β-karoten ve lutein ayrımı için grafen oksit ve türevi HPLC sabit fazlarının geliştirilmesi
Development of graphene oxide and derivative HPLC stationary phases for separation of β-carotene and lutein
Yazar: NADİDE SONGÜL GÜMÜŞ ŞENTÜRK
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA TOPKAFA
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında; gıda, çevre ve sağlık gibi farklı alanlarda uygulamaları bulunan grafen oksit ve türevlerinin sıvı kromatografisinde sabit faz olarak kullanımı için grafen oksit, Si-GO ve Si-GO-C18 materyallerinin sentezlenmesi, karakterizasyonlarının yapılması, β-karoten ve lutein moleküllerinin ayrımı için metotların geliştirilmesi ve bu metotların validasyonunun yapılması amaçlanmıştır. 
H2SO4 ve H3PO4 ile modifiye edilmiş Hummers metodu kullanılarak sentezlenen grafen oksit (GO), daha önce aminopropil silika üzerine kimyasal olarak bağlanarak Si-GO sabit fazı daha sonra bu sabit üzerine C18 bağlanarak Si-GO-C18 sabit fazı elde edilmiştir. Sentezlenen GO, Si-GO ve Si-GO-C18 materyallerinin karakterizasyonları UV-vis, FTIR, TEM ve SEM analizleri ile yapılmıştır. 
Yüksek okside elde edilen GO nano partikülleri FTIR analizine tabi tutularak grafen okside hidrofiliklik veren -OH ve -COOH grupları ile C=C, C=O ve epoksit (C–O–C) pikleri tespit edilmiştir. GO`de bulunan -OH ve -COOH piklerinin bir kısmının azalarak peptit bağının oluştuğu gözlenmiştir. Ayrıca Si-GO-C18 spektrumunda GO üzerine C18 bağlanmasını gösteren -CH titreşimleri tespit edilmiştir. Elde edilen GO ve sabit fazların TEM ve SEM görüntülerinin de FTIR analizini desteklediği görülmüştür.
Elde edilen Si-GO ve Si-GO-C18 sabit fazlarının her ikisi de farklı kolonlara yüksek basınçta doldurulmuştur. Kolonlar sırasıyla metanol, saf su ve asetonitril ile yıkanarak analizlere hazır edilmiştir.
Si-GO kolonu üzerinde β-karoten ve lutenin ayrımı için hem izo kritik hem de gradient ayırmalar yapılmış ve istenen ayrımların yapılamadığı görülmüştür. Ayrımları iyileştirmek için kemometrik dizayn yapılmış ve 21 farklı metot oluşturarak ayırma gücü ve tabaka sayıları hesaplanmıştır. Kemometrik tasarımın arzu edilirlik fonksiyonu (D) kullanılarak optimum metot parametreleri IPA mobil faz bileşimi %25, akış hızı 1,8 mL/dak ve sıcaklık 30°C olduğu belirlenmiştir. Optimum parametreleri belirlenen metodun validasyon çalışmaları için % bağıl standart sapma, % geri kazanım, LOD, LOQ ve R2 değerleri hesaplanmıştır. β-karoten ve lutein için %RSD değerlerinin 3,40 ve 2,76, geri kazanım değerlerinin %90 ve %93, LOD ve LOQ değerlerinin sırasıyla 0,27 ve 0,34 mg/L ile 0,09 ve 0,11 mg/L olduğu bulunmuştur.
Si-GO-C18 kolonu kullanılarak metot tespit etme çalışmalarında hem izo kritik hem de gradient ayırmalar yapılmıştır. İzo kritik çalışmalardan istenen sonuç elde edilememiş ve gradient ayırmalardan Metot 6`nın β-karoten ve lutein ayrımı için uygun olduğu ayırma gücü ve tabaka sayıları hesaplanarak tespit edilmiştir. Metodun β-karoten ve lutein için %RSD değerlerinin 0,86 ve 1,09, geri kazanım değerlerinin %95 ve %80, LOD ve LOQ değerlerinin sırasıyla 0,26 ve 0,27 mg/L ile 0,80 ve 0,82 mg/L olduğu bulunmuştur.

Abstract:
In this thesis study; it was aimed to synthesis and characterization of graphene oxide, Si-GO and Si-GO-C18 materials, to development of methods for the separation of β-carotene and lutein molecules, and validate these methods.
Graphene oxide (GO), synthesized using the Hummers method modified with H2SO4 and H3PO4, was first chemically bonded to aminopropyl silica to obtain the Si-GO stationary phase, and then the Si-GO-C18 stationary phase was obtained by bonding C18 to this stationary phase. Characterization of the synthesized GO, Si-GO and Si-GO-C18 materials was carried out by UV-vis, FTIR, TEM and SEM analyses. 
Highly oxidized GO nanoparticles were subjected to FTIR analysis and -OH and -COOH groups, which give hydrophilicity to graphene oxide, and C=C, C=O and epoxide (C–O–C) peaks were detected. It was observed that some of the -OH and -COOH peaks in GO decreased and the peptide bond was formed. Additionally, -CH vibrations indicating C18 binding on GO were detected in the Si-GO-C18 spectrum. It was observed that the TEM and SEM images of the obtained GO and stationary phases also supported the FTIR analysis.
Both of the obtained Si-GO and Si-GO-C18 stationary phases were filled into different columns at high pressure. The columns were prepared for analysis by washing with methanol, pure water and acetonitrile, respectively.
Both isocritical and gradient separations were performed on the Si-GO column to separate β-carotene and lutenin, and it was observed that the desired separations could not be achieved. A chemometric design was made to improve the separations, and the resolution and teoretical plates were calculated by creating 21 different methods. The optimum method parameters were determined to be IPA mobile phase composition 25%, flow rate 1.8 mL/min and temperature 30°C by using of the desirability function (D) of the chemometric design. The % relative standard deviation, % recovery, LOD, LOQ and R2 values were calculated for validation studies of the method whose optimum parameters were determined. It was found that the %RSD, the recovery, LOD and LOQ values were 3.40 and 2.76, 90% and 93%, 0.27 and 0.34 mg/L, and 0.09 and 0.11 mg/L, respectively.
Both isocritical and gradient separations were performed in method determination studies using the Si-GO-C18 column. The desired result could not be obtained from isocritical studies, and it was determined that Method 6 was suitable for the separation of β-carotene and lutene from gradient separations by calculating the resolution and teoretical plates. It was found that the %RSD, the recovery, LOD and LOQ values were 0,86 ve 1,09, 95% and 80%, 0.26 and 0.27 mg/L, and 0.80 and 0.82 mg/L, respectively.