METİLEN MAVİSİ VE ALİZARİN’İN LÜMİNESANS SPEKTROMETRESİ İLE ASİTLİK SABİTLERİNİN TAYİNİ VE BAZI METAL DUYARLILIKLARININ İNCELENMESİ

Year 2018, Volume: 6 Issue: 2, 317 - 330, 01.06.2018

Fadim Yemiş Nilgün Yenil

https://doi.org/10.15317/Scitech.2018.135

Abstract

Organik boyar maddeler endüstride renklendirme amaçlı kullanılmalarının yanı sıra indikatör ve/veya sensör olarak da kullanılabilen önemli hammaddelerdir. Birçoğu metal ve proton iyonlarına duyarlı olduğunda indikatör özelliği kazanır. Ayrıca metal iyonlarına karşı aktif olan birçok boya da sensör kabiliyeti sergilemektedir. Bu araştırmada, Metilen mavisi ve Alizarin boyar maddelerinin sulu çözeltilerinin çalışma pH aralıkları ile asitlik sabitlerinin (pKa) hesaplanması ve metal duyarlılıklarının incelenmesi üzerinde çalışılmıştır. Bu amaçla, Luminesans Spektrometre cihazıyla her iki boyar maddenin de taze hazırlanmış 10-3M’ lık sulu çözeltilerinde uyarma ve emisyon spektrumları ayrı ayrı alınmıştır. Emisyon spektrumlarından faydalanılarak Metilen mavisi ve Alizarin’ in çalışma pH aralıklarının sırasıyla 2-6 ve 2-9 olduğu tespit edilmiştir. Yapılan hesaplamalardan Metilen mavisi için pKa değeri 4,97 olarak bulunurken Alizarin için bu değer 3,70 olarak hesaplanmıştır. İlaveten Metilen mavisi’ nin IB ve IIB grubu-d blok geçiş elementlerinin iyonları olan Cu2+ ve Zn2+ iyonları ile kompleks yapabildikleri gözlenmiştir. Benzer biçimde, Alizarin’ in 3A grubu ve IB ile VIIIB grubu-d blok geçiş elementlerinin iyonları olan Al3+, Cu2+, Co2+, Ni2+ iyonları ile kompleksleşebildiği tespit edilmiştir. Metilen mavisi ve Alizarin’ in çalışma pH aralıklarına bağlı olarak pH sensörü olarak çalışabilecekleri ve seçilmiş metallerle kompleks oluşturabildikleri görülmüştür. Dahası, Alizarin’ in Metilen mavisine kıyasla daha çok metal iyonunu yakalayabildiği, daha düşük pKa değerine sahip olduğu ve buna bağlı olarak Cu2+ iyonlarıyla daha kolay kompleksleştiği sonucuna varılmıştır.

Keywords

Alizarin, Emisyon şiddeti, Lüminesans Spektrometresi, Metal iyonları, Metilen mavisi, pH aralığı, pKa, Tampon çözelti

Determination of Acidity Constants of Methylene Blue and Alizarin with Luminescence Spectrometry and Investigation of Some Metal Sensitivities

Abstract

Organic coloring materials are important raw materials which can be used as indicators and / or sensors other than being used for coloring purposes. Many of them gain indicator properties when they can be sensitive to metal and proton ions. Also, many dyes that are active against metal ions also exhibit sensor capability. In this study, the working pH ranges and acidity constants (pKa) of aqueous solutions of methylene blue and Alizarin dyes and also their metal sensitivities were investigated. For this purpose, excitation and emission spectra of freshly prepared 10-3M aqueous solutions of both dye materials were taken separately with Luminescence Spectrometer. Using the emission spectra, it was determined that the working pH ranges of Methylene blue and Alizarin are 2-6 and 2-9, respectively. The pKa value was calculated as 4,97 for Methylene blue and 3,70 for Alizarin. In addition, Cu2+ and Zn2+ ions, which are ions of IB and IIB groups-d block transition elements, are observed to be able to form complex with Methylene blue. Similarly, Al3+, Cu2+, Co2+, Ni2+ which are ions of the 3A group and IB and VIIIB groups-d block transition elements, are also observed to be able to form complex with Alizarin dyes. It has been shown that Methylene blue and Alizarin have been capable of working as pH sensors depending on the working pH ranges, and can form complexes with selected metals. Moreover, Alizarin is able to capture more metal ions than Methylene blue, has a lower pKa value, and consequently has been more easily complexed with Cu2+ ions.

Keywords

Alizarin, Emission intensity, Luminescence Spectrometry, Metal ions, Methylene blue, pH range, pKa, Buffer solution

References

• Akçakoca, E. P., Atav, R., 2006, “PAC Liflerinin Bazik (Katyonik) Boyarmaddelerle Boyanma Mekanizmaları”, TMMOB Tekstil Mühendisleri Odası, Tekstil ve Mühendis, Vol. 61, pp. 41-47.
• Ankara Üniversitesi, Açık Ders, https://acikders.ankara.edu.tr/pluginfile.php/7905/mod_resource/content/0/7.%20hafta.pdf [03.08.2017].
• Bozok, N., 2005, Vinilsülfon ve Flor Grubu İçeren Reaktif Boyarmadde Sentezi ve Metal Kompleksleri, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.
• Chopra, S., 2011, “U.S. Environmental Protection Agency-Anthraquinone and National Institute of Environmental Health Sciences-Anthraquinone”, Encyclopaedia Britannica. https://www.britannica.com/science/anthraquinone [11.10.2017].
• Gholivand, M. B., Ahmadi, E., Haseli, M., 2017, “A Novel Voltammetric Sensor for Nevirapine, Based on Modified Graphite Electrode by MWCNs/Poly(Methylene Blue)/Gold Nanoparticle”, Analytical Biochemistry, Vol. 527, pp. 4-12.
• Gürses, A., Açıkyıldız, M., Güneş, K., Gürses, M.S., 2016, Dyes and Pigments, Springer Briefs in Green Chemistry for Sustainability, Switzerland, ISBN 978-3-319-33892-7.
• He, L. L., Wang, Y. X., Wu, X. X., Liu, X. P., Wang, X., Liu, B., Wang, X., 2015, “Enhancement of the Binding Affinity of Methylene Blue to Site I in Human Serum Albumin by Cupric and Ferric Ions”, Luminescence, The Journal of Biological and Chemical Luminescence, Vol. 30, pp. 1380-1388.
• İkizler, A., Anıl, H., İkizler, A., Toprak, M., 1981, Organik Kimya Uygulama Ders Notu, Ege Üniversitesi Matbaası, İzmir.
• İlter, M., 2015, Tekstil Üretimi ve Yardımcı Kimyasallar, TMMOB Kimya Mühendisleri Odası, İzmir.
• Kapdan, İ. K., Kargı, F, 2000, “Atıksulardan Tekstil Boyar Maddelerinin Adsorpsiyonlu Biyolojik Arıtım ile Giderimi”, Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, Vol. 24, pp. 161-169.
• Karadağ, R., 2007, Doğal Boyamacılık, T.C. Kültür ve Turizm Bakanlığı, Döner Sermaye İşletmesi Merkez Müdürlüğü Geleneksel El Sanatları ve Mağazalar İşletme Müdürlüğü, Ankara.
• Karadeniz, B., 2010, Sülfonilik Asit Grubu İçeren Primer Amin ve Antrakinon Bileşiklerinin Kondensasyonu, Fe(III), Co(II), Cr(III) Komplekslerinin Sentezi ve Fotokromik Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.
• Kaya, N., Yücel, AT., Konkan, A., Mocur, D., Gültekin, M., 2011, “Ceviz Kabuğu ve Fındık Kabuğu Kullanılarak Sulu Çözeltilerden Dispers Azo Boyaların Giderimi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 26(3), pp. 509-514.
• Kimyasal Gelişmeler, 2016, http://www.kimyasalgelismeler.com/hayatin-icinden/unlu-kimyagerler/sentetik-boyanin-baslangici-william-henry-perkin.html [03.08.2017].
• MEGEP, 2008, Kimya Teknolojisi, Organik Maddeler-3, Meslekî Eğitim ve Öğretim Sisteminin Güçlendirilmesi Projesi, Ankara.
• Oehme, I., Wolfbeis, O. S., 1997, “Optical Sensors for Determination of Heavy Metal Ions” Microchimica Acta, Vol. 126, pp. 177-192.
• Pazarbaşı, M. B., Karaboz, İ., Koçyiğit, A., Özdemir, G., Yaşa, İ., 2011, “Deri Endüstrisinde Kullanılan Çeşitli Boyaların Renk Gideriminde Pleurotus ostreatus MCC07 Suşunun Kullanımı”, Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Vol. 7(2), pp. 21-30.
• Sabnis, R. W., 2010, Handbook of Biological Dyes and Stains: Sythesis and Indusrial Application, United State of America, ISBN 978-0-470-40753-0.
• Steinberg, I., M., Lobnik, A., Wolfbeis, O. S., 2003, “Characterisation of an Optical Sensor Membrane Based on the Metal Ion İndicator Pyrocatechol Violet”, Sensors and Actuators B, Vol. 90, pp. 230-235.
• Tekstil Dershanesi, http://www.tekstildershanesi.com.tr/bilgi-deposu/tekstilde-boya-ve-boyarmaddeler-1.html [03.08.2017].
• Tong, C., Hu, Z., 2011, “Methylene Blue as a DNA Probe for a Comparative Study of Cd2+, Pb2+ and Cr3+ Ions Binding to Calf Thymus DNA”, Journal of Luminescence, Vol. 131, pp. 2133-2139.
• Tutak, M., Boyar Madde Ders Notlar TEKP 302, Erciyes Üniversitesi, Tekstil Mühendisliği,Kayseri,file:///C:/Users/User/Downloads/BOYARMADDE+K%C4%B0MYASI+DERS+NOTLARI%20(1).pdf [03.08.2017].
• Zollinger, H., 2003, “Color Chemistry: Syntheses, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments”, Verlag Helvetica Chimica Acta - Wiley-VCH, ISBN 3-906390-23-3, Germany.