Gıda güvenliği açısından önem taşıyan bazı maddelerin elektrokimyasal tayinleri
Electrochemical determination of some substances important for food safety
Yazar: ÖZGE KOYUN
Danışman: PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasında, sodyum nitrit (E250), sunset yellow (E110), bisfenol A ve askorbik asit (E300) gibi gıda güvenliği açısından önem taşıyan bazı maddelerin tayini için modifiye elektrot temelli sensör geliştirilmesi ve geliştirilen bu sensörler ile bu maddelerin elektrokimyasal olarak tayin edilmesi amaçlanmıştır. Sensör olarak poli(metilen mavisi) (PMM), altın nanopartikül (ANP), kimyasal olarak işlem görmüş çok duvarlı karbonnanotüp (MWCNT-COOH), bakır(II) ftalosiyanin (CuPc) ve poli(etilendioksitiyofen) (PEDOT) malzemeleri ile modifiye edilmiş kalem ucu grafit (KUG) elektrotların kullanımları incelenmiştir. Hazırlanan modifiye elektrotların analitlere karşı olan duyarlılık performanslarının arttırılması amacıyla elektrot hazırlama ve ölçüm koşulları optimize edilmiştir. Tez çalışması 4 aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada nitrit tayini için poli(metilen mavisi) ve altın nanopartiküller ile modifiye edilmiş KUG elektrotların hazırlanması gerçekleştirilmiştir (ANP/PMM/KUG). ANP/PMM/KUG elektrot nitrite karşı iyi bir seçicilik ve duyarlılık göstermiştir. Hazırlanan sensörün optimize şartlar altında doğrusal çalışma aralığı 5,0-5000 µM olarak bulunmuştur. Gözlenebilme sınırı (LOD) ise 0,3 µM'dır. İkinci aşamada sunset yellow tayini için poli(L-sistein) modifiye KUG (PLS/KUG) elektrotların hazırlanması araştırılmıştır. Elde edilen elektrotlar sunset yellow için iyi bir seçicilik ve duyarlılık göstermiştir. Hazırlanan sensörün optimize şartlar altında doğrusal çalışma aralığı 1,0-1000 µM olarak bulunmuştur. Gözlenebilme sınırı (LOD) ise 0,125 µM'dır. Üçüncü aşamada, ilk kez bu tez çalışması kapsamında sentezlenen ve karakterize edilen bakır(II) ftalosiyanin bileşiği ve kimyasal olarak işlem görmüş çok duvarlı karbon nanotüp modifiye edilmiş KUG (CuPc/MWCNT-COOH/KUG) elektrotların bisfenol A tayininde etkinliği araştırılmıştır. Hazırlanan sensörün optimize şartlar altında doğrusal çalışma aralığı 0,075-27,5 µM olarak bulunmuştur. Gözlenebilme sınırı (LOD) ise 0,0189 µM'dır.  Son aşamada ise, askorbik asit tayini için kimyasal olarak işlem görmüş çok duvarlı karbon nanotüp ve aşırı yükseltgenmiş poli(etilendioksitiyofen) modifiye KUG (MWCNT-COOH/AY-PEDOT/KUG) elektrotların hazırlanması araştırılmıştır. Elde edilen elektrotlar askorbik asit için iyi bir seçicilik ve duyarlılık göstermiştir. Hazırlanan sensörün optimize şartlar altında doğrusal çalışma aralığı 5-750 µM olarak bulunmuştur. Gözlenebilme sınırı (LOD) ise 2,7 µM'dır.  Hazırlanan modifiye elektrotların karakterizasyon ve morfoloji çalışmaları dönüşümlü voltametri, elektrokimyasal impedans spektroskopisi, infrared spektroskopisi, X-Ray fotoelektron spektroskopi ve taramalı elektron mikroskobu ile yapılmıştır. Ek olarak, modifiye elektrotların performansları girişim yapan türler varlığında incelenmiştir. Son olarak modifiye elektrotların etkinlikleri gerçek gıda ve içecek örneklerinde test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar hazırlanan modifiye elektrotların ideal bir sensörün taşıması gereken temel özellikler olan düşük maliyet, kolay hazırlanabilme, tek kullanımlık olma, kısa sürede cevap zamanı, yüksek duyarlılık ve seçicilik gibi niteliklere sahip olduğunu göstermektedir. Buradan hazırlanan modifiye elektrotların sodyum nitrit, sunset yellow, bisfenol A ve askorbik asit tayininde alternatif bir sensör olarak kullanılabileceklerini söylemek mümkündür.

Abstract:
The aim of this thesis was the development of a sensor based on modified electrodes for the determination of some substances important for food safety such as sodium nitrite (E250), sunset yellow (E110), bisphenol A and ascorbic acid (E300), and electrochemical determination of these substances with the developed sensor. For sensors, the use of pencil graphite (PG) electrodes modified with poly (methylene blue) (PMB), gold nanoparticle (GNP), chemically treated multi-wall carbon nanotube (MWCNT-COOH), copper(II) phthalocyanine (CuPc) and poly(ethylenedioxythiophene) (PEDOT) were investigated. Electrode preparation and measurement conditions were optimized in order to improve the sensitivity performance of the prepared modified electrodes to analytes. The thesis consists of 4 stages. In the first stage, PG electrodes modified with poly(methylene blue) and gold nanoparticles were prepared for determination of nitrite (GNP/PMB/KUG). The GNP/PMB/KUG showed good selectivity and sensitivity for nitrite. The linear range of the prepared sensor was found to be 5.0-5000 μM under optimized conditions. Its limit of detection (LOD) was 0.3 μM. In the second stage, KUG electrodes modified with poly(L-cysteine) (PLS/KUG) were prepared for detection of sunset yellow. The prepared electrodes showed good selectivity and sensitivity for sunset yellow. The linear range of the prepared sensor under optimized conditions was found to be 1.0-1000 μM. Its limit of detection (LOD) was 0.125 μM. In the third stage, the activity of KUG electrodes modified with copper(II) phthalocyanine and chemically treated multi-walled carbon nanotube (CuPc/MWCNT-COOH/KUG), synthesized and characterized for the first time in this thesis study, in the detection of bisphenol A was investigated. The linear range of the prepared sensor under optimized conditions was found to be 0.075-27.5 μM. Its limit of detection (LOD) was 0.0189 μM. In the final stage, PG electrodes modified with chemically treated multi-walled carbon nanotube and over-oxidized poly(ethylenedioxythiophene) (MWCNT-COOH/AY-PEDOT/KUG) were prepared for ascorbic acid detection. The resulting electrodes showed good selectivity and sensitivity for ascorbic acid. The linear range of the prepared sensor under optimized conditions was found to be 5.0-750 μM. Its limit of detection (LOD) was 2.7 μM. The characterization and morphology studies of the prepared modified electrodes were carried out by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and scanning electron microscopy. In addition, the performances of the modified electrodes were examined in the presence of interfering species. Finally, the effectiveness of the modified electrodes was tested on real samples of food and beverages. The obtained results show that the modified electrodes have the superior features such as low cost, easy preparation, disposability, short response time, high sensitivity and selectivity, which are essential characteristics that an ideal sensor should have. We can conclude that the modified electrodes prepared in this thesis can be used as alternative sensors in the detection of sodium nitrite, sunset yellow, bisphenol A, and ascorbic acid.