Ağır metal tayini için biyosorpsiyon temelli mikrobiyal sensör geliştirilmesi
Development of biosorption based microbial sensor for heavy metal detection
Yazar: ÖZLEM ALASAĞ UYKUN
Danışman: DOÇ. DR. ŞENOL ALPAT
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Mikrobiyal Biyosensörler, çevresel kirleticilerin tayin edilebilmesi konusunda yapılan çalışmalarda en fazla ilgi odağı olan konulardan biri haline gelmiştir. Atık sulardaki kirleticilerin arıtılmasında farklı türden mikroorganizmaların kullanıldığı, ağır metalleri fonksiyonel gruplarıyla tutabildiği ve biyosorpsiyon yoluyla atık suları daha az zararlı hale getirebildikleri ortaya konmuştur. Sunulan bu çalışmada, ağır metallerin tayin edilmesine yönelik biyosorpsiyon esaslı mikrobiyal biyosensör geliştirilmesi amaçlanmıştır. Mesorhizobium opportonistum bakteri türünün, biyosensör geliştirmek için mikroorganizma kaynağı olarak kullanılabilirliği ve ağır metal tayininde spesifik etkisiyle diğer yöntemlere göre daha hızlı ve pratik elektrokimyasal yöntemler kullanılmıştır. Biyosensör yapımında liyofilize M. opportonistum kullanılmıştır. Bu bakteri türü ile hazırlanan mikrobiyal biyosensörün optimizasyon ve karakterizasyon çalışmaları, dönüşümlü voltammetri ve diferansiyel puls katodik sıyırma voltammetri tekniği ile yapılmıştır. Optimum şartlar için farklı şartlandırma süresi, şartlandırma ortam pH'ı, destek elektrolit çözeltiler, mikroorganizma miktarı ve tarama hızı gibi parametrelerin biyosensör cevabı üzerine etkileri incelenmiştir. Optimum bakteri miktarı 5 miligram, destek elektrolit çözeltisi perklorik asit, ön deriştirme süresi 15 dakika, ön deriştirme ortam pH'ı 6,0 ve tarama hızı saniyede 80 milivolt olarak belirlenmiştir. Optimizasyondan sonra, analitin artan konsantrasyonlarında görülen elektrokimyasal cevap için kalibrasyon grafiği elde edilmiştir (R2=0,991). Çalışmada, M. opportonistum ile bakır(II) tayininde, optimum koşullarda hazırlanan biyosensörün tayin alt sınırı belirlenmiştir. Tayin aralığı 0,05-2,0 mikromolar ve tayin alt sınırı 0,02 mikromolar' dır. Ayrıca analiz sonucunun tekrarlanabilirliği incelenmiş ve 8x10-7 molar bakır nitrat ön deriştirme çözeltisinde, 6 tane elektrot için ortalama değer 0,83, standart sapma ±0,02 ve yüzde varyasyon katsayısı yüzde 2,41 olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In the last few decades, microbial biosensors have an increasing attention to detect environmental pollutants. Different kind of microorganisms have been used to purify waste water pollutants, keep heavy metals with their functional groups and render them less harmful types through biosorption. In this study, biosorption based microbial biosensor was developed to detect heavy metals. The usability of Mesorhizobium opportonistum bacteria as a source of microorganism and its specific effect of heavy metal detection were studied by electrochemical methods which are faster and practical compared to other methods. M. opportonistum was lyophilized and then used to create biosensor. The microbial biosensor prepared with this species way optimized and characterized by cyclic voltammetry and differential pulse cathodic stripping voltammetry. The effects of the parameters over the response of biosensor such as different treatment durations, treatment medium pH, supportive electrolyte solutions, microorganism amount and scan rate were investigated to obtain optimal electrochemical conditions. The optimum bacteria amount was found as 5 miligram, perchloric acid used for supportive electrolyte solution, 15 minutes treatment duration, treatment medium pH 6.0 and 80 milivolt per second scan rate, respectively. After the optimization of these parameters, a calibration gragh has been obtained by the electrochemical response of increasing amounts of analyte (R2= 0,991). In this work, the copper(II) detection with M. oppotonistum, the limit of detection was determined for the biosensor prepared at the optimal conditions. The range of detection was 0.05-2.0 micromolar and the limit of detection is 0.02 micromolar. In addition, the repeatability of analyze result was investigated and determined the average value for 6 electrode was 0.83, the standard deviation was ±0.02 and variation coefficient percentage was 2.41 percent in the 8x10-7 molar copper nitrate treatment solution.