Preparation and characterization of metal oxide nanopArticles modified carbon nanotube-conducting polymers based composite electrode for simultaneous determination of melatonin and caffeine

Abstract

In this thesis study, highly effective zincoxide metal nano pArticles electrodeposited by chronoamperometry on multi-walled carbon nanotube and polycresol red film based composite modified surfaces were prepared onto glassy carbon electrode surfaces and after the examination of morphological, chemical and electrical properties of these modified electrodes, the electrochemical behavior of melatonin and caffeine was investigated at different pHs. When peak currents and peak potentials of melatonin and caffeine were compared at bare and prepared composite electrodes, it was determined that the optimum working pH was obtained as 7.0 by using phosphate buffer. Moreover, when the behavior of all electrodes against melatonin and caffeine oxidation was examined in pH 7.0 phosphate buffer solutions, zincoxide-multi-walled carbon nanotube-polycresol red composite electrode (ZnO/MWCNT/PCR/GCE) was observed to have the highest activity. Regarding to the formation of polycresol on the electrode surface, cresol red concentration and number of cyclic voltammetric cycles were optimized. Then, zincoxide optimization parameters such as concentration, deposition of potential and deposition time were studied respectively. After the optimization of experimental conditions, experimental studies for the sensitive detection of melatonin and caffeine were highlighted utilizing at bare GC, PCR/GC, MWCNT/PCR/GC, MWCNT/GC, ZnO/MWCNT/GC ve ZnO/MWCNT/PCR/GC electrodes by performing differential pulse voltammetry technique and when the obtained data was compared to each other, finally ZnO/MWCNT/PCR/GC composite electrode has the highest activity. For this electrode, linear range was found to be 4.0x10-8 M– 4.0x10-7 M for melatonin and caffeine, while limit of detection was calculated as 1.38x10-8 M and 1.33x10-8 M (S/N=3), respectively.Bu tez çalışması kapsamında, camımsı karbon elektrot yüzeyine sırasıyla elektropolimerizasyon ile polikresol kırmızısı döngüsel voltammetri ile film oluşturularak, oluşan film yüzeyi üzerine çok duvarlı karbon nanotüp ve çok duvarlı karbon nano tüp üzerine çinko oksit metal nano parçacıkları kronoamperometri ile elektrokimyasal olarak depolanmıştır. Oluşturulan kompozit modifiye elektrotların morfolojik, kimyasal ve elektriksel yüzey özellikleri aydınlatıldıktan sonra, melatonin ve kaffeinin tekli ve bir arada olduğu koşullardaki elektrokimyasal davranışı farklı pH'larda incelenmiştir. Yalın ve kompozit elektrotlarda melatonin ve kaffeinin pik akım yüksekliği ve pik potansiyelleri karşılaştırıldığında en uygun çalışma pH'ının 7.0 fosfat tamponu olduğu saptanmıştır. Aynı zamanda pH=7.0 fosfat tamponu ortamında tüm elektrotların melatonin ve kaffein yükseltgenmesine davranışları incelendiğinde, polikrezol kırmızısı-çok duvarlı karbon nanotüp-çinko oksit depolanmış kompozit elektrodun (ZnO/MWCNT/PCR/GCE) en yüksek katalitik etkinliğe sahip olduğu saptanmıştır. Polikrezol kırmızısının elektrot yüzeyinde oluşturulmasına ilişkin, krezol kırmızısı derişimi ve döngüsel voltammetrik döngü sayısı optimize edilmiştir. Ardından MWCNT/PCR/GCE üzerine kronoamperometri ile depolanan çinko oksit metal nano parçacıklarının sırasıyla derişim, potansiyel ve biriktirme süresine ilişkin optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Optimum deney koşulları saptandıktan sonra, differansiyel puls voltammetrik teknikle melatonin ve kaffeinin duyar tayinine yönelik deneysel çalışmalar yalın camımsı (GC), PCR/GC, MWCNT/PCR/GC, MWCNT/GC, ZnO/MWCNT/GC ve ZnO/MWCNT/PCR/GC elektrotlarıyla yapılmış ve elde edilen veriler karşılaştırıldığında, en yüksek etkinliğe sahip olan elektrodun kompozit yapıdaki ZnO/MWCNT/PCR/GC elektrodu olduğu saptanmıştır. ZnO/MWCNT/PCR/GC kompozit elektrotta pik akım yüksekliğinin melatonin ve kaffein derişimi ile değişimi 4.0x10-8 M – 4.0x10-7 M aralığında doğrusal bulunurken, belirtme alt sınırı ise sırasıyla 1.38x10-8 M ve 1.33x10-8 M olarak saptanmıştır (S/N=3). Hazırlanan kompozit elektrotların, morfolojisi taramalı elektron mikroskobu, yüzeyin kimyasal bileşenleri X-ışını fotoelektron spektroskopisi ve elektriksel özellikleri ise elektrokimyasal impedans tekniği ile aydınlatılmıştır