Mordant, asit siyahı 1 ve direkt boya boyarmaddelerinin cıva, camsı karbon ve gümüş elektrotlarda elektrokimyasal davranışlarının incelenmesi
Investigation of electrochemical behaviours of mordant, acid black 1 and direct dye dyes at mercury, glassy carbon and silver electrodes
Yazar: SERPİL BAŞARAN ZEYREKLİ
Danışman: PROF. DR. NECATİ MENEK
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Elektrokimya = Electrochemistry

Özet:
Azo boyarmaddeleri sınıfının önemli ve büyük bir kısmını oluşturmaktadır. Belirleyici özellikleri, yapısında bulunan azo grubundan kaynaklanır. Azo boyarmaddelerinin kullanım alanları dikkate alındığında başta tekstil kimyası olmak üzere, gıda ve ilaç sanayisi gibi birçok endüstriyel alanda uygulamaları vardır. Özellikle teknolojik gelişmelere bağımlı olarak sensörlerde, bilgi depolama başta olmak üzere enformatik alanda da kullanılır. Çevresel etkileri ve başta kanserojen gibi toksik özellikleri olmak üzere insan sağlığı ve ekolojik dengeyi bozma özelliğinden dolayı araştırma alanlarının her geçen gün yaygınlaştığı görülür.Bu çalışmanın amacı, anolog seri olarak mono, di, tri azo grubu içeren sırasıyla Mordant Boya (C.I. 17135) Asit Siyahı 1 (C.I. 20470) ve Direkt Boya (C.I. 31793) boyarmaddelerin farklı elektrot ortamında, farklı teknikler kullanılarak elektrokimyasal özelliklerinin karşılaştırılmalı olarak incelenmesidir.Boyarmaddelerin BR tamponunda (pH: 2,0-12,0) Kare Dalga Voltametrisi (SWV), Diferansiyel Puls Polarografisi (DPP), Doğru Akım Polarografisi (DCP), Dönüşümlü Voltametri (CV) teknikleri kullanılarak damlayan cıva (SMDE), asılı cıva damla (HMDE), camsı karbon (GC) ve gümüş (Ag) elektrotlar üzerindeki elektrokimyasal davranışları araştırılmıştır.Mordant boyarmaddesinde cıva çalışma elektrotta SWV, DPP, DCP ve CV tekniklerinde tek katodik pik elde edilmiştir. Fakat anodik pik gözlenmemiştir. dE/dpH değişimi gibi deneysel sonuçlar Mordant boyarmaddesinin 2e-/2H+ katılımıyla elektrokimyasal indirgendiğini ve elektrot reaksiyon mekanizması ile birlikte adsordiyonun olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak mordant azo boyarmadde için öneri niteliğinde elektrot reaksiyon mekanizması karşılık gelen aminlere indirgenmesi şeklinde önerilmiştir.Asit Siyahı 1 boyarmaddesinin formülüne bakıldığında Mordant boyarmaddeden farklı üç elektroaktif grup vardır. Bunlardan ikisi azo diğeri nitro grubudur. AS 1 de iki katodik pik oluşmuştur. Bunlardan birincisinin Mordant boyarmaddesindeki gibi azo grubuna ikincisinin ise diğer azo ve nitro grubuna ait olduğu belirlenmiştir. Pik potansiyellerinin negatif değerlere kaydığı ve buna göre hız belirleyen basamakta proton olduğu belirlenmiştir. Mordant boyarmaddede olduğu gibi tersinmez elektrot reaksiyonunun yanında adsorpsiyon varlığı da gözlenmiştir. Elde edilen verilerden boyarmadde için toplam elektrot reaksiyon mekanizması önerilmiştir.Direkt boyarmaddede azodan oluşan üç elektroaktif grup vardır. Direkt boyarmaddenin Mordant ve Asit Siyahı 1 boyarmaddeleri ile benzerlik göstermesi nedeniyle elde edilen polarogram ve voltamogramlar dikkate alınarak değerlendirmeler yapılmıştır. Yapıda üç elektroaktif grup olmasına rağmen iki pikin medyana gelmesi iki azo grubuna ait indirgenmenin aynı potansiyelde diğer azo grubunun ise farklı potansiyelde indirgendiğini göstermektedir. Elde edilen verilerde Mordant ve Asit Siyahı 1 boyarmaddelerinde olduğu gibi adsorpsiyon etkisi vardır. Bununla beraber Direkt boyarmaddenin makro molekül olması medeniyle çözünürlük problemleriyle karşılaşılmıştır. Elde edilen veriler kullanılarak boyarmadde için elektrot reaksiyon mekanizması önerilmiştir.Boyarmaddeler için cıva çalışma elektrotta çalışılan teknikler GC ve Ag elektrotlarda da yapılmıştır. Özellikle katı elektrotlarda cıvaya göre yüksek konsantrasyonlarda çalışma zorunluluğu vardır. Boyarmaddelerin çalışılan ortamlarda çözünürlük problemlerinden dolayı arzu edilen konsantrasyon değerine ulaşılamaması nedeniyle yeterli analitik verilerin elde edilememesine rağmen cıva damla elektrottakine benzer değişimler ve aynı zamanda kuvvetli adsorpsiyon etkisi gözlenmiştir. Bununla beraber elektrot reaksiyon mekanizmasında farklı piklerin oluşması sebebiyle cıva elektrottaki gibi kademeli reaksiyon mekanizmalarının oluştuğu sonucuna varılmıştır.Anahtar kelimeler: Azo boyarmaddeler, Polarografi, Voltametri, Reaksiyon Mekanizması, GCE ve Ag katı elektrot.

Abstract:
Azo dyes constitute the major of class. The determining properties are due to in azo group of the structure. Considering the application areas, azo dyes are primairly used textile chemistry, such as food and pharmaceutical industry, has applications in many industrial areas. In particular, depending on technologial developments in sensors, information storage, mainly used in the informatics field, too. Research areas are widespread with each passing day due to environmental effects and toxic properties such as carcinogenic which is hazardous to human health and ecological balance.The aim of this study is to investigate comparatively of electrochemical properties as a series of analogs of containing mono, di, tri-azo groups, respectively, Mordant Dye (C.I. 17135), Acid Black 1 (C.I. 20470) and Direct Dye (C.I. 31793) dyes in different electrodes by using different techniques.Electrochemical behaviours of dyes have been investigated in Britton-Robinson buffer (pH: 2,0-12,0) solution by using Square Wave Voltammetry, Differential Puls Polarography, Direct Current Polarography and Cyclic Voltammetry techniques at static mercury drop electrode (SMDE), hanging mercury drop electrode (HMDE), glassy carbon electrode (GCE) and silver (Ag) electrode.A single cathodic peak is observed at mercury working electrode by using SWV, DPP, DCP and CV techniques in Mordant Dye. But anodic peak is not observed. The experimental results suc as dE/dpH changing indicate that electrochemical reduction of Mordant Dye involves 2e-/2H+ and adsorption onto electrode together with irreversible electrode reaction mechanism. As a result tentative electrode reaction mechanism for Mordant azo dye is suggested for reduction of correspondig amines.Looking at the Acid Black 1 dye formula is clear that are the three electroactive groups which are different from Mordant dye. Two of these are azo groups, the other is the nitro group. Two cathodic peaks are formed in Acid Black 1. First of these is belong to azo group as mordant dye and second of these is belong to the other azo and nitro groups are determined. Adsorption to electrode together irreversible electrode reaction mechanism was observed as Mordant Dye. The peak potential of reduction peak depends on pH and shifted to more negative potential with increase in pH indicates that involves proton in rate determination step. As a result, a tentative total electrot reaction mechanism is suggested for dye from experimantal data.There are three electroactive groups consisting of azo groups at Direct Dye. Experimental results of Direct Dye are evaluated considering polarograms and voltamograms of mordant and Acid Black 1 dyes because of show similarity with Mordant and Acid Black 1 dyes. Two peaks are occur although there are electroactive groups in structure indicates reduction of two azo groups is the same and the other one is different potential values. Adsorption effect is observed as Mordant and Acid Black 1 dyes. However, there is solubility problems because it is quite a large molecule that is seen to looking at structure formula of dye. As a results, a tentative total electrot reaction mechanism is suggested for dye from experimantal datas.Experimental conditions and techniques are used at GC and Ag working electrodes that is similiar to mercury working electrode. Especially, there is high concentrations at solid electrode according to mercury electrode. Similiar changing of mercury electrode present at solid electrode although there are not enough analytical evidence that due to not rise concerntration values which are require because of solubility problems and also strong adsorption is observed. Therefore, different peaks occur at electrode reaction mechanism indicating that it follows more steps.Key words: Azo dyes, polarography, voltammetry, reaction mechanism, GCE and Ag solid electrodes.