Fenolik madde tayini için plazma polimerizasyonu yöntemi ile elektrokimyasal sensör hazırlanması
Preparation of electrochemical sensor by plazma polymerization technique for phenolic compounds
Yazar: BEYHAN GÜNAYDIN
Danışman: PROF. DR. MEHMET MUTLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Fenolik maddeler = Phenolic matters ; Kimyasal sensör = Chemical sensor ; Plazma polimerleşmesi = Plasma polymerization

Özet:
Bu çalışmanın amacı, gıda endüstrisinde fenolik madde tayini için, plazma polimerizasyon yöntemi ile elektrokimyasal bir sensör hazırlanmasıdır. Fenolik maddeler, antioksidan özellik gösteren temel bileşiklerdendir. Aynı zamanda polifenoller şarap, zeytinyağı, çay, diğer meyve ve sebzelere burukluk, koku ve renk vermelerinden dolayı organoleptik özellikleri bakımından da önemlidir. Gıda sektöründe, fenolik madde içeriği ve diğer kalite indeksi olarak kabul edilen özelliklerin sürekli olarak izlenmesi gerekliliği, sensörler gibi otomasyona uygun ekipmanların tasarımını zorunlu kılmaktadır. Fenolik madde tayini için hazırlanan elektrokimyasal sensörler, seçilen çalışma elektrodu yüzeyinde fenol bileşiğinin belirli bir potansiyel aralıkta oksidasyonuyla değişen akımın ölçümü esasına dayanır. Sensörün tasarımında, düşük maliyet, hassasiyet, kullanım kolaylığı avantajlarından dolayı çalışma elektrotu (çevirici) olarak karbon uçlar tercih edilmiştir.İletken özellikteki polivinilprolidon polimerinin (PVP) fenolik maddelere karşı güçlü adsorpsiyon karakteristiğinden yola çıkarak, vinilprolidon monomerinin (VP) plazma polimerizasyon sisteminde monomer olarak kullanılmasıyla, karbon elektrot yüzeyleri farklı işlem parametrelerinde (boşalım gücü: 5-60W, proses süresi: 5-60dk) plazma polimerizasyonu tekniği ile kaplanarak modifiye edilmiştir. İşlem sırasında, monomerin (VP) buharının kullanımı ile karbon elektrot yüzeylerinde farklı kimyasal yapıda, plazma polimerizasyonu yöntemi ile filmler (PlzP-film) oluşturulmuştur. Modifiye karbon elektrotlar, model fenolik madde olarak seçilen gallik asidin (GA) farklı konsantrasyonlardaki çözeltisi ile etkileştirilmiştir. Elektrotların fenolik madde adsorpsiyonu, buna bağlı olarak değişen elektrokimyasal davranışları diferansiyel puls voltametri (DPV) yöntemi ile ortaya konmuştur. Hazırlanan elektrokimyasal sensörlerin kalibre edilmesi ile plazma polimerizasyonu tekniğinde 15W boşalım gücü ve 60dk süre uygulamasının en iyi sonuç verdiği saptanmıştır. Performans parametreleri hassasiyet 7.41 (nA / mg L-1), doğrusal aralık 17-170 (mg L-1), raf ömrü 60 (gün) olarak belirlenmiştir. Hazırlanan sensörün birden fazla kullanılabilirliği için geri kazanımı 0.1M NaOH çözeltisi içerisinde gerçekleştirilmiştir. En yüksek performansı sergileyen PlzP(VP) bazlı karbon elektrodun modifikasyon sonrası, yüzeyinde oluşan polimer film Atomik Kuvvet Mikroskopisi (AKM), Raman spektroskopisi (RS), Fourier Transform Infrared Spektrometresi (FTIR) ile karakterize edilmiştir.Fenolik madde tayinine yönelik hazırlanan PlzP(VP) bazlı elektrokimyasal sensör, Öküzgözü, Boğazkere, Syrah, Cabernet-Sauvignon kırmızı şarap çeşitlerinde test edilmiştir. Kırmızı şarap örneklerinde spektrofotometrik yöntem ile elde edilen toplam fenolik madde içeriği gallik asit cinsinden sırasıyla 1688, 1825, 1494 ve 1489 mg/L olarak saptanmıştır. En yüksek performansı sergileyen elektrokimyasal sensör ile kırmızı şaraplarda gallik asit tayini gerçekleştirilmiştir ve sırasıyla 123, 184, 93, 110 mg/L olarak saptanmıştır. Çalışma, elde edilen değerlerin, literatürdeki veriler ile karşılaştırmasıyla sonlandırılmıştır.

Abstract:
The aim of this study is to improve an electrochemical sensor by plasma polymerization technique for detection of phenolic compounds. Phenolic compounds are plant secondary metabolites and show antioxidant activity. Polyphenols not only show antioxidant activity, they are also important for their organoleptic properties since they give astringency, odour, color and savour to wine, olive oil, tea, other fruits and vegetables. The requirement of continously monitoring of quality indices (i.e. phenolic compounds, etc.) in food industry, entails equipments those fit to automation systems such as sensors. Electrochemical sensors prepared for the detection of phenolic compounds depend on the measurement of the current change occuring within a specific potential range when the phenolic compound oxidize on the working electrode. Carbon leads that are one of the most attractive transducers due to their low cost and sensivity, easy procedures for detection units have been chosen for the design of the sensor.Polyvinylpyrrolidone (PVP) is a polymer that has conductive properties and shows strong adsorption to phenolic compounds. Carbon electrode surfaces were coated by plasma polymerization technique by different plasma parameters (discharge power: 5-60W, process time: 5-60min) by utilizing the monomer N-vinyl-pyrrolidone (VP) as precursor. During the process, by using monomer (VP) vapour, plasma polymerized films (PlzP-film) were deposited on carbon electrode surfaces with different chemical properties. The modified carbon electrodes were interacted with different concentrations of gallic acid solution which is selected as the model phenolic compound. Then, the phenolic compound concentration that was adsorped by the PlzP(VP) based carbon electrodes was investigated by differential pulse voltammetry (DPV) with variable electrochemical characteristics. The prepared electrochemical sensors were calibrated and 15W discharge power and 60 min time plasma polymerization parameters showed the best results. Performance parameters are; in sensivity: 7.41 (nA / mg L-1), linear range: 17-170 (mg L-1) and shelf-life: 60 (days). The recovery studies were performed in 0.1M NaOH solution for multiple use of the prepared sensor. After modification process, the polymer film composed on the surface of the PlzP(VP) based electrochemical sensor that showed the highest performance was characterized with Atomic Force Microscopy (AFM), Raman Spectroscopy (RS), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR).The PlzP(VP) based electrochemical sensor prepared for the detection of phenolic compounds was tested in Öküzgözü, Boğazkere, Syrah and Cabernet-Sauvignon red wine samples. In red wine samples, the amount of total phenolic compounds were detected by spectrophotometric technique as 1688, 1825, 1494 and 1489 gallic acid equivalent mg/L, respectively. The amount of gallic acid in red wine samples were detected as 123, 184, 93 and 110 mg/L, respectively, by the electrochemical sensor that showed the highest performance. The values were compared with the literature and study was completed.