Metalliftalosiyanin temelli iletken redoks aktif polimerlerin geliştirilmesi ve elektrokimyasal pestisit sensörü olarak kullanımları


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Faculty of Engineering, Chemical Engineering, Turkey

Approval Date: 2018

Thesis Language: Turkish

Student: ÜMİT ERGİN ÖZEN

Principal Supervisor (For Co-Supervisor Theses): Atıf Koca

Co-Supervisor: Ali Rıza Özkaya

Abstract:

Metalliftalosiyanin temelli iletken redoks aktif polimerlerin geliştirilmesi ve elektrokimyasal pestisit sensörü olarak kullanımları Pestisitlerin tarım ilacı olarak kullanım amacı, bitkileri parazit organizmalara karĢı korumak suretiyle ürün çeĢitliliği ve verimlilik sağlamaktır. Pestisitlerin ilgili organizmalar üzerindeki etkisi, sinir sistemi fonksiyonlarında önemli bir role sahip olan asetil kolinesterazın aktifliğini bloke etmesinden kaynaklanır. Bu özellikleriyle uyumlu bir Ģekilde, pestisitlerin iĢlevlerini yerine getirebilmeleri için toksik olmaları gereklidir. Ancak, pestisitlerin yüksek toksik özelliği, insan sağlığı üzerinde de büyük bir tehdit oluĢturmaktadır. Bu tehditlerin ve risklerin en aza indirilmesi amacıyla, çeĢitli sağlık kuruluĢları tarafından pestisit konsantrasyonlarının sınırlandırılması ve/veya bütünüyle yasaklanması gibi birçok önlem alınmıĢtır. Bu, pestisitleri algılayabilen sistemlerin bizim için ne kadar önemli olduğunu gösteren bir durumdur. Böylece, pestisitleri algılamak için adım adım birçok yöntem geliĢtirilmiĢtir. Bunlar arasında, enzim esaslı biyosensörler gibi konvensiyonel olanlar, yüksek duyarlılıklarından ötürü ön plana çıkmaktadır. Konvensiyonel teknikler, bu avantajına rağmen; yüksek maliyet, düĢük seçicilik, düĢük kararlılık ve uygulamada karĢılaĢılan güçlükler gibi birçok dezavantaja da sahiptir. Bu dezavantajları aĢmak ve daha yüksek performanslı algılama sistemleri geliĢtirmek amacıyla, elektrokimyasal sensörler gibi alternatif yöntemler üzerinde çalıĢmalar yürütülmektedir. Aynı amaca yönelik olarak, bu çalıĢma da; elektrokimyasal sensör sistemlerinde kullanılmak üzere yüksek performanslı yeni sensör elektrotların geliĢtirilmesi üzerine gerçekleĢtirilmiĢtir. Bu amaca ulaĢmak için, polimerize olabilen morfolin (Mor) sübstitüenti ve redoks aktif metal merkezleri (Co, TiO, MnCl) içeren yeni sentezlenmiĢ orijinal ftalosiyaninler tanıma elemanları olarak kullanılmıĢtır. Diğer taraftan, komplekslerin elektrot yüzeyine sabitlenmesi için oksidatif elektropolimerizasyon tekniği kullanılmıĢtır. Her bir kompleks ile modifiye edilmiĢ elektrotların eserin, paratiyon, diazinon ve fenitrotiyon pestisitlerini algılama özelikleri test edilmiĢtir. Sensör ölçümleri, GCE/Mor-TiOPc ve GCE/Mor-MnClPc elektrotlarının sırasıyla eserin ve diazinon pestisitleri ile etkileĢebildiğini, GCE/Mor-CoPc ve kullanılan pestisitler arasında ise herhangi bir etkileĢim olmadığını göstermiĢtir. vi ABSTRACT DEVELOPMENT OF METALLOPHTHALOCYANINE BASED CONDUCTING REDOX ACTIVE POLYMERS AND THEIR APPLICATIONS AS ELECTROCHEMICAL PESTICIDE SENSORS The objective of the usage of pesticides as agricultural medicine is to obtain product diversity and productivity by the way of protecting plants against parasitic organisms. The influence of the pesticides on the relevant organisms comes up with their property of deactivation on the acetyl cholinestherase enzyme (AChE), which has a key role on the neural system. In accordance with that property, pesticides have to be toxic as a necessity of their functions. However, highly toxicity of the pesticides also creates a huge threatening on the human health. Numerous precautions like limitation of the concentrations and/or wholly prohibition of pesticides have been taken by the various health organizations for minimizing their threatenings and the risks. This is the point that how essential the systems that able to sense the pesticides is for us. Gradually, therefore, lots of methods were developed to sense the pesticides. Among these methods, the conventional ones like enzyme based biosensors are forefront due to their high sensitivity. In spite of this advantage, they have multiple disadvantages such as high cost, low selectivity, low stability and the difficulties in their applications. With the aim of getting over these disadvantages and developing the higher performance sensing systems, studies are carrying out on the alternative methods like electrochemical sensors. Towards the same aim, this study has also been performed upon the development of novel high performance sensor electrodes to use in the electrochemical sensor systems. To reach that aim, newly synthesized novel phthalocyanines with polymerizable morpholine (Mor) substituents and the redox active metal centers (Co, TiO, MnCl) were used as the recognition elements. On the other hand, oxidative electropolymerization technique was used for the immobilization of the complexes on the surface of the electrode. The sensing properties of the electrodes modified with each complex were tested for the pesticides of eserine, parathion, diazinon and fenitrothion. The sensor measurements suggested that the GCE/Mor-TiOPc and GCE/Mor-MnClPc electrodes are able to interact with eserine and diazinon pesticides, respectively, while there is not any interaction between GCE/Mor-CoPc and any pesticide.