Elektrokimyasal Analizler ve İyon Seçici Elektrotlar İçin Su

Laboratuvarlarda kullanılan elektrokimya teknikleri; voltametri, polarografi ve potansiyometriden taramalı elektrokimyasal mikroskopi ve elektrokimyasal olarak oluşturulan kemilüminesansa kadar uzanmaktadır.

Elektrokimya

Elektrokimya, ölçülebilir bir büyüklük olan elektrik ile kimyasal değişim arasındaki ilişkiyi inceleyen kimya dalıdır. Laboratuvarlarda kullanılan elektrokimyasal analiz teknikleri temel olarak klasik potansiyometri, kulometri, voltametri ve polarografiden oluşur. Son yıllarda, taramalı elektrokimyasal mikroskopi ve elektrokimyasal olarak oluşturulan kemilüminesans gibi elektriksel sinyalleri veya bunlarla ilişkili etkileri kullanan çok çeşitli başka teknikler de geliştirilmiştir.

Elektrokimya Nasıl Çalışır?

Potansiyometri, kulometri, voltametri ve polarografi uygulamalarında bir elektrokimyasal hücre kurulur ve elektroaktif türler, elektrot potansiyellerine göre tespit edilir. Temel tekniklerin çok sayıda farklı uygulama biçimi bulunmaktadır.

Potansiyometride, numune çözeltisine yerleştirilen bir çift elektrot arasındaki elektrot potansiyeli farkı ölçülür. Bu yöntem, titrasyonların izlenmesinde veya örneğin iyon seçici elektrotlarla (ISE) konsantrasyonun doğrudan ölçülmesinde kullanılır.

İyon seçici elektrotlar, bir çözelti içerisinde çözünmüş iyonların aktivitesine bağlı olarak elektriksel potansiyel üreten membran elektrotlardır. Oluşan potansiyel, bir pH metre veya voltmetre kullanılarak ölçülebilir. pH elektrodu en yaygın kullanılan iyon seçici elektrottur. Çözeltideki H⁺ konsantrasyonuna duyarlı, ince bir cam membran içerir. Enzim elektrotlarında ise iyon seçici elektrodun üzerini kaplayan özel bir membran kullanılır. Bir enzim belirli bir maddeyle reaksiyona girer ve iyon seçici elektrot bu reaksiyon sonucunda oluşan ürünü tespit eder.

Kulometride, elektroliz reaksiyonu sırasında dönüşüme uğrayan madde miktarı, tüketilen veya üretilen elektrik miktarının coulomb cinsinden ölçülmesiyle belirlenir.

Voltametride, çalışma elektroduna uygulanan elektriksel potansiyel değiştirilir ve bunun sonucunda oluşan akım kaydedilir. Oksitlenmiş ve indirgenmiş türler arasındaki elektron transferi, elektrot/çözelti ara yüzeyinde her analite özgü bir potansiyelde gerçekleşir. Analiz öncesinde, ilgilenilen eser bileşenleri elektrot üzerinde yoğunlaştırmak amacıyla bir elektroliz adımı uygulanarak hassasiyet önemli ölçüde artırılabilir. Bu yöntem sıyırma (stripping) olarak adlandırılır. Çalışma elektrodu çoğunlukla ince bir altın veya cıva filmiyle kaplanmış camsı karbondan oluşur. Polarografide ise cıva damlası kullanılır.

Taramalı elektrokimyasal mikroskopi (SECM) ve elektrokimyasal olarak oluşturulan kemilüminesans (ECL) gibi elektriksel sinyalleri veya bunlarla ilişkili etkileri kullanan çok çeşitli başka teknikler de bulunmaktadır. SECM, daha geniş kapsamlı bir yöntem grubu olan taramalı prob mikroskopisi (SPM) içerisinde yer alan ve ara yüzeylerin yerel elektrokimyasal davranışlarını çok yüksek çözünürlükte ölçmek için kullanılan bir tekniktir. SECM sistemleri; mikroimalat, yüzey desenleme ve mikroyapılandırma uygulamalarında kullanılır.

ECL yönteminde, elektrokimyasal olarak oluşturulan ara ürünler elektronik olarak uyarılmış bir hâl meydana getirir ve bu yapı daha düşük enerjili bir seviyeye dönerken ışık yayar. Bu teknik, biyolojik uygulamalara yönelik sensörlerde geniş kullanım alanı bulmuştur. Ru etiketli antikorların kullanıldığı immünoanalizler, PCR uygulamalarına yönelik Ru etiketli DNA probları ve oksalat ile organik aminlerin tespitinde kullanılan NADH veya H₂O₂ üretimine dayalı biyosensörler bunlara örnek olarak verilebilir. ECL, birçok klinik laboratuvar uygulamasında ticari olarak yoğun biçimde kullanılmaktadır.

Elektrokimya Ne İçin Kullanılır?

Elektrokimyaya dayalı analitik teknikler, çözelti içerisindeki elektroaktif türlerin konsantrasyonlarını ölçmek için kullanılır. Bu türler arasında cıva, nikel, kobalt, demir ve arsenik gibi birçok katyon; iyon seçici elektrotlarla ölçülebilen anyonlar ve katyonlar; aspirin ve kafein gibi farmasötik bileşikler ile oksidasyon reaksiyonlarına girebilen nörokimyasal maddeler bulunur. Serotonin ve epinefrin, norepinefrin ve dopamin gibi katekolaminler de bu maddeler arasındadır.

Elektrokimya Neden Kullanılır?

Elektrokimyasal tekniklerin güçlü yönleri; nispeten düşük maliyetli olmaları, iyi hassasiyet sunmaları, deniz suyu gibi zorlu matrislerde türlerin doğrudan ölçülmesine uygun olmaları ve doğrudan tür tayinine olanak sağlamalarıdır. Örneğin As(III) ile As(V) ve Se(IV), selenosistin ve dimetildiselenid birbirinden ayrı olarak belirlenebilir.

Su Saflığının Elektrokimya Üzerindeki Etkisi Nedir?

Saf su, standartların, kör numunelerin ve diğer numunelerin hazırlanmasının yanı sıra elektrokimyasal hücrelerin durulanmasında da yaygın olarak kullanılır. Suda bulunan herhangi bir elektroaktif madde analizlere girişim yapabilir. Analizin hassasiyeti arttıkça kullanılan suyun saflığı da daha kritik hâle gelir.

Sudaki Hangi Kirleticiler Elektrokimyasal Sonuçları Etkileyebilir?

Elektrokimyasal analizleri etkileyen başlıca su safsızlıkları, organik veya inorganik yapıda olabilen elektroaktif türlerdir.

1. Organik Bileşikler

Elektrokimyasal analizlerde kullanılan sularda organik bileşiklerin bulunması çeşitli sorunlara yol açabilir. Bunlar arasında elektrot yüzeyindeki reaksiyonlara müdahale edilmesi ve alternatif elektriksel sinyallerin oluşması yer alır.

2. İyonlar

Sudaki iyonlar da örtüşen sinyaller oluşturabilir ve ölçülen türlerle etkileşime girerek bu türlerin elektriksel özelliklerini ve elde edilen sonuçları değiştirebilir.

3. Bakteriler ve Partiküller

Bakteriler ve partiküller zaman içerisinde birikerek sinyal kaymasına neden olabilir ve sistem bileşenlerinin performansını düşürebilir. Bakteriler ayrıca analizlere girişim yapan elektroaktif bozunma ürünleri oluşturabilir.

Elektrokimya İçin Gerekli Su Saflığı Koşulları Nelerdir?

Gerekli su saflığı, uygulamanın hassasiyetine bağlıdır. Genel analizler için Tip II su yeterli olabilir. Ancak hassas çalışmalar için safsızlık düzeylerinin çok düşük olması gerekir. En hassas uygulamalarda 18 MΩ·cm’den yüksek özdirenç ve 10 ppb’nin altındaki TOC değerleri özellikle tercih edilir.

ELGA, Elektrokimyaya Yönelik Su Saflığı Sorunlarını Nasıl Çözer?

ELGA’nın uzmanlığı ve uzun yıllara dayanan itibarı, deneyimli ekibinin müşterilerin uygulamalarına özgü su saflığı gereksinimlerini belirlemelerine yardımcı olmasını sağlar. Şirket, elektrokimya uygulamalarının gereksinimlerini karşıladığı kanıtlanmış çeşitli su saflaştırma sistemleri sunmaktadır.

Örneğin, tezgâh üstü kullanım için tasarlanmış PURELAB Chorus 1 Analytical Research kullanım noktası sistemi, sürekli olarak 18,2 MΩ·cm özdirence sahip ultra saf Tip I su üretirken Chorus 2+ sistemi Tip II su sağlar.

Sonuç

Yüksek hassasiyetli elektrokimya uygulamalarında reaktiflerin, kör numunelerin, diğer numunelerin ve standartların hazırlanmasında kullanılan suyun sisteme herhangi bir kontaminasyon taşımamasının sağlanması önemlidir. Bu uygulamalarda Tip I su kullanımı tercih edilir. Daha düşük kritik seviyedeki uygulamalar için ise Tip II su üreten bir su saflaştırma sistemi son derece uygun olacaktır.

Kaynak: https://www.elgalabwater.com/electrochemistry