Metal nanoparçacık modifiye iletken polimer film elektrotta voltammetrik hidrazin tayini
The voltammetric determination of hydrazine at metal nanoparticle modified conductive polymer film electrode
Yazar: AYLİN ALTIN
Danışman: YRD. DOÇ. SÜLEYMAN KOÇAK
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Bölümü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Hidrazin (N2H4) ve türevleri; yakıt pilleri, patlayıcılar, roket yakıtları, kitle silahlarını yok etme, korozyon inhibitörleri, emülgatörler, böcek ilaçları, katalizleyici ve bitki büyümesini düzenleyici olarak kimyasal ve farmasötik endüstrisinde ve tarım alanlarında geniş çaplı bir kullanım alanı bulmaktadır. Hidrazin yapısında karbon içermediği ve reaksiyon sonucunda CO ve CO2 gibi ürünler oluşturmadığı için sera etkisi yaratmaz.
Son yıllarda elektrokimyasal yöntemlerle sentezlenen iletken polimelerler elektrot yüzeylerinde kullanılmaktadır. Ayrıca bu polimer yüzeylere modifiye edilen metal nano parçacık yüklü elektrotlar yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Çünkü nano boyutlarda maddenin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin değiştirilmesi maddenin birim ve aktif yüzey alanının artmasına neden olur. Elektrokimyasal metodlarla daha saf metal nano parçacıklar elde edilebilir. 
Bu çalışmada hidrazinin yükseltgenmesini katalizleyen elektrokatalitik yüzeylerin oluşturulması yoluna gidilmiştir. Ayrıca hidrazin tayini için voltammetrik yöntem geliştirilmiştir. Camımsı karbon elektrot yüzeyine L-serin ve Alanin aminoasitleri elektrokimyasal olarak polimerleştirilmiş ve güçlü asidik koşullarda Pt ve Au nanoparçacıklar ile modifiye edilmiştir. Modifiye yüzeyler elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışınları spektroskopisi (EDX) yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Daha sonra bu yüzeylerin hidrazinin yükseltgenmesine etkisi araştırıldı ve sonuçlar yalın camımsı karbon elektrotla karşılaştırıldı.
Ptnano/poli(L-serin)/GCE yüzeyinde 1,0 mM hidrazinin yükseltgenme pik potansiyeli -395 mV'dadır, yani yalın elektroda göre 1196 mV, Aunano/poli(L-serin)/GCE elektrotta hidrazinin yükseltgenmesi +128 mV'da yani 673 mV negatif yönde kayma göstermiştir. Ptnano/poli(alanin)/GCE yüzeyinde hidrazinin yükseltgenme pik potansiyeli -185 mV'dadır yani yalın elektroda göre 986 mV, Aunano/poli(alanin)/GCE elektrotta hidrazinin yükseltgenmesi +289 mV'da yani 512 mV negatif yönde kayma göstermiştir. Bu sonuçlara göre en büyük potansiyel kayması Pt nanoparçacık modifiyeli poli(L-serin) ve poli(alanin) elektrotta meydana gelmiştir.
Sonuç olarak Karaçay Nehri'nden alınan atık su örneğinde hidrazin tayini için yöntem geliştirilmiştir. Ptnano/poli(L-serin)/GCE yüzeyinde 1,0 mM hidrazin için lineer aralık 40 – 1000 μM (R2=0,9974) ve LOD değeri 10,0 μM ve Aunano/poli(L-serin)/GCE yüzeyinde lineer aralık 5 – 1000 μM (R2=0,9988) ve LOD değeri 2,0 μM'dır. Ptnano/poli(alanin)/GCE yüzeyinde lineer aralık 40 – 1000 μM (R2=0,9977) ve LOD değeri 15,0 μM ve Aunano/poli(alanin)/GCE yüzeyinde lineer aralık 60 – 1000 μM (R2=0,9998) ve LOD değeri 20,0 μM'dır. L-serin, alanin, Pt ve Au nanoparçacık modifiyeli elektrotlar iyi bir kararlılık, duyarlık, tekrarlanabilirlik ve seçicilik göstermiştir. Önerilen yöntem hidrazin tayini için pratik ve başarılı bir şekilde uygulanmıştır ve bu modifiye elektrotlar yakıt pilinde anot materyali olarak kullanılabileceklerdir.

Abstract:
Hydrazine (N2H4) and its derivatives are widely used in chemical and pharmaceutical industries and agriculture as fuel cells, explosives, rocket propellants, weapons for mass destruction, corrosion inhibitor, emulgators, insecticides, catalysts and plant growth regulators. Hydrazine doesn't create the greenhouse effect because carbon isn't its structure and doesn't form the CO and CO2 in a consequence the reaction.
The conductor polymers synthesizing with the electrochemical method in the electrode surface are using in recent years. Moreover, metal nanoparticle electrodes modified on this polymer surfaces are been densely studied. Because physical and chemical characteristics of the substance are been changed in the nanodimensions, unit and active surface of the substance area also increase. More pure metal nanoparticle can be obtained with the electrochemical methods. 
In this work, it is gone to the way which the electrocatalytic surfaces catalysising oxidation of hydrazine are formed. Besides, it has been developed the voltammetric method for hydrazine determination. L-serine and alanine aminoacids were polymerized electrochemically at glassy carbon electrode surface and be modified with Pt and Au nanoparticles in the strong acidic condutions. These modified surfaces were characterized with electrochemical impedance spectroscopy (EIS), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) techniques. After, the effect of hydrazine oxidation of the modified surfaces has been researched ve these results have been compared with bare glassy carbon electrode.
The oxidation peak potential current of 1,0 mM hydrazine is at -395 mV at Ptnano/poly(L-serine)/GCE, that's it showed the negative slipping1196 mV to the bare GCE, the oxidation of hydrazine is at 128 mV Aunano/poly(L-serine)/GCE that's it showed the negative slipping 673 mV to the bare GCE. The oxidation peak potential of hydrazine is at -185 mV at Ptnano/poly(alanine)/GCE, that's it showed to the negative 986 mV to the bare GCE, the oxidation of hydrazine is at 289 mV Aunano/poly(alanine)/GCE that's it showed to the negative 512 mV to the bare GCE. According to these results, the largest potential slipping occured at Pt nanoparticle modified poly(L-serine)/GCE and poly(alanine)/GCE.
Finally, the method has been developed for determination of hydrazine in Karaçay River waste water sample. Linear range for 1,0 mM hydrazine is 40 - 1000 µM (R2=0,9974) and LOD 10,0 µM at Ptnano/poly(L-serine)/GCE; 5-1000 µM (R2=0,9988) and LOD 2,0 µM at Aunano/poly(L-serine)/GCE. Linear range for hydrazine is 40 - 1000 µM (R2=0,9977) and LOD 15,0 µM at Ptnano/poly(alanine)/GCE; 60-1000 µM (R2=0,9998) and LOD 20,0 µM at Aunano/poly(alanine)/GCE. L-serine, alanine, Pt and Au nanoparticle modified electrodes have a good stability, sensitivity, reproducibility and selectivity. The proposed method has been practically and successfully aplied for the determination of hydrazine and these modified electrodes can be used as anode material in the fuel cell.