Nitro-aromatik ve nitramin sınıfı enerjetik maddelerin tayini için elektroanalitik yöntemlerin geliştirilmesi
Development of electroanalytical methods for nitro-aromatic and nitramine type energetic metarials
Yazar: ŞENER SAĞLAM
Danışman: PROF. DR. REŞAT APAK
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Camsı karbon = Glassy carbon ; Dönüşümlü voltametri = Cyclic voltammetry ; Patlayıcı maddeler = Explosives ; Voltametri = Voltammetry

Özet:
Patlayıcıların kirlenmiş topraklarda ve iyileştirilecek askeri alanlarda son derece heterojen bir şekilde dağılmış olması, kirliliğin doğasını ve dağılımını belirlemede saha analiz tekniklerini son derece önemli ve değerli kılmaktadır. Sabit laboratuvarlarda nitroaromatik ve nitramin tipi patlayıcıların tayininde kütle spektrometrik (MS) dedektörle donanmış gaz kromatografisi (GC), yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) ve iyon mobilite spektrometrisi (IMS) gibi karmaşık aletli analiz teknikleri bulunmakla birlikte bunlar oldukça pahalı ve karmaşık olduğundan bunlara daha düşük maliyetli bir seçenek oluşturan voltametrinin avantajları fazladır. Bu bağlamda tez kapsamında nitro-aromatik ve nitramin sınıfı enerjetik maddelerin miktar tayinine olanak verecek duyarlı ve seçimli elektroanalitik yöntem geliştirildi. Metotta camsı karbon elektrodu çalışma elektrodu, Ag tel referans ve Pt tel karşıt elektrot seçildi. İletkenliği arttırmak için tetrabütilamonyumbromür destek elektrolit olarak kullanıldı. Geliştirilen metotta çözelti ortamından gelen su ve oksijen giderildi. Redüksiyon potansiyelleri bu şartlar altında tespit edildi. Döngülü voltametri çalışmaları TNT için 40-120 mg L-1 derişim aralığında, RDX için 30-120 mg L-1 derişim aralığında, HMX için 40-120 mg L-1 derişim aralığında ve DNT için 40-140 mg L-1 derişim aralığında çalışıldı. Karakteristik pik potansiyelleri TNT için -0,28 V, -0,7 V ve -1,0V'ta, RDX için -0,78 V'ta, HMX için -0,9 V'ta ve DNT için -0,45 V ve -0,86 V olarak bulundu. TNT için akım değerleri -1,0 V'ta daha yüksek olduğu için, -1,0 V potansiyelde farklı TNT derişimleri ile elde edilen akım değerleri kullanılarak çalışma grafiği elde edildi. TNT tayini için (-1,0 V) lineer çalışma grafiği: Akım şiddeti = 2,7x10-1cmg/L+ 6,096 (r=0,9977). RDX tayini için lineer çalışma grafiği: Akım şiddeti = 1,8x10-1cmg/L+ 5,7824 (r=0,9987). HMX tayini için lineer çalışma grafiği: Akım şiddeti = 1,1x10-1cmg/L+ 3,9596 (r=0,9958). DNT tayini için (-0,85 V) lineer çalışma grafiği: Akım şiddeti = 1,8x10-1cmg/L+ 3,9596 (r=0,9981). Tayin limiti (LOD) TNT için 12 mg L-1, RDX için 10 mg L-1, HMX için 13 mg L-1 ve DNT için 11 mg L-1'dir. Metot, Kompozit B'ye (% 60 RDX, % 39 TNT ve % 1 parafin wax) uygulanarak içerisindeki TNT ve RDX'in ayrımı gerçekleştirilip miktar tayini yapıldı. Ek olarak metot kompozit enerjetik materyal Comp A5'e de (% 99 RDX ve % 1 dolgu maddesi) uygulandı. Geliştirilen analitik metot, TNT ve RDX içeren askeri cephanenin raf ömrünün tayin edilmesinde ve daha uzun raf ömrüne sahip benzer cephane komposizyonlarının geliştirilmesinde kullanışlı olabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
The relatively heterogeneous distribution of explosives in contaminated and remediated land make field analysis techniques important in exploring the nature and distribution of these contaminants. Although stationary laboratories accommodate sophisiticated instrumental techniques such as gas chromatography (GC), high performance liquid chromatography (HPLC), and ion mobility spectrometry (IMS) equipped with mass spectrometric (MS) detectors, voltammetry is a low-cost and advantageous alternative to these expensive and complex methods. Thus, the aim of this thesis was to develop sensitive and selective electroanalytical technique for the quantitative estimation of nitro-aromatic and nitramine type energetic materials. In the method, glassy carbon electrode chosen as working electrode and Ag wire as refrence and Pt wire as opposite electrode. In order to increase conductivity, tetrabutylammoniumbromide used as support electrolyte. All water and oxygen removed from sample solution at developed method. Reduction potentials were determined under these conditions. Cyclic voltammetry (CV) works was performed at 40-120 mg L-1 concentration range for TNT, 30-120 mg L-1 concentration range for RDX, 40-120 mg L-1 concentration range for HMX and 40-140 mg L-1 concentration range for DNT. Charcteristic peaks of the TNT found at -0.28 V, -0.7 V and ?1.0 V potentials, RDX found at -0.78 V potential, HMX found at -0.9 V potential and DNT found at -0.45 V and ?0.86 V potentials. Since strenght of current was higher under -1.0 V potential value for TNT, a working graphic was obtained for the study using current values with different TNT concentrations under -1.0 V potential. The linear working graphic (-1.0 V) for the TNT determination: strenght of current= 2.7x10-1cmg L-1+ 6.096 (r=0.9977). The linear working graphic (-0.78 V) for the RDX determination: strenght of current= 1.8x10-1cmg L-1+ 5.7824 (r=0.9987). The linear working graphic (-0.9 V) for the HMX determination: strenght of current= 1.1x10-1cmg L-1+ 3.9596 (r=0.9958). The linear working graphic (-0.85 V) for the DNT determination: strenght of current= 1.8x10-1cmg L-1+ 3.9596 (r=0.9981). Limit of detection (LOD) for TNT was 12 mg L-1, for RDX was 10 mg L-1, for HMX was 13 mg L-1 and for DNT was 11 mg L-1. Method was applied to Comp B (containing 60 % RDX, 39 % TNT, and 1 % paraffin wax) and containing TNT and RDX seperated and quantified and also method applied to composite energetic material Comp A5 (99 % RDX and 1 % filler material). The developed analytical method is thought to be useful for determining the shelf life of military ammunition containing TNT and RDX, and for developing similar ammunition compositions having longer shelf life.