Design of optical chemical nanosensors for Determination of some selected cations and anions in Aqueous samples and evaluation of interference effects

Abstract

Bu tezde, Gümüş (I), Civa (II), Demir (III), Hidroksil, Kalsiyum (II) ve Bakır (II) iyonlarının, su örneklerinde nanomolar altı düzeylerde tayinine yönelik olarak orjinal optik kimyasal nanosensörler tasarlanmıştır. Polimerik malzemeler olarak poli(metil metakrilat) ve etil selüloz'un yanında uygun floroiyonoforlar ve diğer katkı maddeleri birarada kullanılmıştır. Katyon ve/veya anyonları algılayıcı nanomalzemeler elektroeğirme yöntemiyle üretilmiştir. Elektro eğirme yöntemi, yüksek bir statik voltajın kullanılmasıyla, sıvı bir polimerden nano boyutta sürekli polimerik fiber yapmak için en uygun yoldur. Sensörler, kullanılan bütün iyonoforların floresans sinyal şiddetinde yaptığı değişikliğe dayanmaktadır. Önerilen nanosensors, iyonların tayini için oldukça büyük bir doğrusal çalışma aralığı sağlamaktadır. Stern-Volmer analizi sonuçlarına göre, iyonları algılamada ince film tabanlı sensörlere kıyasla elektro-eğirme ile üretilmiş nanofiberler membranların hassasiyetlerinin 10?100-kat daha fazla olduğu görülmüştür. Bu olağanüstü duyarlılığın, nanofiber yapıların daha yüksek yüzey alanına sahip olmasından kaynaklandığı ve uygulamalarda daha hızlı bir sensör dinamiği sağladığı düşünülmektedir. Tüm sensör tasarımlarında, sensör yanıtı, uzun-kısa dönem kararlılığı, rejenere edilebilirliği, tayin limiti, doğrusal çalışma aralığı, tekrarlanabilirlik ve girişim etkileri gibi sensör performans özellikleri de incelenmiştir. Sonuç olarak, girişim etkileri olmadan ve nanomolar altı düzeylerde iyonları tayin edebilmek için, elektro-eğirme yöntemi ile üretilmiş uygun iyonoforları içeren nanoboyutta fiber malzemeler optik sensor teknolojisi ile başarılı bir şekilde kombine edilmiştir. In this thesis, we designed original optical chemical nanosensors exploiting electrospun nanofibrous materials for optical sensing of silver (I), mercury (II), iron (III), hydroxyl, calcium (II) and copper (II) ions at sub-nanomolar levels in aqueous samples. Poly(methyl methacrylate) and ethyl cellulose were used as polymeric materials together with appropriate fluoroionophores and other additives. Cation and /or anion sensing nanomaterials were fabricated by electrospinning that the most convenient way to make a nano-scale continuous polymer uses a high static voltage to draw the fiber from a liquid polymer.Sensors were based on the change in the fluorescence signal intensity of all employed ionophore. The offered nanosensors allow determination of ions in a large linear working range. The preliminary results of Stern?Volmer analysis show that the sensitivities of electrospun nanofibrous membranes to detect ions are 10-100-fold higher than those of the thin film based sensors. The extraordinary sensitivities can be attributed to the high surface area of the nanofibrous membrane structures that provided faster sensor dynamics in applications. In all of the sensor designs, sensor performance characteristics such as the response time, long-short term stabilities, reversibility, limit of detection, linear concentration range, repeatability and interference effects also have been studied. Last of all, we have successfully combined the nanoscale electrospun fiber materials with optical sensing technology exploiting apropriate fluoroionophores for subnanomolar sensing of ions without interference effects.