Şekil1.1 de elektroanalitik tekniklerin genel bir sınıflandırılması şematik olarak verilmiştir.

Transkript

1 1 1. GİRİŞ Elektroanalitik Kimya, çözeltilerin elektrokimyasal bir hücrede elektriksel özelliklerinin ölçülmesi ve ölçülen bu özelliklerinden yararlanılarak maddelerin kalitatif ve kantitatif analizine dayanan teknikleri içeren Analitik Kimya biliminin önemli bir dalıdır. Bir başka ifadeyle maddenin elektrik enerjisi ile etkileşmesi sonucu oluşan kimyasal ve fiziksel değişimler ile kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesini inceleyen bilim dalıdır. Elektroanalitik kimyada yaygın olarak uygulanan teknikler (voltametri, potansiyometri, kulometri ve kondüktometri); duyarlılık, hızlılık, numune hazırlama, seçicilik, düşük tayin sınırı ve ekonomiklik gibi önemli avantajları nedeniyle, spektroskopik ve kromatografik gibi diğer tekniklere göre son yıllarda daha hızlı gelişmekte ve uygulama alanı bulmaktadır. Ayrıca günümüzde bu teknikler, spektroskopik ve kromatografik tekniklere iyi bir alternatif olup hatta tercih edilmektedir. Elektrokimyasal tepkimeler, yükseltgenme-indirgenme türü tepkimelerdir. Elektrokimyasal işlemler elektrokimyasal hücrede gerçekleştirilir. Elektrokimyasal hücre, analiz edilecek maddeyi (analiti) içeren bir çözelti, bu maddenin kimyasal dönüşüme uğradığı elektrotlar ve bu elektrotları birbirine bağlayan bir dış devreden oluşur. Hücrede bulunan iyon veya molekül halindeki madde katot adı verilen elektrotta elektron alarak indirgenir. Bu indirgenme ile birlikte yürüyen Anot adı verilen elektrotta ise iyon veya molekül halindeki madde ya da elektrot malzemesinin kendisi elektron vererek yükseltgenir. Böylece elektrotlarda tepkimeye giren her bir tür, dış devrede belli sayıda elektronun iletilmesine neden olur. Elektrik akımı elektrik yükünün akışı nedeniyle oluşur. Elektrotları birbirine bağlayan devredeki metalik kısımlarda elektrik yükü elektronlar tarafından taşınır. Metallerde bulunan değerlik elektronları, bir örgü düzeni içinde bulunan ve belli bir frekans ile titreşen metal iyonları arasında serbestçe hareket ederek yükü taşırlar. Çözeltide ise elektrik yükünün taşınması bu ortamlarda bulunan iyonlar tarafından gerçekleştirilir. Elektroanalitik teknikler (Şekil 1.1 ve Şekil 1.2) çok sayıda inorganik ve organik maddenin kalitatif ve kantitatif tayinine imkân verir. Bu teknikler diğer analitik

2 2 tekniklerden bazı üstünlükleri nedeni ile son yıllarda yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Bu üstünlükler başlıca şöyledir: 1. Diğer tekniklerle analiz edilecek maddenin sadece toplam miktarı bulunabilirken; elektroanalitik tekniklerle bir maddenin veya iyonun toplam miktarının yanında istenilen yükseltgenme basamağı da tayin edilir. Örneğin, analiz edilecek madde, krom(iii), krom(vi) da olduğu gibi farklı yükseltgenme basamağında ise toplam krom yanında bunların her biri ayrı ayrı da analiz edilebilir. Bu analiz tekniğine türlendirme (spesiasyon) denir. 2. Elektroanalitik kimya alanında kullanılan cihazlar özellikle kromatografik ve spektroskopik cihazlara göre basit ve ekonomiktir. 3. Elektroanalitik tekniklerle genellikle bir iyonun konsantrasyonu değil, aktivitesi ölçülür. Örneğin, fizyolojik amaçlarla kalsiyum, sodyum ve potasyum analiz edilirken, bunların vücuttaki aktiflikleri ölçülür. Bu durum konsantrasyon ölçülmesinden daha anlamlıdır. 4. Elektroanalitik tekniklerde numune hazırlama işlemi çok kolaydır. Ekstraksiyon gibi zaman alıcı işlemlere gerek duyulmadan analiz yapılabilir. 5. Az miktarda numune ile çalışılabilir. 6. Yüksek doğruluk, kesinlik, hızlılık, duyarlılık, hassaslık ve seçiciliğe sahiptirler. 7. Alt tayin sınırı (LOD) ve kantitatif tayin sınırı (LOQ) daha düşüktür. Şekil1.1 de elektroanalitik tekniklerin genel bir sınıflandırılması şematik olarak verilmiştir.

3 3 ELEKTROANALİTİK TEKNİKLER Voltametri Potansiyometri Kulometri Kondüktometri Şekil 1.1. Elektroanalitik tekniklerin şematik olarak genel bir sınıflandırılması (Yılmaz, 2012). Elektroanalitik tekniklerin daha detaylı bir sınıflandırması ise şematik olarak Şekil1.2 de verilmiştir. Şekil 1.2. Elektroanalitik tekniklerin detaylı bir sınıflandırması (Yılmaz, 2012).

4 4 Bu proje kapsamında elekroanalitik tekniklerin önemli bir çalışma alanı olan voltametrik teknikler kullanılmıştır. Voltametri; yükseltgenebilen ve/veya indirgenebilen elektroaktif (elektrot tepkimesine giren) inorganik ve organik maddelerin çeşitli ortamdaki çözeltilerinden uygun deney şartlarında elde edilen akım şiddetipotansiyel eğrilerinin (voltamogramların) özelliklerini inceleyen ve değerlendiren analiz tekniğidir. Genel olarak, voltametride kullanılan çalışma elektrotları, polarizasyonu artırmak için, yüzey alanları çoğunlukla birkaç milimetrekare, birkaç mikrometrekare veya daha küçük olan mikroelektrotlardır. Çalışma elektrodu olarak cıva elektrot kullanılırsa voltametri, polarografi adını alır. Bu projede yapılan deneysel çalışmalarda çalışma elektrodu olarak camsı karbon elektrotlar ve modifiye edilmiş camsı karbon elektrotlar kullanılmıştır. Modifiye elektrotlar, kantitatif tayinlerde alt tayin sınırlarını geliştirmek ve seçiciliği sağlamak maksadıyla kullanılmaktadır. Camsı karbon (GC) elektrodun çeşitli şekillerde modifikasyonu mümkündür. Bunlar, bir katalizörün yüzeye fiziksel adsorpsiyonu ve belirli kimyasal grubun yüzeye bağlandığı kimyasal modifikasyondur (Huai-Shang ve ark., 2004). Kimyasal modifikasyon ile daha kararlı ve dayanıklı yüzeyler elde edilmektedir. Karbon elektrotların modifikasyonunda bir molekülün yüzey üzerinde polimerleşmesi ile polimerik bir yüzey elde edilebilir (Huang ve ark. 2008, Yang ve ark. 2006). Bundan başka, diazonyum tuzunun bir çözücü ortamında indirgenmesiyle çözeltide bir aril radikali oluşturulması ve bu radikallerin karbon elektrot yüzeyine kovalent bağlarla bağlanmasıyla modifiye elektrot hazırlanabilir (Allongue ve ark., 1997). Diazonyum tuzlarının elektrokimyasal olarak camsı karbon yüzeyine aşılanmasına ait reaksiyonlar aşağıda görüldüğü gibidir: GC + N 2 + _ R + e GC. R + N 2 R Şekil 1.3. Diazonyum tuzunun indirgenmesi ile oluşan aril grupları ile camsı karbon elektrodun modifikasyonu Bu çalışmada, askorbik asit, ürik asit ve hidrazin tayinlerinde alt tayin sınırlarının geliştirilebilmesi için 4-aminoacetanilide, 4-aminobenzoikasit, 4-aminofenol, 4-nitroanilin, 3,4-dimetoksianilin, 4-metoxianiline, 2-aminoantrakinon moleküllerinin

5 5 diazonyum tuzları camsı karbon elektrodun modifikasyonunda kullanılmıştır. GC elektrot yüzeyinin modifiye edildiği, dopamin ve ferrosen testleri gibi elektrokimyasal tekniklerle birlikte, antrakinon ve p-nitrofenil moleküllerinin bulunduğu modifiye elektrotlarda alınan yüzey voltamogramları ile de anlaşılmıştır. Ayrıca, 4-amino benzen sülfonik asit moleküllerinin GCE yüzeyi üzerine elektrokimyasal polimerizasyon tekniği ile bağlanmış ve poli(p-aminobenzen sülfonik asit) (p-absa) film esaslı kararlı bir modifiye edilmiş camsı karbon elektrot elde edilmiştir. Hazırlanan bütün modifiye yüzeylerde askorbik asit, ürik asit ve hidrazinin yükseltgenme davranışları incelenmiş ve yüzeylerin söz konusu maddelerin tayinlerinde kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. 2. KAYNAK ÖZETLERİ Camsı karbon elektrotların elektrokimyadaki kullanımı ve yüzey modifikasyonu son yıllarda artan bir ilgiyle önem kazanmakta ve bu konuda farklı maksatlarla bir çok çalışma yapılmaktadır (Sarapuu ve ark., 2003; Morita ve ark., 2004; Golabi ve ark., 2001; Solak ve ark., 2003; Guo ve ark., 1999; Downard ve ark., 1995; Selvaraju ve ark, 2007). Camsı karbon elektrotlar, aromatik diazonyum tuzlarının elektrokimyasal indirgenmesi tekniği ile yaygın olarak modifiye edilmektedir (Allongue ve ark., 1997; Liu ve ark., 2005; Kullapere ve Tammeveski, 2007; Delamar ve ark., 1997; Saby ve ark., 1997; Tammeveski ve ark., 2001). Bu yöntemle hazırlanan modifiye elektrotlar uzun süre dayanıklı olup, bazı inorganik ve organik maddelerin tayinlerinde kullanılmaktadır (Morita ve ark., 2004; Tammeveski ve ark. 2001; Nassef ve ark., 2007; Nassef ve ark., 2006). Ayrıca, bazı moleküllerin camsı karbon yüzeyi üzerinde polimerleşmesi ile de elektrot yüzeyi elektrokimyasal olarak modifiye edilebilmektedir (Huang ve ark. 2008, Zhang ve ark. 2008, Yang ve ark. 2008). Camsı karbon elektrodun antrakinon ve kinon türevleri ile modifiye edildiği ve oksijenin indirgenmesinde elektrokatalitik etki gösterdiği birçok modifiye elektrot geliştirilmiştir (Sarapuu ve ark., 2003; Kullapere ve Tammeveski, 2007; Jürrman ve ark., 2007; Manisankar ve Gomathi, 2005; Vaik ve ark. 2004). Antrakinon ile modifiye edilmiş camsı karbon elektrotlar 4-nitrofenolün, kadmiyum(ii) ve kurşun(ii) katyonlarının eş zamanlı tayinleri için de kullanılmıştır (Hu ve ark., 2001; Yuan ve ark., 2004). Aromatik diazonyum tuzlarının elektrokimyasal indirgenmesi ile elde edilen bazı modifiye elektrotlarda (o-aminofenol ara yüzeyli camsı karbon elektrot) ise askorbat ve ürik asitin eş zamanlı tayini, hidrazin

6 6 ve NADH nin elektrokatalitik tayini yapılabilmiştir (Nassef ve ark., 2007; Nassef ve ark., 2006; Nassef ve ark., 2006). Benzo-15-crown-5 ile modifiye edilmiş camsı karbon elektrotta alkali metal katyonlarının adsorbsiyon davranışları incelenmiş ve bu yüzeyde K + iyonlarının adsorbsiyon sabitinin diğerlerinden daha büyük olduğu tespit edilmiştir (Morita ve ark. 2004). Metal katyonları ile modifiye edilmiş camsı karbon elektrotlar, askorbik asit, hidrazin, dopamin ve ürik asitin tayininde kullanılmış ve bu yüzeyler söz konusu tayinlerde elektrokatalitik etki göstermiştir (Selvaraju ve Ramaraj, 2007; Cai ve ark., 2000; Pournaghi-Azar ve Sabzi, 2003; Xun ve ark., 2003; Cui ve ark., 2002; Shakkthivel ve Chen 2007; Ardakani ve ark., 2006). Bazı modifiye elektrotlar da ağır metallerin tayininde kullanılmaktadır (Zanganeh ve Amini, 2007; Sun ve ark. 2007; Lu ve ark. 2003; Lu, ve ark., 2001; Yang ve ark., 1999; Ye ve ark. 1998). Poli(paminobenzen sülfonik asit) modifiye edilmiş camsı karbon elektrot phenylephrine ve chlorprothixene in hassasiyetle tayinleri için kullanılmıştır (Huang ve ark., 2008). Benzer şekilde aynı elektrot catechol ve resorcinol ün varlığında hidrokinonun seçici olarak tayini için kullanılmıştır. Gout, hyperuricaemia and Lesch-Nyhan syndrome gibi bazı hastalıkların teşhisi için ürik asitin tayini oldukça önemlidir. Bu güne kadar kromatografi (Pekic ve ark., 1989), spektrofotometrik (Rocha ve ark., 2010) ve elektroanalitik yöntemlerle (Safavi ve ark., 2006) ürik asit tayinleri yapılmıştır. Elektroanalitik yöntemler; basit, hassas, güvenilir, tekrarlanabilir ve düşük maliyetli olduğundan diğer yöntemlere göre daha fazla uygundur. Ürik asitin tayini için kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotların kullanıldığı bir çok çalışma yapılmıştır (Qiao ve ark. 2008; Tehrani ve ark. 2010; Ensafi ve ark., 2009; Lin ve ark., 2006; Lin ve ark. 2005). Ancak, ürik asitin tayini için poli(paminobenzen sülfonik asit) modifiye elektrodun kullanıldığı bir çalışma henüz rapor edilmemiştir. Askorbik asit (Vitamin C) suda çözünen bir vitamindir. Eczacılık, kozmetik ve yiyecek endüstrisinde antioksidan özelliği nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, askorbik asitin doğru, güvenilir, hızlı ve kolay uygulanabilir bir yöntemle bir numunedeki miktarının ölçülmesine ihtiyaç vardır. Askorbik asitin, ilaç tabletleri, meyve suları, idrar, plazma gibi örneklerde kantitatif tayini için titrasyon (Lenghor ve ark. 2002), HPLC (Rajantie ve ark., 2001), UV (Zeng ve ark., 2005), florimetri (Arya ve ark., 2000), akış analiz (Paim ve ark., 2002), turbidimetri (Spickenreither ve ark. 2006),

7 7 potansiyometri (Amini ve ark., 2001) ve elektrokimyasal (Yılmaz ve ark., 2008) gibi çeşitli yöntemler uygulanmıştır. Askorbik asitin elektrokimyasal davranışı ayrıntılı olarak incelenmiştir. Hydrazine (N 2 O 4 ), kan değerlerinde anormallikler ortaya çıkaran, sinir sistemine telafisi mümkün olmayan zararlar veren bir nörotoksin, kanserojen ve mutajenik bir bileşiktir (Garrod ve ark., 2005). DNA hasarına sebep olduğu da bilinmektedir (Mo ve ark., 2000). Çevre Koruma Ajansı na (EPA) göre, hidrazin konsantrasyonu 1.00 ppm in üzerine çıktığında çevresel kirliliğe sebep olmaktadır. Hidrazin ve türevlerinin endüstri ve tarımda geniş uygulamaları vardır. Patlayıcı madde, antioksidan, fotografik geliştirici, oksijen tutucu, ilaçlamada, bitki büyüme düzenleyicisi olarak kullanılmaktadır. Hidrazin ve türevleri roket yakıtı ve kazanlarda oksijen tutucu olarak ta kullanılmaktadır. Spektrofotometri (Safavi ve ark., 2007), amperometri (Jayasri ve ark., 2007), titrimetri (Budkuley ve ark., 2002), akış enjeksiyon analizi (Wang ve ark., 1989), iyon kromatografi (Gilbert ve ark. 1984) gibi tekniklerle hidrazin tayini yapılmıştır. Yukarıda belirtilen tekniklerin birçok dezavantajı olmasına karşın, elektrokimyasal teknikler ekonomik, hassas, seçici, hızlı, tekrarlanabilir ve etkili bir yöntem olarak öne çıkmaktadır. Bugüne kadar katı elektrotların ve modifiye edilmiş katı elektrotların hidrazin tayini için kullanıldığı çok sayıda elektrokimyasal çalışma yapılmıştır (Kim ve ark, 2011; Kamyabi ve ark.2010; Maleki ve ark., 2008; Majidi ve ark., 2007; Zare ve ark., 2007; Li ve ark., 2007; Pingarron ve ark., 2001; Raoof ve ark., 2010; Salimi ve ark., 2008). Çeşitli tekniklerle hazırlanan modifiye elektrotlar hidrazinin alt tayin sınırlarını geliştirebilmek için kullanılmış ve alt tayin sınırları geliştirilebilmiştir (Salimi ve ark., 2008; Kamyabi ve ark., 2010). 3. MATERYAL VE YÖNTEM Elektrokimyasal Ölçme Sistemi Elektrokimyasal çalışmalarda AMETEK PAR marka VersaSTAT3 Model Elektrokimyasal Analiz Ünitesi kullanılmıştır. Elektrokimyasal hücre üçlü elektrot sisteminden oluşup, camsı karbon çalışma elektrodu, sulu ortam çalışmaları için

8 8 Ag/AgCl referans elektrodu, susuz ortam çalışmaları için Ag/Ag + referans elektrodu ve platin tel yardımcı elektrodundan oluşan üçlü elektrot sistemidir. Elektrokimyasal hücredeki oksijenin uzaklaştırılması işlemi için argon gazı kullanılmıştır. Bu çalışmada Dönüşümlü Voltametri (CV), Diferansiyel Puls Voltametri (DPV) ve Kronoamperometri (CA) teknikleri kullanılmıştır. Bu teknikler ana üniteye bağlı bilgisayar sistemi ile VersaSTAT3 yazılımı kullanılarak otomatik olarak gerçekleştirilmiştir. Hücredeki çözeltinin karıştırılması, kullanılan argon gazının geçirilmesi otomatik olarak yapılabilmektedir. Deney verileri grafik şeklinde görülebildiği gibi, Windows tabanlı VersaSTAT3 yazılımı ile üst üste çakıştırılarak karşılaştırmalı çalışmalar yapılabilmektedir. BAS Model MF-2012 Glassy Carbon voltametri elektrodu (GC), Pt tel (Pt) yardımcı elektrot ve susuz ortam için içerisinde asetonitrilde M AgNO 3 ve 0,1 M tetrabutil amonyumtetrafloroborat (0,1 M TBATFB) olacak şekilde hazırlanmış dolgu çözeltisiyle doldurulmuş Ag/Ag + elektrodu referans elektrot olarak kullanılmıştır. Sulu ortam çalışmalarında ise BAS Model Ag/AgCl referans elektrot kullanılmıştır. Kimyasal Maddeler ve Çözeltiler Elektrokimyasal olarak kantitatif tayinleri incelenen askorbik asit, ürik asit ve hidrazinin (Sigma-Aldrich) 1x10-1 M ve 1x10-2 M stok çözeltileri seyreltik çözeltilerin hazırlanması için kullanılmıştır. 2-aminoantrakinon ve p-nitroanilin bileşiklerinin diazonyum tuzlarının 1x10-3 M çözeltisi, 0,1 M TBATFB ın asetonitrildeki çözeltisinde hazırlanmıştır. Elektrokimyasal modifikasyonda kullanılan diğer diazonyum tuzlarının 1x10-3 M çözeltileri ise 0,2 M HCl çözeltisinde hazırlanmıştır. 4-aminoacetanilide, 4-aminobenzoikasit, 4-aminofenol, 4-nitroanilin, 3,4-dimetoksianilin, 4-metoxianiline, 2-aminoantrakinon ve 4-amino benzen sülfonik asit (Sigma-Aldrich) molekülleri GC elektrot yüzeyinin modifikasyonu için kullanılmıştır. Kullanılan diğer bütün kimyasallar da Sigma-Aldrich markadır.

9 9 2-Aminoantrakinon ve p-nitroanilin Bileşiklerinin Diazonyum Tuzlarının Sentezi Yaklaşık 0,5 g 2-aminoantrakinon veya p-nitroanilin 50 ml lik üç boyunlu bir balona alındı. Üzerine % 50 lik HBF 4 den 15 ml ilâve edildi ve bir manyetik karıştırıcıda 15 dakika süre ile karıştırıldı. Bu bileşiklerin HBF 4 deki çözünürlüğünü artırmak maksadıyla oda sıcaklığında yapıldı. Sonra balon ve muhtevası bir buz banyosu içine yerleştirildi ve banyo sıcaklığını düşürmek maksadıyla buz üzerine tuz döküldü ve bir termometre kullanılarak sıcaklığın 0 ºC veya daha altında olmasına dikkat edildi. Söz konusu aminin mol sayısının üç katı NaNO 2, başka bir kapta yeterli miktarda suda çözüldü ve buz banyosunda 0 ºC a kadar soğutuldu. Soğutulan NaNO 2 çözeltisi balona damla damla ilâve edilirken, oluşan reaksiyon sebebiyle sıcaklık yükselmesi söz konusu olduğundan, sıcaklık sürekli olarak termometreden takip edildi ve çözelti sıcaklığı 0 ºC veya daha altında olacak şekilde NaNO 2 in ilâvesi yaklaşık olarak 30 dakika sürede tamamlandı. Balonun muhtevası bu işlem tamamlandıktan sonra 30 dakika karıştırıldı. Oluşan diazonyum tuzu 0 ºC a kadar soğutulmuş asetonitrilde çözüldü. Çözünmeyen kısım adi süzgeç kâğıdında süzülerek ayrıldı. Çözeltiye 0 ºC a kadar soğutulmuş mutlak eter, çökelme tamamlanıncaya kadar ilâve edildi. Çöken diazonyum tuzu süzüldü ve mutlak eter ile yıkanarak diazonyum tuzu içinde olması muhtemel su ve diğer kirlilikler uzaklaştırıldı. Süzme işlemine bir süre daha devam edilerek kuruması sağlandı. 4-Aminoacetanilide, 4-aminobenzoikasit, 4-aminofenol, 3,4-dimetoksianilin, 4-metoxianiline, 2-aminofloren Bileşiklerinin Diazonyum Tuzlarının Sentezi Yaklaşık 0,5 g diazonyum tuzu sentezlenecek olan bileşikten 50 ml lik üç boyunlu balona alındı. Üzerine 0,2 M HCl in sudaki çözeltisinden 40 ml ilâve edildi ve bir manyetik karıştırıcıda 15 dakika süre ile karıştırıldı. Daha sonra, balon ve muhtevası bir buz banyosuna yerleştirildi. Banyo sıcaklığını düşürmek maksadıyla buz üzerine tuz döküldü ve bir termometre kullanılarak sıcaklığın 0 C veya daha altında olması sağlandı. Söz konusu aminin mol sayısının üç katı NaNO 2, başka bir kapta yeterli miktarda suda çözüldü ve buz banyosunda 0 ºC a kadar soğutuldu. Soğutulan NaNO 2 çözeltisi balona damla damla ilâve edilirken, oluşan reaksiyon sebebiyle sıcaklık yükselmesi söz konusu olduğundan, sıcaklık sürekli olarak termometreden takip edildi.

10 10 Çözelti sıcaklığı 0 ºC veya daha altında olacak şekilde NaNO 2 in ilâvesi yaklaşık olarak 30 dakika sürede tamamlandı. Balon muhtevası bu işlem tamamlandıktan sonra 30 dakika karıştırıldı ve oluşan diazonyum tuzu çözeltisi elektrot yüzeyinin modifiye edilmesi işleminde kullanıldı. 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Antrakinon İle Camsı Karbon Elektrot Yüzeyinin Modifikasyonu Antrakinonun tetrafloroborat diazonyum tuzu (AQ DAS) ile elektrot yüzeyinin modifiye edilmesi için, AQ DAS ın 1 mm lık çözeltisi 0,1 M TBATFB içeren asetonitrilde hazırlanmıştır. 400 mv ile 500 mv potansiyel aralığında 200 mv/s tarama hızında art arda alınan iki CV voltamogram ile GC elektrot yüzeyi modifiye edilmiştir. Sekil 4.1 de GC elektrot yüzeyinin AQ DAS ile modifikasyonuna ait CV voltamogramı görülmektedir. Şekil x10-3 M AQ DAS ın 0,1 M TBATFB içeren asetonitrildeki çözeltisinde GC yüzeyinde indirgenmesi ve GC yüzeyinin derivatizasyonu. Tarama hızı = 0,2 V/s. GC elektrot yüzeyinin modifiye edilmesinden sonra yüzeyin modifiye edilip edilmediğinin anlaşılması maksadıyla, her derivatizasyon işleminden sonra modifiye yüzey dopamin ve ferrosen testleri ile kontrol edilmiştir. Şekil 4.2 ve Şekil 4.3 de antrakinon molekülleri ile modifiye edilmiş GC yüzeyinin dopamin ve ferrosen testleri görülmektedir.

11 11 b a Şekil x10-3 M dopaminin 0,1 M H 2 SO 4 destek elektrolitinin sudaki çözeltisinde a) GC elektrotta b) GC-AQ elektrotta alınan CV voltamogramları. v = 200 mv/s (Ag/AgCl elektroduna karşı). a b Şekil x10-3 M ferrosenin 0,1 M TBATFB içeren asetonitrildeki çözeltisinde a) GC elektrotta b) GC-AQ eelktrotta alınan CV voltamogramları. v = 200 mv/s, (Ag/Ag + elektroduna karşı). Şekil 4.2 ve Şekil 4.3 de görüldüğü gibi GC elektrot yüzeyinin tamamen modifiye edilmesi durumunda dopamin ve ferrosenin modifiye yüzeyde yükseltgenmediği ve

12 12 dopamin ve ferrosenden elektron aktarımının bloke edildiği görülmektedir. Bu da yüzeyin tamamen modifiye edildiği anlamına gelmektedir. AQ DAS ın elektrokimyasal indirgenmesi ile yapılan derivatizasyon işleminden sonra, antrakinon molekülleri ile yüzeyin modifiye edildiğini kanıtlamak için dopamin ve ferrosen testleri dışında, 0,1 M TBATFB destek elektrolitin asetonitrildeki çözeltisinde antrakinon ile modifiye edilmiş GC elektrodun (GC-AQ) yüzey voltamogramı alınmıştır. Yüzeydeki antrakinon molekülünde bulunan karbonil gruplarının tersinir indirgenmesi ile de yüzeyin modifiye edildiği anlaşılmıştır. Bu çalışmada alınan CV voltamogramı Şekil 4.4 de görülmektedir. Şekil 4.4. GC-AQ elektrodun, 0,1 M TBATFB destek elektrolitin asetonitrildeki çözeltisinde alınan yüzey CV voltamogramı. v = 1000 mv/s, (Ag/Ag + elektroduna karşı). Modifiye yüzeyin test edilmesi işlemlerinden sonra antrakinon radikalleri ile modifiye edilmiş GC elektrodun (GC-AQ) askorbik asit, ürik asit ve hidrazinin tayinlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir.

13 13 4-Aminoasetanilit Diazonyum Tuzu ile Camsı Karbon Elektrot Yüzeyinin Modifikasyonu 4-aminoasetanilit diazonyum tuzu (AAA DAS), GC elektrot yüzeyinin modifiye edilmesi için Bölüm 3 de açıklandığı gibi sentezlenmiştir. Modifikasyon diazonyum tuzunun sentezlendiği 0,2 M HCl ortamında gerçekleştirilmiştir. 0 mv ile mv potansiyel aralığında 200 mv/s tarama hızında alınan dört döngülü CV ile GC yüzeyi modifiye edilmiştir. Şekil 4.5 de GC elektrot yüzeyinin AAA DAS ile modifikasyonuna ait CV voltamogramı görülmektedir. Şekil aminoasetanilit diazonyum tuzunun 0,2 M HCl içeren çözeltisinde GC yüzeyinde indirgenmesi ve GC yüzeyinin derivatizasyonu. v = 200 mv/s (Ag/AgCl elektroduna karşı). Modifiye yüzeyin dopamin ve ferrosen ile test edilmesi işlemlerinden sonra 4-aminoasetanilit radikalleri ile modifiye edilmiş GC elektrodun askorbik asit, ürik asit ve hidrazinin tayinlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir.

14 14 4-Metoksianilin Diazonyum Tuzu ile Camsı Karbon Elektrot Yüzeyinin Modifikasyonu 4-metoksianilin diazonyum tuzu (MA DAS), GC elektrot yüzeyinin modifiye edilmesi için Bölüm 3 de açıklandığı gibi sentezlenmiştir. Modifikasyon, diazonyum tuzunun sentezlendiği 0,2 M HCl ortamında gerçekleştirilmiştir. 400 mv ile -800 mv potansiyel aralığında 200 mv/s tarama hızında alınan iki döngülü CV ile GC yüzeyi modifiye edilmiştir. Şekil 4.6 da GC elektrot yüzeyinin MA DAS ile modifikasyonuna ait CV voltamogramı görülmektedir. Şekil metoksianilin diazonyum tuzunun 0,2 M HCl içeren çözeltisinde GC yüzeyinde indirgenmesi ve GC yüzeyinin derivatizasyonu. v = 200 mv/s (Ag/AgCl elektroduna karşı). Modifiye yüzeyin dopamin ve ferrosen ile test edilmesi işlemlerinden sonra 4-metoksianilin radikalleri ile modifiye edilmiş GC elektrodun askorbik asit, ürik asit ve hidrazinin tayinlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir.

15 15 3,4-Dimetoksianilin Diazonyum Tuzu ile Camsı Karbon Elektrot Yüzeyinin Modifikasyonu 3,4-dimetoksianilin diazonyum tuzu (DMA DAS), GC elektrot yüzeyinin modifiye edilmesi için Bölüm 3 de açıklandığı gibi sentezlenmiştir. Modifikasyon, diazonyum tuzunun sentezlendiği 0,2 M HCl ortamında gerçekleştirilmiştir. 300 mv ile -600 mv potansiyel aralığında 200 mv/s tarama hızında alınan dört döngülü CV ile GC yüzeyi modifiye edilmiştir. Şekil 4.7 da GC elektrot yüzeyinin DMA DAS ile modifikasyonuna ait CV voltamogramı görülmektedir. Şekil ,4-dimetoksianilin diazonyum tuzunun 0,2 M HCl içeren çözeltisinde GC yüzeyinde indirgenmesi ve GC yüzeyinin derivatizasyonu. v = 200 mv/s (Ag/AgCl elektroduna karşı). Modifiye yüzeyin dopamin ve ferrosen ile test edilmesi işlemlerinden sonra 3,4-dimetoksianilin radikalleri ile modifiye edilmiş GC elektrodun askorbik asit, ürik asit ve hidrazinin tayinlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir.

16 16 2-Aminofloren Diazonyum Tuzu ile Camsı Karbon Elektrot Yüzeyinin Modifikasyonu 2-Aminofloren diazonyum tuzu (AF DAS), GC elektrot yüzeyinin modifiye edilmesi için Bölüm 3 de açıklandığı gibi sentezlenmiştir. Modifikasyon, diazonyum tuzunun sentezlendiği 0,2 M HCl ortamında gerçekleştirilmiştir. 300 mv ile -600 mv potansiyel aralığında 200 mv/s tarama hızında alınan dört döngülü CV ile GC yüzeyi modifiye edilmiştir. Şekil 4.8 de GC elektrot yüzeyinin AF DAS ile modifikasyonuna ait CV voltamogramı görülmektedir. Şekil aminofloren diazonyum tuzunun 0,2 M HCl içeren çözeltisinde GC yüzeyinde indirgenmesi ve GC yüzeyinin derivatizasyonu. v = 200 mv/s (Ag/AgCl elektroduna karşı). Modifiye yüzeyin dopamin ve ferrosen ile test edilmesi işlemlerinden sonra 2-aminofloren radikalleri ile modifiye edilmiş GC elektrodun askorbik asit, ürik asit ve hidrazinin tayinlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir.

17 17 4-Aminobenzoik Asit Diazonyum Tuzu ile Camsı Karbon Elektrot Yüzeyinin Modifikasyonu 4-Aminobenzoikasit diazonyum tuzu (ABA DAS), GC elektrot yüzeyinin modifiye edilmesi için Bölüm 3 de açıklandığı gibi sentezlenmiştir. Modifikasyon, diazonyum tuzunun sentezlendiği 0,2 M HCl ortamında gerçekleştirilmiştir. 300 mv ile -600 mv potansiyel aralığında, 200 mv/s tarama hızında alınan dört döngülü CV ile GC yüzeyi modifiye edilmiştir. Şekil 4.9 da GC elektrot yüzeyinin ABA DAS ile modifikasyonuna ait CV voltamogramı görülmektedir. Şekil aminobenzoik asit diazonyum tuzunun 0,2 M HCl içeren çözeltisinde GC yüzeyinde indirgenmesi ve GC yüzeyinin derivatizasyonu. v = 200 mv/s (Ag/AgCl elektroduna karşı). Modifiye yüzeyin dopamin ve ferrosen ile test edilmesi işlemlerinden sonra 4-aminobenzoik asit radikalleri ile modifiye edilmiş GC elektrodun askorbik asit, ürik asit ve hidrazinin tayinlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir.

18 18 4-Aminofenol Diazonyum Tuzu ile Camsı Karbon Elektrot Yüzeyinin Modifikasyonu 4-Aminofenol diazonyum tuzu (4AF DAS), GC elektrot yüzeyinin modifiye edilmesi için Bölüm 3 de açıklandığı gibi sentezlenmiştir. Modifikasyon, diazonyum tuzunun sentezlendiği 0,2 M HCl ortamında gerçekleştirilmiştir. 300 mv ile -600 mv potansiyel aralığında, 200 mv/s tarama hızında alınan dört döngülü CV ile GC yüzeyi modifiye edilmiştir. Şekil 4.9 da GC elektrot yüzeyinin ABA DAS ile modifikasyonuna ait CV voltamogramı görülmektedir. Şekil aminofenol diazonyum tuzunun 0,2 M HCl içeren çözeltisinde GC yüzeyinde indirgenmesi ve GC yüzeyinin derivatizasyonu. v = 200 mv/s (Ag/AgCl elektroduna karşı). Modifiye yüzeyin dopamin ve ferrosen ile test edilmesi işlemlerinden sonra 4-aminofenol radikalleri ile modifiye edilmiş GC elektrodun askorbik asit, ürik asit ve hidrazinin tayinlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir.

19 19 Poli(p-Aminobenzen Sülfonik Asit) İle Camsı Karbon Elektrot Yüzeyinin Modifikasyonu GC Elektrot 2,0x10-3 M 4-aminobenzen sülfonik asit içeren 0,1 M NaH 2 PO 4- Na 2 PO 4 (ph = 7) tamponunda elektropolimerizasyon tekniği ile -1,5 V ve +2,5 V potansiyel aralığında 100 mv s -1 tarama hızında 5 döngü alınarak kaplandı. Son olarak fosfat tamponunda (ph=7) -1,0 V ve +1,0 V aralığında 20 döngü alınarak dönüşümlü voltametri ile aktive edildi (Huang ve ark., 2008; Yang ve ark., 2006). Şekil 4.11 de görüldüğü gibi farklı ponasiyellerde üç pik görülmektedir. Birinci pik +1,62 V, ikinci pik-0,667 V ve üçüncü pik +0,07 V civarındadır. İlk döngüde -1,5 V ve +2,5 V potansiyel aralığında bir anodik yükseltgenme piki (pik 1) ve bir katodik pik (pik 2) gözlenmiştir. Devam eden döngülerde gittikçe büyüyen 3 nolu pik ortaya çıkmıştır. Döngü sayısı arttıkça pik akımları artmış ve mavi renkli polimer GC elektrodun yüzeyinde oluşmuştur. Bu da GC elektrodun yüzeyinde 4-aminobenzen sülfonik asitin elektroplimerizasyonunu göstermektedir. Şekil aminobenzen sülfonik asitin camsı karbon elektrot yüzeyindeki elektropolimerizasyonunun dönüşümlü voltamogramı. v = 100 mv/s (Ag/AgCl elektroduna karşı).

20 20 Modifikasyon işlemi tamamlandıktan sonra, poli(4-aminobenzen sülfonik asit) (p-absa) modifiye elektrodun askorbik asit, ürik asit ve hidrazinin tayinlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir. Diazonyum Tuzlarının Elektrokimyasal İndirgenmesi İle Modifiye Edilmiş Camsı Karbon Elektrotların Ömürlerinin Belirlenmesi Diazonyum tuzları ile modifiye edilmiş camsı karbon elektrotların ömürlerinin belirlenmesi için dopamin testlerinden yararlanılmıştır. GC elektrot yüzeyi modifiye edildikten hemen sonra modifiye elektrot ile dopaminin yükseltgenmesine ait CV voltamogramı alındığında yükseltgenmenin bloke edildiği görülmüştür. Elektrodun bu davranışı, yüzey tamamen bir monolayer olarak kaplı olması durumunda devam etmektedir. GC elektrot yüzeyinde boşlukların oluşması durumunda dopamin molekülleri ile camsı karbon yüzeyi doğrudan temas edebilecektir. Bu da dopaminin tersinir olarak yükseltgenmesine neden olacaktır. Bu durumdan faydalanarak modifiye edilmiş camsı karbon elektrotların ömürleri belirlenebilir. Modifiye edilmiş camsı karbon elektrotların ömürlerini tayin edebilmek için her 30 dakikada bir modifiye edilmiş camsı karbon elektrot ile dopaminin CV voltamogramı alınmıştır. Şekil 4.12 de 3,4-dimetoksianilin radikalleri ile modifiye edilmiş GC elektrotta dopaminin modifikasyondan hemen sonra ve dört saat sonra alınan CV voltamogramları örnek olarak görülmektedir. b a Şekil x10-3 M dopaminin 0,1 M H 2 SO 4 destek elektrolitinin sudaki çözeltisinde 3,4-dimetoksianilin molekülleri ile modifiye edilmiş GC elektrotta a) modifikasyondan hemen sonra b) modifikasyondan dört saat sonra alınan CV voltamogramları. v = 200 mv/s (Ag/AgCl elektroduna karşı).

21 21 Şekil 4.12 de görüldüğü dört saat sonra alınan CV voltamogramında dopaminin tersinir olarak yükseltgenmesine ait olan pikler dalga biçiminde ortaya çıkmaktadır. Bu durum GC elektrot yüzeyi üzerinde boşlukların oluşmaya başladığını ve yüzeyi kaplayan moleküllerin desorbe olduklarının bir işaretidir. Zaman ilerledikçe dopaminin voltamogramı tekrar alındığında, dopaminin tersinir yükseltgenmesine ait dalganın daha da büyüdüğü görülmüştür. Dolayısıyla, hazırlanan modifiye elektrotların ömürlerinin altı saat civarında olduğu tespit edilmiştir. Askorbik Asitin Voltametrik Tekniklerle Kantitatif Tayini Askorbik asitin voltametrik tekniklerle tayini için camsı karbon ve Bölüm 4 de belirtilen modifiye edilmiş camsı karbon elektrotlar kullanılmıştır. Yaptığımız çalışmalarımızda projenin amacına uygun alt tayin sınırlarını geliştirebilecek, askorbik asitin elektrokatalitik olarak yükseltgenmesini sağlayacak bir yüzeyin askorbik asitin tayininde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Askorbik asitin elektrokatalitik olarak yükseltgenmesinin mümkün olduğu yüzey, 4-aminobenzen sülfonik asitin elektropolimerizasyonu ile elde edilen poli(p-amino benzen sülfonik asit) yüzeyidir. Poli(p-amino benzen sülfonik asit) modifiye edilmiş camsı karbon elektrotta elektronik sinyal artışı sağlanmıştır. Askorbik asitin kantitatif tayini için, dönüşümlü voltametri (CV) ve diferansiyel puls voltametri (DPV) tekniklerinin uygulanabilirliği araştırılmış ve bu tekniklerle kantitatif tayin çalışmaları yapılmıştır. Askorbik asitin tayini için daha önceden yaptığımız çalışmalar (Yılmaz ve ark., 2008) ve literatür bilgileri doğrultusunda destek elektrolit olarak asetat tamponu kullanılmıştır. Askorbik asitin tayini için asetat tamponunda optimum ph nın 3.5 olduğu bilinmektedir (Yılmaz ve ark., 2008). Bu yüzden, 0,2 mol L -1 lik asetat tamponunda (ph 3.5) askorbik asitin difüzyon kontrollü yükseltgenme pikinin çok iyi gözlemlendiği tespit edilmiştir. Dolayısıyla, destek elektrolit olarak 0,2 mol L -1 asetat tamponu (ph 3.5) kullanıldığı şartlar askorbik asit tayininde optimum şartlar olarak belirlendi. Askorbik asitin 1x10-2 mol L -1 stok çözeltisi yüksek saflıktaki suda uygun miktarı çözünerek hazırlandı. Stok çözelti daha seyreltik askorbik asit çözeltilerinin hazırlanması için kullanıldı. Seyreltme işleminde de yüksek saflıktaki su kullanıldı. Parlatılmış temizlenmiş GC elektrot kullanılarak, farklı konsantrasyonlarda hazırlanan

22 22 her bir askorbik asit çözeltisinin sırasıyla CV voltamogramları alındı. Alınan voltamogramlarda konsantrasyonun artması ile birlikte pik akımının arttığı ve pik potansiyeli değerinin daha fazla pozitif değerlere kaydığı gözlendi. Ayrıca, askorbik asitin yükseltgenmesine ait CV voltamogramın farklı tarama hızlarındaki davranışı da incelendi. Şekil 4.13 de GC elektrotta 0,2 M asetat tamponu içeren (ph 3.5) 5x10-4 M lık askorbik asit çözeltisinin farklı tarama hızlarında alınmış CV voltamogramları görülmektedir. Şekil ,2 M asetat tamponu içeren (ph:3.5) 5x10-4 M lık askorbik asit çözeltisinin parlatılmış temizlenmiş GC elektrot kullanılarak farklı tarama hızlarında alınan CV voltamogramları (Ag/AgCl referans elektrot). Voltamogramlarda da görüldüğü üzere tarama hızının artması ile birlikte askorbik asitin yükseltgenmesine ait pik potansiyeli daha pozitif bölgeye kaymakta ve pik akımları da artmaktadır. Askorbik asitin, GC çalışma elektrodu, Ag/AgCl referans elektrodu ve platin tel yardımcı elektrodunun kullanıldığı üçlü elektrot sistemindeki tayini için DPV deneyleri de yapılmış ve sonuçları kaydedilmiştir. Askorbik asitin farklı konsantrasyonlarda alınan DPV voltamogramları Şekil 4.14 de görülmektedir.

23 23 Şekil GC elektrotta 0,2 mol L -1 asetat tamponunda (ph 3.5) 1x10-5, 2x10-5, 4x10-5, 6x10-5, 8x10-5, 1x10-4, 2x10-4, 4x10-4, 6x10-4, 8x10-4 mol L -1 lik askorbik asit çözeltilerinden elde edilen DPV voltamogramları (Ag/AgCl referans elektrot). Parlatılmış ve temizlenmiş camsı karbon elektrodun çalışma elektrodu olarak kullanılarak alınan DPV voltamogramlarından elde edilen sonuçlara bağlı olarak kalibrasyon grafiği çizilmiş Tayin Alt Sınırı (LOD) ve Kantitatif Tayin Sınırı (LOQ) hesaplanmıştır. Tayin alt sınırının hesaplanmasında aşağıda verilen eşitlik kullanılmıştır. LOD = 3S/m Burada S, standart sapma ve m ise eğimdir. Askorbik asitin yükseltgenmesine ait pik akımının DPV voltamogramında gözlenebildiği en küçük konsantrasyonda (2x10-5 M) yapılan beş tekrar deneyinden elde edilen pik akımlarının standart sapması hesaplanmış ve yukarıda verilen formül ile LOD değeri bulunmuştur. Eğim değeri ise çizilen kalibrasyon grafiğinden elde edilmiştir. LOQ değerinin hesaplanmasında ise aşağıda verilen eşitlik kullanılmıştır. LOQ = 10S/m Askorbik asitin kantitatif tayini için GC elektrodun kullanıldığı beş tekrar deneyi ile elde edilen DPV voltamogramlarının ortalama pik akımı ve ortalama pik potansiyeli değerleri Çizelge 4.1 de verilmiştir.

24 24 Konsantrasyon (M) I P ± S.S. (µ F-R) E P ± S.S. (mv) 6x10-4 6,599 ± 0, ,353 ± 7,911 4x10-4 5,079 ± 0, ,088 ± 7,976 2x10-4 3,156 ± 0, ,112 ± 7,609 1x10-4 1,894 ± 0, ,006 ± 9,940 8x10-5 2,023 ± 0, ,778 ± 7,480 6x10-5 0,921 ± 0, ,235 ± 8,251 4x10-5 0,706 ± 0, ,770 ± 8,809 2x10-5 0,315 ± 0, ,626 ± 7,754 1x10-5 0,242 ± 0, ,741 ± 8,203 Çizelge 4.1. Askorbik asitin GC elektrot kullanılarak farklı konsatrasyonlarda alınan DPV voltamogramlarının ortalama pik akımları ve ortalama pik potansiyelleri değerleri (Ag/AgCl referans elektrot). Askorbik asitin tayini için GC elektrot kullanıldığında yapılan hesaplamalara göre LOD değerinin 8,079x10-6 M ve LOQ değerinin de 1,088x10-5 M olduğu anlaşılmıştır. Askorbik asitin yükseltgenmesinde elektrokatalitik etki gösteren 4-aminobenzensülfonikasidin elektropolimerizasyonu ile elde edilen modifiye edilmiş camsı karbon elektrot (poli(4-absa)/gc), askorbik asitin tayininde kullanılmış ve askorbik asitin söz konusu elektrotta farklı konsantrasyonlarda CV ve DPV voltamogramları alınmıştır. poli(4-absa)/gc elektrotta, özellikle yüksek konsantrasyonlarda askorbik asitin pik akımında yaklaşık olarak 2,5 kat bir artış olmuştur. Ancak, askorbik asitin düşün konsantrasyonlarında elektrodun performansı azalmaktadır. poli(4-absa)/gc elektrotta pik akımının görülebildiği en düşük konsanstrasyon 4x10-5 M dır. Oysa, GC elektrotta 1x10-5 M askorbik asit konsantrasyonunda pik akımı görülebilmektedir. Yani modifiye elektrotta çalışılabilir konsantrasyon aralığı daralmaktadır. Diğer taraftan, poli(4-absa)/gc elektrotta özellikle yüksek konsantrasyonlarda önemli bir elektronik sinyal artışı belirlenmiştir. Askorbik asitin, poli(4-absa)/gc elektrot, Ag/AgCl referans elektrot ve platin tel yardımcı elektrodun kullanıldığı üçlü elektrot sistemindeki tayini için farklı konsantrasyonlarda alınan DPV voltamogramları Şekil 4.15 de verilmiştir.

25 25 Şekil ,2 mol L -1 asetat tamponunda (ph 3.5) 4x10-5, 6x10-5, 8x10-5, 1x10-4, 2x10-4, 4x10-4, 6x10-4, 8x10-5 mol L -1 lik askorbik asit çözeltilerinin poli(4-absa)/gc elektrotta elde edilen DPV voltamogramları (Ag/AgCl referans elektrot). Askorbik asitin poli(4-absa)/gc elektrot beş tekrar deneyi ile elde edilen DPV voltamogramlarının ortalama pik akımı ve ortalama pik potansiyeli değerleri Çizelge 4.2 de verilmiştir. Konsantrasyon (M) I P ± S.S. (µ F-R) E P ± S.S. (mv) 6x ,980 ± 0, ,822 ± 4,961 4x ,619 ± 0, ,148 ± 6,398 2x10-4 9,547 ± 0, ,389 ± 5,070 1x10-4 7,731 ± 0, ,046 ± 11,469 8x10-5 3,821 ± 0, ,583 ± 18,756 6x10-5 2,929 ± 0, ,952 ± 19,637 4x10-5 2,439 ± 0, ,500 ± 21,867 Çizelge 4.2. Askorbik asitin poli(4-absa)/gc elektrotta, 0,2 mol L -1 asetat tamponunda (ph 3.5) farklı konsantrasyonlarda alınan DPV voltamogramlarının ortalama pik akımları ve ortalama pik potansiyelleri değerleri (Ag/AgCl referans elektrot). poli(4-absa)/gc elektrot kullanılarak alınan DPV voltamogramlarından elde edilen sonuçlara bağlı olarak kalibrasyon grafiği çizilmiş Tayin Alt Sınırı (LOD) ve Kantitatif Tayin Sınırı (LOQ) hesaplanmıştır. Yapılan hesaplamalarda LOD değerinin 6,054x10-6 M ve LOQ değerinin de 0,984x10-5 M olduğu bulunmuştur. Dolayısıyla, poli(4-absa)/gc elektrot kullanılarak askorbik asitin alt tayin sınırları geliştirilebilmiştir.

26 26 Ürik Asitin Voltametrik Tekniklerle Kantitatif Tayini Ürik asitin voltametrik tekniklerle tayini için camsı karbon ve Bölüm 4 de belirtilen modifiye edilmiş camsı karbon elektrotlar kullanılmıştır. Yaptığımız çalışmalarımızda projenin amacına uygun alt tayin sınırlarını geliştirebilecek, ürik asitin elektrokatalitik olarak yükseltgenmesini sağlayacak bir yüzeyin ürik asitin tayininde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Ürik asitin elektrokatalitik olarak yükseltgenmesinin mümkün olduğu yüzey, 4-aminobenzen sülfonik asitin elektropolimerizasyonu ile elde edilen poli(pamino benzen sülfonik asit) yüzeyidir. Poli(p-amino benzen sülfonik asit) modifiye edilmiş camsı karbon elektrotta elektronik sinyal artışı sağlanmıştır. Ürik asitin kantitatif tayini için, dönüşümlü voltametri (CV) ve diferansiyel puls voltametri (DPV) tekniklerinin uygulanabilirliği araştırılmış ve bu tekniklerle kantitatif tayin çalışmaları yapılmıştır. Ürik asitin kantitatif tayini ile ilgili çalışmalarımızda öncelikle poli(4-absa)/gc elektrotta ürik asitin elektrokimyasal davranışı dönüşümlü voltametri tekniğiyle (CV) incelenmiştir. Bu maksatla ürik asitin yokluğunda, GC ve poli(4-absa)/gc elektrotlarda sırasıyla 0,2 M fosfat tamponunda (ph 7.0) CV voltamogramlar alınmış ve elektrotların performansları karşılaştırılmıştır. Şekil 4.16 da fosfat tamponunda (ph 7.0) GC ve poli(4-absa)/gc elektrotlarda alınan tamponun CV voltamogramları görülmektedir. a b Şekil ,2 M Fosfat tamponunun (ph 7.0) dönüşümlü voltamogramları a) GC b) poli(4-absa)/gc elektrotlarda (Ag/AgCl referans elektrot).

27 27 Ürik asitin GC ve poli(4-absa)/gc elektrotlarda CV voltamogramları alındığında modifiye elektrotta ürik asitin yükseltgenme pik akımının arttığı ve pik potansiyelinin daha küçük potansiyel değerlere kaydığı gözlenmiştir. Dolayısıyla, modifiye elektrot UA in elektrokatalitik olarak yükseltgenmesini sağlamıştır. Şekil 4.17 de 5x10-4 M UA in GC ve poli(4-absa)/gc elektrotlarda alınan CV voltamogramları görülmektedir. GC ve poli(4-absa)/gc elektrotlarda UA in anodik pik potansiyeli değerleri sırasıyla 580 mv ve 350 mv dur. CV voltamogramlar karşılaştırıldığında, modifiye elektrotta mükemmel bir elektrokatalitik etkinin olduğu anlaşılmaktadır. b a Şekil M Fosfat tamponunda (ph: 7.0) 5x10-4 M UA in dönüşümlü voltamogramları a) GC ve b) poli(4-absa)/gc elektrotlarda (Ag/AgCl referans elektrot). Şekil 4.18 de 100 ile 1000 mv s -1 tarama hızları aralığında, UA in poli(4-absa)/gc elektrotta alınan dönüşümlü voltamogramları görülmektedir. UA in anodik pik akımı üzerine tarama hızının etkisi incelendiğinde, tarama hızının artmasıyla pik akımının da arttığı görülmektedir. Ayrıca, tarama hızının artmasıyla anodik pik potansiyeli, E pa, daha fazla pozitif değerlere kaymıştır. Buna ilaveten, katodik yönde tarama yapıldığında yükseltgenmeye karşılık gelen indirgenme pikinin ortaya çıktığı gözlenmiştir. Bu pik, tarama hızının artmasıyla artmaktadır. Tersinirlik I pc /I pa oranının bir ölçüsüdür. Bu oran tarama hızının artması ile arttığından, tarama hızının artmasıyla tersinirliğinde arttığı ifade edilebilir. Bu yüzden, poli(4-absa)/gc elektrotta UA in oksidasyon prosesi tersinir bir özelliğe sahiptir.

28 28 Şekil poli(4-absa)/gc elektrotta 0,2 M fosfat tamponunda (ph = 7.0) 1x10-4 M UA in dönüşümlü voltamogramları. Tarama hızı: 100, 300, 500, 700, 900 ve 1000 mv s -1. (Ag/AgCl referans elektrot). poli(4-absa)/gc elektrotta ürik asitin elektrokatalitik oksidasyonu konsantrasyonun değişmesi ile de incelendi. Şekil 4.19 da 1x10-5 ile 7x10-4 M aralığında konsanrasyonun artmasıyla elekrokimyasal anodik pik akımının da arttığı ve pik potansiyeli değerlerinin daha fazla pozitif değerlere kaydığı görülmektedir. Ayrıca, yükseltgenme pikinin biçimi sabit kalmıştır. Şekil poli(4-absa)/gc elektrotta 0.2 M fosfat tamponunda (ph:7.0) 1x10-5 M, 5x10-5 M, 9x10-5 M, 3x10-4 M ve 7x10-4 M UA in dönüşümlü voltamogramları. Tarama hızı: 50 mvs -1. (Ag/AgCl referans elektrot).

29 29 Diferansiyel puls voltametri (DPV) tekniği ile voltamogramlar alındığında, dönüşümlü voltametriden daha iyi akım hassasiyenin ve daha fazla çözünürlüğün olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle, kalibrasyon eğrisi diferansiyel puls voltametri tekniği ile alınan voltamoglardan elde edilen verilerle çizilmiştir. Şekil 4.20 de poli(4-absa)/gc elektrotta UA in farklı konsantrasyonlarında elde edilen DPV voltamogramları ve kalibrasyon eğrisi görülmektedir. (A) (B) Şekil (A) poli(4-absa)/gc elektrotta 0.2 M fosfat tamponunda (ph:7.0) 1x10-5 M, 3x10-5 M, 5x10-5 M, 7x10-5 M, 9x10-4 M, 1x10-4 M konsantrasyon aralığında alınan DPV voltamogramları (B) Karşılık gelen kalibrasyon eğrisi. Ürik asitin 1x10-5 M ile 1x10-4 M konsantrasyon aralığında oksidasyon pik akımı, konsantrasyon artışı ile orantılı olarak artmaktadır. Ürik asitin pik akımının konsatrasyona bağlılığı Şekil 4.20 (B) de gösterilmiştir. 1x10-5 ile 1x10-4 M konsantrasyon aralığında doğrusal bir eğri elde edilmiştir. DPV tekniğinin analitik uygulamasında aşağıda verilen parametreler kullanışmıştır: Puls height: 50 mv Pulse Width: 0.08 s Step height: 10 mv Step Width: 0.1 s

30 30 LOD=3S/m ve LOQ=10S/m eşitlikleri kullanılarak ürik asitin elektrooksidasyon pik akımından kantitatif tayin sınırları hesaplanmıştır. LOD= 3s/m= 3x0.12/3.20x10 4 = 1,125x10-6 M LOQ= 10s/m= 10x0.12/3.20x10 4 = 3.750x10-6 M poli(4-absa)/gc elektrodun biyolojik numunelerdeki ürik asitin tayini için kullanılabilirliğide araştırılmıştır. Bu maksatla bir gönüllüden idrar numunesi alınmıştır. İdrar, deiyonise su ile 1:9 oranında seyreltilmiştir. Öncelikle, volumetrik hücreye 0.2 M fosfat tamponundan (ph=7) 8 ml bırakılmış ve tamponun CV voltamogramı alınmıştır. Daha sonra bu çözeltinin üzerine seyreltilmiş idrar numunesinden 2 ml ilave edilmiş ve CV voltamogram tekrar alınmıştır. Şekil 4.21 de 0.2 M fosfat tamponu çözeltisinde (ph:7.0) ürik asitin yokluğunda ve idrar numunesinin varlığında 500 mv s -1 tarama hızında alınan CV voltamogramlar görülmektedir. b a Şekil (a) poli(4-absa)/gc elektrotta UA in yokluğunda 0.2 M fosfat tamponu çözeltisinin (ph= 7.0) ve (b) idrar numunesinin 500 mvs -1 tarama hızında alınan dönüşümlü voltamogramları. (Ag/AgCl referans elektrot). İdrar numunesindeki ürik asitin miktarının tayin edilmesi maksadıyla Şekil 4.22 verilen DPV voltamogram alınmıştır. Ürik asit miktarı, elde edilen sonuçların kullanılmasıyla çizilen kalibrasyon eğrisinden tayin edilmiştir. Numunedeki UA miktarı 9.32x10-4 M olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar poli(4-absa)/gc modifiye elektrodun biyolojik numunelerdeki UA in tayini için uygun olduğunu göstermiştir.

31 31 Şekil İdrar numunesinin DPV voltamogramı. (Ag/AgCl elektroda karşı). Bu çalışmamız, 10 th International Symposium on Pharmaceutical Sciences (ISOPS-10) da poster bildiri olarak sunulmuş ve SCI indeksinde yer alan ve Impact Factor: olan International Journal of Electrochemical Science dergisinde Voltammetric Determination of UricAcid on Poly(p-Aminobenzene Sulfonic Acid)-Modified Glassy Carbon Electrode başlıklı makalede yayınlanmıştır. Hidrazinin Voltametrik Tekniklerle Kantitatif Tayini Hidrazinin (HZ) voltametrik tekniklerle tayini için camsı karbon ve Bölüm 4 de belirtilen modifiye edilmiş camsı karbon elektrotlar kullanılmıştır. Yaptığımız çalışmalarımızda projenin amacına uygun alt tayin sınırlarını geliştirebilecek, hidrazinin elektrokatalitik olarak yükseltgenmesini sağlayacak bir yüzeyin hidrazinin tayininde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Hidrazinin elektrokatalitik olarak yükseltgenmesinin mümkün olduğu yüzey, 4-aminobenzen sülfonik asitin elektropolimerizasyonu ile elde edilen poli(p-amino benzen sülfonik asit) yüzeyidir. Poli(p-amino benzen sülfonik asit) modifiye edilmiş camsı karbon (poli(4-absa)/gc) elektrotta elektronik sinyal artışı sağlanmıştır. Hidrazinin kantitatif tayini için, dönüşümlü voltametri (CV) ve diferansiyel puls voltametri (DPV) ve kronoamperometri (CA) tekniklerinin

32 32 uygulanabilirliği araştırılmış, CV ve CA teknikleri ile kantitatif tayin çalışmaları yapılmıştır. Hidrazinin kantitatif tayini ile ilgili çalışmalarımızda, öncelikle poli(4-absa)/gc elektrotta hidrazinin elektrokimyasal davranışı dönüşümlü voltametri tekniğiyle incelenmiştir. Parlatılmış temizlenmiş GC elektrotta hidrazinin CV voltamogramları alındığında hidrazinin yükseltgenme piki oldukça zayıf görülmektedir. Hidrazinin yükseltgenme pikinin yeteri kadar gözlenemediği ve ticari elektrodun bu maddenin tayininde yetersiz kaldığını gösteren 50 mv s -1 tarama hızında, farklı konsatrasyonlarda alınan CV voltamogramları Şekil 4.23 de görülmektedir. Şekil GC elektrotta 0,1 M fosfat tamponunda (ph: 7.0) 1x10-5 M, 3x10-5 M, 5x10-5 M, 7x10-5 M, 9x10-5 M, 1x10-4 M hidrazinin CV voltamogramları (Ag/AgCl referans elektrot). poli(4-absa)/gc elektrotta hidrazinin CV voltamogramları alındığında, bu elektrodun hidrazinin elektrooksidasyonu için çok yüksek bir katalitik yeteneğe sahip olduğu görülmüştür. Şekil 4.24 de poli(4-absa)/gc elektrotta farklı konsantrasyonlarda 50 mvs -1 tarama hızında alınan CV voltamogramlar görülmektedir.

33 33 (A) (B) Şekil poli(4-absa)/gc elektrotta 0,1 M fosfat tamponunda (ph: 7.0) (A) 5x10-6 M, 1x10-5 M, 3x10-5 M, 5x10-5 M, 7x10-5 M, 9x10-5 M, 1x10-4 M (B) 3x10-4 M, 5x10-4 M, 7x10-4 M, 9x10-4 M ve 1x10-4 M HZ nin 50 mvs -1 tarama hızında alınan dönüşümlü voltamogramları (Ag/AgCl referans elektrot). Şekil 4.24 de görüldüğü gibi poli(4-absa)/gc elektrotta HZ nin CV voltamogramları alındığında pik akımları artan konsantrasyonla birlikte düzenli olarak artmış ve pik potansiyelleri de daha fazla pozitif değerlere kaymıştır. HZ nin poli(4-absa)/gc elektrotta elektrokimyasal davranışını değerlendirmek maksadıyla, farklı tarama hızlarında da CV voltamogramlar alınmış ve tarama hızına bağlı olarak pik akımı değişimi incelenmiştir. Şekil 4.25 de poli(4-absa)/gc elektrotta ve 0,1 M fosfat tamponunda (ph: 7.0) 3x10-4 M HZ nin farklı tarama hızlarında alınan CV voltamogramları görülmektedir.

34 34 Şekil x10-4 M HZ nin poli(4-absa)/gc elektrotta 0,1 M fosfat tamponunda (ph: 7.0) 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 ve 100 mv s -1 tarama hızında alınan CV voltamogramları (Ag/AgCl referans elektrot). Şekil 4.25 de görüldüğü gibi tarama hızının artmasıyla birlikte pik akımı da artmış ve pik potansiyeli daha fazla pozitif değerlere kaymıştır. Bu veriler HZ nin modifiye elektrot yüzeyinde elektrooksidasyonunun nasıl gerçekleştiğini değerlendirmek için kullanılmıştır. Tarama hızının kareköküne karşı katalitik akımın değişimi Şekil 4.26 da görülmektedir. Şekil x10-4 M HZ nin poli(4-absa)/gc elektrotta 0,1 M fosfat tamponunda (ph: 7.0) 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 ve 100 mv s -1 tarama hızları için tarama hızının kareköküne karşı katalitik akımın değişimi.

35 35 HZ nin Tarama hızının logaritmasına karşı akımın logaritması değişimi Şekil 4.27 de görülmektedir. Şekil x10-4 M HZ nin poli(4-absa)/gc elektrotta 0,1 M fosfat tamponunda (ph: 7.0) 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 ve 100 mv s -1 tarama hızları için yükseltgenme pik akımının logaritması tarama hızının logaritması değişimi. Şekil 4.26 verilen v 1/2 -i p grafiğinin korelasyon katsayısının (r) olması (1 e yakın) ve Şekil 4.27 de verile Log v-logi grafiğinin eğiminin (0.5 civarında) olması modifiye elektrotta HZ nin yükseltgenmesinin difüzyon kontrollü olduğunu göstermektedir. HZ nin poli(4-absa)/gc elektrotta geniş bir ph aralığında (ph: 5-9) elektrokatalitik olarak yükseltgendiği anlaşılmıştır. Ancak, kantitatif tayin için en uygun ph değerini belirlemek maksadıyla ph taraması yapılmış ve 0.1 M fosfat tamponunda (ph:7.0) hidrazinin yükseltgenme pik akımının en fazla olduğu görülmüştür. Şekil 4.28 de 7x10-4 M hidrazinin 50 mv s -1 tarama hızında farklı ph değerlerinde alınan CV voltamogramlarının pik akımının ph a karşı değişimi görülmektedir.

36 36 Şekil M fosfat tamponunda 7x10-4 M hidrazinin 50 mv s -1 tarama hızında farklı ph değerlerinde kaydedilen pik akımının ph ile değişimi. Şekil 4.28 de görüldüğü gibi 0.1 fosfat tamponunda (ph:7.0) HZ nin elektrooksidasyon pik akımı değeri en fazladır. Bu yüzden, HZ nin tayininde optimum ph:7.0 dir. Şekil 4.29 da 3x10-4 M HZ nin 50 mv s -1 tarama hızında GC elektrotta ve poli(4-absa)/gc elektrotta alınan CV voltamogramları ile 0.1 M fosfat tamponunun poli(4-absa)/gc da alınan CV voltamogramı görülmektedir. b a c Şekil x10-4 M HZ nin 0.1 M fosfat tamponunda (ph:7) a) GC elektrotta b) poli(4-absa)/gc elektrotta 50 mv s -1 tarama hızında alınan CV voltamogramları c) 0.1 M fosfat tamponunun (ph:7.0) poli(4-absa)/gc elektrotta 50 mv s -1 tarama hızında alınan CV voltamogramı. (Ag/AgCl elektroda karşı).

37 37 poli(4-absa)/gc elektrotta CV tekniği ile farklı konsantrasyonlarda alınan voltamogramlardan yararlanılarak kalibrasyon eğrisi çizilmiş ve LOD ve LOQ değerleri hesaplanmıştır. Şekil 4.30 da 50 mv s -1 tarama hızında 5x10-6 M ile 1x10-4 M konsantrasyon aralığında HZ nin kantitatif tayini için doğrusal bir kalibrasyon eğrisi çizilmiştir. Şekil x10-6, 1x10-5, 3x10-5, 5x10-5, 7x10-5, 9x10-5 ve 1x10-4 M Hidrazin konsantrasyonunda 50 mv s -1 tarama hızında alınan CV voltamogramlardan elde edilen kalibrasyon eğrisi. LOD = 3S/m = 3x7.4x10-4 /1.7x10 4 = 1.305x10-7 M LOQ = 10S/m = 10x7.4x10-4 /1.7x10 4 = 4.35x10-7 M LOD ve LOQ değerleri CV tekniğinden elde edilen bulgulara göre hesaplandığında yukarıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Hidrazinin DPV voltamogramları alındığında hidrazinin yükseltgenmesine ait pik görülmemiştir. Bu sonuçlar literatür ile de uyumludur. Hidrazinin kantitatif tayini ile ilgili yapılan çalışmalarda kronoamperometri tekniğinin de kullanıldığı anlaşılmıştır (Zare ve ark., 2007; Pournagi-Azar ve ark., 2003; Raoof ve ark., 2010; Majidi ve ark., 2007). HZ nin poli(4-absa)/gc elektrotta gerçekleşen elektrokatalitik oksidasyonu kronoamperometri tekniği ile farklı konsantrasyonlarda incelenmiştir. Şekil 4.31 de

38 38 değişik konsantrasyonlardaki bir seri HZ çözeltisinden elde edilen kronoamperogramlar görülmektedir. Şekil M fosfat tamponunda (ph:7) poli(4-absa)/gc elektrotta 5x10-6, 1x10-5 3x10-5, 5x10-5, 7x10-5, 9x10-5 ve 1x10-4 M hidrazin konsantrasyonlarında 380 mv potansiyel basamağı için kronoamperometrik cevaplar. Farklı hidrazin konsantrasyonlarında t=40 s sürede kronoamperometrik akımların değişimi.(ag/agcl referans elektrot). Şekil 4.31 de görüldüğü gibi HZ konsantrasyonundaki artışla birlikte 380 mv potansiyel basamağı için elde edilen anodik akımlarda da düzenli bir artış gözlenmektedir. Şekil 4.32 de kronoamperometrik veriler kullanılarak kalibrasyon eğrisi çizilmiş ve LOD ve LOQ değerleri hesaplanmıştır.