait karakteristik pikleri (340,75 ev ve 336,00 ev) ile Au 0 ın 4f 5/2 ve 4f 7/2 spinlerindeki elektronlara ait karakteristik pikler (87,75 ev ve 84,00 ev) gözlenmiştir. Bu bulgular, elektrot yüzeyinde Pd-AuNp lerin varlığını desteklemiştir. [Fe(CN) 6 ] 4-/3- çözeltisinin, PdNp/Pr/GE, AuNp/Pr/GE ve Pd-AuNp/Pr/GE elektrotlardaki anodik SWV voltamogramlarında en yüksek pik akımının Pd-AuNp/Pr/GE elektrotta elde edildiği gözlenmiştir. Bu durum, bimetalik Pd-Au nanopartiküllerin, Au ve Pd monometalik nanopartiküllere göre daha yüksek aktiviteye sahip olduğunu göstermiştir. EIS den elde edilen bulgulardan, Pd-AuNp/Pr/GE un kapasitans değerinin, yük transfer

194 168 hızının ve admitansının monometalik nanopartikül modifiye diğer elektrotlara göre daha büyük olduğu ve yük transfer direnci ile iyon transfer direncinin daha düşük olduğu görülmüştür. Bu sonuç, Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun elektrokimyasal özelliklerinin (kapasitans, yük transfer direnci, elektron transfer hızı, admitansı vb.) monometalik PdNp/Pr/GE ve AuNp/Pr/GE elektrotlara göre oldukça iyileşmiş olduğunu göstermiştir. Pd-AuNp/Pr/GE elektrodun analitik uygulamaları için fenolik bileşiklere karşı duyarlı olup olmadığı konusunda araştırmalar yapılmıştır. Bu amaçla, karminik asit, aloe-emodin, askorbik asit, resorsinol, nordihidroguaretik asit, dopamin bileşiklerinin tayini denenmiştir. Elektrodun aloe-emodin ve karminik asit için yüksek katalitik aktivite gösterdiği tespit edilmiş olup, bu maddelerin tayinine yönelik çalışmalar detaylı olarak yapılmış ve gerçek numunelere başarıyla uygulanmıştır. Sonuç olarak bu tez kapsamında yürütülen çalışmalar, Elektrokimyasal yöntemler ile PdNp lerin GE elektrot yüzeyinde başarıyla sentezlenebileceğini ve PdNp lerin GE elektrodun elektrokimyasal özelliklerini ve performansını iyileştirdiğini, L-prolinin GE yüzeyinde elektrokimyasal olarak polimerleştirilebileceğini ve böylece GE elektrodun biyouymululuğunun arttırılabileceğini, GE elektrotların poliprolinle modifikasyonunun metal nanopartiküllerin büyüme hızınının ve boyutlarının kontrolünde etkili olduğunu, agregasyonu engellediğini, prolinsiz elektrotlara göre elektrot performansını arttırdığını, Pd-Au bimetalik nanopartiküllerin poliprolin modifiye elektrotlar yüzeyinde elektrokimyasal yöntemlerle sentezlenebileceğini, bimetalik nanopartikül modifiye elektrotların elektrokimyasal özelliklerinin monometaliklere göre iyileştiğini, yüksek duyarlılık, hızlı cevap süresi, geniş doğrusallık aralığı ve tekrarlanabilirliğe sahip elektrotların geliştirilebileceğini, bu elektrotların çeşitli biyolojik öneme sahip bileşiklerin tayininde başarı ile kullanılabileceğini göstermiştir. Bu bilgiler ışığında, tarafımızca geliştirilen yeni poliprolin bazlı nanopartikül modifiye elektrotların, yeni algılama cihazlarının, elektrokimyasal sensörlerin ve biyosensörlerin geliştirilmesine yönelik çalışmalara temel oluşturacağı ve literatüre önemli katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

195 Geliştirilen bu yeni çalışma elektrotları, kimya, biyoloji, tıp, ilaç bilimi, çevresel uygulamalar ve daha birçok alandaki elektrokimyasal araştırmalar ve incelemeler için önem arz etmektedir. 169 Tez kapsamında yürütülen çalışmalardan üretilen yayınlar; Arslan E., Çakır S., Electrochemical Determination of Aloe-Emodin Using Bimetallic Nanoparticles Modified Electrode (Pd-AuNps/Poly(Pr)/GE), adlı makale haline getirilmiştir. Analytical Science dergisinde değerlendirme aşamasındadır. Arslan E., Çakır S., Electrochemical fabrication of polyproline modified graphite electrode decorated with Pd Au bimetallic nanoparticles: Application for determination of carminic acid, Journal of Electroanalytical Chemistry 760 (2016) Arslan E., Çakır S., A novel palladium nanoparticles-polyproline-modified graphite electrode and its application for determination of curcumin, J Solid State Electrochem (2014) 18:

196 170

197 171 KAYNAKLAR 1. Rao, J. P., Geckeler, K.E. (2011). Polymer nanoparticles: Preparation techniques and size-control parameters. Progress in Polymer Science, 36, Cohen-Sela, E., Chorny, M., Koroukhov, N., Danenberg, H.D., and Golomb, G. (2009). A new double emulsion solvent diffusion technique for encapsulating hydrophilic molecules in PLGA nanoparticles. Journal of Control Release, 19, 133(2), Chan, W.C. (2006). Bionanotechnology progress and advances. Biology of Blood and Marrow Transplant, 12, Kreuter, J. (2004). Influence of the surface properties on nanoparticle-mediated transport of drugs to the brain. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 4, Govender, T., Riley, T., Ehtezazi, T., Garnett, M.C., Stolnik, S., Illum, L., and Davis, S.S. (2000). Defining the drug incorporation properties of PLA PEG nanoparticles. International Journal of Pharmaceutics, 199, Chen, Y., Mohanraj, V.J., and Parkin, J.E. (2003). Chitosan-dextran sulfate nanoparticles for delivery of an anti-angiogenesis peptide. International Journal of Peptide Research and Therapeutics, 10, Panyam, J., Williams, D., Dash, A., Leslie Pelecky, D., and Labhasetwar, V. (2004). Solid state solubility influences encapsulation and release of hydrophobic drugs from PLGA/PLA nanoparticles. Journal of Pharmaceutical Sciences, 93, Freitas, R.A. (2005). What is nanomedicine? Nanomedicine, 51, Kunzmann, A., Andersson, B., Thurnherr, T., Krug, H., Scheynius, A., and Fadeel, B. (2011). Toxicology of engineered nanomaterials: Focus on biocompatibility, biodistribution and biodegradation. Biochimica et Biophysica Acta, 1810, Sahoo, S. K., Parveen, S., and Panda, J. J. (2007). The present and future of nanotechnology in human health care. Nanomedicine, 3, Singh, N., Manshian, B., Jenkins, G.J.S., Griffiths, S., Williams, P.M., Maffeis, T.G., Wright, C.J. and Doak, S.H. (2009). NanoGenotoxicology: the DNA damaging potential of engineered nanomaterials. Biomaterials, 30(23-24), Gök Metin, Z. ve Özdemir, L. (2015). Nanoteknolojinin Sağlık Alanında Kullanımı ve Hemşirenin Sorumlulukları. Anadolu Hemşirelik ve Sağlık Bilimleri Dergisi, 18, Hernandez-Santos, D., Diaz-Gonzalez, M., Gonzalez-Garcia, M.B. and Costa-Garcia, A. (2004). Enzymatic genosensor on streptavidin modified screen-printed carbon electrodes. Analytical Chemistry, 76,

198 Wang, J. (2003). Nanoparticle-based electrochemical DNA detection. Analytica Chimica Acta, 500, Katz, E., Willner, I. and Wang, J. (2004). Electroanalytical and Bioelectroanalytical Systems Based on Metal and Semiconductor Nanoparticles. Electroanalysis, 16(1-2), Luo, X. Morrin, A. Killard, A. J. and Smyth, M. R. (2006). Applications of nanoparticles in electrochemical sensors and biosensors. Electroanalysis, 18, Shipway, A. N., Katz, E. and Willner I. (2000). Nanoparticle arrays on surfaces for electronic, optical, and sensor applications. Chemphyschem, 4, 1(1), Wang, J. (2005). Nanomaterial-based electrochemical biosensors. Analyst, 130(4), Kimling, J. Maier, M., Okenve, B.V., Kotaidis, H. and Plech, A. (2006). Turkevich Ballot method for gold nanoparticle synthesis revisited. Journal of Physical Chemistry B, 17, 110(32), Templeton, A. C., Wuelfing, W. P. and Murray, R. W. (2000). Monolayer-protected Cluster Molecules. Accounts of Chemical Research, 33, Zanchet, D., Micheel, C. M., Parak, W. J., Gerion, D. and Alivisatos, A. P. (2001), Electrophoretic isolation of discrete Au nanocrystal/dna conjugates. Nano Letters, 1, Mingyong, C. And Xinying, M. (2015). Simultaneous electrocatalytic determination of lead and cadmium ions employing a poly(methylene blue)/graphene modified glassy carbon electrode. Russian Journal of Electrochemistry, 51(1), Zang, L., Qiu, J., Yang, C. and Sakai, E. (2016). Preparation and application of conducting polymer/ag/clay composite nanoparticles formed by in situ UV-induced dispersion polymerization. Scientific Reports, 6, Attiaa, M. F., Azibb, T., Salmib Z., Singh. A., Decorseb, P., Battaglinib, N., Lecoqb, H., Omastovád, M., Higazya, A. A., Elshafeia, A. M., Hashema, M. M. and Chehimi, M. M. (2013). One-step UV-induced modification of cellulose fabrics by polypyrrole/silver nanocomposite films. Journal of Colloid and Interface Science, 393(1), Chitravathi, S., Kumara Swamy, B.E., Mamatha, G.P. and Sherigara, B.S. (2011) Simultaneous electrochemical determination of dopamine and ascorbic acid using poly (l-serine) modified carbon paste electrode. Journal of Molecular Liquids, 160(3), Wang, Z. (2009). Electrochemical Investigation of Methyl Parathion at a Poly-Lcysteine Film-modified Glassy Carbon Electrode. Chemia Analityczna, 54,

199 27. Xu, Q., Sun, M., Du, Q.X., Bian, X.J, Chen, D. and Hu, X.Y. (2009). Tailoring the Electrode by Cysteic Acid for Sensitive Determination of Adenine in Vitamin B4 Tablet, Current Pharmaceutical Analysis, 5, Cao, Y., Liu X., Hui H., Huangh, H., Zhang, Xue-yu and Zhang, Z. (2009). Electrocatalytic Determination of Dopamine in the Presence of Ascorbic Acid by Poly- L-proline and Ferricyanide Compound Film Modified Electrode. Chemical Research Chinese Universities, 25(6), Vo-Dinh T. (2007). Nanotechnology in biology and medicine: methods, devices, and applications. NewYork: RC Press, Taylor&Francis Group, (8), Marx, S. and Baiker, A. (2009). Beneficial Interaction of Gold and Palladium in Bimetallic Catalysts for the Selective Oxidation of Benzyl Alcohol. Journal of Physical Chemistry C, 113 (15), Jiang H.L. and Xu Q. (2011). Recent progress in synergistic catalysis over heterometallic nanoparticles. Journal of Materials Chemistry, 21, Xu, J.B., Zhao, T.S., Shen, S.Y. and Li, Y.S. (2010). Stabilization of the palladium electrocatalyst with alloyed gold for ethanol oxidation. International Journal of Hydrogen Energy, 35(13), Toshima N., Yan H., Shiraishi, Y. (2011). Metal Nanoclusters in Catalysis and Materials Science: The Issue of Size Control. (edt. Corain B, Schmid G, Toshima N), Amsterdam: Elsevier, Kuai, L., Yu, X., Wang, S., Sang, Y. and Geng, B. (2012). Au Pd Alloy and Core Shell Nanostructures: One-Pot Coreduction Preparation, Formation Mechanism, and Electrochemical Properties. Langmuir, 28 (18), Celorrio, V., Montes de Oca, M. G., Plana, D., Moliner, R., Lázaro, M. J., Fermin and D. J. (2012). Effect of Carbon Supports on Electrocatalytic Reactivity of Au Pd Core Shell Nanoparticles. Journal of Physical Chemistry C, 116 (10), Hong J. W., Kim D., Lee Y.W, Kim W., Kang S.W. and Han S.W. (2011). Atomic- Distribution-Dependent Electrocatalytic Activity of Au Pd Bimetallic Nanocrystals. Angewandte Chemie, 123(38), Lan, Y., Luo H., Ren X., Wang Y. and Liu Y. (2012). Anodic stripping voltammetric determination of arsenic(iii) using a glassy carbon electrode modified with goldpalladium bimetallic nanoparticles. Microchimica Acta, 178(1), Qian L. and Yang X. (2008). Dendrimer films as matrices for electrochemical fabrication of novel gold/palladium bimetallic nanostructures. Talanta, 74(5), Tang J., Tian X. C., Pang W. H., Liu Y. Q. and Lin J. H. (2012). Codeposition of AuPd bimetallic nanoparticles on to ITO and their electrocatalytic properties for ethanol oxidation. Electrochimica Acta. 81,

200 Kalantar-zadeh, K., Fry, B. (2008). Nanotechnology-Enabled Sensors. New York: Springer Science & Business Media, Yıldız, A., Genç, Ö. (1993). Entrümental analiz, Ankara: Hacettepe Üniversitesi Yayınları, Zuman, P., Brezina, M. (1962). Polarographic Analysis in Pharmacy. Progress in Polarography (2th Ed.), New York: Intersence Publishers, 2, Kissinger, P. T., Heineman, W.R. (1996). Laboratory Techniques in Electroanalytical Chemistry (2nd Ed.), New York: Marcel Dekker Inc., Wang, J. (2000). Analytical Electrochemistry (2nd Edition), New York: Wiley&Sons Inc., Henden, E., Gökçel, H.İ., Ertaş, F.N. (2001). Eser Analiz, İzmir: Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Bölümü Analitik Kimya Anabilimdalı, Skoog, D.A., Holler, F.L., Nieman, T.A., (1998). Principles of Intrumental Analysis. (Çeviri Editörleri: Kılıç, E., Köseoğlu, F., Yılmaz, H., Enstrümental Analiz İlkeleri) 1. baskı. Ankara: Bilim Yayıncılık Ltd. Şti., Bard, A.J., Faulkner, L.R. (2001). Electrochemical Methods Fundamentals and Applications. New York: John Wiley& Sons. Inc., Pillay, J. (2010). Electrochemical properties of self-assembled films of single-walled carbon nanotubes, monolayer-protected clusters of gold nanoparticles and iron (II) phthalocyanines at gold electrodes, PhD Thesis, University of Pretoria, Chemistry Department, South Africa, Pretoria, Zuman, P. and Heyrovsky, J. (1992). Develpments leading to square wave and pulse polarography, Analyst, 117, Zuman, P., (1998). Polarografi Semineri Ders Notları, Ankara: Gazi Üniversitesi. 51. Bard, A. J. (1983) Chemical modification of electrodes, electrode development. Journal of Chemical Education, 60(4), Murray, R. W. (1983). Electroanalytical Chemistry. (Editor: Bard, A. J.), New York: Marcel Dekker Inc Murray, W.R. (1980). Chemically modified electrodes, Accounts of Chemical Research, 13(5), Zak, J. and Kuwana, T. (1983). Chemically modified electrodes and electrocatalysis. Journal of Electroanalytical Chemistry, 150, Cox, J. A., Jaworski, R. and Kulesza, P. J. (1991). Electroanalysis with electrodes modified by inorganic films. Electroanalysis, 3,

201 56. Güney, S. (2010). Modifiye Elektrotların Geliştirilmesi ve Voltametrik Tayinlerde Kullanımlarının İncelenmesi, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Barendrecht, E. (1990). Chemically and physically modified electrodes: Some new developments. Journal of Applied Electrochemistry, 20(2), Netzer, L. and Sagiv, J. (1983). A new approach to construction of artificial monolayer assemblies. Journal of American Chemistry Society, 105, Watkins, B.F., Behling, J.R., Kariv, E. and Miller, L.L. (1975). Chiral electrode, Journal of American Chemistry Society, 97, Diab, N., Oni, J. and Schuhmann, W. (2005). Electrochemical nitric oxide sensor preparation: a comparison of two electrochemical methods of electrode surface modification. Bioelectrochemistry, 66, Deng, C., Li, M., Xie, Q., Liu, M., Tan, Y. Xu, X. and Yao, S. (2006). New glucose biosensor based on a poly(o-phenylendiamine)/glucose oxidase-glutaraldehyde/prussian blue/au electrode with QCM monitoring of various electrode-surface modifications. Analytica Chimica Acta, 557, Chen, Z., and Zhou, Y. (2006). Surface modification of resistance welding electrode by electro-spark deposited composite coatings: Part I. Coating characterization. Surface Coating Technology, 201, Pyun, S.I. and Bae, J.S. (1997). Electrochemical lithium intercalation into vanadium pentoxide xerogel film electrode. Journal of Power Sources, 68, Honeychurch, K.C., Hart, J.P., Cowell, D.C. and Arrigan, D.W.M. (2001). Voltametric studies of lead at calixarene modified screen-printed carbon electrodes and its trace determination in water by stripping voltammetry. Sensors and Actuators B, 77, Sivakumar, C., Nian, J.N. and Teng, H. (2005). Poly(o-toluidine) for carbon fabric electrode modification to enhance the electrochemical capacitance and conductivity. Journal of Power Sources, 144, Munoz, E., Heras, M.A., Colina, A.I., Ruiz, V. and Lopez Palacios, J. (2007). Electropolymerization of aniline on polyaniline-modified electrodes under hydrodynamic conditions. Electrochemica Acta, 52, Roy, P. R., Saha, M. S., Okajima, T. and Ohsaka, T. (2004). Electrooxidation and amperometric detection of ascorbic acid at GC electrode modified by electropolymerization of N-N-dimethylaniline, Electroanalysis, 16(4), Yu, Z., Li, X., Wang, X., Li, J. and Cao, K. (2011). Studies on the Electrochemical Behaviors of Epinephrine at a Poly(l-aspartic acid) Modified Glassy Carbon Electrode and Its Analytical Application. International journal of Electrochemical Science, 6,

202 Jiang, C., Yang, T., Jiao, K. and Gao, H. (2008). A DNA electrochemical sensor with poly-l-lysine/single-walled carbon nanotubes films and its application for the highly sensitive EIS detection of PAT gene fragment and PCR amplification of NOS gene. Electrochimica Acta, 53, Davydova E. G., Kotova D. L., Krysanova T. A. and Selemenev V. F. (2005). Spectrophotometric Determination of Proline in Aqueous Solutions. Journal of Analytical Chemistry, 60, Roman, T., Dino, W.A., Nakanishi, H. and Kasai, H. (2006). Amino acid adsorption on single-walled carbon nanotubes. European Physical Journal, 38, Piao, L., Liu, Q., Li, Y. and Wang, C. (2008). Adsorption of l-phenylalanine on Single- Walled Carbon Nanotubes. Journal of Physical Chemistry C, 112, Oyama M. (2010). Recent Nanoarchitectures in Metal Nanoparticle-modified Electrodes for Electroanalysis. Analytical Science, 26, Finot, M.O., Braybrook, G.D. and McDermott M.T (1999). Characterization of electrochemically deposited gold nanocrystals on glassy carbon electrodes. Journal of Electroanalytical Chemistry, 466, Bicelli, L.P., Bozzini, B., Mele, C. and Durzo, L. (2008). A Review of Nanostructural Aspects of Metal Electrodeposition. International Journal of Electrochemical Science, 3, Cerezo, A., Abraham, M., Clifton, P., Lane, H., Larson D.J., Petford-Long, A.K., Thuvander, M., Warren, P.J. and Smith, G.D.W. (2001). Three-dimensional atomic scale analysis of nanostructured materials. Micron, 32, Cherkaoui, M., Chassaing, E. and Vu Quang, K. (1988). Pulse plating of Ni-Cu alloys. Surface and Coating Technology, 34, Safavi, A. and Farjami, F. (2011). Electrodeposition of gold platinum alloy nanoparticles on ionic liquid chitosan composite film and its application in fabricating an amperometric cholesterol biosensor. Biosensors and Bioelectronics, 26, Che, X., Yuan, R., Chai, Y., Ma, L., Li, W. and Li, J. (2009). Hydrogen peroxide sensor based on horseradish peroxidase immobilized on an electrode modified with DNA-Lcysteine-gold-platinum nanoparticles in polypyrrole film. Microchimica Acta, 167, Zhuo, Y., Yuan, R., Chai, Y., Zhang, Y., Wang, N., Li, X., Zhu, Q. and Wang, N. (2005). An amperometric immunosensor based on immobilization of hepatitis B surface antibody on gold electrode modified gold nanoparticles and horseradish peroxidase. Analytica Chimica Acta, 548, Chu, X., Duan, D., Shen, G. and Yu, R. (2007). Amperometric glucose biosensor based on electrodeposition of platinum nanoparticles onto covalently immobilized carbon nanotube electrode. Talanta, 71,

203 82. Zhang, M., Yuan, R., Chai, Y., Chen, S., Zhong, H., Wang, C. and Cheng Y. (2012). A biosensor for cholesterol based on gold nanoparticles-catalyzed luminol electrogenerated chemiluminescence. Biosensors and Bioelectronics, 32(2012), Eustis, S. and El-Sayed, M. A. (2006). Why gold nanoparticles are more precious than pretty gold: Noble metal surface plasmon resonance and its enhancement of the radiative and nonradiative properties of nanocrystals of different shapes. Chemical Society Reviews, 35, Sickafus, K. E., Brundle, C. R., Evans, C. A. and Wilson, E. S. (1992). Encyclopedia of materials characterization, USA: Butterworth-Heinemann Inc., Larry, D. and Hanke, P. E., (2006). Handbook of Analytical Methods For Materials, Playmouth: Materials Evaluation and Engineering, Inc., Goldstein, J., Newbury, D.E., Joy, D.C., Lyman, C.E., Echlin, P., Lifshin, E., Sawyer, L. and Michael, J.R. (2003). Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis (Third Edition), New York: Springer US, Springer Science Business Media, Gündüz, T. (1988). İnstrümental Analiz, Ankara: Ankara Üniversitesi, Fen Fakültesi Yayınları. 88. Gauglitz, G., Vo Dinh, T. (2003). Handbook of Spectroscopy (First Edition), Weinheim: Wiley VCH, Pir, H. (2013). Bazı Piridin ve Pirimidin Bileşiklerinin Geometrik, Elektronik ve Spektroskopik Özelliklerinin Teorik Olarak İncelenmesi, Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, Turan, A.A., Üstündag, Z., Solak, A.O., Kılıç, E. and Avseven, A. (2008).Characterization of a 2-Benzo[c]cinnoline Modified Glassy Carbon Electrode by Raman Spectroscopy, Electrochemical Impedance Spectroscopy and Ellipsometry. Electroanalysis, 20, Olowu, R. A., Arotiba, O., Mailu, S. N., Waryo, T. T., Baker, P. and Iwuoha, E. (2010). Electrochemical Aptasensor for Endocrine Disrupting 17β-Estradiol Based on a Poly(3,4-ethylenedioxylthiopene)-Gold Nanocomposite Platform, Sensors, 10, Erbil, M. (1987). Alternatif Akım (A.C.) Empedansı Yöntemiyle Korozyon Hızı Belirlenmesi, Doga Journal of Turkish Chemistry, 11(3), Erdoğan, E. (2006). Bakır Destekli Polianilin ve Polipirol Elektrotların Hazırlanması ve Özellikleri, Yüksek Lisans Tezi, Mersin Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Mersin,

204 Mahato, N. and Singh, M.M. (2011). Investigation of passive film properties and pitting resistance of AISI 316 in aqueous ethanoic acid containing chloride ions us ing elect rochemical impedance spectroscopy(eis). Portugaliae Electrochimica Acta, 29(4), Tlili, C., Hou, Y., Youssoufi, H.K., Ponsonnet, L., Martelet, C., Errachid, A. and Renault, N.J. (2005). Impedance-probing of mixed amphiphileantibody films transferred onto silver electrodes. Sensor Letters, 2, Bereket, G. ve Gerengi, H. (2015). How truly electrochemical measurements are evaluated in corrosion researches? Korozyon, 21(1 3), Erbil, M., Tüken, T., Yalçınkaya, S., Yazıcı, B. (2008, Ekim). İletken Polimerler Yardımıyla Korozyonun Önlenmesi, 11. Uluslararası Korozyon Sempozyumunda sunuldu, İzmir. 98. Lasia, A. (1999). Electrochemical Impedance Spectroscopy and Its Applications, Modern Aspects of Electrochemistry, (Edts. Conway, B. E., Bockris, J. and White, R.E.) New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 32, John R. Scully, David C. Silverman, Martin W. Kendig (1993). Electrochemical Impedance: Analysis and Interpretation, Philadelphia: ASTM Publication, 1188, Koch, C.C. (2000). Nanostructed Materials Processing Properties and Potential Applications. New York: Noyes Publications William Andrew Publishing, İnternet: Endüstriyel Anlamda Nano malzeme üretim yöntemleri. URL: e= , Son Erişim Tarihi: Treguer, M., Cointet, C., Remita, H., Khatour, J., Mostafavi, M., Amblard, J. and Belloni, J. (1998). Dose Rate Effects on Radiolytic Synthesis of Gold Silver Bimetallic Clusters in Solution. Journal of Physical Chemistry B, 102 (22), Remita, S., Mostafavi, M. and Delcourt, M.O. (1996). Bimetallic Ag-Pt and Au-Pt aggregates synthesized by radiolysis. Radiation Physics and Chemistry, 47(2), Belloni, J., Mostafavi M., Remita, H, Marignier, J. L. and Delcourt, M. O. (1998) Radiation-induced synthesis of mono- and multi-metallic clusters and nanocolloids. New Journal of Chemistry, 22, Schmid, G., West H., Malm J.O., Bovin J.O. and Grenthe C. (1996). Catalytic Properties of Layered Gold Palladium Colloids. Chemistry:A European Journal, 2(9), Link, S., Wang, Z.L. and El-Sayed, M.A. (1999). Alloy Formation of Gold Silver Nanoparticles and the Dependence of the Plasmon Absorption on Their Composition. Journal of Physical Chemistry B, 103 (18),

205 107. Malin, M.P., Murphy, C.J. (2002). Solution-Phase Synthesis of Sub-10 nm Au Ag Alloy Nanoparticles. Nano Letters, 2(11), Kang, X., Mai, Z., Zou, X., Mo, J. (2007). A novel glucose biosensor based on immobilization of glucose oxidase in chitosan on a glassy carbon electrode modified with gold platinum alloy nanoparticles/multiwall carbon nanotubes. Analytical Biochemistry, 369(1), Li, Y., Yuan, R., Chai, Y., Song, Z. (2011). Electrodeposition of gold platinum alloy nanoparticles on carbon nanotubes as electrochemical sensing interface for sensitive detection of tumor marker. Electrochimica Acta, 56(19), Yang, J., Deng, S., Lei, J., Ju, H., Gunasekaran, S. (2011). Electrochemical synthesis of reduced graphene sheet AuPd alloy nanoparticle composites for enzymatic biosensing. Biosensors and Bioelectronics, 29(1), Kim, M.J., Park, K.J., Lim, T., Choe, S., Yu, T., Kim, J. J. (2013). One-Pot Synthesis of PdAu-Au Core-Shell Bimetallic Nanoparticles Using Electrodeposition and Their Optical Property. Journal of Electrochemical Society, 160(1), Kwok, H. N, Penner, R.M. (2002). Electrodeposition of silver copper bimetallic particles having two archetypes by facilitated nucleation. Journal of Electroanalytical Chemistry, 522(1), Faraday M. (1957). Experimental Relations of Gold (and Other Metals) to Light. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 147, Daniel, M. C., Astruc, D. (2004). Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chemical Reviews,104, Schmid, G. (2010). Nanoparticles: From Theory to Application. Weinheim: Wiley- VCH Publishers, Lanza, R., Bersani, M., Conte, L., Martucci, A., Canu, P., Guglielmi, M., Mattei, G., Bello, V., Centazzo, M. and Rosei, R. (2014). Effect of Crystalline Phase and Composition on the Catalytic Properties of PdSn Bimetallic Nanoparticles in the PROX Reaction. Journal of Physical Chemistry, 118, Willner, I., Willner, B. (2001). Molecular and biomolecular optoelectronics. Pure and Applied Chemistry, 73, Markovich, G., Collier, C. P., Henrichs, S. E., Remacle, F., Levine, R. D., Heath, J. R. (1999). Architectonic quantum dot solids. Accounts of Chemical Research, 32 (5), Haruta, M., Tsubota, S., Kobayashi, T., Kageyama, H., Genet, M. J., Delmon, B. (1993). Low-Temperature Oxidation of CO over Gold Supported on TiO 2, α-fe 2 O 3, and Co 3 O 4. Journal of Catalysis, 114(1),

206 Sykes, E.C.H., Fernandez-Torres, L.C., Nanayakkara, S.U., Mantooth, B.A., Nevin, R.M. and Weiss, P.S. (2005). Observation and manipulation of subsurface hydride in Pd{111} and its effect on surface chemical, physical, and electronic properties. Proceedings of the National Academy of Science of USA, 102(50), Diculescu, V. C., Chiorcea-Paquim, A., Corduneanu, O. and Oliveira-Brett, A. M. (2007). Palladium nanoparticles and nanowires deposited electrochemically: AFM and electrochemical characterization. Journal of Solid State Electrochemistry, 11 (7), Fournée, V., Barrow, J.A., Shimoda, M., Ross, A.R., Lograsso, T.A., Thiel, P.A. and Tsao, A.P. (2003). Palladium clusters formed on the complex pseudo-10-fold surface of the ξ -Al 77.5 Pd 19 Mn 3.5 approximant crystal. Surface Science, 541(1-3), Ji, X., Banks, C.E., Xi, W., Wilkins, S.J. and Compton, R.G. (2006). Edge Plane Sites on Highly Ordered Pyrolytic Graphite as Templates for Making Palladium Nanowires via Electrochemical Decoration. Journal of Physical Chemistry B, 110(45), Penner, R.M. (2002). Mesoscopic Metal Particles and Wires by Electrodeposition. Journal of Physical Chemistry B. 106(13), Walter, E.C., Murray, B.J., Favier, F., Kaltenpoth, G., Grunze, M. and Penner, R.M. (2002). Noble and Coinage Metal Nanowires by Electrochemical Step Edge Decoration. Journal of Physical Chemistry B. 106(44), Sun, Y.G. and Wang, H.H. (2007). Electrodeposition of Pd nanoparticles on singlewalled carbon nanotubes for flexible hydrogen sensors. Applied Physical Letters, 90, Lin, Y.H., Cui, X.L. and Ye, X.R. (2005). Electrocatalytic reactivity for oxygen reduction of palladium-modified carbon nanotubes synthesized in supercritical fluid. Electrochemical Communications, 7, Zhou, Z.L., Kang, T.F., Zhang, Y. and Cheng, S.Y. (2009). Electrochemical sensor for formaldehyde based on Pt Pd nanoparticles and a nafion-modified glassy carbon electrode. Microchimica Acta, 134, Gao, G.Y., Guo, D.J. and Li, H.L. (2006). Electrocatalytic oxidation of formaldehyde on palladium nanoparticles supported on multi-walled carbon nanotubes. Journal of Power Sources, 162, Maleki, N., Safavi, A., Farjami, E. and Tajabadi, F. (2008). Palladium nanoparticles decorated carbon ionic liquid electrode for highly efficient electrocatalytic oxidation and determination of hydrazine. Analytica Chimica Acta, 611, Cheng, L.J., Song, L., Liu, Y. and Dong, B. (2001). Simple preparation method of multilayer polymer films containing Pd nanoparticles. Langmuir, 17,

207 132. Zhang, F.F., Wan, Q., Li, C.X., Zhu, Z.Q., Xian, Y.Z., Jin, L.T. and Yamamoto, K. (2003). A novel glucose biosensor based on palladium nanoparticles and its application in detection of glucose level in urine. Chinese Journal of Chemistry, 21, Lim, S.H., Wei, J., Lin, J., Li, Q.T. and You, J.K. (2005). A glucose biosensor based on electrodeposition of palladium nanoparticles and glucose oxidase onto nafionsolubilized carbon nanotube electrode. Biosensors and. Bioelectronics, 20, Chang, Z., Fan, H., Zhao, K., Chen, M., He, P. and Fang, Y. (2008). Electrochemical DNA biosensors based on palladium nanoparticles combined with carbon nanotubes. Electroanalysis, 20, Wu, S., Wu, J., Liu, Y.Y. and Ju, H.X. (2008). Conductive and highly catalytic nanocage for assembly and improving function of enzyme. Chemistry of Materials, 20, Huang, J.S., Wang, D.W., Hou, H.Q. and You, T.Y. (2008). Electrospun palladium nanoparticleloaded carbon nanofibers and their electrocatalytic activities towards hydrogen peroxide and NADH. Advanced Functional Materials, 18, Thiagarajan, S., Yang, R.F. and Chen, S.M. (2009). Palladium nanoparticles modified electrode for the selective detection of catecholamine neurotransmitters in presence of ascorbic acid. Bioelectrochemistry, 75, Ding, L., Hao, C., Xue, Y. and Ju, H. (2007). A Bio-Inspired Support of Gold Nanoparticles-Chitosan Nanocomposites Gel for Immobilization and Electrochemical Study of K562 Leukemia Cells. Biomacromolecules, 8 (4), Tominaga, M., Shimazoe, T., Nagashima, M. and Taniguchi, I. (2005). Electrocatalytic oxidation of glucose at gold nanoparticle-modified carbon electrodes in alkaline and neutral solutions. Electrochemistry Communications. 7 (2), Lu, L. P., Wang, S. Q. and Lin, X. Q. (2004). Fabrication of layer-by-layer deposited multilayer films containing DNA and gold nanoparticle for norepinephrine biosensor. Analytica Chimica Acta, 519 (2), Raj, C. R., Okajima, T. and Ohsaka, T. (2003). Gold nanoparticle arrays for the voltammetric sensing of dopamine. Journal of Electroanalytical Chemistry, 543 (2), Su, L. and Mao, L. (2006). Gold nanoparticle/alkanedithiol conductive films selfassembled onto gold electrode: Electrochemistry and electroanalytical application for voltammetric determination of trace amount of catechol. Talanta, 70 (1), Wang, L., Bai, J., Huang, P., Wang, H., Zhang, L. and Zhao, Y. (2006). Self-assembly of gold nanoparticles for the voltammetric sensing of epinephrine. Electrochemistry Communications, 8 (6),

208 Wang, J., Wang, F., Zou, X., Xu, Z. and Dong, S. (2007). Surface plasmon resonance and electrochemistry for detection of small molecules using catalyzed deposition of metal ions on gold substrate. Electrochemistry Communications, 9 (2), Renedo, O.D. and Martinez, M.J.A. (2007). Anodic stripping voltammetry of antimony using gold nanoparticle-modified carbon screen-printed electrodes. Analytica Chimica Acta, 589 (2), Song, Y.S., Muthuraman, G., Chen, Y.Z., Lin, C.C. and Zen, J.M. (2006). Screen Printed Carbon Electrode Modified with Poly(L-Lactide) Stabilized Gold Nanoparticles for Sensitive As(III) Detection. Electroanalysis, 18(18), Xuan Dai, R. G. (2005). Gold Nanoparticle Modified Electrodes Show a Reduced Interference by Cu(II) in the Detection of As(III) Using Anodic Stripping Voltammetry. Electroanalysis, 17 (14), Milsom, E. V., Novak, J., Oyama, M. and Marken, F. (2007). Electrocatalytic oxidation of nitric oxide at TiO2-Au nanocomposite film electrodes. Electrochemistry Communications, 9 (3), Yu, A., Liang, Z., Cho, J. and Caruso, F. (2003). Nanostructured Electrochemical Sensor Based on Dense Gold Nanoparticle Films. Nano Letters, 3 (9), Zhang, J. and Oyama, M. (2005). Gold nanoparticle arrays directly grown on nanostructured indium tin oxide electrodes: Characterization and electroanalytical application. Analytica Chimica Acta, 540 (2), Jena, B. K. and Raj, C. R. (2007). Ultrasensitive Nanostructured Platform for the Electrochemical Sensing of Hydrazine. Journal of Physical Chemistry C, 111 (17), Van de Broek, B., Devoogdt, N., D Hollander, A., Gijs, H.L., Jans, K., Lagae, L., Muyldermans, S., Maes, G. and Borghs, G. (2011). Specific Cell Targeting with Nanobody Conjugated Branched Gold Nanoparticles for Photothermal Therapy. American Chemical Society Nano, 5, McMahon, K. M., Mutharasan, R. K., Tripathy, S., Veliceasa, D., Bobeica, M., Shumaker, D. K., Luthi, A. J., Helfand, B. T., Ardehali, H., Mirkin, C. A., Volpert O. and Thaxton, C. S. (2011). Biomimetic High Density Lipoprotein Nanoparticles For Nucleic Acid Delivery. Nano Letters, 11, Brown, S. D., Nativo, P., Smith, J. A., Stirling, D., Edwards, P. R., Venugopal, B., Flint, D. J., Plumb, J. A., Graham D. and Wheate, N. J. (2010). Gold Nanoparticles for the Improved Anticancer Drug Delivery of the Active Component of Oxaliplatin. Journal of American Chemistry Society,. 132, Popovtzer, R., Agrawal, A., Kotov, N. A., Popovtzer, A., Balter, J., Carey, T. E. and Kopelman, R. (2008). Targeted Gold Nanoparticles Enable Molecular CT Imaging of Cancer. Nano Letters, 8,

209 156. Kim, D., Jeong Y. Y. and Jon, S. (2010). A Drug-Loaded Aptamer Gold Nanoparticle Bioconjugate for Combined CT Imaging and Therapy of Prostate Cancer. American Chemical Society Nano, 4, Ali, M. E., Hashim, U., Mustafa, S., Che Man, Y. B. and Islam, K. N. (2012). Gold nanoparticle sensor for the visual detection of pork adulteration in meatball formulation. Journal of Nanomaterials, 2012, Frank, A.J., Rawski, J., Maly, K.E. and Kitaev, V. (2010). Environmentally benign aqueous oxidative catalysis using aupd/tio2 colloidal nanoparticle system stabilized in absence of organic ligands. Green Chemistry, 12(9), Chen, Y., Lim, H., Tang, Q., Gao, Y., Sun, T., Yan, Q. and Yang, Y. (2010). Solventfree aerobic oxidation of benzyl alcohol over Pd monometallic and Au Pd bimetallic catalysts supported on SBA-16 mesoporous molecular sieves. Applied Catalysis A: General, 380(1 2), Chang, J.B., Liu, C.H., Zhou, Y.Y., Gao, X. and Wang, S.D. (2015). Green-chemistry Compatible Approach to TiO 2 -supported PdAu Bimetallic Nanoparticles for Solventfree 1-Phenylethanol Oxidation under Mild Conditions. Nano Micro Letters, 7(3), Liu, F., Wechsler, D. and Zhang, P. (2008). Alloy-structure-dependent electronic behavior and surface properties of Au Pd nanoparticles. Chemical Physics Letters, 461, Bonnemann, H., Endruschat, U., Tesche, B., Rufinska, A., Lehmann, C.W., Wagner, F.E., Filoti, G., Parvulescu, V. and Parvulescu, V.I. (2000). An SiO 2 -Embedded Nanoscopic Pd/Au Alloy Colloid. European Journal of Inorganic Chemistry, 2000(5), Su, R., Tiruvalam, R., He, Q., Dimitratos, N., Kesavan, L., Hammond, C., Lopez- Sanchez, J. A., Bechstein, R. C., Kiely, J., Hutchings, G. J. and Besenbacher, F. (2012). Promotion of Phenol Photodecomposition over TiO 2 Using Au, Pd, and Au Pd Nanoparticles. American Chemical Society Nano, 6, Wei, X., Yang, X. F., Wang, A. Q., Li, L., Liu, X. Y., Zhang, T., Mou, C. Y. and Li, J. (2012). Bimetallic Au Pd Alloy Catalysts for N 2 O Decomposition: Effects of Surface Structures on Catalytic Activity. Journal of Physical Chemistry C, 116, Shao, M. W., Wang, H., Zhang, M. L., Ma, D. D. D. and Lee, S. T. (2008). Agmodified silicon nanowires substrate for ultrasensitive surface-enhanced raman spectroscopy. Applied Physics Leters, 93 (233118), Ksar, F., Ramos, L., Keita, B., Nadjo, L., Beaunier, P. and Remita, H. (2009). Bimetallic Palladium Gold Nanostructures: Application in Ethanol Oxidation. Chemistry of Materials, 21,

210 Hosseini, M., Barakat, T., Cousin, R., Aboukais, A., Su, B. L., De Weireld, G. and Siffert, S. (2012). Catalytic performance of core shell and alloy Pd Au nanoparticles for total oxidation of VOC: The effect of metal deposition. Applied Catalysis B, , Ding, Y., Fan, F., Tian, Z. and Wang, Z. L. (2010). Atomic Structure of Au Pd Bimetallic Alloyed Nanoparticles. Journal of American Chemical Society, 132, Reller H., Kirowa-Eisner, E. and Gileadi, E. (1984). Ensembles of microelectrodes: Digital simulation by the two-dimensional expanding grid method: Cyclic voltammetry, ir effects and applications. Journal of Electroanalytical Chemistry, 161, Cassidy J., Ghoroghchian J., Sarfarazi F., Smith J. J. and Pons S. (1986). Simulation of edge effects in electroanalytical experiments by orthogonal collocation VI. Cyclic voltammetry at ultramicroelectrode ensembles. Electrochimica Acta, 31, Huab, X. and Dong, S. (2008). Metal nanomaterials and carbon nanotubes synthesis, functionalization and potential applications towards electrochemistry. Journal of Materials Chemistry A, 18, Hansen, J. A., Mukhopadhyay R., Hansen J. O. and Gothelf K. V. (2006). Femtomolar Electrochemical Detection of DNA Targets Using Metal Sulfide Nanoparticles. Journal of American Chemical Society, 128, Orozco J., Fernández-Sánchez C. and Jiménez-Jorquera C. (2008). Underpotential Deposition Anodic Stripping Voltammetric Detection of Copper at Gold Nanoparticle- Modified Ultramicroelectrode Arrays. Environmental Science Technology, 42, Hansen J. A., Wang, J., Kawde A.N., Xiang, Y., Gothelf K. V. and Collins G. (2006). Quantum-Dot/Aptamer-Based Ultrasensitive Multi-Analyte Electrochemical Biosensor. Journal of American Chemical Society, 128, Hwang, S., Kim, E. and Kwak, E. (2005). Electrochemical Detection of DNA Hybridization Using Biometallization. Journal of Analytical Chemistry, 77, Valko, M., Leibfritz, D., Moncol, J., Cronin, M.T.D., Mazur, M. and Telser, J. (2007). Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease. International Journal of Biochemistry&Cell Biology, 39, Cristani, M., D Arrigo, M., Mandalari, G., Castelli, F., Sarpietro, M.G., Micieli, D. and Trombetta, D. (2007). Interaction of Four Monoterpenes Contained in Essential Oils with Model Membranes: Implications for Their Antibacterial Activity. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55, De Martino, L., De Feo, V., Fratianni, F. and Nazzaro, F. (2009). Chemistry, antioxidant, antibacterial and antifungal activities of volatile oils and their components. Natural Product Letters, 4,

211 179. Sengul, M., Yildiz, H., Gungor, N., Cetin, B.t., Eser, Z. and Ercisli, S. (2009). Total phenolic content, antioxidant and antimicrobial activities of some medicinal plants. Pakistan Journal of Pharmaceutical Science, 22, Vaquero, M.J.R,. Alberto, M.R. and Manca de Nadra, M.C. (2007). Antibacterial effect of phenolic compounds from different wines. Food Control, 18, Zhang, Z., Lian, X.Y., Li, S. and Stringer, J.L. (2008). Characterization of chemical ingredients and anticonvulsant activity of American skullcap (Scutellaria lateriflora). Phytomedicine, 16, Malfoy, B., Reynaud, J.A. (1980). Electrochemical investigations of amino acids at solid electrodes: Part II. Amino acids containing no sulfur atoms: Tryptophan, tyrosine, histidine and derivatives. Journal of Electroanalytical Chemistry, 114, Reinaud, J.A., Malfoy, B. and Bere, A. (1980). The electrochemical oxidation of three proteins: RNAase A, bovine serum albumin and concanavalin A at solid electrodes. Journal of Electroanalytical Chemistry, 7(3), Andreescu, S., Andreescu, D. And Sadik, O.A. (2003). A new electrocatalytic mechanism for the oxidation of phenols at platinum electrodes. Electrochemical Communications, 5, Brabec, V. (1980). Electrochemical oxidation of nucleic acids and proteins at graphite electrode. Qualitative aspects. Journal of Electroanalytical Chemistry, 7(1), Janeiro, P. and Oliveira Brett, A.M. (2004). Catechin electrochemical oxidation mechanisms. Analytica Chimica Acta, 518, Novak, I., Seruga, M. and Komorsky-Lovric, S. (2009). Square-wave and cyclic voltammetry of epicatechin gallate on glassy carbon electrode. Journal of Electroanalytical Chemistry, 631, Boudenne, J.L., Cerclier, O., Galéa, J. and Van der Vlist, E. (1996). Electrochemical oxidation of aqueous phenol at a carbon black slurry electrode. Applied Catalysis A: General, 143, Notsu, H., Tatsuma, T. and Fujishima, A. (2002). Tyrosinase-modified boron-doped diamond electrodes for the determination of phenol derivatives. Journal of Electroanalytical Chemistry, 523, Iniesta, J., Michaud, P.A., Panizza, M., Cerisola, G. Aldaz, A. and Comninellis, C. (2001). Electrochemical oxidation of phenol at boron-doped diamond electrode. Electrochimica Acta, 46, Nasr, B., Abdellatif, G., Canizares, P., Sáez, C., Lobato, J. and Rodrigo, M.A. (2005). Electrochemical Oxidation of Hydroquinone, Resorcinol, and Catechol on Boron-Doped Diamond Anodes. Environmental Science and Technology, 39,

212 Munñiz Álvarez, J.L., García Calzón, J.A. and López Fonseca, J.M. (2001). Squarewave voltammetry of the o-catechol Ge(IV) catalytic system after adsorptive preconcentration at a hanging mercury drop electrode. Talanta, 53, Chatzisymeon, E., Fierro, S., Karafyllis, I., Mantzavinos, D., Kalogerakis, N. and Katsaounis, A. (2010). Anodic oxidation of phenol on Ti/IrO 2 electrode: Experimental studies. Catalysis Today, 151, Delgado-Vargas, F. and Paredes-López, O. (2003). Natural colorants for food and nutraceutical uses. New York: CRC Press Zhou, H., Beevers, C.S. and Huang, S. (2011). Targets of curcumin. Current Drug Targets, 12, Ziyatdinova, G.K., Nizamova, A.M. and Budnikov, H.C. (2012). Voltammetric determination of curcumin in spices. Journal of Analytical Chemistry, 67, Klawitter, M., Quero, L., Klasen, J., Gloess, A.N., Klopprogge, B., Hausmann, O., Boos, N. and Wuertz, K. (2012). Curcuma DMSO extracts and curcumin exhibit an anti-inflammatory and anti-catabolic effect on human intervertebral disc cells, possibly by influencing TLR2 expression and JNK activity. Journal of Inflammation, 9, Sharma, K., Agrawal, S.S. and Gupta, M. (2012). Development and Validation of UV spectrophotometric method for the estimation of Curcumin in Bulk Drug and Pharmaceutical Dosage Forms. International Journal of Drug Development and Research, 4(2), Gupta, N.K., Nahata, A. and Dixit, V.K. (2010). Development of a spectrofluorimetric method for the determination of curcumin. Asian Journal of Traditional Medicines, 5(1), Modi, G. and Pitre, K.S. (2010). Electrochemical Analysis of Natural Chemopreventive Agent (Curcumin) in Extracted Sample and Pharmaceutical Formulation (Short Communication). Defence Science Journal, 60(3), Stanic, Z., Voulgaropoulos, A. and Girousia, S. (2008). Electroanalytical Study of the Antioxidant and Antitumor Agent Curcumin. Electroanalysis, 20(11), Peng, J., Nong, K. and Cen, L. (2012). Electropolymerization of Acid Chrome Blue K on Glassy Carbon Electrode for the Determination of Curcumin. Journal of the Chinese Chemical Society, 59(11), Wang, H.H, Chung, J.G., Ho, C.C., Wu, L.T. and Chang, S.H. (1998). Aloe-emodin effects on arylamine N-acetyltransferase activity in the bacterium Helicobacter pylori. Planta Medica, 64(2), Sydiskis, R.J, Owen, D.G, Lohr, J.L, Rosler, K.H. and Blomster, R.N. (1991). Inactivation of enveloped viruses by anthraquinones extracted from plants. Antimicrobial Agents Chemotheraphy, 35,

213 205. Barnard, D.L., Huffman, J.H., Morris, J.L., Wood, S.G., Hughes, B.G. and Sidwell, R.W. (1992). Evaluation of the antiviral activity of anthraquinones, anthrones and anthraquinone derivatives against human cytomegalovirus. Antiviral Research, 17, Lee, H.Z. (2001). Protein kinase C involvement in aloe-emodin- and emodin-induced apoptosis in lung carcinoma cell. British Journal of Pharmacology, 134, Lee, H.Z., Hsu, S.L., Liu, M.C. and Wu, C.H. (2001). Effects and mechanisms of aloeemodin on cell death in human lung squamous cell carcinoma. European Journal of Pharmacology, 431, Chen, H.C., Hsieh, W.T., Chang, W.C. and Chung, J.G., (2004). Aloe-emodin induced in vitro G2/M arrest of cell cycle in human promyelocytic leukemia HL-60 cells. Food and Chemical Toxicology, 42, Kuo, P.L., Lin, T.C. and Lin, C.C. (2002). The antiproliferative activity of aloe-emodin is through p53-dependent and p21-dependent apoptotic pathway in human hepatoma cell lines. Life Science, 71, Pecere, T., Sarinella, F., Salata, C., Gatto, B., Bet, A., Vecchia, F.D., Diaspro, A., Carli, M. Palumbo, M. and Palù, G. (2003). Involvement of p53 in specific antineuroectodermal tumor activity of aloe-emodin. International Journal of Cancer, 106, Han, Z.Y., Wei, W.Y., Dunaway, S., Darnowski, J.W., Calabresi, P., Sedivy, J., Hendrickson, E.A., Balan, K.V., Pantazis, P. and Wyche, J.H. (2002). Role of p21 in Apoptosis and Senescence of Human Colon Cancer Cells Treated with Camptothecin. Journal of Biological Chemistry, 277, Kowalska-Loth, B., Girstun, A., Piekielko, A. and Staron, K. (2002). SF2/ASF protein inhibits camptothecin-induced DNA cleavage by human topoisomerase I. European Journal of Biochemistry, 269, Zaffaroni, M., Mucignat, C., Pecere, T., Zagotto, G., Frapolli, R., D'Incalci, M. and Zucchetti, M. (2003). High-performance liquid chromatographic assay for the determination of Aloe Emodin in mouse plasma. Journal of Chromatography B, Analytical Technologies in Biomedical and Life Science, 796, Jiang, C.Q., He, J.X. (2002). Simultaneous determination of Aloe-emodin and Rhein by synchronous fluorescence spectroscopy. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 29, ElSohly, M.A., Gul, W. and Murphy, T.P. (2004). Analysis of the anthraquinones aloeemodin and aloin by gas chromatography/mass spectrometry. International Immunopharmacology, 4, Yang, Y.F., Wang, H.M., Guo, L. and Chen, Y. (2004). Determination of three compounds in Aloe vera by capillary electrophoresis. Biomedical Chromatography, 18,

214 Li, J., Chen, J., Zhang, X. L., Lu, C. H. And Yang, H. H. (2010). A novel sensitive detection platform for antitumor herbal drug aloe-emodin based on the graphene modified electrode. Talanta, 83 (2), Wang, L., Zhang, Z. and Ye, B. (2006). Study on the electrochemical behaviour of the anticancer herbal drug emodin. Electrochimica Acta, 51, Bian, C., Zhang, L., Xiong, H., Zhang, X. and Wang, S. (2010). Electrochemical Behavior of Herbal Antitumor Drug Aloe-Emodin at Carbon-Coated Nickel Magnetic Nanoparticles Modified Glassy Carbon Electrode. Electroanalysis, 22, Li, J., Gao, P., Li, X., Yan, Z. and Mao, X. (2005). Study on the adsorptive catalytic voltammetry of aloe-emodin at a carbon paste electrode. Science in China Series B: Chemistry, 48(5), Chen, W. Zhang, Y.F., Luo, H., Lin, X. and Huang L. (2004). Determination of Aloeemodin by Differential Pulse Voltammetry. Strait Pharmaceutical Journal. 5, Cooper, J.R., Bloom, F.E. and Roth, R.H. (1982). The biochemical basis of neuropharmacology (Eighth Edition). Oxford: Oxford University Press, UK, Wightman, R.M., May, L.J. and Michael, A.C. (1988). Detection of Dopamine Dynamics in the Brain. Analytical Chemistry, 60, Hows, M.E.P., Lacroix, L., Heidbreder, C., Organ, A.J. and Shah, A.J. (2004). Highperformance liquid chromatography/tandem mass spectrometric assay for the simultaneous measurement of dopamine, norepinephrine, 5-hydroxytryptamine and cocaine in biological samples. Journal of Neuroscience Methods, 138, Sabbioni, C., Saracino, M.A., Mandrioli, R., Pinzauti, S., Furlanetto, S., Gerra, G. and Raggi, M.A. (2004). Simultaneous liquid chromatographic analysis of catecholamines and 4-hydroxy-3-methoxyphenylethylene glycol in human plasma: Comparison of amperometric and coulometric detection. Journal of Chromatography A, 1032, Kumarathasan, P. and Vincent, R. (2003). New approach to the simultaneous analysis of catecholamines and tyrosines in biological fluids. Journal of Chromatography A, 987, Tsunoda, M., Aoyama, C., Nomura, H., Toyoda, T., Matsuki, N. and Funatsu, T. (2010). Simultaneous determination of dopamine and 3,4-dihydroxyphenylacetic acid in mouse striatum using mixed-mode reversed-phase and cation-exchange highperformance liquid chromatography. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 51, Peterson, Z.D., Collins, D.C., Bowerbank, C.R., Lee, M.L. and Graves, S.W. (2002). Determination of catecholamines and metanephrines in urine by capillary electrophoresis electrospray ionization time-of-flight mass spectrometry. Journal of Chromatography B, 776(2),

215 229. Mazloum-Ardakani, M., Beitollahi, H. Ganjipour, B., Naeimi, H. and Nejati, M. (2009). Electrochemical and catalytic investigations of dopamine and uric acid by modified carbon nanotube paste electrode. Bioelectrochemistry, 75(1), Manjunatha, J.G., Kumara, B.E., Mamatha, S.G.P., Chandra, U., Niranjana, E. and Sherigara, B.S. (2009). Cyclic voltammetric studies of dopamine at lamotrigine and TX- 100 modified carbon paste electrode. International Journal of Electrochemical Science, 4, Mazloum-Ardakani, M., Talebi, A., Naeimi, H., Nejati Barzoky, M. and Taghavinia, N. (2009). Fabrication of modified TiO 2 nanoparticle carbon paste electrode for simultaneous determination of dopamine, uric acid, and l-cysteine. Journal of Solid State Electrochemistry, 13, Francis, F.J. (1992). Natural Food Colourants, edited by Hendry, G.A.F. and Houghton, J.D.. Glasgow: Blackie and Son Ltd., Chung, K., Baker, J.R., Baldwin, J. L. and Chou, A. (2001). Identification of carmine allergens among three carmine allergy patients. Allergy, 56, Wüthrich, B., Kagi, M.K. and Stücker, W. (1997). Anaphylactic reactions to ingested carmine (E120). Allergy, 52, Quirce, S., Cuevas, M., Olaguibel, J.M. and Tabar, A.I. (1994). Occupational asthma and immunologic responses induced by inhaled carmine among employees at a factory making natural dyes. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 93(1), Ishikawa, F., Shigeoka, S., Nagashima, M., Takahashi, H., Kamimura, H. (2003). Simultaneous determination of eleven dyes and their aluminum lakes in drugs. Journal of the Association of Analytical Chemists International, 86, Merino, L., Edberg, U., and Tidriks, H. (1997). Development and validation of a quantitative method for the determination of carmine (E120) in foodstuffs by liquid chromatography: NMKL collaborative study. Journal of AOAC International, 80(5), Liu, H., Zhu, T., Zhang, Y., Qi, S., Huang, A. and Sun, Y. (1995). Determination of synthetic colourant food additives by capillary zone electrophoresis. Journal of Chromatography A, 718, Tripathi, M., Khanna, S.K. and Das, M. (2004). A Novel Method for the Determination of Synthetic Colors in Ice Cream Samples. Journal of the Association of Analytical Chemists International, 87, Gil, E.S., Oliveira, S.C.B. and Oliveira-Brett, A.M. (2012). Hydroxyanthraquinones Carminic Acid and Chrysazin Anodic Oxidation. Electroanalysis, 24, Grygar, T., Kuckova, S., Hradil, D. and Hradilova, D. (2003). Electrochemical analysis of natural solid organic dyes and pigments. Journal of Solid State Electrochemistry, 7,

216 Alghamdi, A.H., Alshammery, H.M., Abdalla, M.A. and Alghamdi, A.F. (2009). Determination of Carmine Food Dye (E120) in Foodstuffs by Stripping Voltammetry. Journal of the Association of Analytical Chemists International, 92, Taskoparan Yilmaz U., Ergun, F. and Yilmaz, H. (2014). Determination of the food dye carmine in milk and candy products by differential pulse polarography. Journal of Food and Drug Analysis, 22, Reyes-Salas, O., Juarez-Espino, M., Manzanilla-Cano, J., Barcelo-Quintal, M., Reyes- Salas A. and Rendon-Osorio, R. (2011). Titrimetric and Polarographic Determination of Carminic Acid and its Quantification in Cochineal (Dactylopius coccus) Extracts. Journal of the Mexican Chemical Society. 55, Diaz, T.G., Mansilla, A.E., Murillo, B.R. and Salinas, F. (2003). Voltammetric Behavior and Determination of Nordihydroguaiaretic Acid in Presence of Other Antioxidants Using PLS Calibration. Electroanalysis, 15(7), Noguera-Orti, J. F., Villanueva-Camanas, R. M. and Ramis-Ramos, G. (1999). Direct injection of edible oils as microemulsions in a micellar mobile phase applied to the liquid chromatographic determination of synthetic antioxidants. Analytica Chimica Acta, 387(2), Zedalis, J. M., Leon, A. A., Gardner, K. D. and Hylarides, M. D. (1986). High Performance Liquid Chromatographic Determination of Nordihydroguaiaretic Acid. Analytical Letters, 19, Robards, K. (1987). Analytical Chemistry of Synthetic Food Antioxidants. Analyst, 112, Page, B. D. and Charbonneau, C. F. (1989). Liquid chromatographic determination of seven antioxidants in dry food. Journal of the Association of Offical Analytical Chemistry, 72, Wang, J., Park, J., Wei, X. and Lee, C. (2003). Room-temperature heterogeneous hydroxylation of phenol with hydrogen peroxide over Fe 2+, Co 2+ ion-exchanged Naβ zeolite. Chemical Communications, 2003, Xie, T., Liu, Q. and Shi, Y. (2006). Simultaneous determination of positional isomers of benzenediols by capillary zone electrophoresis with square wave amperometric detection. Journal of Chromatography A, 1109, Cui, H., He, C. and Zhao, G. (1999). Determination of polyphenols by highperformance liquid chromatography with inhibited chemiluminescence detection. Journal of Chromatography A, 855, Ding, Y. P., Liu, W.L., Wu, X. S. and Wang, X.G. (2005). Direct simultaneous determination of dihydroxybenzene isomers at C-nanotube-modified electrodes by derivative voltammetry. Journal of Electroanalytical Chemistry, 575,

217 254. Yang, L., Wang, Z. and Xu, L. (2006). Simultaneous determination of phenols (bibenzyl, phenanthrene, and fluorenone) in Dendrobium species by high-performance liquid chromatography with diode array detection. Journal of Chromatography A, 1104, Pistonesi, M.F., Di Nezio, M.S., Centurion, M.E., Palomeque, M.E., Lista, A.G. and Fernandez Band, B.S. (2006). Determination of phenol, resorcinol and hydroquinone in air samples by synchronous fluorescence using partial least-squares (PLS). Talanta, 69, Wu, Y. and Lin, J.M. (2006). Determination of phenol in landfill leachate by using microchip capillary electrophoresis with end-channel amperometric detection. Journal of Separation Science. 29, Rajkumar, D., Palanivelu, K. and Mohan, N. (2001). Electrochemical oxidation of resorcinol for wastewater treatment using Ti/TiO 2 -RuO 2 -IrO 2 electrode. Journal of Environmental Science and Health A, 36(10), Yin, H., Zhang, Q., Zhou, Y., Ma, Q., Liu, T., Zhu, L. and Ai, S. (2011). Electrochemical behavior of catechol, resorcinol and hydroquinone at graphene chitosan composite film modified glassy carbon electrode and their simultaneous determination in water samples. Electrochimica Acta, 56, Mandrioli R., Mercolini L., Ferranti A., Fanali S. and Raggi M.A. (2011). Determination of aloe emodin in Aloe vera extracts and commercial formulations by HPLC with tandem UV absorption and fluorescence detection. Food Chemistry, 126, Rajendran, S. and Prakash, V. (1988). Association-dissociation and denaturationrenaturation of high-molecular-weight protein: carmin from safflower seed (Carthamus tinctorius L.) in alkaline solution. Journal of Protein Chemistry,7(6), Samari, F., Hemmateenjad, B. and Shamsipur, M. (2010). Spectrophotometric determination of carminic acid in human plasma and fruit juices by second order calibration of the absorbance spectra-ph data matrices coupled with standard addition method. Analytica Chimica Acta, 667, Rodríguez-Sánchez, L., Blanco, M. C. and López- Quintela, M. A. (2000). Electrochemical Synthesis of Silver Nanoparticles. Journal of Physical Chemistry B, 2000, 104 (41), Juodkazis, K., Juodkazyte, J., Sebeka, B. and Sukiene V. (2003). Kinetic regularities of cathodic reduction of palladium (II) oxide surface layer. Chemija, 14(2), Nalajala, N., Chakraborty, A., Bera, B. and Neergat, M. (2016). Chloride (Cl(-)) ionmediated shape control of palladium nanoparticles. Nanotechnology, 27, , Rasmussen, L. and Jorgensen K. (1968). Pd(II) complexes. Acta Chemica Sacndinavica, 22,

218 Verirşen, M. and Erturan, S. (1998). Polarographic Studies on the Kinetics of the Electrode Reaction of 4-Benzoyl-1,5 Diphenyl Pyrazole-3-Carboxylic Acid. Turkish Journal of Chemistry, 22 33, Mohadesi, A. and Taher, M.A. (2007). Electrochemical behavior of Naphthol green B doped in polypyrrole film and its application for electrocatalytic oxidation of ascorbic acid. Sensors and Actuators B, 123 (2), Doyle, R. (2011). A polyprrole/sulfonated calixarene modified electrode fort he electrochemical detection of dopamine. PhD Thesis, National University of Ireland Department of Chemistry, Faculty of Science and Engineering, Mynooth, Yu, A.M. and Chen, H.Y. (1997). Electrocatalytic oxidation of hydrazine at the poly(glutamic acid) chemically modified electrode and its amperometric determination. Analytical Letters, 30(3), Barbier, B., Pinson, J., Desarmot, G. and Sanchez, M. (1990). Electrochemical bonding of amines to carbon fiber surfaces toward improved carbonepoxy composits. Journal of Electrochemical Society, 137(6), Zhangrashekar, B.N., Kumara-Swamy, B.E., Pandurangachar, M., Sathisha, T.V. and Sherigara, B.S. (2011). Electropolymerization of L-arginine at carbon paste electrode and its application to the detection of dopamine, ascorbic and uric acid. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 88, Yao, J.K. and Shao, H.B. (2005). Study of the electrostatic, interaction of lysine monolayer on glassy carbon electrodes using the electrochemical method. Journal of. Chinese Chemical Society, 52(2), Luo, L., Li, F., Zhu, L., Ding, Y. and Deng, D. (2013). Electrochemical sensing platform of natural estrogens based on the poly(l-proline)-ordered mesoporous carbon composite modified glassy carbon electrode. Sensors and Actuators B: Chemical, 187, Liu, X., Luo, L., Ding, Y. and Ye, D. (2011). Poly-glutamic acid modified carbon nanotube-doped carbon paste electrode for sensitive detection of L-tryptophan. Bioelectrochemistry, 82, Barth, A. (2007). Infrared spectroscopy of proteins. Biochimica et Biophysica Acta, 1767, Chen, G., Wang, Z., Yang, T., Huang, D. and Xia, D. (2006). Electrocatalytic hydrogenation of 4 chlorophenol on the glassy carbon electrode modified by composite polypyrrole/palladium film. Journal of Physical Chemistry B, 110, Zhou, Z.Y., Kang, X., Song, Y. and Chen, S. (2011). Butylphenyl functionalized palladium nanoparticles as effective catalysts for the electrooxidation of formic acid. Chemical Communications, 47,

219 278. Upadhyay, S., Sharma, M. K., Rao, G. R., Bhattacharya, B. K., Rao, V. K. and Vijayaraghavan, R. (2011). Application of bimetallic nanoparticles modified screen printed electrode for the detection of organophosphate compounds using an enzyme inhibition approach. Analytical Methods, 3, Abidian, M.R. and Martin, D.C. (2008). Experimental and theoretical characterization of implantable neural microelectrodes modified with conducting polymer nanotubes. Biomaterials, 29, Zheng, J.P., Goonetilleke, P.C., Pettit, C.M. and Roy, D. (2010). Probing the electrochemical double layer of an ionic liquid using voltammetry and impedance spectroscopy: A comparative study of carbon nanotube and glassy carbon electrodes in [EMIM] + [EtSO 4 ]. Talanta, 81, Ding, S.J., Chang, B.W., Wu, C.C., Lai, M.F. and Chang, H.C. (2005). Electrochemical evaluation of avidin biotin interaction on self-assembled gold electrodes. Electrochimica Act, 50, Hafaid, I., Gallouz, A., Hassen, V.M., Abdelghani, A., Sassi, Z., Bessueille, F. and Jaffrezic-Renault, N. (2009). Sensitivity improvement of an impedimetric immunosensor using functionalized iron oxide nanoparticles. Journal of Sensors, 2009, Sanz, V.C., Mena, M.L., Gonzalez-Cortes, A., Yanez-Sedeno, P. and Pingarron, J.M. (2005). Development of a tyrosinase biosensor based on gold nanoparticles-modified glassy carbon electrodes: Application to the measurement of a bioelectrochemical polyphenols index in wines. Analytica Chimica Acta, 528, Hezard, T., Fajerwerg, K., Evrard, D., Colliere, V., Behra, P. and Gros, P. (2012). Gold nanoparticles electrodeposited on glassy carbon using cyclic voltammetry: Application to Hg(II) trace analysis. Jounal of. Electroanalytical Chemistry, 664, Etesami, M. and Mohamed, N. (2011). Catalytic Application of Gold Nanoparticles Electrodeposited by Fast Scan Cyclic Voltammetry to Glycerol Electrooxidation in Alkaline Electrolyte. International Journal of Electrochemical Science, 6, Tian, Y., Liu, H., Zhao, G. and Tatsuma, T. (2006). Shape-Controlled Electrodeposition of Gold Nanostructures. Journal of Physical Chemistry B, 110, Dai, X., Nekrassova, O., Hyde, M. E. and Compton, R. G. (2004). Anodic Stripping Voltammetry of Arsenic(III) Using Gold Nanoparticle-Modified Electrodes. Analytical Chemistry, 76(19), Lukaszewski, M. and Czerwinski, A. (2003). Electrochemical behavior of palladium gold alloys. Electrochimica Acta, 48, Corduneanu, O., Diculescu, V.C., Chiorcea-Paquim, A.M. and Oliveira-Brett, A.M., (2008). Shape-controlled palladium nanowires and nanoparticles electrodeposited on carbon electrodes. Journal of Electroanalytical Chemistry, 624,

220 Kibler, L.A., Kleinert, M., Randler, R. and Kolb, D.M. (1999). Initial stages of Pd deposition on Au(hkl) Part I: Pd on Au(111), Surface Science, 443, Kibler, L.A., Kleinert, M., Randler, R. and Kolb, D.M. (2000). Initial stages of Pd deposition on Au(hkl): Part II: Pd on Au(100), Surface Science, 461, Ikhmayies, S., Li, B., Carpenter, J.S., Hwang, J.Y., Monteiro, S.N., Li, J., Firrao, D., Zhang, M., Peng, Z., Escobedo-Diaz, J.P., Bai, C. (2016). Characterization of Minerals, Metals, and Materials, Kanada: John Wiley & Sons, Inc., Wan, C., Yuan, L. and Shen, H. (2014). Effects of Electrode Mass-loading on the Electrochemical Properties of Porous MnO2 for Electrochemical Supercapacitor. International Journal of Electrochemical Science, 9, Chen, X., Tian, R., Zhang, Q. and Yao, C. (2014). Target-induced electronic switch for ultrasensitive detection of Pb 2+ based on three dimensionally ordered macroporous Au Pd bimetallic electrode. Biosensors and Bioelectronics, 53, Zhang, X., Cao, Y., Yu, S., Yang, F. and Xi, P. (2013). An electrochemical biosensor for ascorbic acid based on carbon-supported PdNi nanoparticles. Biosensors and Bioelectronics, 44, Cheng, C.Y., Thiagarajan, S. and Chen, S.M. (2011). Electrochemical Fabrication of AuRh Nanoparticles and their Electroanalytical Applications. International Journal of Electrochemical Science, 6, Wang, Y., Xiong, H., Zhang X. and Wang, S. (2010). Electrochemical study of Aloeemodin on an ionic liquid-type carbon paste electrode. Microchimica Acta, 169 (3), Çakır, S. and Arslan, E. (2014). A novel palladium nanoparticles-polyproline-modified graphite electrode and its application for determination of curcumin. Journal of Solid State Electrochemistry, 18, Mojovic, Z., Bankovic, P., Milutinovic-Nikoli, A., Dostanic, J., Jovic-Jovicic, N. and Jovanovic, D. (2009). Al, Cu-pillared clays as catalysts in environmental protection. Chemical Engineering Journa,. 154, Pamuk, D., Taşdemir, İ.H., Ece, A., Canel, E. and Kılıç, E. (2013). Redox pathways of aliskiren based on experimental and computational approach and its voltammetric determination. Journal of Brazilian Chemical Society, 24 (8), Silva, D.F., Geraldes, A.N., Cardoso, E.Z., Tusi, M.M., Linardi, M., Spinace, E.V. and Neto, A.O. (2011). Preparation of PtAu/C and PtAuBi/C Electrocatalysts Using Electron Beam Irradiation for Methanol and Ethanol Electro-Oxidation in Alkaline Medium. International Journal of Electrochemical Science, 6, Bonanni, A., Pividori, M.I. and Del Valle, M. (2007). Application of the avidin biotin interaction to immobilize DNA in the development of electrochemical impedance genosensors. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 389,

221 303. Shamsipur, M., Asgari, M., Maragheh, M.G. and Moosavi-Movahedi, A.A. (2012). A novel impedimetric nanobiosensor for low level determination of hydrogen peroxide based on biocatalysis of catalase. Bioelectrochemistry, 83, Lin, X., Huang, L., Chen, W., Luo, H., Qiu, B. and Li, C. (2001). Study of Electrochemistry of Aloe-emodin and Determination of It with 1.5th Order Derivative Anodic Stripping Voltammetry. Journal of Electrochemistry, 7(4), Wen, K., Chan, S., Liu, I., Lai, R.Y., Lin, Y., Hsiu, S. and Chiang H. (2010). An HPLC Method for the Simultaneous Determination of Marker Compounds of Aloe and Scutellariae Radix in Cosmetics. Journal of Food and Drug Analysis, 18(5), Park, M.Y., Kwan, H.J. and Sung, M.K. (2009). Intestinal absorption of aloin, aloeemodin, and aloesin; A comparative study using two in vitro absorption models. Nutrition Research and Practice, 3(1), Guin, P. S., Das, S. and Mandal, P.C. (2011). Electrochemical reduction of quinones in different media: a review. International Journal of Electrochemistry, 2011, Huang, C., Wu, Y., Chen, J., Han, Z., Wang, J., Pan, H. and Du, M. (2012). Synthesis and Electrocatalytic Activity of 3Au[BOND]1Pd Alloy Nanoparticles/Graphene Composite for Bisphenol A Detection. Electroanalysis, 24, Shang, L., Zhao, F. and Zeng, B. (2014). Sensitive voltammetric determination of vanillin with an AuPd nanoparticles graphene composite modified electrode. Food Chemistry, 151,

222 196

223 197 ÖZGEÇMİŞ Kişisel Bilgiler Soyadı, adı Uyruğu : ARSLAN, Emine : T.C. Doğum tarihi ve yeri : Ankara Medeni hali: : Evli, 1 çocuk annesi Telefon : 0 (505) emnyilmaz@gazi.edu.tr Derece Eğitim Birimi Mezuniyet yılı Doktora Gazi Üniversitesi/ Kimya Anabilim Dalı - Yüksek lisans Gazi Üniversitesi/ Kimya Anabilim Dalı 2008 Lisans Gazi Üniversitesi/ Kimya Anabilim Dalı 2005 Lise Ankara İncirli Yabancı Dil Ağırlıklı Lise 2001 İş Deneyimi Yıl Yer Görev 2003 (Haziran-Eylül) Ankara Nükleer Araştırma Merkezi Stajyer 2005 (Eylül-Kasım) Gazi Üniversitesi /Kimya Bölümü Öğrenci Asistan 2005 (Aralık)-2013(Temmuz) Gazi Üniversitesi /Kimya Bölümü Araştırma Görevlisi 2013 (Temmuz)- Türkiye İlaç ve Tıbbi Cihaz Kurumu Kimyager Yabancı Dil İngilizce

224 198 Yayınlar Arslan, E. and Çakır, S. (2016) Electrochemical Determination of Aloe-Emodin Using Bimetallic Nanoparticles Modified Electrode (Pd-AuNps/Poly(Pr)/GE). Analytical Science, (değerlendirmede). Arslan, E. and Çakır, S. (2016) Electrochemical fabrication of polyproline modified graphite electrode decorated with Pd Au bimetallic nanoparticles: Application for determination of carminic acid, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2016, 760, Çakır, S., Biçer, E. and Arslan, E. (2015) A Newly Developed Electrocatalytic Oxidation and Voltammetric Determination of Curcumin at the Surface of PdNp-graphite Electrode by an Aqueous Solution Process with Al 3+. Croatica Chemica Acta, 88(2), Çakır, S., Biçer, E. and Arslan, E. (2015) Electrochemical Reduction of Isatinmonohydrazone on Mercury Electrode. Croatica Chemica Acta, 88(2), Arslan, E. and Çakır, S. (2014) A novel palladium nanoparticles-poly praline modified graphite electrode and its application for determination of curcumin Jornal of Solid state Electrochemistry, 18(6), Arslan, E. and Çakır, S. (2010) An Investigation of the Interaction between Resazurin and Cd 2+ and Zn 2+ Ions in Aqueous Medium. South African Journal of Chemistry, 63(152). Çakır, S. and Arslan, E. (2010) Voltammetry of Resazurin at a Mercury Electrode. Chemical Papers, 64 (3) Mercan, H., Yılmaz, E. and İnam, R. (2007) Determination of insecticide pymetrozine by differential pulse polaragraphy /application to lake water and orange juice. Journal of Hazardous Materials, 141 (3), İnam, R., Mercan, H., Yılmaz, E. and Uslu, B. (2007) Determination of Co (II) Using Moxifloxacine by Differential Pulse Polarography, Journal of Analytical Chemistry, 62 (6), İnam, R., Mercan, H., Yılmaz, E. and Uslu, B. (2007) Differential Pulse Polarographic Determination of Moxifloxacin in Pharmaceuticals and Biological Fluids. Analytical Letters, 40 (3), İnam, R., Yılmaz, E. and İçin H. (2006) Differential Pulse Polarographic Determination of Se(IV) Using 3,4-Diaminobenzoic Acid. Asian Journal of Chemistry, 18(1),

225 199 Atıflar Yukarıdaki makalalere bugüne kadar toplamda 44 atıf yapılmıştır. Sempozyumlar Arslan, E. Y. and Çakır, S. (2010) Electrochemical Properties of the Schıff Base Saccharin and Tryptophan, 4th International Meeting on Madicinal and Pharmaceutical Chemistry, 6th Internatioanl Symposium on Pharmaceutical Chemistry, Ankara. Arslan, E. Y. and Çakır, S. (2009) Voltammetric Evaluation of Interaction of Alamar Blue with Se(IV) Ions in Aquua Solution, 9th International Symposium on Pharmaceutical Sciences, Ankara. Arslan, E. Y. and Çakır, S. (2009) Sulu Fazda Alamar Blue-Zn(II) Kompleks Oluşumunun Spektroskopik ve Voltametrik Yöntemlerle İncelenmesi, XI. Ulusal Spektroskopi Kongresi, Ankara. Arslan, E. Y., Çakır, S. and İçbudak, H. (2007) Electrochemical study of the interaction of vanadium(v) with tryptophan, 5th International Symposium on Pharmaceutical Chemistry, İstanbul. Arslan, E. Y. and Çakır, S. (2007) Voltammetric Studies of the Interaction of Isatin with Cysteine, 5th International Symposium on Pharmaceutical Chemistry, İstanbul. Arslan, E. Y., Çakır, S., Yıldırım Z. Y. (2007) Electrochemical Studies of hhe Schıff-Base of Cysteine with Saccharin in Aqueous Solution. 5th International Symposium on Pharmaceutical Chemistry, İstanbul. Arslan, E. Y. and Çakır, S. (2007) Investigation the Electrochemical Behavior of Resazurin by Voltammetric Techniques. 5th International Symposium on Pharmaceutical Chemistry, İstanbul. Arslan, E. Y. and Çakır, S. (2007) Voltammetric Behaviour of Cystein in the Presence of Quinhydron. 5th International Symposium on Pharmaceutical Chemistry, İstanbul. İnam, R., Mercan, H. and Yılmaz, E. (2006) Diferansiyel Puls Polarografisi ile Pimetrozinin Polarografik Tayini, XX. Ulusal Kimya Kongresi, Kayseri. İnam, R., Mercan, H., Uslu, B. and Yılmaz, E. (2006) Differential Pulse Polarographic Determination of Moxifloxacin in Pharmaceuticals and Biological Fluids. Italian Chemical Society, Division of Pharmaceutical Chemistry, BA-P18, 11th meeting, İtalya. İnam, R., Mercan, H., Uslu, B. and Yılmaz, E. (2005) Diferansiyel Puls Polarografisi ile Moksifloksasin Kullanılarak Co(II) Tayini İçin Yöntem Geliştirilmesi, 6.Kimya Günleri, Eskişehir.

226 İnam, R., Yılmaz, E. and İçin, H. (2005) Diferansiyel Puls Polarografisi ile 3,4- Diaminobenzoik Asit Kullanılarak Se(IV) Tayini, 6.Elektrokimya Günleri, Eskişehir. 200 Projeler 1- Bazı biyomedikal organik bileşiklerin elektrokimyasal kinetiklerinin ve davranışlarının araştırılması (2010) Gazi Üniversitesi (Araştırmacı) 2- Nanopartikül bazlı yeni modifiye-katı elektrotların geliştirilmesi ve elektrokimyasal çalışmalar (2012) Gazi Üniversitesi (Araştırmacı)

227 GAZİ GELECEKTİR...