i
OCAK 2010
ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
DOKTORA TEZĐ Sevgi GÜNEY
Anabilim Dalı : Kimya Programı : Kimyagerlik
MODĐFĐYE ELEKTROTLARIN GELĐŞTĐRĐLMESĐ VE VOLTAMETRĐK TAYĐNLERDE KULLANILMALARININ ĐNCELENMESĐ
ii
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 28 Eylül 2009 Tezin Savunulduğu Tarih : 08 Ocak 2010
Tez Danışmanı : Doç. Dr. Gülcemal YILDIZ (ĐTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Esma SEZER (ĐTÜ)
Prof. Dr. Yaşar YILMAZ (ĐTÜ) Prof. Dr. Figen KADIRGAN (ĐTÜ) Prof. Dr. Sıdıka SUNGUR (YTÜ)
OCAK 2010
ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
DOKTORA TEZĐ Sevgi GÜNEY
(509022102)
MODĐFĐYE ELEKTROTLARIN GELĐŞTĐRĐLMESĐ VE VOLTAMETRĐK TAYĐNLERDE KULLANILMALARININ ĐNCELENMESĐ
iii
v ÖNSÖZ
Tez çalışmam süresince bana her türlü olanağı sağlayan, ilgisini ve desteğini esirgemeyen, her konuda yardımcı olan ve beni yönlendiren hocam, Sayın Doç.Dr. Gülcemal YILDIZ ’a en içten teşekkürlerimi sunarım.
Çalışmalarım sırasında ilgi ve yardımlarını gördüğüm ve bilgilerinden her zaman yararlandığım hocalarım Sayın Prof.Dr. Huceste GĐZ ve Sayın Doç.Dr. Nevin ÖZTEKĐN ’e , fikirleri ile katkıda bulunan değerli tez izleme jürisi Sayın Prof.Dr. Yaşar YILMAZ ve Sayın Prof.Dr. Esma SEZER’e, SEM ölçümlerindeki katkılarından dolayı Sayın Prof.Dr. A. Sezai SARAÇ ve Arş. Gör. Hacer DOLAŞ’a, Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi ölçümlerindeki yardımlarından ötürü Sayın Kim. Müh. Đnci KOL’ a, STM ve Optik Mikroskop ölçümlerindeki katkılarından dolayı Sayın Y.Doç.Dr. Oğuzhan GÜRLÜ’ye ve Nano Boyutta Yüzey Bilimi Laboratuarı çalışanları Merve ALTAY ve Dilek YILDIZ’a, ayrıca Araştırma Fon Saymanlığı’na ve ĐTÜ Fen Bilimleri Enstitüsüne çok teşekkür ederim.
Çalışmalarım süresince gösterdikleri hoşgörü ve destekten ötürü değerli eşim Doç.Dr. Orhan Güney, oğlum Serhan ve aileme de teşekkürlerimi sunarım.
Eylül 2009 Sevgi GÜNEY
vii ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa ÖNSÖZ...v ĐÇĐNDEKĐLER ... vii KISALTMALAR………...ix
ÇĐZELGE LĐSTESĐ………. ...xi
ŞEKĐL LĐSTESĐ……….. ... xiii
SEMBOL LĐSTESĐ………...xix
ÖZET………...xxi
SUMMARY……… ... xxiii
1. GĐRĐŞ………...1
2. GENEL BĐLGĐLER VE LĐTERATÜR ÖZETĐ ……… ...………..3
2.1 Voltametri ………... 3
2.1.1 Doğrusal taramalı voltametri ……….. ... 3
2.1.2 Puls voltametri ………... 4
2.1.3 Kare dalga voltametri ………... 4
2.1.4 Döngülü voltametri (CV)………... 5
2.1.5 Sıyırma yöntemleri ……….. ... 7
2.1.6 Adsorpsiyon sıyırma yöntemleri ………... 7
2.1.7 Elektrot kinetiği ve Tafel eşitliği ... 8
2.2 Voltametrik Cihazlar ……….. ...10
2.3 Podandlar ve Flavonlar ………...11
2.4 Kimyasal Olarak Modifiye Edilmiş Elektrotlar ….. ...13
2.4.1 Kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotların hazırlanması ….. ...14
2.4.1.1 Fiziksel tutunma esaslı modifiye elektrotlar 15
2.4.1.2 Kimyasal tutnma esaslı modifiye elektrotlar 17
2.4.1.3 Kovalent bağlı modifiye elektrotlar 18
2.4.1.4 Homojen çoklu tabaka modifiye elektrotlar 18
2.4.1.5 Hetorojen çoklu tabaka modifiye elektrotlar 19
2.5 Camsı Karbon Elektrotlar………...20
2.6 Karbon (Grafit) Tozu ve Diğer Karbonlu Malzemeler ………...22
2.7 Karbon Pasta Elektrotlar ………...22
2.8 Karbon Nanotüpler………...……… ...……….24
2.9 Modifiye Elektrotlar ile Analit Tayini Literatür Çalışmaları ... ...28
3. DENEYSEL YÖNTEM VE KOŞULLAR………...33
3.1 Kullanılan Cihazlar ve Deney Koşulları………...33
3.2 Elektrokimyasal Ölçüm Hücresi ve Elektrotlar ……… ...34
3.3 Kullanılan Kimyasal Malzemeler ………...35
3.4 Çalışma Elektrotlarının Hazırlanması ………...35
3.5 Modifiye Camsı Karbon Elektrotların Hazırlanması ……….. ...38
3.5.1 AAP modifiye camsı karbon elektrotlar ………...38
3.5.2 AAP modifiye karbon pasta elektrotlar ………...38
3.5.3 9-AA modifiye elektrotlar ………...39
viii
3.5.5 MWCNT modifiye elektrotlar ……….. ... 39
3.5.6 9-AA ve MWCNT modifiye elektrotlar ……….. ... 39
3.6 Yapay Deniz Suyu Hazırlanması………... ..……40
4. SONUÇLAR VE DEĞERLENDĐRME ……… .... …41
4.1 AAP Deney Sonuçların Değerlendirilmesi………... ... .………..41
4.1.1 AAP’ nin elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi …… ...………….…..41
4.1.2 AAP ile Hg2+ iyonu etkileşiminin incelenmesi … ... ………...44
4.1.3 AAP modifiye elektrotların Hg2+ iyonu analizinde kullanılması …… ... ...47
4.1.3.1 Civa tayinine diğer metal iyonlarının girişim etkisinin incelenmesi 50
4.1.3.2 Civa analizinin analitik uygulaması 52
4.1.4 AAP modifiye karbon pasta elektrotlar ile Hg2+ tayini... ...53
4.1.4.1 AAP modifiye karbon pasta elektrot ile Hg2+ tayinine girişim etkisi 58
4.2 3-HF ile Đlgili Sonuçların Değerlendirilmesi ………….………... …..59
4.2.1 3-HF’nin elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi ………... …....…...59
4.2.2 3-HF in antioksidan kapasitesinin belirlenmesi ……… ...……...…..65
4.2.3 Metal iyonları ile 3-HF etkileşiminin incelenmesi ………... …...66
4.2.4 3-HF modifiye elektrot ile Cu2+ tayini... ... ...67
4.2.4.1 Cu2+ iyonu tayininde diğer metal iyonların girişim etkisi 70
4.3 9-AA ile Đlgili Sonuçların Değerlendirilmesi………...….………...73
4.3.1 9-AA ile modifiye edilmiş elektrotlar………...……….73
4.3.2 9-AA modifiye elektrot üzerinde L-Trp'nin yükseltgenmesi ………... .74
4.3.3 Aminoasit karışımındaki L-Trp miktarının 9-AA modifiye elektrot ile belirlenmesi ... 81
4.3.4 Spin kaplama ile 9-AA modifiye elektrot hazırlanması ……..… ... ….83
4.3.5 9-AA modifiye elektrot üzerinde teofilin’in yükseltgenmesi……... ……….84
4.3.6 9-AA modifiye elektrot üzerinde kafein yükseltgenmesi ………... ………..85
4.3.7 9-AA modifiye elektrot üzerinde 3-HF yükseltgenmesi ………... ………...86
4.4 MWCNT ile Đlgili Sonuçların Değerlendirilmesi ………... ……….87
4.4.1 MWCNT modifiye elektrot üzerinde L-Typ'nin yükseltgenmesi…... ...87
4.4.2 Aminoasit karışımındaki L-Trp miktarının MWCNT modifiye elektrot ile belirlenmesi ... 90
4.4.3 MWCNT modifiye elektrot üzerinde L-Tyr'nin yükseltgenmesi……... ….92
4.4.4 MWCNT modifiye elektrot üzerinde L-Tyr ve L-Trp'nin yükseltgenmesi.... 94
4.5 9-AA ve MWCNT ile ilgili Sonuçların Değerlendirilmesi ………… ... …… ..95
4.5.1 9-AA ve MWCNT modifiye elektrot üzerinde L-Trp yükseltgenmesi .…... 95
4.5.2 9-AA ve MWCNT modifiye elektrot ile L-Trp ve L-Tyr tayini …….... ....100
4.5.3 9-AA ve 9-AA+MWCNT ile modifiye edilmiş elektrotların yüzey karakterizasyonu ... 101
5. SONUÇ VE ÖNERĐLER………105
KAYNAKLAR………... ………113
EKLER………... ………127
ixix KISALTMALAR
GCE : Camsı Karbon Elektrot (glassy carbon electrode) 3-HF : 3-Hidroksi Flavon
AAP : 1,8-bis(o-amidofenoksi)-3,6-dioksaoktan L-Trp : L - Triptofan
L-Tyr : L- Trosin
MWCNT : Çok duvarlı karbon nanotüp (Multi-wall carbon nanotube) SWCNT : Tek duvarlı karbon nanotüp (Single-wall carbon nanotube) DMF : Dimetilformamid
NADH : Nikotinamid Adenin Dinükleotid DCC : Disiklohekzilkarboimid
ITO : Đndiyum kalay oksit
CV : Döngülü Voltametri (Cyclic voltammetry) DPV : Diferansiyel Puls Voltametri
HPLC : Yüksek performanslı sıvı kromotografisi 9-AA : 9- Aminoakridin
SCE : Doygun kalomel elektrot (Saturated calomel electrode) PIB : Poli (izobutilen)
BR : Britton-Robinson tamponu
AAAS : Alevli atomik absorpsiyon spektroskopisi
STM : Taramalı tünellemeli mikroskopi (Scanning-tunneling microscopy)
SEM : Taramalı elektron mikroskopisi (Scanning electron microscopy) LOD : Tanıma sınırı ( Limit of dedection)
STS : Taramalı tünellemeli spektroskopi (Scanning-tunneling spectroscopy)
xi
ÇĐZELGE LĐSTESĐ
Sayfa Çizelge 3.1 : %35,00 tuzluluk oranında 1 kg yapay deniz suyunun formülü ...40 Çizelge 4.1 : AAP nin anodik ve katodik pik akımlarının tarama hızı ile değişimi ..43 Çizelge 4.2 : Yapay deniz suyu içerisindeki Hg2+ iyonunun AAP modifiye
camsı karbon elektrot ile belirlenmesi. Depolama potansiyeli: -0,8 V; depolama süresi: 20 dk.; 0,1 M asetat tamponu/0,1 M NaCl ( pH= 7,0) 0,125 µmol AAP; v= 50 mVs-1. ... 54 Çizelge 4.3 : 10-6 mol.L-1 Hg2+ analizine aynı derişimdeki farklı metal
iyonla-rının girişim etkisi. %3 AAP (%60:%40 karbon-AAP : PIB) 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon çözeltisi (pH=7,0).
Depolama süresi: 12 dk. Depolama potansiyeli: -0,9 V... 58 Çizelge 4.4 : Yapay deniz suyu içerisindeki Cu2+ iyonunun 3-HF modifiye,
elektrot ve AAAS ile belirlenmesi. Depolama potansiyeli: -0,9 V, depolama süresi: 12 dk., 0,5 mmol 3-HF... ...72 Çizelge 4.5 : 9-AA modifiye elektrot ile L-Trp yükseltgenmesine ait αn değerleri…81 Çizelge 4.6 : 9-AA modifiye elektrot ile aminoasit örneğinde L-Trp tayini (n=3)...83 Çizelge 4.7 : MWCNT modifiye elektrot ile aminoasit örneğinde L-Trp tayini
(n=3) ...92 Çizelge 4.8 : Farklı modifiye elektrotların 5x10-5 M L-Trp yükseltgenmesinde
sergiledikleri DPV pik akım şiddetleri ve pik potansiyelleri.. ... 99
xiii
ŞEKĐL LĐSTESĐ
Sayfa Şekil 2.1 : Bir voltametrik ölçüm cihazının şematik gösterimi ...10 Şekil 2.2 : Modifiye elektrot üzerinde gerçekleşen elektrokatalitik tepkime
işlemi... ...14 Şekil 2.3 : Kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotların hazırlanma
yöntemleri. ...16 Şekil 2.4 : Tek duvarlı karbon nanotüp (SWCNT) (A) ve çok duvarlı karbon
nanotüp ( MWCNT) (B) yapıları... ...25 Şekil 3.1 : Kullanılan organik moleküllerin açık yapısı ... ...36 Şekil 4.1 : 1x10-4 M AAP nin 0,1 M HAc-Na
2CO3 tampon çözeltisi içinde
ve camsı karbon elektrot ile alınan farklı pH lardaki döngülü
voltamogramları a) pH=4,0 b) pH=7,0 c) pH=12,0. v =50 mVs-1. ...41 Şekil 4.2 : Farklı pH lardaki 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon çözeltisi içerisinde
1x10-4 M AAP nin döngülü voltamogramlarına ait akım (a) ve
potansiyel (b) değişimleri. Camsı karbon elektrot, v =50 mVs-1. ...42 Şekil 4.3 : 1x10-4 M AAP’ nin 0,1 M HAc-Na
2CO3 tampon çözeltisi
(pH=7,0) içinde farklı tarama hızlarındaki döngülü voltamogramları. Camsı karbon elektrot.1) 30 2) 50 3) 100 4) 200
5) 300 6) 400 mVs-1. ...43 Şekil 4.4 : AAP’ nin elektrokimyasal indirgenme mekanizması... ... ...44 Şekil 4.5 : 1x10-4 M AAP’ nin 0,1 M HAc-Na
2CO3 tampon çözeltisi
(pH=7,0) içerisinde camsı karbon elektrot ile alınan döngülü voltamogramlarına ait indirgenme pik akımlarının tarama hızı (A)
ve tarama hızının karekökü (B) ile değişimi ...45 Şekil 4.6 : 1x10-4 M Hg2+ iyonunun farklı tampon çözeltiler (pH=7,0)
içerisinde 1x10-4 M AAP ile etkileşimine ait camsı karbon elektrot ile alınmış döngülü voltamogramlar. (A) 0,1 M fosfat (B) 0,1 M BR (C) 0,1 M HAc-Na2CO3 tamponları. a) Destek
elektrolit b) Hg2+ c) Hg2+ ve AAP. v =50 mVs-1. ...46 Şekil 4.7 : 1x10-4 M AAP varlığında 0,1 M HAc-Na
2CO3 tamponu içinde
1x10-4 M Hg2+ iyonunun GC elektrot ile alınmış döngülü voltamogramlarından elde edilen pik akımlarının pH ile değişimi.
v =50 mVs-1... ...47 Şekil 4.8 : 5x10-7 M Hg2+ nin 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3
tampon çözeltisi (pH=7,0) içinde AAP/GC elektrot ile alınan DPV pik akımına depolama potansiyelinin etkisi. Depolama
zamanı: 10 dk., 0,063 µmol AAP. ...48 Şekil 4.9 : 5x10-7 M Hg2+ nin 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3
tampon çözeltisi (pH=7,0) içinde AAP/GC elektrot ile alınan DPV pik akımına depolama zamanının etkisi. Depolama
xiv
Şekil 4.10 : Elektrot yüzeyindeki AAP miktarının 5x10-7 M Hg2+’nın DPV pik akımına etkisi. 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3
tampon çözeltisi (pH=7,0), AAP/ GC elektrot. Depolama
potansiyeli: -0,8 V, depolama zamanı: 20 dk...49 Şekil 4.11 : 5x10-7 M Hg2+ ’nın a) Camsı karbon elektrot b) AAP modifiye
elektrot üzerindeki DPV leri. 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon çözeltisi (pH=7,0). Depolama potansiyeli: -0,8
V, depolama zamanı: 20 dk., 0,125 µmol AAP. ...50 Şekil 4.12 : 1x10-6 M Hg2+ iyonuna eşit derişimde diğer metal iyonlarının
girişim etkisi. AAP modifiye elektrot. 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon çözeltisi (pH=7,0). Depolama potansiyeli:
-0,8 V, depolama zamanı: 20 dk., 0,125 µmol AAP. ...51 Şekil 4.13 : a)Camsı karbon elektrot b)AAP modifiye elektrot kullanılarak
alınan 1x10-6 M Cd2+, Pb2+, Fe3+, Cu2+ ve Hg2+ iyonlarının DPV leri. 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon çözeltisi
(pH=7,0). Depolama potansiyeli: -0,8 V, depolama zamanı: 20
dk., 0,125 µmol AAP...52 Şekil 4.14 : Hg2+ iyonunun AAP modifiye elektrot ile analizinde elde edilen
ölçüm grafiği. Depolama potansiyeli: -0,8 V, depolama süresi: 20 dk. 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon çözeltisi
(pH=7,0). Depolama potansiyeli: -0,8 V, depolama zamanı: 20
dk., 0,125 µmol AAP...53 Şekil 4.15 : 1x10-4 M Hg2+ ’nın farklı yüzdelerde AAP ile modifiye edilmiş
karbon pasta elektrot üzerindeki DPV leri. a) %3 b) %5 c) %7 AAP. (%60:%40 karbon-AAP : PIB) 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon çözeltisi (pH=7,0). Depolama potansiyeli:
-0,8 V, depolama süresi: 10 dk. ...55 Şekil 4.16 : Depolama potansiyelinin 1x10-6 M Hg2+’nın DPV pik akımı
üzerindeki etkisi. %3 AAP ile katkılanmış (%60:%40 karbon-AAP : PIB) 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon
çözeltisi (pH=7,0). Depolama süresi: 10 dk...55 Şekil 4.17 : Depolama zamanının 1x10-6 M Hg2+’nın DPV pik akımı
üzerindeki etkisi. %3 AAP ile katkılanmış (%60:%40 karbon-AAP : PIB) 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon
çözeltisi (pH=7,0). Depolama potansiyeli: -0,9 V...56 Şekil 4.18 : Hg2+ iyonunun AAP-modifiye karbon pasta elektrot ile analizinde
ölçüm grafiği. %3 AAP ile katkılanmış (%60:%40 karbon-AAP : PIB) 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon çözeltisi
(pH=7,0). Depolama süresi: 12 dk. Depolama potansiyeli: -0,9 V...56 Şekil 4.19 : 1x10-6 M Hg2+’nın karbon pasta elektrot (a) ve AAP modifiye
karbon pasta elektrot (b) üzerindeki DPV leri. %3 AAP ile katkılanmış (%60:%40 karbon-AAP : PIB) 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon çözeltisi (pH=7,0). Depolama süresi: 12
dk. Depolama potansiyeli: -0,9 V...57 Şekil 4.20 : 1x10-6 M Cd2+, Pb2+, Fe2+, Cu2+ ve Hg2+ iyonlarını içeren tampon
çözelti içinde a) Karbon pasta elektrot b) AAP modifiye karbon pasta elektrot ile alınmış DPV ler. %3 AAP ile katkılanmış (%60:%40 karbon-AAP : PIB) 0,1 M NaCl içeren 0,1 M HAc-Na2CO3 tampon çözeltisi (pH=7,0). Depolama süresi: 12 dk.
xv
Şekil 4.21 : 1x10-4 M 3-HF’in farklı pH taki tampon çözeltilerde camsı karbon elektrot ile alınan döngülü voltamogramları a) Destek elektrolit b) pH=3,2 c) pH=4,0 d) pH=5,1 e) pH=5,9 f) pH=8,0.
v =50 mVs-1...60 Şekil 4.22 : 1x10-4 M 3-HF’in farklı pH taki tampon çözeltilerde camsı
karbon elektrot ile alınan DPV leri. a) pH=2,0 b) pH=3,2 c)
pH=4,0 d) pH=5,1 e) pH=5,5 f) pH=5,9 g) pH=6,9 h) pH=8,0. ...60 Şekil 4.23 : 1x10-4 M 3-HF nin camsı karbon elektrot üzerinde
yükseltgenmesine ait DPV pik potansiyelinin (a) ve pik akımının
(b) pH ile değişimi. ...61 Şekil 4.24 : 3-HF nin camsı karbon elektrot üzerinde düşük pH lar da
yükseltgenmesine ait reaksiyon mekanizması...62 Şekil 4.25 : 3-HF nin camsı karbon elektrot üzerinde yüksek pH lar da
yükseltgenmesine ait reaksiyon mekanizması...62 Şekil 4.26 : 1x10-4 M 3-HF’in yükseltgenmesinin farklı tarama hızlarında
camsı karbon elektrot ile alınan döngülü voltamogramları a) 10 b) 25 c) 50 d) 100 e) 200 f) 300 g) 400 h) 500 mVs-1. 0,1 M asetat
tamponu (pH: 4,0)...63 Şekil 4.27 : 1x10-4 M 3-H’in camsı karbon elektrot üzerinde
yükseltgenmesine ait pik potansiyelinin tarama hızının
logaritması ile değişimi. 0,1 M asetat tamponu (pH: 4,0)...64 Şekil 4.28 : 1x10-4 M 3-HF yükseltgenmesine ait pik akımlarının tarama
hızının karekökü (A) tarama hızı ile (B) değişimi. 0,1 M asetat
tamponu (pH=4,0). ...64 Şekil 4.29 : 0,1 M asetat tamponu (pH=4,0) içerisinde camsı karbon elektrot
ile alınan CV (a) ve 1x10-4 M 3-HF yükseltgenmesinin döngü
sayısı ile değişimi(b)...65 Şekil 4.30 : Farklı konsantrasyonlarda 0,1 M asetat tamponu (pH=4,0) içinde
Trolox’un yükseltgenmesine ait camsı karbon elektrot ile alınan döngülü voltamogramlar. a) 0,1 mM b) 0,15 mM c) 0,2 mM d)
0,5 mM e) 1,0 mM Trolox. v: 50mV.s-1...66 Şekil 4.31 : Anodik dalganın altında kalan toplam yükün, Trolox derişimi ile
değişimi. ...66 Şekil 4.32 : 1x10-6 M derişimdeki metal iyonlarını içeren tampon çözelti
içinde her bir metale ait DPV pik akımlarının 1x10-6M 3-HF ilavesi ile değişimleri. a) Cu2+ b) Fe3+ c) Hg2+ d) Cd2+ e) Pb2+ . Đç
şekil: a) Cu2+ ve b) Cu2+ ile 3-HF etkileşimine ait örnek DPV...67 Şekil 4.33 : 1x10-5 M Cu2+ nin 0,1 M fosfat tamponu (pH=6,8) içindeki (a)
camsı karbon elektrot (b) 3-HF modifiye elektrot ile analizine ait
DPV ler. E = -0,8 V, t =5 dk., 0,25mmol 3-HF. ...68 Şekil 4.34 : Depolama potansiyelinin 1x10-5 M Cu2+ nin DPV pik akımı
üzerindeki etkisi. t =5 dk. 0,25mmol 3-HF modifiye elektrot. 0,1
M fosfat tamponu (pH=6,8) ...69 Şekil 4.35 : 1x10-5 M Cu2+ nin depolama süresinin DPV pik akımları
üzerindeki etkisi. E: -0,9 V. 0,25mmol 3-HF modifiye elektrot.
0,1 M fosfat tamponu (pH=6,8)...69 Şekil 4.36 : Elektrot yüzeyindeki 3-HF miktarının 1x10-5 M Cu2+ nin DPV
pik akımlarına etkisi. t = 12 dk., E: -0,9 V. 0,1 M fosfat tamponu
xvi
Şekil 4.37 : 3-HF modifiye elektrot ile 1x10-6 M Cu2+ nin analizine eşit derişimde metal iyonlarının girişim etkisi a) Cu2+ b) Zn2+ c) Ni2+ d) Al3+ e) Cd2+ f) Pb2+ g) Fe3+. 0,5 mmol 3-HF, t = 12 dk., E: -0,9
V. 0,1 M fosfat tamponu (pH=6,8)...71 Şekil 4.38 : 3-HF modifiye elektrot ile Cu2+ analizine ait ölçüm grafiği. Đç
şekil: a)10-9 M b) 5x10-9 M c) 10-8 M Cu2+ için DPV ler. 0,1 M
fosfat tamponu (pH=6,8). t = 12 dk., E: -0,9 V. 0,5 mmol 3-HF...72 Şekil 4.39 : 5x10-5 M 9-AA’ nın camsı karbon elektrot ile 0,1 M fosfat
tamponu (pH= 6,0) içindeki döngülü voltamogramı. v=100 mV.
s-1 ...73 Şekil 4.40 : 0,1M fosfat tamponu içinde a) camsı karbon elektrot ve b) 9-AA
modifiye elektrot ile alınan döngülü voltamogramlar ...74 Şekil 4.41 : 1x10-4 M L-Triptofan’nın 0,1 M fosfat tamponu içinde a) camsı
karbon elektrot b) 9-AA modifiye elektrot ile alınan A) Döngülü
voltamogramları B) DPV leri...75 Şekil 4.42 : 9-AA modifiye elektrot üzerinde 1x10-4 M L-Trp’nin 0,1 M fosfat
tamponu (pH=7,4) içinde yükseltgenmesine ait DPV pik
akımlarının çözelti pH’ı ile değişimi. ...76 Şekil 4.43 : 9-AA modifiye elektrot ile 0,1 M fosfat tamponu (pH=7,4)
çözeltisinde L-Trp yükseltgenmesine ait DPV pik
potansiyellerinin çözelti pH’ı ile değişimi.. ...76 Şekil 4.44 : 1x10-4 M L-Trp’nin DPV pik akımlarının, camsı karbon
elektrodun 9-AA ile modifikasyonunda uygulanan döngü sayısına
bağlı olarak değişimi...77 Şekil 4.45 : 1x10-5 M L-Trp ’nin farklı potansiyel tarama hızlarında 9-AA
modifiye elektrot ile alınan döngülü voltamogramları.1) 10 mV.s
-1
2) 50 mV.s-1 3) 100 mV.s-1 4) 200 mV.s-1 5) 300 mV.s-1 6) 500
mV.s-1 . 0,1 M fosfat tamponu (pH=7,4)...78 Şekil 4.46 : 9-AA modifiye elektrot ile 1x10-5 M L-Trp yükseltgenmesine ait
pik potansiyelinin tarama hızının logaritması ile değişimi. 0,1 M
fosfat tamponu (pH=7,4)...78 Şekil 4.47 : 9-AA modifiye elektrot ile L-Trp yükseltgenme reaksiyonu
mekanizması ...79 Şekil 4.48 : 1x10-5 M L-Trp yükseltgenmesi için pik akımlarının tarama hızı
(A) ve tarama hızının karekökü (B) ile değişimi...79 Şekil 4.49 : Farklı derişimlerde L-Trp’ nin 9-AA modifiye elektrot üzerinde
yükseltgenmesi a) 0,05 M b) 0,1 M c) 0,5 M d) 1 M L-Trp. 0,1 M
fosfat tamponu (pH=7,4)...80 Şekil 4.50 : 9-AA modifiye elektrot üzerinde L-Trp yükseltgenmesine ait
Tafel analizi...80 Şekil 4.51 : 9-AA modifye elektrot ile L-Trp yükseltgenmesi için ölçüm
grafiği. 0,1 M fosfat tamponu (pH=7,4) ...81 Şekil 4.52 : 9-AA modifiye elektrot ile aminoasit karışımında L-Trp analizine
ait DPV ler. a) 0 µL b) 100 µL c) 200 µL d) 400 µL 10-4 M L-Trp. Đç şekil: Eklenen standart L-Trp derişimine karşı DPV pik
akımlarının değişimi. 0,1 M fosfat tamponu (pH=7,4)...82 Şekil 4.53 : 5x10-5 M L-Trp yükseltgenmesindeki pik akımlarının elektrot
yüzeyindeki 9-AA miktarı ile değişimi. 0,1 M fosfat tamponu
xvii
Şekil 4.54 : 1x10-4 M teofilin’in 0,1 M fosfat tamponu (pH=7,4) içinde a) camsı karbon elektrot ve b) 9-AA modifiye elektrot üzerindeki
CV leri. v:50 mV.s-1...84 Şekil 4.55 : 1x10-4 M kafein’in 0,1 M fosfat tamponu (pH=7,4) içinde a)
camsı karbon elektrot ve b) 9-AA modifiye elektrot üzerindeki
CV leri. v:50 mV.s-1...85 Şekil 4.56 : 1x10-4 M 3-HF’ nin 0,1 M fosfat tamponu içinde (pH=7,4) a)
camsı karbon elektrot b) 9-AA modifiye elektrot üzerindeki
döngülü voltamogramları. v:50 mV.s-1...86 Şekil 4.57 : 5x10-5 M L-Trp’nin MWCNT modifiye elektrot üzerinde farklı
pH lardaki döngülü voltamogramları (a) pH=3,5 (b) pH=4,0 (c) pH=5,0 (d) pH=6,0 (e) pH=7,0 . v:50 mV.s-1 .10 µL 0,1mg/mL
MWCNT ...87 Şekil 4.58 : 5x10-5 M L-Trp’nin MWCNT modifiye elektrot üzerinde farklı
pH lardaki DPV leri. (a) pH=3,0 (b) pH=4,0 (c) pH=5,0 (d)
pH=6,0 (e) pH=7,0 (f) pH=8,0. 10 µL 0,1mg/mL MWCNT ...88 Şekil 4.59 : MWCNT modifiye elektrot ile 5x10-5 M L-Trp’nin yükseltgenme
DPV pik akımlarının(a) ve pik potansiyellerinin pH ile değişimi.
10 µL 0,1mg/mL MWCNT ...88 Şekil 4.60 : 5x10-5 M L-Trp’nin tampon çözelti (pH=3,5) içinde DPV pik
akımlarının elektrot yüzeyindeki MWCNT miktarı ile değişimi. ...89 Şekil 4.61 : 0,1 M tampon (pH=3,5) çözelti içinde CV ler. a) camsı karbon
elektrot b) 5x10-5 M L-Trp varlığında camsı karbon elektrot c) MWCNT modifiye elektrot d) 5x10-5 M L-Trp varlığında MWCNT modifiye elektrot. v:50 mV.s-1 . 20 µL 0,1 mg/mL
MWCNT ...90 Şekil 4.62 : 5x10-5 M L-Trp’nin 0,1 M tampon çözelti (pH= 3,5) içinde (a)
camsı karbon elektrot (b) MWCNT modifiye elektrot üzerindeki
DPV leri. 20 µL 0,1 mg/mL MWCNT ...91 Şekil 4.63 : 5x10-5 M L-Tyr’nin MWCNT modifiye elektrot üzerinde farklı
pH lardaki A) döngülü voltamogramları ve B) DPV leri. a) pH=3,0 b) pH=4,0 c) pH=5,0 d) pH=6,0 v:50 mV.s-1 .10 µL
0,1mg/mL MWCNT ...91 Şekil 4.64 : MWCNT modifiye elektrot ile aminoasit karışımında L-Trp
analizine ait DPV ler. a) 0 µL b) 100 µL c) 200 µL d) 400 µL e) 600 µL 10-4 M L-Trp. Đç şekil: Eklenen standart L-Trp derişimine karşı DPV pik akımlarının değişimi. 0,1 M H3PO4 tamponu (pH=
3,5) ...92 Şekil 4.65 : 5x10-5 M L-Tyr’nin yükseltgenme DPV pik akımlarının pH ile
değişimi. 10 µL 0,1mg/mL MWCNT modifiye elektrot. ...93 Şekil 4.66 : 5x10-5 L-Tyr DPV pik akımlarının elektrot yüzeyindeki MWCNT
(0,1mg/mL) miktarı ile değişimi. pH=3,5...94 Şekil 4.67 : 5x10-5 M L-Tyr’nin a) camsı karbon elektrot b) MWCNT
modifiye elektrot üzerindeki DPV leri. pH: 3,5; 20 µL 0,1mg/mL
MWCNT ...94 Şekil 4.68 : Tampon çözelti (pH=3,5) içinde CV ler. a) camsı karbon elektrot
ve b) MWCNT modifiye elektrot c) camsı karbon elektrot ve d) MWCNT modifiye elektrot 5x10-5 M L-Tyr ve L-Trp varlığında.
xviii
Şekil 4.69 : 5x10-5 M L-Trp’nin 9-AA ve MWCNT ile modifiye elektrot
üzerindeki DPV si. pH=3,5 ...96 Şekil 4.70 : 5x10-5 M L-Trp’nin üçüncü yöntem ile hazırlanan 9-AA ve
MWCNT modifiye elektrot üzerindeki DPV si. pH=7,4...97 Şekil 4.71 : 9-AA– MWCNTmodifiye elektrodun 0,1 M fosfat tamponundaki
(pH=6,0) döngülü voltamogramı, v=100mV s-1...98 Şekil 4.72 : 0,1M fosfat tamponu (pH=7,4) içinde a) MWCNT modifiye
elektrot b) 9-AA ve MWCNT modifiye elektrot ile alınan CV
ler.v=100mv.s-1...98 Şekil 4.73 : 5x10-5M L-Trp’nin a) MWCNT modifiye elektrot, b) 9-AA ve
MWCNT modifiye elektrot üzerindeki yükseltgenme DPV leri.
pH=7,4 ...99 Şekil 4.74 : 9-AA ve MWCNT modifiye elektrot üzerindeki yükseltgenmelere
ait DPV ler. (a) 5x10-5 M L-Trp (b) 5x10-5 M L-Trp ve 5x10-5 M L-Tyr (c) 5x10-5 M L-Trp ve 1x10-4 M L-Tyr. 0,1 M H3PO4
tamponu (pH=3,5) ... 100 Şekil 4.75 : Fosfat tampon içinde 9-AA ve MWCNT modifiye elektrot
üzerindeki yükseltgenmelere ait DPV ler. (a) 5x10-5 M L-Trp (b) 5x10-5 M L-Trp ve 5x10-5 M L-Tyr (c) 5x10-5 M L-Trp ve 1x10-4
M L-Tyr. 0,1 M fosfat tamponu (pH=7,4). ... 101 Şekil 4.76 : Modifiye edilmemiş, yalnızca AA ile modifiye edilmiş ve
9-AA+MWCNT birarada modifiye edilmiş ITO elektrotlar... 102 Şekil 4.77 : Modifiye edilmemiş, yalnızca AA ile modifiye edilmiş ve
9-AA+MWCNT birarada modifiye edilmiş ITO elektrotlara ait
SEM görüntüleri. ... 102 Şekil A. 1 : Optik mikroskop görüntüleri a) ITO b) 9-AA modifiye ITO ... 128 Şekil A. 2 :STM ve STS görüntüleri a) HOPG b) ITO c) 9-AA modifiye ITO ...129 Şekil A. 3 : Üç boyutlu STM görüntüleri a) ITO b) 9-AA modifiye
xix
SEMBOL LĐSTESĐ
Ι
p : Pik akımı, (A) Ia : Anodik akım, (A) Ik : Katodik akım, (A) Ep : Pik potansiyeli, (V)
D : Diffüzyon katsayısı, (cm2.s-1) v : Tarama hızı (v.s-1)
C : Derişim, (mol.L-1)
R : Đdeal gaz sabiti, (J.K-1mol-1)
T : Sıcaklık, (K)
α : Elektrot reaksiyonunun transfer katsayısı n : Transfer elektron sayısı
F : Faraday sabiti, (C) K : Kimyasal denge sabiti
xxi
MODĐFĐYE ELEKTROTLARIN GELĐŞTĐRĐLMESĐ VE VOLTAMETRĐK TAYĐNLERDE KULLANILMALARININ ĐNCELENMESĐ
ÖZET
Kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotlar, çeşitli organik ve inorganik modifiye edicilerin elektrot yüzeyine yerleştirilmesi ile elde edilirler. Modifiye edilmiş elektrotlar voltametrik, amperometrik ve potansiyometrik sensörler olarak analitik tayinlerde hassasiyetin, seçiciliğin veya kararlılığın arttırılması amacı ile tasarlanırlar. Ayrıca, güneş enerjisinin depolanması, seçici elektro-organik sentez, elektrokromik malzemeler, korozyon önleme gibi modifiye elektrotların çok sayıda uygulama alanı vardır.
Bu tez çalışmasında, hedef metal iyonları ve moleküllerin voltametrik yöntemlerle seçici ve hassas tayinlerinde kullanılacak modifiye karbon esaslı elektrotların elde edilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla fiziksel, elektrokimyasal ve karbon pasta modifiye elektrot gibi farklı yöntemler kullanılarak çalışma elektrotları hazırlanmıştır.
Çalışmanın ilk kısmında, yeni bir podand türevi olan 1,8-bis(o-amidofenoksi)-3,6-dioksaoktan(AAP)’nin tampon çözelti ve pH gibi farklı ortamlardaki elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Belirlenen en uygun koşullar varlığında AAP’nin metal iyonu bağlama özelliği elektrokimyasal yöntemler ile açığa çıkartılmıştır.
AAP ile modifiye edilmiş camsı karbon ve karbon pasta elektrotlar hazırlanarak hedef metal iyonu analizine ait analitik parametreler belirlenmiştir. Ayrıca metal iyonu analizindeki aktivitelerini kıyaslamak suretiyle iki modifikasyon yönteminin birbirine karşı üstünlükleri ortaya konulmuştur.
Çalışmanın ikinci kısmında, flavonların en temel üyesi olan 3-Hidroksiflavon’un (3-HF) elektrokimyasal karakterizasyonu ve metal iyonları ile etkileşimleri farklı pH daki tampon çözeltilerde döngülü voltametri ve diferansiyel puls voltametrisi yöntemleri kullanılarak yapılmıştır. 3-HF ile modifiye edildiğinde elektrodun hedef metal iyonunun analizindeki seçiciliği ve hassasiyeti camsı karbon elektroda göre karşılaştırılmıştır.
Çalışmanın üçüncü kısmında, fizyolojik öneme sahip organik moleküllerin hassas ve spesifik tayini 9-aminoakridin (9-AA) ile modifiye edilmiş elektrot kullanılarak incelenmiş ve camsı karbon elektroda kıyasla daha yüksek elektrokatalitik aktivite sergilediği bulunmuştur. Diğer taraftan, çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) ve 9-AA nın kullanıldığı yeni bir modifikasyon sistemi oluşturularak, modifiye elektrodun hedeflenen organik moleküllerin yükseltgenmesindeki elektrokatalitik davranışı incelenmiştir. Ayrıca, MWCNT ve 9-AA ile hazırlanan modifiye elektrot kullanılarak L-trosin ve L-triptofan aynı çözelti içinde belirlenmiştir.
xxiii
DEVELOPMENT OF MODIFIED ELECTRODES AND INVESTIGATION OF THEIR UTILIZATION IN THE VOLTAMMETRIC TECHNIQUES SUMMARY
Chemically modified electrodes have been obtained by immobilization of various organic and inorganic modifiers on the surface of electrode. Modified elctrodes are designed to aim for the improvement of stability, sensitivity and selectivity in analytical applications as voltammetric, amperometric and potantiometric sensors. In addition, there have been many applications of modified electrodes such as storage of solar energy, selective electro-organic synthesis, electrochromic materials and inhibition of corrosion.
In this thesis, it is aimed to obtain carbon-based modified electrodes for selective and sensitive determination of target metal ions and molecules by voltammetric methods. For this purpose, working electrodes were prepared using different methods such as physical, electrochemical and carbon paste modified electrode. In the first part of the study, electrochemical properties of a new type podand, 1,8-bis(o-amidophenoxy)-3,6-dioxaoctane (AAP), were investigated upon buffer solution and pH. Metal binding property of AAP was elucidated by electrochemical methods under the defined optimum conditions.
Analytical parameters which belong to analysis of target metal ion were determined by preparing glassy carbon and carbon paste electrodes modified with AAP. In additon, advantages of each modification methods were evaluated by comparing the activities during the analysis of metal ion.
In the second part of the study, electrochemical characterization of 3-Hydroxyflavone (3-HF), which is the basic member of the flavones, and interaction with metal ions were evaluated by cyclic voltammetry and differential puls voltammetry in different pH and buffer solutions. Selectivity and sensitivity of electrode modified with 3-HF was compared with that of the glassy carbon electrode.
In the third part of the study, selective and sensitive determination of physiologically important organic molecules was investigated using electrode modified with 9-aminoacridine (9-AA) and it was found that modified electrode exhibited high electrocatalytic activity compared with that of the glassy carbon electrode. On the other hand, electrocatalytic behavior of modified electrode on oxidation of target organic molecules was investigated by establishing a new modification system that uses the multi wall carbon nanotube (MWCNT) and 9-AA. It was shown that, L-tyrosine and L-tryptophan could be determined in the same solution by using modified electrode prepared with MWCNT and 9-AA.
1ix 1. GĐRĐŞ
Elektrotların kimyasal yapısını doğrudan kontrol etmek için hazırlanan modifiye elektrotların geliştirilmesi, son yirmi yılda önemli ölçüde ilgi çeken bir konu olmuştur. Kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotlar organik veya inorganik modifiye edicilerin elektrot yüzeyine yerleştirilmesi ile hazırlanır. Elektrodun modifiye edilmesi, elektroaktif türlerin yükseltgenme ve indirgenme potansiyellerini azaltmayı, metal iyonlarının zenginleştirilmesini, iyon değiştirme özelliklerinden yararlanarak elektroaktif olmayan türlerin belirlenmesini sağlar. Modifiye elektrotlar, kolay değişebilen indirgenme-yükseltgenme yükü, kutuplanabilirlik ve geçirgenlik gibi ayarlanabilir fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptirler. Bu elektrotların duyarlılık, seçicilik, kısa tepkime süresi gibi önemli analitik özellikleri gittikçe daha iyi hale gelmektedir. Modifiye elektrotların güneş enerjisinin dönüşümü ve depolanması, seçici elektro-organik sentezler, elektrokromik malzemeler, korozyon önleme ve elektro-analiz gibi çok sayıda önemli uygulama alanları vardır.
Belirlenen bir tepken ile hazırlanan kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotlar, elektro-analitik amaçlar için voltametrik, amperometrik, potansiyometrik ve mikrogravimetrik algılama cihazları olarak tasarlanabilir. Elektrodun moleküler bileşiminin bu şekilde değiştirilmesindeki amaç, analitik ihtiyaçları karşılamak için hassasiyetin, seçiciliğin veya kararlılığın arttırılmasıdır.
Bu çalışmanın amacı, farklı yöntemler ile modifiye edilmiş karbon esaslı elektrotlar hazırlayarak bu elektrotların çeşitli metal iyonları ve moleküllerin voltametrik tayininde kullanılması suretiyle seçici ve hassas tayin yöntemleri geliştirmektir. Bu amaçla çalışma elektrotları üç farklı yöntem kullanılarak modifiye edilmiştir:
1- Modifiye edici madde, çalışma elektrodu olarak kullanılacak camsı karbon elektrot yüzeyi üzerine fiziksel tutunma yöntemi ile kaplanarak.
2- Modifiye edici madde ile katkılanmış karbon pasta elektrotlar hazırlanarak. 3- Camsı karbon elektrot yüzeyine elektrokimyasal yöntemler uygulanarak. Bu çalışmada, 1,8-bis(o-amidofenoksi)-3,6-dioksaoktan (AAP), 3-Hidroksiflavon (3-HF) ve 9-aminoakridin (9-AA) maddelerinin tampon çözelti ve pH gibi farklı
2
ortamlardaki elektrokimyasal özellikleri döngülü voltametri ve diferansiyel puls voltametrisi yöntemleri kullanılarak incelenmiş ve hedef metal iyonu ya da moleküller ile etkileştikleri koşullar ortaya konmuştur.
Çalışma elektrodu bu maddeler ile modifiye edilerek, hedef maddenin analizini etkin kılan depolama potansiyeli, depolama süresi, tarama hızı ve elektrot yüzeyindeki modifiye edicinin derişimi gibi analitik parametreler belirlenmiştir. Modifiye elektrotların hedef metal iyonunun analizindeki seçiciliği camsı karbon elektroda göre karşılaştırılmıştır. Ayrıca, hedef maddeye ait elektrokimyasal reaksiyon mekanizmasının tersinirliği ve adsorpsiyon ya da diffüzyon kontollü olması ile ilgili kinetik veriler de incelenmiştir. Modifiye elektrotların analitik uygulamalarda kullanılabilmesi için gerekli ölçüm grafikleri çizilerek tayin sınırları belirlenmiştir. Bunun yanısıra, sadece 9-AA’nın modifiye edici olarak kullanıldığı elektrotlar hazırlanıp amino asit analizine ait analitik parametreler belirlenmiştir. Daha sonra MWCTN ile modifiye edilmiş camsı karbon elektrotlar hazırlanarak yine aynı hedef molekülün analizi incelenmiştir. Hedef moleküle karşı daha yüksek bir elektrokatalitik aktivite elde edebilmek için her iki modifikasyonda belirlenen analitik parametrelerden hareketle, MWCNT ve 9-AA’nın birarada kullanıldığı yeni bir modifikasyon yöntemi geliştirilerek hazırlanan elektrotların hedef moleküllerin elektrokimyasal yükseltgenmesindeki elektrokatalitik davranışları incelenmiştir. Ayrıca, MWCNT ve 9-AA ile modifiye edilmiş elektrotları kullanarak aynı çözelti ortamında birarada bulunan iki farklı aminoasit olan L-trosin ve L-triptofan moleküllerinin yan yana tayinleri gerçekleştirilmiştir.
3
2. GENEL BĐLGĐLER VE LĐTERATÜR ÖZETĐ
2.1 Voltametri
Voltametri, elektroda uygulanan potansiyelin fonksiyonu olarak geçen akımın ölçüldüğü elektrokimyasal bir yöntemdir. Elektroda uygulanan potansiyel kimyasal türlerin elektron vererek yükseltgenmesine ya da elektron alarak indirgenmesine neden olur. Elektrot yüzeyinde bu tür bir indirgenme ya da yükseltgenme gerçekleşirken elektron hareketinden dolayı da bir akım oluşur. Oluşan bu akımlar madde derişimi ile orantılıdır.
Voltametrik ölçümler, çalışma elektrodunun polarize olduğu şartlar altında yapılır. Genellikle polarizasyonu sağlamak için voltametride çalışma elektrodu olarak yüzey alanı birkaç milimetrekare olan mikroelektrotlar kullanılır. Bir elektrolitik hücrede, uygulanan potansiyelin fonksiyonu olarak geçen akımın grafiği düz bir doğru olmalıdır. Ancak grafik küçük akımlarda doğrusaldır. Uygulanan potansiyel artarken akım doğrusallıktan sapmaya başlar. Daha yüksek akımlarda doğrusal olmayan davranış gösteren hücrelere polarizlenmiştir denir ve polarizasyonun derecesi aşırı
gerilimle veya aşırı potansiyelle verilir. Kısaca polarizasyon, beklenen değerden
daha büyük bir akım elde etmek için teorik değerden daha büyük bir potansiyel uygulandığında oluşan bir aşırı gerilim olarak tanımlanabilir.
Voltametride bir mikroelektrot içeren kimyasal hücreye değiştirilebilir potansiyel uyarma sinyali uygulanır. Bu uyarma sinyali metodun temelini teşkil eden karakteristik akım cevapları oluşturur. Voltametride en çok kullanılan dört uyarma sinyali: Doğrusal taramalı, diferensiyal puls, kare dalga ve üçgen dalgadır. Bu uyarma sinyallerine bağlı olarak oluşan voltametrik yöntemler ise: Doğrusal taramalı voltametri, diferansiyel puls voltametri, kare dalga voltametri ve döngülü voltametridir.
2.1.1 Doğrusal taramalı voltametri
Bu yöntemde genellikle 10-1000 mVs-1 potansiyel aralığında doğrusal potansiyel taraması yapılır. Çalışma elektrodunun potansiyeli başlangıç potansiyelinden,
4
örneğin yükseltgendiği veya indirgendiği potansiyele doğru zamanla doğrusal olarak değişir. Hücrede oluşan akım zamanın ve dolayısıyla da uygulanan potansiyelin bir fonksiyonu olarak ölçülür.Bu yöntemin hassasiyeti 10-6 M civarındadır. Polarografi, ve hidrodinamik voltametri olmak üzere iki tiptir. Polarografide belli bir potansiyelden sonra akımın sabit kaldığı bir plato bölgesine ulaşılır. Bu akıma sınır
akımı adı verilir. Elektrot üzerinde henüz reaksiyon olmadığı zaman küçük de olsa
bir akım gözlenir. Bu akıma artık akım denir. Akımın, sınır akımı değerinin yarısına eşit olduğu potansiyel yarı dalga potansiyeli olarak tanımlanır ve E1/2 ile gösterilir.
Hidrodinamik voltametride, çözelti sabit bir mikroelektrotla temas halindeyken şiddetli bir şekilde karıştırılır. Bu yöntemin dışında farklı bir uygulama olarak, mikroelektrodun yerleştirildiği bir tüp içerisine analit çözeltisi aktarılır. Bu yöntem, bir sıvı kromotografi kolonundan çıkan çözeltideki yükseltgenebilen veya indirgenebilen analitleri tayin etmede yaygın olarak kullanılır. Bunun dışında, glukoz, laktoz ve sakkaroz gibi türlerin ve oksijenin rutin tayininde, kulometrik ve volumetrik titrasyonlarda dönüm noktası tayininde ve elektrokimyasal işlemlerle ilgili temel çalışmalarda hidrodinamik voltametri uygulama alanı bulmaktadır.
2.1.2 Puls voltametri
Bu teknikte voltametrik hücreye potansiyel pulsları uygulanarak, oluşan akım bu pulsların ömrü süresince zamanın fonksiyonu olarak ölçülür. Normal ve diferensiyal puls olmak üzere iki tür puls vardır. Puls voltametrik yöntemlerin hassasiyet sınırı 10-8 M dır. Bu nedenle doğrusal taramalı voltametriye tercih edilirler. Çalışma elektrodu olarak damlayan civa elektrodun kullanıldığı diferansiyel puls polarografisinin üstünlüğü ise, yarı dalga potansiyelleri 0,04 V ile 0,05 V kadar farklı olan maddelerde dahi pik maksimumlarının elde edilebilmesidir. Halbuki normal puls polarografisinde yarı dalga potansiyel farkı en az 0,2 V olmak zorundadır. Daha da önemlisi, diferansiyel puls polarografisi polarografik yöntemin duyarlılığını arttırmaktadır.
2.1.3 Kare dalga voltametri
Kare dalga voltametri son derece duyarlı ve hızlı olma üstünlüğü olan bir puls polarografi tekniğidir. Bu yöntemde kare dalga formu, çalışma elektroduna uygulanan basamak sinyali ile pulsun toplamından oluşur. Kare dalga voltametrisinin tayin sınırları 10-7- 10-8 M arasındadır.
5 2.1.4 Döngülü voltametri (CV)
En sık kullanılan ve elektrokimyasal reaksiyonlar hakkında kalitatif ve kantitatif bilgi alınabilecek voltametrik yöntemdir. Bu yöntemde çalışma elektroduna üçgen dalga formunda potansiyel taraması uygulanır. Potansiyel önce doğrusal olarak artar ve en yüksek değerine ulaşır sonrada aynı hızda başlangıç noktasına geri döner. Çalışma elektroduna uygulanan potansiyelden dolayı elektrot yüzeyi ile çözeltideki türler arasında elektron transferi gerçekleşmesi sonucu oluşan akımın, uygulanan potansiyelin fonksiyonu olarak değişimini gösteren eğrilere voltamogram denir. Döngülü voltametrinin başlıca kullanım alanı, elektrokimyasal işlemler hakkında kantitatif bilgiler sağlayan temel çalışmalardır. Bu yöntem, rutin kantitatif analizlerde kullanılmamakla birlikte, özellikle organik ve metalorganik sistemlerde yükseltgenme/indirgenme işlemlerinin mekanizma ve hızının belirlenmesinde önemlidir.
Döngülü voltametride potansiyel tarama hızı değiştirilerek pik yüksekliklerinin tarama hızı ile değişmesi incelenir ve reaksiyonun adsorpsiyon, diffüzyon ve elektron aktarım reaksiyonuna eşlik eden kimyasal reaksiyonların tabiatı belirlenebilir. Döngülü voltamogramlarda elde edilen pik akımının değeri (Ip) için sınır durumları
ve tarama hızı göz önüne alınarak, Fick’in ikinci kanunundan hareketle
Randles-Sevcik matematiksel olarak aşağıdaki (2.1) eşitliği türetmiştir [1]. 2 / 1 2 / 1 2 / 1
)
(
4463
,
0
nF
nFRT
C
D
v
I
P=
O (2.1) Bu eşitlikte, Ιp : Akım yoğunluğu, n: Elektron sayısı, F: Faraday sabiti, R: Gaz sabiti,D: Difüzyon katsayısı, v : Tarama hızı, C: elektroaktif maddenin konsantrasyonudur. Görüldüğü gibi pik akımı elektroaktif maddenin derişimi ile ve tarama hızının kareköküyle doğru orantılıdır. Böylelikle, döngülü voltamogram verileri ile bir reaksiyonun tersinirliği belirlenebilir. Eğer Ιp-v
1/2
grafiği doğrusal ise ve orijinden geçerse sistem tersinirdir. Buna ilaveten bir sistemin tersinir olması için diğer bazı özelliklerin de bulunması gerekir. Bu özellikler: Anodik pik potansiyeli ile katodik pik potansiyeli arasındaki fark 59 mV olmalı, pik potansiyeli tarama hızından bağımsız olmalı, anodik pik akımının katodik pik akımına oranı 1’e eşit olmalı şeklinde özetlenebilir.
6
Bir sistemin tersinir olması için yukarıdaki kriterlerin hepsinin geçerli olması gereklidir. Bir veya birkaçı geçerli değilse sistem tersinir değildir ve elektrot reaksiyonu ya tersinmezdir ya da kabul edilenden daha kompleks bir mekanizmaya sahiptir. Tersinir sistemlerde bütün potansiyellerde elektron aktarım hızı kütle aktarım hızından büyüktür ve Nernst eşitliği elektrot yüzeyinde geçerlidir.
Tersinmez sistemlerde ise elektron aktarım hızı yeteri kadar büyük olmadığından Nernst eşitliği geçerli değildir. Bu durumda CV voltamogramının şekli tersinir durumdan farklıdır. Tersinmez durumlarda potansiyel tarama hızı çok düşük ise elektron aktarım hızı kütle aktarım hızından daha yüksektir ve sistem tersinir gibi gözlenebilir. Tarama hızı arttıkça kütle aktarım hızı artar ve elektron aktarım hızı ile aynı seviyeye gelir. Bu durum tarama hızı arttıkça anodik ve katodik pik potansiyellerinin birbirinden uzaklaşması ile kendini belli eder.
Tamamen tersinmez bir sistemin en önemli belirtisi ters tarama pikinin gözlenememesidir. Ancak bunun tersi her zaman doğru değildir. Yani ters tarama pikinin gözlenmeyişi mutlaka elektron aktarım basamağının tersinmez olduğunu göstermez. Örneğin elektron basamağını çok hızlı bir kimyasal reaksiyonun takip ettiği EC mekanizması adı verilen durumda oluşan ürün hızlı bir şekilde başka bir maddeye dönüşeceği için ters taramada yükseltgenme gözlenmeyebilir. EC
mekanizması ile gerçekleşen elektrokimyasal reaksiyonlarda, elektrokimyasal bir
reaksiyon sonucu oluşan ürün homojen kimyasal bir reaksiyon ile harcanıyorsa, düşük tarama hızında alınan döngülü voltamogramlarda ürünün yükseltgenmesine ait anodik pik (homojen reaksiyonun hızına ve tarama hızına bağlı olarak) ya hiç gözlenmez ya da katodik pik akımından çok küçük olur. Tarama hızının artması ile ürünün homojen reaksiyona maruz kalmadan tekrar elektrokimyasal reaksiyon ile yükseltgenmesi sağlanır. Bu yüzden ipa/ipk oranı tarama hızı arttıkça büyüyor ise bu
durum homojen bir reaksiyonun varlığını gösteren kriterdir [2].
Tersinir durumda Ep, tarama hızının bir fonksiyonu olmadığı halde tersinmez
durumda, v ile aşağıdaki (2.2) eşitliğine göre değişir [3].
v
F
n
RT
K
E
C Plog
2
3
,
2
αα
−
=
(2.2)7
Yani tersinmez bir elektron transfer reaksiyonunun pik potansiyeli, tarama hızı arttıkça negatif bölgeye kayar. Özetle; tersinmez bir dalgada ters tarama piki gözlenmez ve pik akımı tarama hızının karekökü ile doğrusal değişir.
Sistem yarı tersinir ise, yani akım hem elektron hem de kütle tarsferinin katkısıyla oluşuyor ise şu kriterler geçerlidir: Pik akımı tarama hızının karekökü ile artar ancak bu artış doğrusal değildir, anodik ve katodik pik akımlarının oranı 1’e eşittir, anodik pik potansiyeli ile katodik pik potansiyeli arasındaki fark 59 mV’tan büyüktür ve bu fark tarama hızı ile artar, katodik pik potansiyeli tarama hızı arttıkça negatif değerlere kayar.
2.1.5 Sıyırma yöntemleri
Sıyırma yöntemleri çok sayıdaki elektrokimyasal işlemi kapsar. Bütün bu işlemlerde, analit genellikle karıştırılan bir çözeltide önce bir mikroelektrot üzerinde biriktirilir. Ölçülen bir sürenin sonunda, elektroliz ve karıştırma durdurulur ve birikmiş analit, daha önce anlatılan voltametrik yöntemlerden biriyle tayin edilir. Analizin bu ikinci basamağında analit mikroelektrot yüzeyinden çözülür veya sıyrılır; bu yüzden bunlara sıyırma yöntemleri adı verilir.
Anodik sıyırma yöntemlerinde mikroelektrot, biriktirme basamağı esnasında bir katot, analitin ilk haline tekrar yükseltgendiği sıyırma basamağında ise anot olarak davranır. Katodik sıyırma yönteminde, mikroelektrot biriktirme sırasında bir anot, sıyırma sırasında da bir katot gibi davranır. Biriktirme basamağında, analit elektrokimyasal olarak derişim arttırılması işlemine uğrar; yani mikroelektrot yüzeyindeki analit derişimi, çözeltideki derişiminden çok daha büyüktür. Zenginleştirme basamağının bir sonucu olarak, sıyırma yöntemleri bütün voltametrik işlemlere kıyasla en düşük gözlenebilme sınırlarını veren yöntemlerdir. Sıyırma yöntemleri eser element tayininde önemli yer tutar, çünkü elektrolizdeki derişim arttırılması basamağı sayesinde eser miktardaki analit tayin edilebilir. Böylece bu yöntemle 10-6-10-9 M aralığında çözeltilerin analizi yapılabilir.
2.1.6 Adsorpsiyon sıyırma yöntemleri
Bu yöntemlerde, mikroelektrot analitin karıştırılan bir çözeltisine birkaç dakika süreyle daldırılır. Elektrot yüzeyinde analitin birikmesi elektrolitik olarak değil, fiziksel adsorpsiyonla meydana gelir. Yeterince analit biriktirildikten sonra karıştırma kesilir ve birikmiş madde doğrusal taramalı veya puls voltametrik
8
yöntemlerle tayin edilir. Kantitatif analiz, numunelerle aynı şekilde işleme tabi tutulan standart çözeltilerle yapılan kalibrasyona dayanır.
Adsorpsiyon sıyırma voltametrisi çok düşük derişimlerdeki çeşitli inorganik katyonların tayininde de kullanılmaktadır. Bu uygulamalarda katyonlar genellikle dimetilglioksim, kateşol ve bipridin gibi yüzey-aktif maddelerle kompleksleri haline dönüştürülür. Yöntemin gözlenebilme sınırı 10-10-10-11 M arasındadır.
2.1.7 Elektrot kinetiği ve Tafel eşitliği
Metal elektrot elektron transferini kolaylaştıran katalitik bir yüzey gibi davranır. Bu elektron transferi kimyasal olarak tepkimeye giren molekül ve iyonlardan elektroda doğru yada elektrottan bu molekül ve iyonlara doğru gerçekleşir. Bu nedenle bir elektrot reaksiyonu heterojen katalize benzer adımlardan oluşur. Bu adımlar:
1. Reaktanların elektrot yüzeyine diffüzyonu 2. Reaktanların elektrot yüzeyine adsorpsiyonu
3. adsorplanmış reaktant türlerine ya da bu türlerden elektroda doğru elektronların transferi
4. Ürünlerin elektrot yüzeyinden desorpsiyonu 5. Ürünlerin elektrot yüzeyinden diffüzyonu
Bir elektrot reaksiyonunda elektrik alanın enerjisi, iyonlar ya da elektronlar gibi yüklü türlere etki ederek bu türlerin aktivasyon-enerji bariyerini aşmalarına yardım eder. Elektrokimyasal reaksiyonlar her zaman T > 0 sıcaklıklarında gerçekleştiğinden aktifleşme enerjisine termal bir katkı da olacaktır. Bu nedenle elektrokimyasal kinetik, termal ve elektriksel aktifleşme enerjilerinin bileşimine dayanmaktadır. Denge halinde, her bir iyonik tür için katodik yöndeki elektron transferi hızıyla anodik yöndeki elektron transferi hızı eşittir ve bu eşitlik ia=ik=io şeklinde ifade
edilir. Burada ia; anodik akım yoğunluğu, ik; katodik akım yoğunluğudur. Herhangi
bir kimyasal reaksiyonun dengede olması reaksiyonun ileri ve geri reksiyon hızlarının dolayısıyla da anodik ve katodik akım yoğunluklarının eşit olduğu anlamına gelmektedir. Denge halindeki akım yoğunluğu ise değişim akım yoğunluğu adını alır ve io ile ifade edilir.
Dengedeki sisteme bir (i) dış akımı uygulanırsa, ia=ik eşitliği bozulur ve devreden
geşen akım bu ikisi arasındaki farka eşit olur (i= ia- ik ). Bu durumda elektrot
9
değer alır. Devreden akım geçerken elektrot potansiyelinde meydana gelen bu değişime polarizasyon (aşırı gerilim) denir ve η ile gösterilir (η =E- Ee).
Denge durumundaki bir elektroda anodik yönde akım uygulandığında anot potansiyeli pozitif yönde artış gösterir. Katodik yönde akım uygulandığında ise elektrot potansiyeli negatif yöne doğru kayar. Uygulanan (i) dış akım yoğunluğunun logaritması ile potansiyel değişimleri (polarizasyonlar) grafiğe geçirilerek Tafel
eğrileri elde edilir. Tafel eğrisinde, uygulanan dış akım belirli bir değere ulaştıktan
sonra polarizasyon eğrileri doğrusal hale gelir. Aşırı gerilim ile uygulanan dış akımın logaritmasının doğrusal olarak değiştiği bu bölgelere Tafel bölgesi denir.
Elektrot üzerinde meydana gelen polarizasyon Butler-Volmer eşitliği (2.3) ile gösterilir [4]: − − = − = α η α η RT nF RT nF i i i i a k o a k exp exp (2.3) Burada;
ia , ik : Anodik ve katodik akım yoğunlukları
io: Değişim akım yoğunluğu
α: Yük transfer katsayısı (anodik ya da katodik reaksiyonlar için) n: Transfer elektron sayısı
R: Gaz sabiti (8,314 J.mol-1.K-1) T: Sıcaklık (K)
F: Faraday sabiti (96500 C)
Butler-Volmer eşitliği için iki farklı yaklaşımda bulunulabilir: Eğer pozitif aşırı
gerilim yüksekse yani Ia >> Ik ise eşitlikteki ikinci terim ihmal edilir ve anodik
akım yoğunluğu: η α RT nF i i a o 3 , 2 log log = + (2.4) Yüksek negatif aşırı gerilimlerde ise Ik >> Ia olduğundan eşitlikteki birinci terim
ihmal edilir ve katodik akım yoğunluğu: η α RT nF i i c o 3 , 2 log log = − (2.5) (2.4) ve (2.5) bağıntılarına Tafel eşitlikleri adı verilir [4 ].
10
Tafel eşitlikleri yakıt pillerinde, akülerde, korozyon hesaplamalarında önemlidir. Ayrıca değişim akım yoğunluğunun ve transfer katsayılarının belirlenmesinde kullanılır. Bunun için Tafel eşitliğinde görüldüğü gibi logi-η grafiği çizilir ve grafiğin eğiminden α , kesim noktasından ise io değerleri hesaplanır.
2.2 Voltametrik Cihazlar
Doğrusal taramalı voltametrik ölçümler yapmak için kullanılan bir cihazın bileşenleri şematik olarak Şekil 2.1 de gösterilmektedir. Şekil 2.1 de ki sinyal devresi, bilgisayar kontrollü bir potansiyel kaynağıdır. Kaynaktan gelen çıkış sinyali bir potansiyostatik devreye beslenir. Referans elektrot içeren kontrol devresinin elektrik direnci çok büyük olduğundan ( >1011 Ώ), devreden hemen hemen hiç akım geçmez. Bu yüzden kaynaktan gelen akımın tamamı yardımcı elektrottan çalışma elektroduna taşınır. Elektrometre devresi, referans elektrot ile çalışma elektrodu arasındaki potansiyel farkını ölçer. Şemada görülen X1, yükselticidir. Kontrol yükselticisi, yardımcı yükseltici olarak iş görür. Ölçülen hücre potansiyelini beklenen potansiyel ile karşılaştırır ve potansiyellerin aynı olması için akımın hücreye doğru akmasını sağlar. Akım-potansiyel (I/E) dönüştürücüsü, hücrede oluşan akımın, akım ölçer direnç olan Rm’ye doğru akmasını sağlar. Rm’nin iki ucu arasında oluşan potansiyel
farkı, hücre akımının ölçüsüdür. Oluşan akım bir gerilime dönüştürülür ve çalışma elektrodu/referans elektrot çifti arasındaki potansiyel ile doğru orantılı olan zamanın bir fonksiyonu olarak kaydedilir.
Şekil 2.1: Bir voltametrik ölçüm cihazının şematik gösterimi.
Elektrokimyasal ölçüm hücresi, analiti ve destek elektrolit adı verilen reaktif olmayan elektrolitin aşırısını da içeren bir çözeltiye daldırılmış üç elektrottan
11
yapılmıştır. Üç elektrottan biri, zamanla potansiyeli doğrusal olarak değişen
mikroelektrot veya çalışma elektrodu dur. Bu elektrodun boyutları polarize olma meylini arttırmak için küçük tutulur. Đkinci elektrot, potansiyeli deney süresince sabit kalan bir referans elektrottur. Üçüncü elektrot ise, sinyal kaynağından gelen elektriğin çözeltinin içinden geçerek mikroelektroda aktarılmasını sağlayan genellikle helezon şeklinde bir platin tel veya bir civa havuzu olan bir yardımcı
elektrot tur.
2.3 Podandlar ve Flavonlar
Çok halkalı yapıda ve halka yapısına sahip olmayan bileşikler, seçiciliği arttırmaları özelliklerinden hareketle birçok analitik uygulamada sıklıkla kullanılan modifiye edici moleküllerdir [5-9]. Podandlar düz zincirde iki veya daha fazla heteroatom ihtiva eden polieterlerdir. Zincirde tek tür fonksiyonel grup bulunabileceği gibi birden fazla türde fonksiyonel gruplar da bulunabilir. Halka yapısında olmayan moleküller sınıfına giren podandlar, kolay ve ucuz bir şekilde elde edilebilmeleri, ayrıca seçici ve etkin bir iyon bağlama özelliğine sahip olmaları gibi özellikleri ile öne çıkmaktadırlar [10, 11]. Podandların alkali metaller ve toprak alkali metaller ile yaptıkları bir çok kompleks bilinmektedir [12-14]. Ayrıca alkali ve toprak alkali metal iyonlarının tayininde kullanılmak üzere podand molekülü esaslı iyon-seçici elektrotlar da hazırlanmıştır [15]. Azot yada kükürt gibi elektron verici atomları içeren podandlar, anyonlarla ve geçiş metal iyonları ile kararlı kompleksler oluştururlar [16, 17]. Bazı podandlar gümüş seçici polimerik membran elektrotlar ve modifiye karbon pasta elektrotlar hazırlamak için membran aktif bileşik yada modifiye edici madde olarak kullanılmıştır [18, 19 ].
Podandlar, sarmal bağlama ve birden çok köprü oluşturarak tutunma gibi taç eter bileşiklerinin gerçekleştiremediği konformasyon esnekliğine sahip olmalarına rağmen taç eter bileşiklere göre genellikle daha az katyon ilgisi gösterirler [20]. Đki yada üç etilen glikol alt birimleri aynı molekül boşluğunda bir araya geldiğinde, podand içeriği iki yada üç boyutlu olarak genişler. Bu yapılar dipodal yada tripodal molekül olarak adlandırılır ve etkileşimde olduğu misafir iyon yada molekülü tamamen sarmalayabilir [21].
Flavonlar insan beslenmesinde önemli yer tutan bileşiklerdir ve son zamanlarda antioksidatif, antibakteriyel ve antikarsinojik özellikleri nedeniyle çok ilgi
12
çekmektedirler. Bu özellikleri nedeniyle kanserin önlenmesi ve kardiyovasküler hastalıkların azaltılması yönünde yapılan çalışmaların sayısında artış olmuştur [22]. Besin yoluyla alınan flavonoidlerin en önemli kaynakları yeşil çay, soğan, kırmızı şarap, sebzeler ve meyvelerdir [23, 24]. Antioksidanlar organik maddenin oksidasyonunu önleyen ya da yavaşlatan moleküllerdir. Antioksidanlar, tekli oksijen, süperoksitler, hidroksil radikalleri ve peroksinitrit gibi reaktif oksijen türleri ile antioksidan-radikal kompleksi oluşturarak bunların zararlı etkilerini önler ve canlı organizmanın hücrelerini korurlar.
Reaktif oksijen türleri, oksidatif strese ve bunu takiben hücre hasarına neden olurlar. Biyolojik sistemde oluşan yükseltgenme, yiyeceklerde kalite kaybına, hücre membranında fonksiyon bozukluğuna, koroner kalp hastalıklarına, kansere, DNA hasarına ve yaşlanmaya neden olmaktadır. Polifenolikler, doğadaki bitkilerde yaygın şekilde bulunan ikincil antioksidanlardır. Bunlar, yeni oluşan serbest radikalleri ortamdan uzaklaştırarak radikalik reaksiyonların oluşmasını önlerler. C ve E vitaminleri, β-karoten, ürik asit, billirubin ve albümin bunlardan bazılarıdır. Flavonların beslenme yoluyla alımı, C ve E vitaminleri, karotenoidler ve selenyum gibi diğer besin yoluyla alınan antioksidanlara göre daha yüksektir [25]. Ayrıca flavonlar redox-aktif metal iyonlarıyla şelat yaparak [26] oksidatif stresin yol açtığı hücre hasarına karşı daha yüksek koruyucu etki sergilerler. Karotenler, C vitamini ve E vitamini dışında besinlerdeki en önemli antioksidanlar fenolik bileşiklerdir [27]. Bu nedenle, özellikle yiyeceklerde bulunan toplam fenolik içeriğin belirlenmesi son yıllarda gittikçe artan bir öneme sahip olmuştur.
Son dönemde, antioksidan özelliklerin belirlenmesinde kullanılan yöntemlerden biri de CV metod olmuştur. Bu yöntem, anodik akıma ait eğrinin (AC dalga formu) analizine dayanır. Buna göre analiz edilen maddenin toplam antioksidan kapasitesi iki parametrenin birleşiminden oluşur. Đlk parametre, maddenin biyolojik yükseltgenme potansiyelidir. Đkinci parametre ise, maddenin derişimine bağlı olan anodik pikin akım yoğunluğudur (Ia). Bununla beraber, AC eğrisinin altında kalan ve
toplam yük ile ilişkili olan alanın, Ia ya kıyasla incelenen örneğin andioksidan
kapasitesini daha iyi açıklayacağı ileri sürülmektedir [28, 29]. CV metodu, standart maddeye ait döngülü voltamogramlardaki anodik eğrinin altında kalan toplam alanın standardın derişimi ile değişmesi esasına dayanır. Bu yöntemde referans madde olarak genellikle askorbik asit veya trolox kullanılmaktadır. Trolox, E vitamininin
13
suda çözünebilir bir türevi olmasına rağmen yiyeceklerde doğal olarak bulunmamaktadır.
Flavonların elektrokimyasal davranışlarının incelenmesinde döngülü voltametri, diferansiyel puls voltametri ve adsorpsiyon sıyırma voltametri en çok kullanılan yöntemlerdir [30-34]. Zielinska ve arkadaşları yapmış oldukları bir çalışmada, soğan özütünde bulunan kuersetin, kuersetin-3,4'-diO-β-glukosid, kuersetin-3-O-β- glukosid ve quercetin-4'-O- β-glukosid’lerin HPLC ve CV yöntemlerini kullanarak kalitatif ve kantitatif tayinlerini gerçekleştirmişlerdir [35]. Flavonlar, değişik metal iyonları ile kompleks yapabilme özelliğine sahiptir [36, 37]. Bu özelliklerinden hareketle, flavon türevleri çeşitli metal iyonlarının tayininde modifiye edici madde olarak kullanılmaktadır.
2.4 Kimyasal Olarak Modifiye Edilmiş Elektrotlar
Çeşitli organik ve inorganik modifiye edicilerin elektrot yüzeyine yerleştirilmesi ile analitik amaçlara uygun olacak şekilde, kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotlar hazırlanmaktadır. Bu işlemler, elektroaktif türlerin, yükseltgenme ve indirgenme potansiyellerini azaltmayı, metal iyonlarının zenginleştirilmesini, iyon değiştirme özelliklerinden yararlanarak elektroaktif olmayan türlerin belirlenmesini sağlar. Analitik amaçlarla kullanılacak kimyasal olarak 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 özelliğine de sahip olmalıdırlar. Elektrokimyasal yöntemler, kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotların hazırlanarak seçici ve hassas analitik uygulamalarda kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır. Kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotların elektrokatalitik özellikleri elektro-analitik kimyada kullanılabilecek önemli bir unsurdur. Bunun yanı sıra, modifiye elektrotların elektrokimyasal yöntemler ile bir arada kullanılması, organik kimya da elektrosentez ve malzeme karakterizasyonu için de önemli uygulamalara zemin hazırlamıştır.
Kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotlar, elektrokataliz, foto-elektrokimya ve elektrokromik gibi pek çok alanda kullanılmaktadır. Modifiye edilen elektrotların
14
elektrokatalitik özelliğe sahip olması, elektrot modifikasyonunun önemli uygulamalarından birisidir. Elektrokatalitik modifiye elektrotlar, belirli miktardaki redoks modifiye edicinin elektrot yüzeyine sabitlenmesine bağlıdır. Modifiye edici, analit ile elektrot arasındaki elektron transferini sağlar. Bu yöntemle oluşturulan modifiye elektrotlar, aşırı gerilimi azaltarak hassasiyeti ve seçiciliği arttırmaktadır. Bir yükseltgenme işlemi için elektrokataliz Şekil 2.2 deki gibi gösterilebilir.
Şekil 2.2: Modifiye elektrot üzerinde gerçekleşen elektrokatalitik tepkime işlemi Burada;
Ayük: Analitin yükseltgenmiş hali,
Aind: Analitin indirgenmiş hali,
Myük: Elektrot yüzeyinde yükseltgenmiş halde bulunan modifiye edici,
Mind: Modifiye edicinin indirgenmiş hali dir.
Bulk çözeltide bulunan analit (A), elektrot yüzeyine diffüzlenir ve burada Myük ile
kimyasal bir reaksiyon vererek yükseltgenir (Ayük). Đndirgenen modifiye edici, hızla
yükseltgenerek elektrokatalitik aktif haline yeniden geçer. Böylece elektrot ve analit arasında heterojen bir elektron transferi gerçekleşmiş olur. Bu elektron transferinin sonucu, modifiye edici üzerindeki analitin aşırı geriliminin azalması ve akım yoğunluğunun artmasıdır.
2.4.1 Kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotların hazırlanması
Kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrot hazırlanmasının dayandığı esaslar: a-Modifiye edicinin, çıplak elektrot yüzeyine doğrudan adsorplanması
b-Modifiye edicinin, elektrot yüzeyine kovalent bağlanması
c-Modifiye edici bir polimerin, elektrot yüzeyine ince film şeklinde kaplanması d-Çözünmeyen ya da az çözünen bir modifiye edicinin, karbon pasta gibi bir iletken matriks içine katkılanması, şeklinde ifade edilebilir.
elektrot Myük Mind e -e -Ayük Aind
