Bisfenol a tanıma bölgelerine sahip moleküler baskılanmış polimerik kartuşların ve sensör sisteminin geliştirilmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: RECEP ÜZEK
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): SERAP ŞENEL
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Endokrin bozucu kimyasal maddelerden olan Bisfenol A'nın (BPA), insan sağlığı üzerine diyabet, prostat ve meme kanserine sebep olma gibi etkileri vardır. Yaygın kullanımından kaynaklı, sulardan, yiyeceklerden ve topraktan insan sağlığını tehdit etmektedir. Bu nedenle, insanlara en kolay ulaşım yolu olan sulardan seçici olarak uzaklaştırılması ve tayinine yönelik sistemlerin geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Tez çalışması kapsamında sulardan seçici olarak BPA'nın uzaklaştırılması ve tayini için moleküler baskılanmış sistemler geliştirilmiştir. Çalışmanın birinci aşamasında, BPA'nın sulardan uzaklaştırılması ve ön-deriştirilmesine yönelik moleküler baskılanmış polimerik kartuşlar hazırlanmıştır. Polimerik kartuşların hazırlanmasında N-metakriloil-L-fenil-alanin (MAPA) fonksiyonel monomer, etilenglikol dimetakrilat (EDMA) çapraz bağlayıcı, etanol (EtOH) porojen ve azobisizobütironitril (AIBN) başlatıcı olarak kullanılmıştır. Baskılanmış polimerik kartuşların (BMC) hazırlanmasında kullanılan BPA-MAPA ön kompleks bileşenler oranı UV-Görünür spektrofotometre ile mol olarak 1:3 olarak belirlenmiştir. Baskılama etkinliğinin belirlenebilmesi için hedef molekül içermeyen baskılanmamış polimerik kartuşlar (BNC) ile fonksiyonel monomer içermeyen polimerik kartuşlar da (EC) hazırlanmıştır. Polimerik kartuşların yapısal karakterizasyonu, FTIR ve elementel analiz yöntemleriyle, yüzey özelliklerinin karakterizasyonu ise şişme testleri, SEM ve BET yüzey alanı ölçümleri ile gerçekleştirilmiştir. Ortam koşullarının (pH, akış hızı, BPA derişimi, sıcaklık, tuz tipi ve derişimi) BPA adsorpsiyon kapasitesi üzerine etkisi incelenmiştir. En yüksek kapasitenin elde edildiği optimum ortam koşulları, 0,75 mL/dk akış hızında, 50 oC ortam sıcaklığında, 0,75 M (NH4)2SO4 içeren 200 mg/L BPA çözeltisinde elde edilmiştir. BMC için en yüksek adsorpsiyon kapasitesi 103,2 mg BPA/g polimer olarak belirlenmiştir. Baskılanmış polimerik kartuşun seçiciliğinin belirlenmesinde, hedef moleküle yapısal olarak benzeyen, (yarışmacı maddeler olarak) hidrokinon, fenol, 8-hidroksikinolin ve β-estradiol kullanılmıştır. BMC'a 10 adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsü uygulanarak tekrar kullanılabilirlik çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon verilerine Langmuir, Freundlich, Temkin ve Dubinin-Radushkevich adsorpsiyon izoterm modelleri uygulanmıştır. BPA'nın adsorpsiyonu için en uygun izoterm modelinin Langmuir olduğu belirlenmiştir. Sıcaklıkla değişen termodinamik denge sabiti (termodinamik denge sabiti, Ko) değerleri kullanılarak adsorpsiyon termodinamik parametreleri (ΔHo, ΔSo ve ΔGo) hesaplanmıştır. BPA adsorpsiyon kinetiği, deneysel verilere yalancı birinci dereceden ve yalancı ikinci dereceden modeller uygulanarak incelenmiştir. BPA adsorpsiyonunun polimerik kartuş yüzeyine herhangi bir difüzyon kısıtlaması olmaksızın kimyasal kontrollü gerçekleştiğini öngören yalancı-ikinci dereceden kinetik modele uyduğu sonucuna varılmıştır. BMC'larının katı faz özütleme performansı, musluk suyu ve sentetik atık su kullanılarak hazırlanan BPA çözeltileriyle gerçekleştirilmiştir. Musluk suyundan özütleme geri kazanım (ER) değerleri %92-96 arasında değişirken, sentetik atık su örnekleri için bu değerin %89-94 arasında değiştiği bulunmuştur. Ayrıca, adsorpsiyon ve desorpsiyon için kullanılan çözelti hacimleri göz önüne alınarak hesaplanan zenginleştirme faktörü (EF) değerleri musluk suyu için 18,4-19,1 ve sentetik atık su için ise 17,9-18,8 olarak belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında, sulardan BPA'nın tayini için, moleküler baskılama temelli optik sensörler geliştirilmiştir. Vinilimidazol (VIM) fonksiyonel monomer olarak, etilenglikoldimetakrilat (EDMA) çapraz bağlayıcı olarak kullanılmış ve mini-emülsiyon polimerizasyon yöntemiyle baskılanmış nanopartiküller (BIN) hazırlanmıştır. BIN'e floresans özellik kazandırılması için hidrotermal piroliz yöntemle hazırlanan grafen kuantum noktalar (GOD'lar) nanopartikül yüzeyine immobilize edilmiştir. Hazırlanan BPA baskılanmış optik nanosensörün (GBIN) BPA tayininde kolay uygulanabilmesi için nitroselüloz kâğıtlar kullanılmıştır. FTIR, zeta-boyut analizi, TEM, SEM, spektroflorofotometrik ölçümler kullanılarak sensör sistemi karakterize edilmiştir. GBIN sensörün sulu faz uygulamalarında 15,4 µg/L gözlenebilme sınırı (LOD) ve 47,7 µg/L tayin sınırı (LOQ)'ya ulaşılmıştır. GBIN nanosensörün nitroselüloz uygulamasında musluk suyu ve deniz suyu örneklerinde LOD sırasıyla 0,5 µg/L ve 1,0 µg/L olarak, LOQ ise sırasıyla 1,7 µg/L ve 3,4 µg/L olarak belirlenmiştir. Sensör sisteminin seçiciliği ve özgünlüğü BPA'nın yanı sıra aminofenol, fenol, hidrokinon ve naftol gibi yapısal analoglar kullanılarak hem ultra saf su içerisinde hem de deniz suyu içerisinde hazırlanan çözeltilere sensör sisteminin verdiği cevap incelenerek belirlenmiştir. Bu sonuçlar, farklı matrislerden BPA uzaklaştırılması ve tayinine yönelik geliştirilen moleküler baskılama temelli sistemlerin başarılı bir şekilde hazırlandığını göstermektedir.