Antioksidan maddelerin modifiye elektrot kullanılarak elektrokimyasal tayini
Electrochemical determination of antioxidant materials using modified electrode
Yazar: AYSU ARMAN
Danışman: DOÇ. DR. AYŞEM ARDA
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Çeşitli hastalıklara yol açabilen reaktif oksijen/azot türleri aşırısının dengelenmemesinden kaynaklanan "oksidatif stres" ile mücadele etmenin en önemli yollarından biri reaktif bileşikleri ve serbest radikalleri süpürücü bileşiklerce zengin gıdalara yer veren bir beslenmedir. Meyve ve sebze ağırlıklı beslenmenin kardiyovasküler ve nörodejeneratif hastalıklar ile kanser oluşumunu büyük ölçüde engelleyici olduğu yönünde güçlü kanıtlar vardır. Bu olumlu etkiler özellikle meyve ve sebzelerde bolca bulunan polifenoller, karotenoidler, C ve E vitaminleri gibi antioksidan karakterli çeşitli bileşikler varlığında oluşmaktadır. Bu nedenle bu tür gıdaları, antioksidan özelliklerine göre ayırdetmek ve sınıflandırmak için bilim dünyasında kabul gören basit, kullanışlı, hızlı, ucuz ve duyarlı antioksidan kapasite tayin yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Literatürde gıda özütlerinin antioksidan kapasite/aktivitelerinin belirlenmesi amacıyla (standardize edilmemiş) birçok yöntem bulunmasına karşın nano parçacıkların kullanıldığı voltametrik sensör esaslı tayin yöntemleri oldukça sınırlıdır. Bu nedenle bu tez çalışması kapsamında farklı antioksidan bileşikleri tek tek ve karışım halinde içeren sentetik ve gerçek örneklerde nano-parçacık esaslı modifiye çalışma elektrodu kullanılarak antioksidanların tayini için güvenilir, duyarlı yeni bir voltametrik sensör geliştirilmiştir. Geliştirilen sensörün çalışma prensibi; ferrisiyanür iyonunun antioksidandan bir elektron alarak ferrosiyanüre dönüşmesi (Fe(CN)63-+ e-→ Fe(CN)64-) ve dolayısıyla ferrisiyanür iyonunun ortamdan eksilen miktarına karşılık olan katodik akım düşüşünün antioksidan derişimiyle orantılı olmasından yararlanılarak antioksidanların dolaylı tayini şeklindedir. Voltametrik tayinler esnasında sensör elektrod yapımında camsı karbon çalışma elektrodunun yüzeyi o-fenilendiamin-anilin kopolimeri ile kaplanmış ve böylece oluşturulan modifiye elektrod yüzeyinde altın nanoparçacıklar (Au-NPlar) biriktirilerek iletkenlik artışı sağlanmıştır. Kullanılan Au-NP ile türevlendirilmiş çalışma elektrodunun ferri-ferrosiyanür redoks çifti için döngüsel voltametride tersinebilen bir voltamogram verdiği ve bu redoks çiftinin potansiyelinden küçük potansiyeldeki (<0.36 V) kuvvetli antioksidanların dolaylı tayinlerine karşılık olan katodik piklerin ölçümlerde antioksidan türünden bağımsız olarak çok yakın potansiyel değerinde çıktığı gösterilmiştir. Antioksidan bileşiklerinin önce tek tek, daha sonra bu maddelerin sentetik ikili ve üçlü karışımlarının analizi kare dalga voltammetrisi ile yapılmıştır. Sensörden elde edilen toplam antioksidan kapasite (TAK) değerleri, deneysel olarak troloks eşdeğeri antioksidan kapasite (TEAK) cinsinden belirlenmiştir. Geliştirilen voltametrik sensör yeşil çay, ıhlamur ve mercan köşkü gibi bitki çayı örneklerinin antioksidan kapasitesinin modifiye edilmiş camsı karbon elektrot ile hassas ölçümlerine olanak sağlamıştır. Geliştirilen voltametrik sensörden elde edilen veriler literatürde var olan DPV-CUPRAC referans metodu ile kıyaslanmıştır. Sonuç olarak, daha önce nitro-enerjetik maddeler için geliştirilen sensör elektrod oldukça kararlı olup duyarlı tayinlere olanak sağladığından antioksidanların ferri-/ferro-siyanür redoks çifti yardımıyla dolaylı tayinlerine de fırsat vereceği düşünülmüş ve kanıtlanmıştır.

Abstract:
One of the most effective ways of combating against disease making "oxidative stress", originating from an uncompensated excess of reactive oxygen and nitrogen species (ROS/RNS), is a diet rich in food constituents capable of scavenging reactive species and free radicals. There is serious scientific documentation supporting the hypothesis that a diet rich in fruits and vegetables is largely preventive of cardiovascular and neurodegenerative diseases and cancer. These positive effects basically emerge in the presence of antioxidant compounds like polyphenols, carotenoids, vitamins C and E abundant in fruits & vegetables. For this purpose, simple, convenient, rapid, cheap and sensitive methods of antioxidant capacity determination are required that can be widely accepted in the scientific world to differentiate and classify food material according to their antioxidant properties. Although there are a great many unstandardized methods in literature for the antioxidant activity/capacity determination of food extracts, there is a very limited number of voltammetric sensors utilizing nanoparticles for the same purpose. The working principle of the developed sensor is the electron uptake of ferricyanide ion from an antioxidant to convert into ferrocyanide (Fe(CN)63- + e- → Fe(CN)64-) followed by indirect determination of antioxidants via ferricyanide consumption, as the decrease of cathodic current due to ferricyanide will be proportional to the concentration of antioxidants in the sample. During voltammetric determinations, the surface of the glassy carbon (GC) electrode will be coated with a copolymer of o-phenylenediamine & aniline, and Au-NPs will be accumulated on this modified electrode surface so as to increase conductivity. It has been shown that the developed modified electrode gives a reversible voltammogram for the ferri-/ferro-cyanide redox couple, and that the cathodic peaks due to strong antioxidants having a redox potential less than that of this couple (<0.36 V) continuously emerge at very closepeak potentials. Therefore, this thesis study has developed a reliable and sensitive new voltammetric sensor for the identification of antioxidants by using nano-particle-based modification studies in synthetic and real samples containing different antioxidant compounds as individually and in mixtures. Analysis of antioxidant compounds first as single and then synthetic double and triple mixtures of these substances was done by square wave voltammetry. The values obtained from the sensor (TAC) were determined experimentally in terms of antioxidant capacity (TEAC) equivalent to trolox. The developed voltammetric sensor allows precise measurements of the antioxidant capacity of plant tea samples such as green tea, lime and coral moss with the modified glassy carbon electrode. The data obtained from the developed voltammetric sensor was compared with the DPV-CUPRAC reference method which is available in the literature.
As a result, the sensor electrode previously developed for nitro-energetic materials has been thouhght and proven to be able to provide indirect determinations of antioxidants with the help of the ferri-/ferro-cyanide redox couple since it allows highly stable and sensitive determinations.