Metal nanoparçacık modifiye kalem grafit elektrot kullanılarak akışa enjeksiyon analizde sensör ve biyosensör uygulamaları

Abstract

Bu tez çalışmasında, (i) yüksek iletkenlik özelliğine ve katalitik etkinliğe sahip metal nanoparçacıklar (Au, Pt ve Pd), (ii) ucuz ve tek kullanımlık kalem grafit elektrot (pencil graphite electrode, PGE), (iii) hızlı ve rutin analizlere olanak sağlayan akışa enjeksiyon analiz (Flow Injection Analysis, FIA) metodu gibi üç faydalı bileşen üzerinden elektrokimyasal sensör ve biyosensör çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla Au, Pt, Pd ve Pt-Pd nanoparçacıklar PGE yüzeyine elektrokimyasal olarak biriktirilmiş ve elde edilen elektrotların H2O2'ye yanıtı döngüsel voltammetri (CV) tekniği ile incelenmiştir. Elektrokimyasal H2O2 sensörü, sırasıyla Au ve Pt ile Pd ve Pt-Pd modifiye PGE'lerde H2O2'nin yükseltgenmesi ve indirgenmesi üzerine geliştirilmiştir. Her bir modifiye elektrot için çalışma potansiyeli ve akış hızı optimize edilmiş ve FIA sisteminde amperometrik H2O2 sensörünün analitiksel parametreleri belirlenmiş ve gerçek örneklere uygulanabilirlikleri başarıyla test edilmiştir. Tezin ikinci kısmında ise metal/bimetal nanoparçacık modifiye PGE'ler yüzeyine glukoz oksidaz (GOx) immobilize edilmiş ve glukoz biyosensör çalışmaları CV tekniğiyle gerçekleştirilmiştir. Glukoza en iyi elektrokatalitik etkinliğin ve yanıtın alındığı elektrotlar GOx immobilize Pt ve Pt-Pd modifiye PGE'ler olarak belirlenmiştir. Her iki elektrot için FIA sisteminde geliştirilen amperometrik glukoz biyosensörünün optimize edilen koşullar altında analitiksel performansları belirlenmiş ve gerçek örneklere uygulanabilirlikleri başarıyla test edilmiştir. Askorbik asit, dopamin ve ürik asitin geliştirilen glukoz biyosensörüne girişim etkileri, NaBiO3 önyükseltgeyicisi kullanılarak önemli derecede giderilmiştir. Sonuç olarak, metal/bimetal nanoparçacık, PGE ve FIA sistemi bir arada kullanılarak ucuz, hızlı, duyarlı elektrokimyasal sensör ve biyosensör tasarlanması, girişimcilerin giderilmesinde FIA'da NaBiO3 ön yükseltgeyicisinin ilk defa kullanılması bu çalışmanın özgün kısmını oluşturmaktadır. Anahtar sözcükler: Elektrokimyasal Sensör/Biyosensör, Akışa Enjeksiyon Analizi, Glukoz Oksidaz, Sodyum Bizmutat, Metal Nanoparçacık, Kalem Grafit Elektrot.

In this thesis, electrochemical sensor and biosensor studies were performed based on three useful components (i) metal nanoparticles (Au, Pt and Pd) with their high conductivity and catalytic activity, (ii) low-cost and disposable pencil graphite electrode (PGE) and (iii) flow injection analysis (FIA) which provides fast and routine analysis. For this purpose, Au, Pt, Pd and Pt-Pd nanoparticles were electrochemically deposited on the PGE surface and the response of the obtained electrodes to H2O2 was investigated by using cyclic voltammetry (CV) technique. The electrochemical H2O2 sensor was developed on the oxidation and reduction of H2O2 at the Au, Pt and Pd, Pt-Pd modified PGEs, respectively. The applied potential and flow rate for each modified electrode has been optimized and the analytical parameters of the amperometric H2O2 sensor in FIA have been determined and their applicability to the real samples has been successfully tested. In the second part of the thesis, glucose oxidase (GOx) was immobilized on the surface of metal/bimetal nanoparticle modified PGEs and glucose biosensor studies were performed by using CV technique. The electrodes which give the best electrocatalytic activity and response to glucose were identified as GOx immobilized Pt and Pt-Pd modified PGEs. Analytical performances of the amperometric glucose biosensor constructed in FIA system for both electrodes were determined under optimized conditions and their applicability to the real samples was successfully tested. The interference effects of ascorbic acid, dopamine and uric acid on the developed glucose biosensor were significantly reduced by using a pre-oxidant, NaBiO3. As a result, the design of cheap, fast, sensitive electrochemical sensor and biosensor using a combination of metal/bimetal nanoparticle, PGE and FIA system and the uses of the NaBiO3 as a pre-oxidant for the first time in FIA system for the elimination of interferents constitutes the original part of this study. Keywords: Electrochemical Sensor/Biosensor, Flow Injection Analysis, Glucose Oxidase, Sodium Bismuthate, Metal Nanoparticle, Pencil Graphite Electrode.