Mikrodalga destekli yöntem ile selenyum ve molibden nanopartiküllerinin sentezi ve analitik uygulamaları
Synthesis of selenium and molybdenum nanoparticles with microwave assisted method and their analytical applications
Yazar: BÜŞRA TIŞLI
Danışman: PROF. DR. SEZGİN BAKIRDERE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Mikrodalgalar = Microwaves ; Molibden sülfür = Molybdenum sulfide ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Selenyum = Selenium ; Talyum = Thallium

Özet:
Nanoteknoloji, eczacılık, çevre, bilgi teknolojisi, mühendislik, enerji, elektronik ve kimya endüstrileri gibi birçok araştırma alanında kullanılmaktadır. Nanomalzemeler, "nano" ölçekleriyle birçok fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir. Nanomalzemelerin boyut, şekil, yüzey, çözünürlük, yapı ve kimyasal bileşim gibi özellikleri sayesinde benzersiz işlevlere sahip çeşitli ürünlerin geliştirilmesi mümkündür. Nanomalzemelerin sentezinde farklı yöntemler kullanılmaktadır. Hidrotermal sentez, ortam sıcaklığı ve basıncının üzerinde kapalı bir kapta ısıtılmış bir çözelti içinde maddelerin kimyasal reaksiyonları ile sentez yapılması anlamına gelmektedir. Yeni materyallerin hazırlanmasını, hidrotermal reaksiyonların mekanizmalarının anlaşılmasını ve yeni sentetik yöntem ve tekniklerin geliştirilmesini içermektedir. Hidrotermal reaksiyonların mekanizmasını anlamak, hem bir yöntemin belirli bir senteze uygun şekilde uygulanması hem de istenen özelliklere sahip yeni malzemelerin araştırılması için özellikle gereklidir.
Selenyum (Se), özellikle bağışıklık ve kanser ile ilişkisi nedeniyle beslenme takviyesi amacıyla yaygın olarak kullanılan önemli bir eser elementtir. Çeşitli hastalıkların önlenmesi için selenyumdan faydalanılmaktadır. Ancak toksisitesi doza ve kimyasal forma bağlı olarak ciddi hasarlara neden olmaktadır.  Selenyum nanoparçacıklarının (SeNP'ler) sentezi ve uygulaması, kimyasal stabilite, biyouyumluluk ve düşük toksisite gibi çeşitli avantajlar nedeniyle dikkat çekmiştir. Bu çalışmada toksik olmayan reaktif olarak glikoz kullanılarak mikrodalga destekli SeNP sentezlenmiştir. SeNP'lerin karakterizasyon çalışmaları kapsamında mor ötesi-görünür spektrofotometresi (UV-VIS), Fourier transform infrared spektrometresi (FTIR) ve zeta potansiyeli ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda SeNP'lerin sentezi kanıtlanmıştır. Sentezlenen SeNP'lerin sitotoksisitesini değerlendirmek için in vitro sitotoksisite testi uygulanmıştır. SeNP kullanılmadığı kontrol grubu çalışması da yapılmıştır. SeNP içeren örneklerde hücre canlılıkları örneklerin sitotoksik olmadığını göstermiştir. Sentezlenen SeNP'lerin antibakteriyel ve antioksidan aktiviteleri de değerlendirilmiştir. SeNP'lerin antioksidan ve antibakteriyel aktivitelerde kayda değer farklılıklara neden olduğu gözlemlenmiştir.
Talyum (Tl), son derece toksik bir element olmakla birlikte, kurşun, kadmiyum veya cıva gibi diğer toksik elementlerden çok daha az çalışılmıştır. Bunun temel nedeni, Tl'nin, diğer elementlere göre zayıf duyarlılığa sahip olma eğiliminde olan klasik analitik yöntemlerle genellikle saptanamamasıdır. Bu tez çalışması kapsamında bir diğer nanopartikül olarak mikrodalga destekli hidrotermal yöntem ile basit, hızlı ve yeşil kimyaya uygun molibden disülfür nanopartikül (MoS2NP) sentezlenmiştir. Sentezin X-Işını Kırınım yöntemi (XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM; Scanning Electron Microscope) ile karakterizasyon çalışması yapılmıştır. MoS2NP ile Tl elementinin eser seviyelerde tayini dağıtıcı katı faz ekstraksiyonu alevli atomik absorbsiyon spektrofotometre (DKFE-AAAS) sisteminde gerçekleştirilmiştir. Optimum koşullar altında DKFE-AAAS sisteminde talyum için 14.6 µg/kg gözlenebilme limiti (GL) elde edilmiştir. Geliştirilen yöntemle AAAS cihazının tespit gücünde yaklaşık 20 kat iyileşme sağlanmıştır. Yöntemin gerçek örneklere (poşet çay) uygulanabilirliği geri kazanım çalışmalarıyla kanıtlanmıştır.

Abstract:
Nanotechnology is a promising tool in many research fields such as environment, pharmacy, energy, information technology, electronics, chemical industries and engineering. Nanomaterials have many chemical and physical properties with "nano" scales. Thanks to the special properties of nanomaterials such as size, structure, shape, solubility,  surface properties and chemical composition, it is possible to develop various products with unique functions. Hydrothermal synthesis means the synthesis by chemical reactions of substances in a closed heated solution above ambient pressure and temperature. It includes the understanding of the mechanisms of hydrothermal reactions, the preparation of new materials and the development of new synthetic techniques and methods. It is necessary to investigate the mechanisms of hydrothermal reactions both in order to apply a method appropriately to a particular synthesis and to develop new materials with desired properties.
Selenium (Se) is an important trace element that is widely used for nutritional supplementation, especially due to its association with immunity and cancer. Selenium is used to prevent various diseases. However, Selenium toxicity can cause serious damage depending on the chemical form and dose. The synthesis and application of selenium nanoparticles (SeNPs) have attracted attention due to several advantages such as biocompatibility, low toxicity and chemical stability. In this study, microwave supported SeNP was synthesized using glucose as a non-toxic reagent. Within the scope of characterization studies of obtained SeNPs, ultraviolet-visible spectrophotometer (UV-VIS), Fourier transform infrared spectrometry (FTIR) and zeta potential measurements were performed. Synthesis of SeNPs has been successfully proven in line with the results obtained. In vitro cytotoxicity testing was applied to evaluate the cytotoxicity of the synthesized SeNPs. A control study was also conducted without the use of SeNP. Cell viability in samples containing SeNP showed that the samples were not cytotoxic. Antibacterial and antioxidant activities of synthesized SeNPs were also evaluated. It has been observed that SeNPs cause significant differences in antibacterial and antioxidant activities.
While thallium (Tl) is an extremely toxic element, it has been much less studied than other toxic elements such as mercury, cadmium or lead. This is mainly because Tl is generally not detectable by classical analytical methods, which tend to have poor sensitivity relative to other elements. Within the scope of this thesis, molybdenum disulfide nanoparticle (MoS2NP) was synthesized as another nanoparticle by microwave supported hydrothermal method, which is simple, fast and suitable for green chemistry. Characterization studies were carried out by X-Ray Diffraction method (XRD) and Scanning Electron Microscope (SEM). Trace levels of Tl element were determined by MoS2NP in dispersive solid phase extraction flame atomic absorption spectrophotometer (DSPE-FAAS) system. The detection limit of 14.6 µg/kg for thallium was provided in DSPE-FAAS system under the optimum conditions. With the developed method, approximately 20 times improvement was achieved in the detection power of the FAAS instrument. The applicability of the method to real samples (tea bags) has been proven by recovery studies.