Grafit tabanlı kompozit pH sensörlerin geliştirilmesi ve potansiyometrik performanslarının karşılaştırmalı incelenmesi

Özlem Tavukçuoğlu; İbrahim Işıldak

doi:10.53445/batd.1929514

TR EN

Grafit tabanlı kompozit pH sensörlerin geliştirilmesi ve potansiyometrik performanslarının karşılaştırmalı incelenmesi

Öz

Bu çalışmada, biyolojik örneklerde pH tayini amacıyla modifiye grafit tabanlı kompozit bir pH sensörü geliştirilmiş ve potansiyometrik performansı değerlendirilmiştir. Sensör yapısında farklı hidrokinon/kuinhidron türevleri kullanılarak sensör yüzeyi modifiye edilmiş ve elde edilen kompozit sistemlerin analitik özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Geliştirilen sensörlerin kalibrasyon eğrileri incelendiğinde, tüm sistemlerin pH ile potansiyel arasında doğrusal bir ilişki sergilediği belirlenmiştir. Kuinhidron–PMMA temelli sensör için eğim değeri −115 mV/pH (R² = 0,9845) olarak hesaplanırken, grafit oksit temelli kompozisyon 1 için −110,5 mV/pH (R² = 0,9634) ve PVC-NH₂ ile modifiye grafit oksit içeren kompozisyon 2 için −124 mV/pH (R² = 0,9856) değerleri elde edilmiştir. Tekrarlanabilirlik çalışmaları, tüm sensörlerin ardışık ölçümlerde kararlı potansiyel yanıtlar verdiğini göstermiştir. Özellikle PVC-NH₂ ile modifiye grafit oksit içeren kompozisyonun daha düşük sapma değerleri ve daha stabil sinyal davranışı sergilediği belirlenmiştir. Ayrıca bu sensörün pH 4–11 aralığında çalışabildiği ve daha geniş bir doğrusal çalışma aralığına sahip olduğu gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, yüzey modifikasyonunun sensör performansı üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olduğunu göstermekte olup, PVC-NH₂ ile modifiye grafit oksit temelli kompozisyonun yüksek duyarlılık, iyi doğrusal yanıt ve yüksek tekrarlanabilirlik özellikleri ile en iyi performansı sergilediğini ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, geliştirilen kompozit pH sensörlerin düşük maliyetli, taşınabilir ve biyolojik örneklerde hızlı ve güvenilir pH tayini için uygun alternatif sistemler olduğu değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler

pH sensör , potansiyometri , grafit oksit , PVC-NH₂ , kompozit sensör , kuinhidron

Development and comparative evaluation of graphite-based composite pH sensors and their potentiometric performance

Abstract

In this study, a modified graphite-based composite pH sensor was developed for pH determination in biological samples, and its potentiometric performance was evaluated. The sensor surface was modified using different hydroquinone/quinhydrone derivatives, and the analytical properties of the resulting composite systems were comparatively investigated. The calibration curves of the developed sensors revealed a linear relationship between pH and potential for all systems. The slope value was calculated as −115 mV/pH (R² = 0.9845) for the quinhydrone–PMMA-based sensor, −110.5 mV/pH (R² = 0.9634) for graphite oxide-based composition 1, and −124 mV/pH (R² = 0.9856) for composition 2 containing PVC-NH₂ modified graphite oxide. Repeatability studies demonstrated that all sensors exhibited stable potential responses during successive measurements. In particular, the composite containing PVC-NH₂ modified graphite oxide showed lower deviation values and more stable signal behavior. Additionally, this sensor operated within a wider pH range (pH 4–11) and exhibited a broader linear working range. The results indicate that surface modification plays a crucial role in sensor performance, and the composite based on PVC-NH₂ modified graphite oxide exhibited the best performance in terms of high sensitivity, good linearity, and high repeatability. In conclusion, the developed composite pH sensors are low-cost, portable, and suitable alternatives for rapid and reliable pH determination in biological samples.

Keywords

pH sensor , potentiometry , graphite oxide , PVC-NH₂ , composite sensor , quinhydrone

References

Achache, M., El Boumlasy, S., Bouchta, D., & Choukairi, M. (2026). Development and applications of carbon paste and Sonogel-Carbon electrodes modified with nanomaterials: Perspectives in pharmaceutical, biological, environmental and food analysis: A review. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 194, 118502. https://doi.org/10.1016/J.TRAC.2025.118502
Bates, R. G., & Vijh, A. K. (1973). Determination of pH: Theory and Practice. Journal of The Electrochemical Society, 120(8), 263C. https://doi.org/10.1149/1.2403829
Berkil Akar, K., Özbek, O., Berkel, C., Eski, I. M., Bebek, O., & Altunoluk, O. C. (2026). The synthesis of a new 1,4-anthraquinone derivative molecule: its use as an ionophore in potentiometric sensor design, and its influence on pro-inflammatory cell death of granulosa cells. Polyhedron, 288. https://doi.org/10.1016/J.POLY.2026.117987
Chinnathambi, S., & Euverink, G. J. W. (2021). Hydrothermally reduced graphene oxide as a sensing material for electrically transduced pH sensors. Journal of Electroanalytical Chemistry, 895. https://doi.org/10.1016/J.JELECHEM.2021.115530
Çoldur, F., Boz, H., Önder, A., Üniversitesi, E., Fakültesi, F.-E., Bölümü, K., & Geliş Tarihi, E. (2016). Bütünüyle Katı Hal PVC Membran İzoniazid-Seçici Potansiyometrik Sensör. Erzincan University Journal of Science and Technology, 9(1), 29–39. https://doi.org/10.18185/EUFBED.94522
Gezegen, H., Özbek, O., Topal, M., Şahin, H., & Koçyiğit, Ü. M. (2026). Synthesis, Characterization, Biological Properties, and Sensor Applications of Novel Thiosemicarbazone Derivatives. Biotechnology and Applied Biochemistry, 73(1). https://doi.org/10.1002/BAB.70001
Hossain, M. S., Padmanathan, N., Badal, M. M. R., Razeeb, K. M., & Jamal, M. (2024). Highly Sensitive Potentiometric pH Sensor Based on Polyaniline Modified Carbon Fiber Cloth for Food and Pharmaceutical Applications. ACS Omega, 9(38), 40122. https://doi.org/10.1021/ACSOMEGA.4C06090
Jung, S. H., Seo, Y. M., Gu, T., Jang, W., Kang, S. G., Hyeon, Y., Hyun, S. H., Lee, J. H., & Whang, D. (2021). Super-Nernstian pH Sensor Based on Anomalous Charge Transfer Doping of Defect-Engineered Graphene. Nano Letters, 21(1), 34–42. https://doi.org/10.1021/ACS.NANOLETT.0C02259
Li, Y., Wu, T., Song, L., Zhu, Y., Chen, Y., Huang, Y., Tang, J., Cheng, K., Lin, D., & Chen, G. (2022). Magnetically aligned graphite flakes electrodes for excellent sensitive detection of hydroquinone and catechol. Chemical Papers, 76(10), 6323–6333. https://doi.org/10.1007/S11696-022-02248-3
Madeira, G. D. M., Hugo, H. J., Faleiros, M. C., & Mulato, M. (2021). Model improvement for super-Nernstian pH sensors: the effect of surface hydration. Journal of Materials Science, 56(3), 2738–2747. https://doi.org/10.1007/S10853-020-05412-W

Mirabootalebi, S. O., & Liu, Y. (2024). Recent advances in nanomaterial-based solid-contact ion-selective electrodes. Analyst, 149(14), 3694–3710. https://doi.org/10.1039/D4AN00334A
Natarajamani, G. S., Kannan, V. P., & Madanagurusamy, S. (2025). Synergistic ramifications of a sustainable ultra-sensitive NH3 sensor: Thermally reduced graphene oxide/ZnO hybrid composite for sub-PPM detection. Journal of Environmental Chemical Engineering, 13(2), 116079. https://doi.org/10.1016/J.JECE.2025.116079
Özbek, O., Eski, I. M., & Altunoluk, O. C. (2026). Development of a highly selective and ultra–fast potentiometric sensor for thiosulfate detection in water samples. Journal of the Indian Chemical Society, 103(4), 102519. https://doi.org/10.1016/J.JICS.2026.102519
Özbek, O., Kogu, A. A., Elik, M., & Gürdere, M. B. (2026). Solid-Contact Copper(II)-Selective Potentiometric Sensor Based on a Newly Synthesized Thiazole–Phenylurea Derivative Molecule. ChemistrySelect, 11(1), e05991.
Park, H. J., Yoon, J. H., Lee, K. G., & Choi, B. G. (2019). Potentiometric performance of flexible pH sensor based on polyaniline nanofiber arrays. Nano Convergence, 6(9). https://doi.org/10.1186/S40580-019-0179-0
Takimoto, D., Suzuki, K., Futamura, R., Iiyama, T., Hideshima, S., & Sugimoto, W. (2022). Zero-Overpotential Redox Reactions of Quinone-Based Molecules Confined in Carbon Micropores. ACS Applied Materials & Interfaces, 14(27), 31131–31139. https://doi.org/10.1021/ACSAMI.2C07429
Tinkilic, N., Cubuk, O., & Isildak, I. (2002). Glucose and urea biosensors based on all solid-state PVC–NH2 membrane electrodes. Analytica Chimica Acta, 452(1), 29–34. https://doi.org/10.1016/S0003-2670(01)01441-6
Tran, D. K., West, S. M., Speck, E. M. K., & Jenekhe, S. A. (2024). Observation of super-Nernstian proton-coupled electron transfer and elucidation of nature of charge carriers in a multiredox conjugated polymer. Chemical Science, 15(20), 7623–7642. https://doi.org/10.1039/D4SC00785A
Vilasó-Cadre, J. E., Hidalgo-Viteri, J., González-Fernández, L. A., Piña, J. J., Leiva-Peláez, O., Hidalgo, L., Reyes-Domínguez, I. A., Cruz, R., Rodríguez-Torres, I., Medellín-Castillo, N. A., Arce-Castro, J., Galambos, I., & Turdean, G. L. (2025). Recent advances in electrochemical sensors applied to samples of industrial interest. Microchemical Journal, 210, 112931. https://doi.org/10.1016/J.MICROC.2025.112931
Vivaldi, F., Salvo, P., Poma, N., Bonini, A., Biagini, D., Del Noce, L., Melai, B., Lisi, F., & Di Francesco, F. (2021). Recent Advances in Optical, Electrochemical and Field Effect pH Sensors. Chemosensors, 9(2), 33. https://doi.org/10.3390/CHEMOSENSORS9020033
Yoon, J. H., Park, H. J., Park, S. H., Lee, K. G., & Choi, B. G. (2020). Electrochemical characterization of reduced graphene oxide as an ion-to-electron transducer and application of screen-printed all-solid-state potassium ion sensors. Carbon Letters, 30(1), 73–80. https://doi.org/10.1007/S42823-019-00072-6

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Biomaterial

Journal Section

Research Article

Authors

Özlem Tavukçuoğlu ^*
0000-0001-9584-676X
Türkiye

İbrahim Işıldak
0000-0001-9654-1386
Türkiye

Publication Date

April 28, 2026

Submission Date

April 13, 2026

Acceptance Date

April 16, 2026

Published in Issue

Year 2026 Volume: 7 Number: 1

DOI

https://doi.org/10.53445/batd.1929514

IZ

https://izlik.org/JA57UZ94FU

APA

Tavukçuoğlu, Ö., & Işıldak, İ. (2026). Grafit tabanlı kompozit pH sensörlerin geliştirilmesi ve potansiyometrik performanslarının karşılaştırmalı incelenmesi. Journal of Integrative and Anatolian Medicine, 7(1), 1-7. https://doi.org/10.53445/batd.1929514

J. Integr. Anatol. Med. (Abbreviated Title)

◆◆◆

e-ISSN: 2687-6345

◆◆◆

This work is licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).

Grafit tabanlı kompozit pH sensörlerin geliştirilmesi ve potansiyometrik performanslarının karşılaştırmalı incelenmesi

Öz

Anahtar Kelimeler

Development and comparative evaluation of graphite-based composite pH sensors and their potentiometric performance

Abstract

Keywords

References

Details

Primary Language

Subjects

Journal Section

Authors

Publication Date

Submission Date

Acceptance Date

Published in Issue

DOI

IZ

Cite

J. Integr. Anatol. Med. (Abbreviated Title)