Çok duvarlı karbon nanotüp destekli metal katalizörler ile L-sistein sensörü geliştirilmesi
Development of L-stein sensor with multi-walled carbon nanotube supported metal catalysts
Yazar: KADİR SELÇUK
Danışman: PROF. DR. NAHİT AKTAŞ ; PROF. DR. HİLAL DEMİR KIVRAK
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada L-sistein amino asidinin elektrokimyasal yöntemler ile tampon çözeltisi (PBS, pH 7.2) ortamındaki belirlenme aktivitesi incelenmiştir. Yapılan elektrokimyasal araştırmalarda camsı karbon elektrot (GCE) metal içerikli katalizörler ile modifiye edilmiştir ve L-sistein için elektrokimyasal bir sensör geliştirilmiştir. Araştırmanın tüm safhasında Ru, Pd, Mo, Ga, Co ve Pt içeren tuz çözeltileri ile karbon nanotüp (CNT) yüzeyleri etkileştirilerek kimyasal indirgeme neticesinde monometalik nanokatalizör sistemleri olan; Ru/MWCNT, Pd/MWCNT, Pt/MWCNT, Mo/MWCNT, Ga/MWCNT ve Co/MWCNT'ler sentezlenmiştir. Sentezlenen bu katalizörler X-ray kırınım spektroskopisi (XRD), X-ray enerji dağıtıcı spektroskopisi (EDX),  Taramalı elektron mikroskopu (SEM), Geçirimli elektron mikroskopu (TEM) İndüklenmiş plazma-kütle spektroskopisi (ICP-MS), Breaneur-Emmet-Teller (BET) spektroskopisi ve Ultraviyole görünür bölge spektroskopisi (UV-Vis) gibi çeşitli karakterizasyonlara tabi tutulmuştur. GCE'ler, katalizör sistemleri ile modifiye edilerek L-sistein elektrooksidasyonu için elektrokimyasal aktiviteleri incelenmiştir. Modifiye edilen bu elektrotlar ile PBS ortamında yer alan L-sistein'in elektrooksidasyon-redüksiyon davranışları incelenmiştir. Elektrokimyasal sensör niceliklerini belirlemek adına hassasiyet, seçicilik, algılama türü ve girişim etkisi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Döngülü voltametri (CV), diferansiyel puls voltametri (DPV) ve elektrokimyasal impedans (EIS) ile ileri elektroanalitik yöntemler kullanılmıştır. Bu doğrultuda Ru/MWCNT, Ga/MWCNT, Mo/MWCNT ve Co/MWCNT ile modifiye edilen GCE'lerin hassasiyetleri sırasıyla 4307.05, 114, 200, 65 µA/mMcm2 olarak tespit edilmiştir. İlgili elektrotların LOD/LOQ değerleri ise sırasıyla 0.353/1.060, 0.05/0.15, 0.25/0.75, 0.02/0.06 µM olarak belirlenmiştir. Bu kaalizörlerin analitik aralıkları ise 0-200, 0-200, 0–150, 10-500 μM olarak rapor edilmiştir. Yapılan bu elektroanalitik çalışmalar neticesinde Co/MWCNT katalizör sisteminin L-sistein'in hassas tespiti için diğer katalizörlere nazaran daha iyi performans verdiği tespit edilmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde tüm katalizör sistemlerinin L-sistein'i hassas olarak algılayabilme yeteneğinin bulunduğu tespit edilip, en iyi elektrokimyasal sensör yanıtlarının Co/MWCNT ile modifiye edilmiş GCE'den alındığı belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, the determination activity of the amino acid L-cysteine in buffer solution (PBS, pH 7.2) was investigated by electrochemical methods. In electrochemical investigations, a glassy carbon electrode (GCE) was modified with metal-containing catalysts and an electrochemical sensor for L-cysteine was developed.In all phases of the research, Ru/MWCNT, Pd/MWCNT, Pt/MWCNT, Mo/MWCNT, Ga/MWCNT, and Co/MWCNT were synthesized as monometallic nanocatalyst systems as a result of chemical reduction by interacting carbon nanotube (CNT) surfaces with salt solutions containing Ru, Pd, Mo, Ga, Co and Pt. These synthesized catalysts were subjected to various characterizations such as X-ray diffraction spectroscopy (XRD), X-ray energy dispersive spectroscopy (EDX), Scanning electron microscopy (SEM), Transmission electron microscopy (TEM), Induced plasma-mass spectroscopy (ICP-MS), Breaneur-Emmet-Teller (BET) spectroscopy and Ultraviolet visible region spectroscopy (UV-Vis). GCEs were modified with catalyst systems and their electrochemical activities for L-cysteine electrooxidation were investigated. Electrooxidation-reduction behavior of L-cysteine in PBS medium was investigated with these modified electrodes. Sensitivity, selectivity, detection type and interference effect studies were carried out to determine the electrochemical sensor quantities. Advanced electroanalytical methods such as cyclic voltammetry (CV), differential pulse voltammetry (DPV) and electrochemical impedance (EIS) were used. Accordingly, the sensitivities of GCEs modified with Ru/MWCNT, Ga/MWCNT, Mo/MWCNT, Co/MWCNTwere determined as 4307.05, 114, 200, 65 µA/mMcm2 respectively. The LOD/LOQ values of the respective electrodes were determined as 0.353/1.060, 0.05/0.15, 0.25/0.75, 0.02/0.06 µA/mMcm2 respectively. The analytical ranges of these catalysts were reported as 0-200, 0-200, 0-150, 10 – 500 μM. As a result of these electroanalytical studies, it was determined that the Co/MWCNT catalyst system performed better than other catalysts for the sensitive detection of L-cysteine. As a result of the studies, it was determined that all catalyst systems have the ability to sensitively detect L-cysteine and the best electrochemical sensor responses were obtained from Co/MWCNT modified GCE.