Hidrojen perokside duyarlı titanyum dioksit nanoparçacık esaslı yeni bir sensör geliştirilmesi

Abstract

Hidrojen peroksit (H2O2) endüstriyel anlamda antiseptik amaçlı medikal ürünlerde, ağartıcı olarak tekstil sanayisinde, saç boyalarında, deterjan ürünlerinde, organik kimyada pek çok organik bileşiğin sentezinde, bunlara ek olarak peroksit tipi bir patlayıcı olan TATP'nin sentezinde kullanım bulan çok önemli bir bileşiktir. Bu tez çalışmasının amacı, katı bir yüzey üzerinde kompleks oluşumuna dayanan, titanyum dioksit nanoparçacık (TiO2NP) esaslı fiber optik reflektometrik H2O2 sensörleri geliştirmektir. Söz konusu sensörlerden ilki, kağıt materyalinin üzerinde TiO2NP ile H2O2 arasında titanil-perokso kompleksi oluşturulmasına (TiO2NP bazlı kağıt H2O2 sensörü) dayanırken ikinci sensör, TiO2NP ve 4-(2-piridilazo)-rezorsinol (PAR)'den ibaret katı bir kompleks materyal üzerine H2O2 eklenmesiyle üçlü bir kompleksin meydana gelmesine (TiO2NP-PAR katı H2O2 sensörü) dayanmaktadır. Ayrıca geliştirilen sensörler TATP örneklerine de uygulanmıştır. Bunun için TATP örneklerine uygulanan asidik hidroliz işlemi ile açığa çıkan H2O2, geliştirilen sensörler ile tayin edilmiştir. H2O2 analizi için, TiO2NP bazlı kağıt H2O2 sensörü ile LOD: 3,14 x 10-4 mol L-1 ve LOQ: 1,04 x 10-3 mol L-1; TiO2NP-PAR bazlı katı H2O2 sensörü ile LOD: 6,06 x 10-7 mol L-1 ve LOQ: 2,02 x 10-6 mol L-1'dir. Çeşitli anyon ve katyonların geliştirilen sensörler üzerindeki girişim etkisi incelenmiş ve geri kazanımlar hesaplanmıştır. Geliştirilen tayin yöntemlerinin H2O2 tayininde doğal örneklerde sık rastlanan anyon ve katyonların 50 kat derişimlerinden dahi etkilenmediği tespit edilmiştir. Bu sensörler TNT, RDX, PETN, NH4NO3 içeren patlayıcı karışımlarına da uygulanmış ve bu enerjetik maddelerin girişim yapmadığı görülmüştür. Ayrıca patlayıcıları taşıma sırasında kamufle etmek amacıyla kullanılan deterjan, şeker, tatlandırıcı, asetilsalisilik asit (aspirin) ve parasetamol-kafein bazlı aneljezik ilaçların sensörle tayine bir etkisi olmamıştır. Ancak bu tür kamuflaj maddelerine karıştırılan TATP, asetonla ekstrakte edilerek sensöre cevap verebilir. Geliştirilen miktar tayin yöntemi literatürde mevcut (çözelti fazında yürütülen) titanil sülfat (TiOSO4) yöntemine karşı t- ve F- testleri kullanılarak istatistiksel olarak valide edilmiş olup t- testi açısından % 99 güvenilirlik düzeyinde F-testi açısından ise % 95 güvenilirlik düzeyinde kıyaslanan yöntemlerin doğruluk ve kesinliği arasında anlamlı fark olmadığı görülmüştür. Geliştirilen TiO2NP esaslı H2O2 sensörlerinin peroksit tipi patlayıcılara uygulanabilmesi ile günümüzde yaygın kullanıma sahip ev tipi patlayıcıların sahada tespiti ve miktar tayinini sağlaması açısından faydalı olacağı düşünülmektedir.

Hydrogen peroxide is an important compound which has a very widely usage mainly in medical products for antiseptic purposes, in textile industry as a bleach, in hair dyes, detergent products, in TATP's (a peroxide type explosive) synthesis and in laboratories for experiments. The main aim of this thesis work is to develop titanium dioxide nanoparticle (TiO2NP)-based fiber optic reflectometric H2O2 sensors based on a complex formation on a solid surface. First one of the mentioned sensors based on a titanyl-peroxo complex formation between TiO2NP and H2O2 on a paper material (TiO2NP-based paper sensor of H2O2) and the second sensor based on formation of a ternary complex with H2O2 addition on a solid complex material. The complex formed between TiO2NP and 4-(2-pyridylazo)-resorcinol (PAR) (TiO2NP-PAR solid sensor of H2O2). Developed sensors were applied to TATP samples as well. For this, H2O2 which obtained via acidic hydrolysis process applied to TATP samples, were determined with developed sensors. For H2O2 analysis, TiO2NP based paper H2O2 sensor with LOD 3,14x10-4 mol L-1 ve LOQ 1,04x10-3 mol L-1, TiO2NP-PAR based solid H2O2 sensor with LOD 6,06 x 10-7 mol L-1 ve LOQ 2,02 x 10-6 mol L-1. Several anions and cations' interference effect on developed sensors were studied and recoveries are calculated. It is found out that developed methods for determining H2O2 is not affected by anions and cations even if their 50 times concentrated levels. These sensors are applied to explosive mixtures which contain TNT, RDX, PETN, NH4NO3. It's determined that these explosives which have widely usage are not affect the method. Additionally, detergents, sugar, sweetener, acetylsalicylic acid and paracetamol-caffeine based analgesic drugs which are used for camouflage during transportation of the explosives have no effect to their determination with the sensor. The developed method is statistically validated with using t- and F- tests against titanyl sulfate (TiOSO4) method in the literature. It is shown that between compared methods there is no significant difference with regard to t- test 99% on confidence level and F- test 95% on confidence level. With applying developed TiO2NP based H2O2 sensors to peroxide type explosive is thought to be benefical in terms of detection in the field and quantitation of household type explosives which have widely usage nowadays.