Hidrojen peroksit tayini için gümüş nanopartikül esaslı sensör geliştirilmesi
Development of silver nanoparticle-based sensor for hydrogen peroxide determination
Yazar: SELEN DURMAZEL
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA REŞAT APAK
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Atmosferik olaylarda, biyokimyasal süreçlerde ve endüstriyel alanda önemli rol oynayan hidrojen peroksit (H2O2) enerjetik malzemeler sınıfından peroksit temelli patlayıcıların da başlangıç maddesidir. Peroksit tipi bir patlayıcı olan triaseton triperoksit (TATP)'nin yapısında kromojenik ve florojenik grup bulunmamasından dolayı tayin yöntemleri genellikle asidik hidrolizi sonucu açığa çıkan hidrojen peroksitin tayin edilmesine dayanmaktadır. Tez çalışmasının amacı, hidrojen peroksit tayini için düşük maliyetli, seçici, duyarlı, konvansiyonel laboratuarlarda ve sahada kolay kullanılabilen bir kolorimetrik sensör geliştirilmesi ve peroksit temelli patlayıcılara da uyarlanabilmesidir. Geliştirilen nanopartikül temelli kolorimetrik sensörün tayin prensibi, hidrojen peroksitin nötral pH'da gümüş nanopartiküllere karşı yükseltgen davranışından yararlanarak açığa çıkan gümüş (Ag+) iyonlarına yüksek duyarlılıkla ilgi gösteren 3,3',5,5'-tetrametilbenzidin (TMB) reaktifi ile oluşan mavi rengin UV-görünür bölge spektrofotometresinde 655 nm dalgaboyunda absorbans ölçümünün yapılmasına dayanmaktadır. Yöntemin peroksit temelli patlayıcılara uygulanması aşamasında TATP'nin hidrojen peroksite hidrolizi için yaygın olarak kullanılan asidik hidroliz yöntemlerine sahada alternatif olabilecek bir metot sunulmuş ve bu metotta TATP, kuvvetli asidik katyon değiştirici reçine Amberlyst-15 ile hidrojen peroksite hidroliz edilmiş ve elde edilen çözeltiye geliştirilen yöntem uygulanmıştır. Geliştirilen spektrofotometrik sensörün molar absorptivitesi H2O2 ve TATP için sırasıyla 2,8 × 104 ve 6,9 × 103 L mol-1 cm-1 'dir. Gözlenebilme ve tayin sınırları (LOD ve LOQ değerleri) ise şu şekildedir: H2O2 için LOD = 2,0 × 10-8 mol L-1 ve LOQ = 6,67 x 10-8 mol L-1, TATP için LOD = 0,31 mg L-1 ve LOQ = 1,04 mg L-1'dir. Hidrojen peroksit için sık rastlanan anyonların ve katyonların (Ca2+, Mg2+, Fe3+, Fe2+, Pb2+, Cu2+, Al3+, K+, SO42- ve NO3-) bu sensöre girişim etkisi incelenmiştir. Ayrıca TATP tayinine TNT, RDX, PETN ve NH4NO3 gibi yaygın kullanılan patlayıcıların ve TATP'yi kamufle etmek amacıyla kullanılan asetilsalisilik asit, parasetamol, tatlandırıcı ve ev tipi deterjanın etkisi araştırılmıştır. Geliştirilen tayin yöntemi, hidrojen peroksit için titanil sülfat (TiOSO4) kolorimetrisi ve TATP için GC-MS referans yöntemlerine karşı t- ve F- testleri yardımıyla istatistiksel olarak valide edilmiştir.

Abstract:
Hydrogen peroxide (H2O2), which has an important role in atmospheric phenomena, biochemical processes and industrial areas, is also a synthetic precursor and degradation product of peroxide-based explosives, such as TATP. TATP neither contains a chromogenic nor fluorogenic functional group. Therefore, hydrogen peroxide generally regarded as a signature compound for detecting this explosive. In this respect, the aim of this study is the development of spectrophotometric sensor that can be selective, sensitive, cost-efficent and easy-to-use in conventional laboratories for hydrogen peroxide detection. Therefore, the new sensor enables the determination of peroxide-based explosives. Detection principle of developed sensor is;, the reaction of hydrogen peroxide, which has a powerful oxidizing feature, and zero-valent silver nanoparticles (Ag0NP), in neutral medium. Essentially the reaction produces silver ions (Ag+) and using a chromogenic reagent 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine (TMB) as a selective and sensitive indicator for silver ions. The absorbance of color change (from yellow to blue) is detected by UV/visible spectrophotometer at 655 nm. A new hydrolysis method for the degradation of TATP to hydrogen peroxide, using strongly acidic cation exchanger resin AMBERLYST-15 were presented while applying the sensor to peroxide-based explosives. Molar absorptivity (ɛ), limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) limits for developed sensor are as follows: For H2O2, ɛ = 2,8 × 104 L mol-1 cm-1, LOD = 2 × 10-8 mol L-1, LOQ = 6,67 × 10-8 mol L-1 and for TATP, ɛ = 6,9 × 103 L mol-1 cm-1, LOD = 0,31 mg L-1, LOQ = 1,04 mg L-1. Additionally, the interference effects of various anions and cations, on H2O2 ,such as NO3-, SO42-, K+, Mg2+, Ca2+ , Cu2+, Fe2+, Fe3+, Al3+ and Pb2+ were studied. Also the developed method was applied to TATP samples and synthetic mixtures of commonly used explosives (RDX, TNT, PETN and NH4NO3). Also the interference effect of detergents, sugar, sweeteners, acetylsalicylic acid (aspirine) and paracetamol-based painkiller drugs, which are used as camouflage while carrying the explosives, were examined. The developed method is statistically validated against titanium(IV) oxysulfate (TiOSO4) method (for H2O2) and GC-MS method (for TATP) existing in the literature using t- and F- tests.