4.1. Ligandların Dağılma Katsayılarının Belirlenmesi
Yardımlı iyon transfer çalışmasında kullanılan ligandların dağılma katsayılarının belirlenmesinde shake-flask metodu kullanıldı (Mashru ve ark. 2005).
Dağılma katsayısının belirleneceği organik ve su fazları 24 saat 37 ºC’de karşılıklı olarak doyurulduktan sonra fazlara destek maddeler (sırasıyla 10 mM BTPPATPBCl ve 10mM LiCl) ilave edildi. Daha sonra ligandın organik fazdaki 1 mM’lık çözeltisi hazırlandı. İki fazı temsil eden her iki çözeltiden 5’er mL alınıp karıştırıldı ve 37 ºC’de 8 saat çalkalandı. Daha sonra, her iki fazın ayrılması için karışım 10 dakika 2000 rpm hızda santifirüj edildi (pH=5,92).
Başlangıçta hazırlanan organik fazdan ve santifirüjden sonraki organik fazdan alınan 3’er mL numunelerdeki ligand miktarı spektrofotometrik olarak tayin edildi. Bunun için, spektrumları alınan numunelerin sahip olduğu maksimum dalga boyundaki absorbanslar belirlendi. Absorbanslar ligand konsantrasyonları ile orantılı olduğundan, Eşitlik 4.1.1 kullanılarak dağıma katsayısı (log P) hesaplandı.
2
1 2 1
log =log =log =log 2
2 − − org su C C P C C C A A A (4.1.1)
Eşitlikteki, C1, C2, A1 ve A2 sırasıyla başlangıçta ve dağılma sonrasında organik fazdaki liganda ait konsantrasyonları ve absorbansları temsil etmektedir.
Kullanılan ligandların dağılma katsayıları, bilgisayar destekli olarak da tespit edildi. Bunun için, Tetko ve Tanchuk (2006) tarafından sağlanan ve 7 farklı program (ALOGP, IALOGp, ABLogP, COSMOFrag, miLogP, KOWWIN, XLOGP) tarafından hesaplanmış değerleri veren yazılım kullanıldı. Ancak, burada elde edilen değerler nötral su/n-octanol sistemi için hesaplandığından dolayı, su/1,2-DCE sistemine geçiş için Steyaert ve ark. (1997) tarafından önerilen ve farklı çözücülerdeki dağılma katsayıları arasında ilişki kuran solvatokromik yaklaşımdan faydalanıldı (Reymond 1998a). Bu geçişte Eşitlik 4.1.2 kullanılmıştır.
(4.1.2)
1,2
logPokt =0,92( 0,14) log± P −DCE+0,95( 0,18)±
4.2. Elektrokimyasal Hücrenin Optimizasyonu
Bu çalışmada kullanılan fazlardan biri daima su iken, organik faz olarak en yaygın kullanılan 1,2-dikloroetan (1,2-DCE), nitrobenzen (NB), 1,6-diklorohekzan (1,6-DCH) ve 1,4-diklorobütan (1,4-DCB) kullanıldı. Ancak, ligand olarak kullanılan tiyosemikarbazonlar 1,6-DCH ve 1,4-DCB’de çözünmemektedir; ayrıca NB fazında çözünenlerin sayısı da oldukça azdır ve bu sistemlerde de herhangi bir iyon transferi elde edilememiştir. Bundan dolayı, tiyosemikarbazonların çözündüğü ve iyon transfer reaksiyonlarının gözlenebildiği 1,2-DCE, bu çalışmada en uygun organik çözücü olarak seçildi.
ITIES çalışmalarında organik fazın yüksek direncinden dolayı gerekli olan pozitif geribildirim direncini (PFIR) belirlemek için, her deneyden önce background ölçümü sırasında hücrenin telafi edilmeyen direnci (Ru) PowerSuite ile belirlendi. Literatürde 3900 ohm olarak belirtilen bu değer (Samec ve ark. 2004), bu çalışmada 3800 ile 4500 ohm aralığında belirlendi. Belirlenen her direncin telafi edilmesiyle uygulanan potansiyellerde gerekli iyon transfer ölçümleri yapıldı. Çalışma boyunca, su fazından organik faza pozitif yükün transferiyle elde edilen akım, pozitif akım olarak kabul edildi (Samec 2004).
4.2.1. Destek Maddelerin ve Konsantrasyonlarının Belirlenmesi
İyon transfer çalışmalarının yapılmasında Şekil 3.8’de verilen hücrenin kullanılması için, su ve organik fazlara ait destek maddelerinin belirlenmesinde çeşitli tuzlar kullanıldı. Su fazı için LiCl ve Li2SO4 kullanılırken, organik faz için TPATPB, BTPPATPB ve BTPPATPBCl tuzları kullanıldı. Geçiş metal iyonlarının ITIES sistemlerindeki yardımlı transferlerinin çalışılabilmesi için en uygun destek madde türleri polarizasyon aralığının genişliğine göre belirlendi. Ayrıca, belirlenen destek madde türlerinin konsantrasyonlarının polarizasyon aralığına etkisi de incelendi.
4.2.2. İç Referansların Transferleri
ITIES’de yapılan çalışmalarda, dış kaynakla uygulanan potansiyeli (E) Galvani potansiyel skalasına (∆φ) dönüştürmek için her deney sonunda su fazına iç referans eklendi. Bu çalışmada, iç referans olarak 3 farklı tetraalkilamonyum klorür tuzu kullanıldı; tetrametil amonyum (TMACl), tetraetil amonyum (TEACl) ve tetrapropil amonyum (TPrACl) tuzları. TATB kabullenmesine göre standart Galvani transfer potansiyelleri bilinen ve tersinir transfer karakteristiğine sahip bu tuzların katyonlarının (TMA+, TEA+ ve TPrA+) su/1,2-DCE arayüzünden transfer potansiyelleri, kullanılan elektrokimyasal hücrede belirlendi. Elde edilen transfer piklerinin tersinir karakterizasyonları doğrulandı.
Yapılan çalışmalarda her deney sonunda su fazına uygun konsantrasyonda (0,3 mM) eklenecek olan iç referans, elde edilen yardımlı iyon transfer pikiyle örtüşmeyecek ve bu piklerin analizini zorlaştırmayacak şekilde seçildi.
4.2.3. Su Fazının pH’ının Belirlenmesi
ITIES çalışmalarında kullanılan su fazının pH’ı, 2,00 ile 11,00 arasında değiştirildi. pH, su fazına LiOH veya HCl eklenerek ayarlandı. Bu işlemler, yardımlı iyon transferinde kullanılan olan üç ligand için de ayrı ayrı gerçekleştirildi.
4.3. Yardımlı İyon Transferlerinin Voltametrik Ölçümleri
ITIES çalışmalarında 1,2-DCE fazında yeterince çözünen tiyosemikarbazon türevleri kullanılarak Cu(II), Co(II), Pb(II), Ni(II), Cd(II), Zn(II) ve Hg(II) gibi geçiş metal iyonlarının yardımlı transferleri elde edilmeye çalışıldı. Bunun için, organik fazda ligand mevcut değilken her bir geçiş metal tuzu su fazına eklendi. Herhangi bir transfer piki gözlemlenmeyen sistemlerde 1,2-DCE fazına uygun ligandların ilave edilmesiyle polarizasyon aralığında yardımlı iyon transfer reaksiyonları elde edildi. Bu çalışmalarda ECCAT, ECCAPT ve MAPPT ligandlarının yardımlı iyon transfer reaksiyonlarında kullanılabileceği tespit edildi.
Çalışmada, elde edilen yardımlı iyon transfer reaksiyonları aşırı metal veya aşırı ligand konsantrasyonlarında incelendi. Voltametrik analize uygun şartların belirlenmesinin ardından, farklı metal, farklı ligand konsantrasyonlarında ve farklı tarama hızlarında gerçekleştirilen yardımlı iyon transfer reaksiyonları dönüşümlü voltametri (CV) ile incelendi.
Farklı metal konsantrasyonu ve tarama hızı çalışmalarında elde edilen ölçümlerden, yardımlı iyon transfer reaksiyonlarının transfer karakterizasyonları yapıldı. Bu ölçümlerden uygun transfer karakteristiğine sahip olan metal iyonlarının su fazındaki difüzyon katsayısı belirlendi.
Karakterizasyonu yapılan yardımlı iyon transfer reaksiyonlarına ait transfer mekanizmaları, farklı ligand konsantrasyonlarında voltametrik ölçümler gerçekleştirilerek incelendi.
Ligandın dağılma katsayısının da etkili olduğu transfer mekanizmasının belirlenmesinin ardından, uygun eşitliklerin kullanılmasıyla organik fazda oluşan komplekslerin stokiyometrileri ve oluşum sabitleri belirlendi.