Katyonlara duyarlı modifiye elektrotların hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of cations sensitive modified electrodes
Yazar: ZAFER ÜSTÜNDAĞ
Danışman: PROF. DR. ALİ OSMAN SOLAK
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, 2-hidroksi-3,5-dinitrofenilbenzoat-camsı karbon (DNFB-GC), bis(2-hidroksi-3,5-dinitrofenil)izoftalat-camsı karbon (DNFI-GC) ve etilendiamintetraasetik asit fenilamit-camsı karbon (EFA-GC) yüzeyleri hazırlanmıştır. Bu yüzeyleri hazırlamak için önce benzoik asit, 5-aminoizoftalik asit ve p-nitroanilinin diazonyum tuzları (BA-DAT, IFA-DAT ve NF-DAT) hazırlanmıştır ve elektrokimyasal indirgenme ile camsı karbon (GC) yüzeyi modifiye edilmiştir. Sonra 2,4-dinitrofenolle, benzoik asit-camsı karbon (BA-GC) ve izoftalik asit-camsı karbon (IFA-GC) yüzeyleri dönüşümlü voltametri (CV) tekniği ile anodik yükseltgenmeye maruz bırakılmıştır. Oluşturulan DNFB-GC, DNFI-GC ve nitrofenil-camsı karbon (NF-GC) yüzeyleri asidik ortamda CV tekniği kullanarak elektrokimyasal indirgenme ile 2-hidroksi-3,5-diaminofenilbenzoat-camsı karbon (DAFB-GC), bis(2-hidroksi-3,5-diaminofenil)izoftalat-camsı karbon (DAFI-GC) ve aminofenil-camsı karbon (AF-GC) yüzeylerine dönüştürülmüştür. Hazırlanan bütün yüzeyler, CV ve elektrokimyasal impedans spektroskopisiyle (EIS) çeşitli redoks problar (dopamin, ferrosen, ferrisiyanür ve hekzaamin rutenyum-II) kullanılarak karakterize edilmiştir. Yüzeyinde nitro grupları ihtiva eden DNFB-GC ve DNFI-GC ile amin ihtiva DAFB-GC, DAFI-GG arasındaki en belirgin fark, nitrolu yüzeylerin ferrisiyanür redoks probuna her pH'da duyarsız olmasıdır. Amin ihtiva eden yüzeyler ise, yüzey pKa'larının altındaki pH değerlerinde ferrisiyanüre duyarlıyken, yüksek pH'larda bu proba duyarsız hale gelmektedir. DAFB-GC ve DAFI-GC yüzeyleri, ihtiva ettikleri amin gruplarının düşük pH'larda protonlanması sebebiyle hidrojen etkili yüzey özelliği göstermektedirler. Hazırlanan bütün yüzeyler, çeşitli spektroskopik ve mikroskobik tekniklerle (X-ışını fotoelektron spektroskopisi, Raman spektroskopisi, temas açısı ölçümü tekniği, elipsometri ve atomik kuvvet mikroskobisi) karakterize edilmiştir. Ayrıca amin ihtiva eden yüzeylerin pKa'sı hesaplanmıştır.

Abstract:
2-Hydroxy-3,5-dinitrophenylbenzoate (DNFB), bis(2-hydroxy-3,5-diaminophenylizophtalat (DNFI) and ethylenediaminetetraacetic acid phenoxyamide (EFA) modified glassy carbon electrodes were prepared at a glassy carbon electrode by surface synthesis. In the first step, benzoic acid (BA), izophtalic acid (IFA) and nitrophenyl (NF) were grafted to the glassy carbon surface via the electrochemical reduction of its tetraflouroborate diazonium salts. In the second step, benzoic acid and izophtalic acid-modified electrodes were subjected to the anodic potential scan in the presence of 2,4-dinitrophenol in 0.01 M HCl solution. Thus formed modified electrodes were denoted as DNFB-GC and DNFI-GC. The surface CV voltammograms of DNFB-GC, DNFI-GC and NF-GC electrodes gave well defined peaks for the reduction of nitro groups to amine groups indicating the presence of nitro groups at the modified surface. The reduced surfaces were denoted as DAFB-GC (2-hydroxy-3,5-diaminophenylbenzoate-glassy carbon), DAFI-GC (bis(2-hydroxy-3,5-diaminophenylisophtalate-glassy carbon) and AF-GC (aminophenyl-glassy carbon). All surfaces were characterized electrochemically using redox probes of ferricyanide, dopamine, ferrocene and hexamine ruthenium-II by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedence spectroscopy (EIS). The main difference between nitro and amine-based surfaces (DNFB-GC/DAFB-GC and DNFI-GC/DAFI-GC) was the dependency of the electrochemistry of Fe(CN)63-/4- redox system on the pH of the medium. The rate of the electron transfer of Fe(CN)63-/4- at all modified electrode surfaces was studied at different pH values in BR buffer solution. The amine-based modified surface was observed to show a hydrogen induced selection against ferricyanide redox probe promising to be used as an ion sensor. We prepared EFA-GC (ethylenediaminetetraacetic cacid phenoxyamide-glassy carbon) with amide formation reaction from AF-GC and EDTA. Therefore all surfaces were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman Spectroscopy, Contact angle technique, ellipsometry and atomic force microskopy (AFM). We determined concentration of Pb2+ on the EFA-GC in aquaous solution. Therefore, CV tehcnique can interchangeably and accurately be used for the determination of the surface pKa values of DAFB-GC, DAFI-GC and 2-hydroxy?3,5?dinitrophenoxy-glassy carbon (DAFO-GC) surfaces.