Fe(II) ve Fe(III)- seçici potansiyometrik sensörlerin geliştirilmesi ve uygulamaları
Development and applications of fe(ii) and fe(iii)- selective potentiometric sensors
Yazar: TUĞBA ÖZER
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM IŞILDAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya = Chemistry

Özet:
Demir canlı organizmalar için önemli bir mineraldir; okyanuslar, yüzeysel sular ve asit maden drenajları gibi yerlerde bulunur. Demir konsantrasyonunun tayini insan sağlığı ve çevre için önemlidir. Genellikle toplam çözünen demir miktarı indüktif olarak eşleşmiş plazma kütle spektrometre ve kolorimetrik yöntemle analiz edilmektedir. Fakat bu metotlar zaman alıcıdır ve pahalı cihaz, örneklerin ön işlemden geçirilmesi, uzmanlar tarafından uygulanması gerekmektedir. Fe+2 konsantrasyonunun doğrudan belirlenmesi mümkün değildir. Sonuç olarak; çözünen demir miktarı tayinini hızlı ve doğru yapabilen taşınabilir, ucuz cihazlara ihtiyaç duyulmaktadır.
Bu çalışmada demir(II) ve demir(III) iyonlarının özellikle çevresel örneklerde doğrudan tayini için etkili ve ekonomik bir yöntem geliştirilmiştir. Son yıllarda kullanılan metotlarda, demir(III) iyonları ölçüldükten sonra demir(II) iyonları demir(III) iyonlarına yükseltgenmektedir. Daha sonra, demir(III) iyonları tekrar ölçülerek toplam demir elde edilir ya da bunun tam tersi yapılmaktadır.
Burada, tümüyle katı hal teknolojisi temelli minyatür hale getirilmiş polivinil klorür (PVC) membran demir(II) ve demir(III)-seçici potansiyometrik elektrotlar geliştirildi. 2-Siyanometil N-metil-N-fenil ditiyokarbamat demir(II)-seçici sensörün yapılmasında iyonofor olarak kullanılırken, morin-Fe+2 Schiff-baz kompleksi demir (III)-seçici sensör için kullanılmıştır. Daha sonra, pH, seçicilik, cevap zamanı, tayin sınırı, hassaslık gibi geliştirilen sensörlerin karakteristik özellikleri araştırılmıştır.
Sensörler demir iyonlarına karşı yüksek seçicilik göstermiştir ve cevap zamanları kısadır. Ayrıca, geliştirilen sensörler çevresel örneklerde uygulanmış, sonuçlar referans metotlarla karşılaştırılmıştır. Fe(II) ve Fe(III)-seçici sensörlerin geliştirilmesi ile kompleks çevresel örneklerde demirin hızlı, ucuz, yerinde analizi mümkün hale gelmiştir.

Abstract:
Iron is an important mineral for many living organisms and is present in places such as oceans, surface water and acid mine drainage. It is important for human health and environment to determine iron concentration. Total dissolved iron is typically analyzed by techniques such as inductively coupled plasma mass spectrometry or colorimetrically. However, these methods are time consuming, require expensive stationary instrumentation, sample pretreatment, specialists to operate and are not capable of direct determination of the Fe2+ concentration. Therefore, there is a significant need for mobile low-cost devices that can provide accurate and rapid assessment of dissolved iron.
In this thesis, it was aimed to develop an effective and economic direct detection method for iron(II) and iron(III) ions especially in environmental samples. In recent methods, iron(III) ions are detected, then iron(II) ions are oxidized to iron(III) ions. After that, iron(III) ions are detected again and total iron is obtained or vice versa. 
Here, all solid state technology based miniaturized polyvinyl chloride(PVC) membrane iron(II) and iron(III)-selective potentiometric sensors were developed. While 2-Cyanomethyl N-Methyl-N-phenyl dithiocarbamate was used as the ionophore for fabrication of Fe(II)-selective sensor, morin-Fe+2 Schiff-base complex was used for fabrication of Fe(III)-selective sensor. Then, the potentiometric characteristics of the developed sensors have been investigated such as pH, selectivity, time response, detection limit, sensitivity.
The sensors displayed high selectivity to iron ions and had short response time.  Also, the sensors were applied environmental samples and the results compared with reference methods. The development of these Fe(II) and Fe(III)-selective sensors will allow for rapid inexpensive in-situ analyses of iron in complex environmental field samples.