Etanol-metanol karışımının tayini için yüzey baskılı elektrotların modifiye edilmesiyle amperometrik alkol biyosensörünün geliştirilmesi

Abstract

Çalışma temel olarak etanol, metanol ve etanol-metanol karışımının tayini için, çeşitli materyallerle modifiye edilmiş, tek kullanımlık, ekonomik, çift enzimli amperometrik enzim biyosensörünün geliştirilmesini amaçlamaktadır. Karbon nanotüp (CNT), altın nanoparçacık (AuNp) ve poli(nötral) kırmızı (PNR) ile farklı türdeki yüzey baskılı elektrotlar (YBE) modifiye edilerek, elektrokimyasal reaktivitesi yüksek tek kullanımlık çeviriciler geliştirilmiştir. Geliştirilen sistemler alkol oksidaz ve alkol dehidrojenaz enzimleri ile modifiye edildikten sonra bu biyosensörlerin etanol, metanol ve etanol-metanol karışımının tayini için optimum çalışma koşulları araştırılmıştır. Optimum koşullardaki alkol biyosensörleri ile gerçek numunelerdeki etanol miktarı ve etanol/metanol karışımındaki etanol ve metanol miktarları belirlenmiştir. Deneysel çalışmalarda döngüsel voltametri ve kronoamperometri gibi voltametrik teknikler kullanılmıştır. Çalışmada ilk olarak nikotinamid adenin dinükleotitin (NADH) medyatörsüz, düşük potansiyelde girişimsiz tayini için yeni YBCE/MWCNT/AuNP/PNR formüllü kompozit elektrodu geliştirilmiştir. Geliştirilen amperometrik NADH sensörünün optimum pH'ı 7,5 olarak belirlenmiştir. Analitiksel karakterizasyonlar sonucunda NADH sensörünün tekrarlanabilirliği 100 µM NADH için bağıl standart sapma (R.S.D.) % 2,55 (n=10), duyarlığı 15,82 µA.mM-1, gözlemlenebilme ve tayin sınırları ise sırasıyla 4,82 ve 16,09 µM, doğrusal aralık 16,07 µM – 150 µM olarak bulunmuştur. NADH sensörleri ve alkol dehidrojenaz (ADH) temelli biyosensörlerde, PNR'nin nanoparçacıklar ile olan sinerjik etkisi incelenmiş, PNR'nin sadece MWCNT veya AuNP ile hazırlanmış sensör ve biyosensörlerin formulasyonuna dahil olduğunda duyarlığı artırdığı gözlenmiştir. MWCNT ve PNR'nin sahip oldukları özellikleri sayesinde yaptıkları - elektronik ve hidrofobik etkileşimlerle, sensör ve biyosensörlerin elektronik iletkenliği, sinerjik bir etkiyle artmıştır. En yüksek elektronik iletkenlik ve elektrokatalitik etki, PNR'nin hem MWCNT hem de AuNP ile oluşturduğu kompozit elektrot olan YBCE/MWCNT/AuNP/PNR ile hazırlanmış sensör ve biyosensörlerde gözlenmiştir. YBCE/MWCNT/AuNP/PNR kompozit elektrodundaki MWCNT ve AuNP'nin miktar optimizasyonları yapılmıştır. YBCE yüzeyinde MWCNT'nin 3 tabaka, AuNP'nin 2 tabaka olduğu miktarlarda en yüksek pik akımları elde edilmiştir. ADH temelli biyosensörlerin optimum elektrot türü ve formulasyonu YBCE/MWCNT/AuNP/PNR, optimum pH'sı 7,75, çalışma potansiyeli + 0,2 V, enzim ve koenzim miktarları sırasıyla 150 unit ve 7 mM olarak bulunmuştur. Analitiksel karakterizasyonlar sonucunda ADH temelli biyosensörlerin tekrarlanabilirliği 400 µM etanol için RSD % 1,57 (n=10), duyarlığı 0,49 µA.mM-1, doğrusal aralığı 320,2 µM – 1000 µM, gözlemlenebilme ve tayin sınırları ise sırasıyla 96,1 ve 320,2 µM, olarak bulunmuştur. ADH temelli biyosensörler ve NADH sensörü için optimum elektrot türü ve formulasyonu olan YBCE/MWCNT/AuNP/PNR kompozit elektrotları ile Alkol oksidaz (AOx) temelli biyosensörler hazırlanmıştır. AOx temelli biyosensörlerin optimum pH'ı 7,0, çalışma potansiyeli - 0,3 V ve enzim miktarı 1,2 unit olarak bulunmuştur. Analitiksel karakterizasyonlar sonucunda AOx temelli biyosensörlerin tekrarlanabilirliği 400 µM metanol ve 400 µM etanol için R.S.D.'ler sırasıyla % 1,65 (n=5) ve % 1,12 (n=5) olarak bulunmuştur. Metanol ve etanol için sırasıyla gözlemlenebilme sınırları, 100,8 µM ve 53,5 µM, tayin sınırları 335,9 µM ve 178,5 µM, doğrusal aralıkları 335,9 µM - 1000 µM ve 178,5 µM – 1000 µM, duyarlıkları ise 0,509 ve 0,482 µA.mM-1 olarak hesaplanmıştır. AOx temelli biyosensörlerle etanol/metanol karışımının tayini için de analitiksel karakterizasyonlar yapılmıştır. Etanol/metanol karışımındaki etanol miktarı ADH temelli biyosensörlerle, metanol miktarı ise AOx temelli biyosensörlerle yapılan amperometrik tayin sonucu elde edilen akım değerlerinin, kalibrasyon grafiklerinin doğru denklemlerinde yerine yazılmasıyla bulunmuştur. AOx temelli biyosensörlerin metanole karşı duyarlığının etanole göre daha fazla olduğu sonucuna varılmıştır. AOx temelli biyosensörler, etanol-metanol karışımının tayini için kullanılmış ve etanol varlığında metanolün duyarlığının azaldığı gözlenmiştir. Tez kapsamında yeni YBCE/MWCNT/AuNP/PNR kompozit elektrodu, NADH sensörü, etanol, metanol ve etanol/metanol biyosensörleri başarıyla geliştirilmiştir.