Elektrokimyasal sensörlerde askorbik asit ve ürik asit tayininde karbon nanomalzemelerin kullanımı

Abstract

Askorbik asit ve ürik asit, biyokimyasal süreçlerde önemli rol oynayan ve sağlık üzerinde etkili olan iki önemli bileşiktir. Askorbik asit veya C vitamini, antioksidan özellikleri nedeniyle genellikle birçok gıda ve içeceğe eklenerek ürünlerin görünümünü iyileştirmek amacıyla kullanılır. Ayrıca, vücuttaki birçok metabolik reaksiyonun düzgün işleyebilmesi için gereklidir. Ürik asit pürinlerin metabolik parçalanmasının doğal bir atık ürünüdür. Kan ve idrarda, ürik asit 'in normal seviyeleri sırasıyla 0,14 ila 0,4 mmol/dm3 ve 1,5 ila 4,5 mmol/ dm3 arasında değişmektedir. Kan plazmasındaki yüksek ürik asit seviyesi hiperürisemiye yol açmaktadır. Bu durum gut hastalığına ve kardiyovasküler rahatsızlık gibi hastalıkların riskini artırabilmektedir. Düşük ürik asit seviyelerinin Parkinson ve Alzheimer gibi hastalıklarla ilişkili olduğu literatür çalışmalarında görülmektedir. Askorbik asit, sahip olduğu antioksidan özellikleri nedeniyle genellikle birçok gıda ve içeceğe eklenerek ürünlerin raf ömürlerinin uzatılması yanında görünümünü iyileştirmek amacıyla da kullanılmaktadır. Sağlıklı yetişkinlerde gıda alımıyla gelen ortalama askorbik asit tüketiminin yaklaşık 90 mg/gün olduğu belirlenmiştir. Yüksek askorbik asit seviyeleri, istenmeyen gastrointestinal ve renal etkilere neden olabilmekte ve oluşan bu durum sırasıyla iltihabi reaksiyonlar ve oksalatın idrarla atılımı ile ilişkilendirilebilmektedir. Askorbik asit eksikliği bağışıklık sistemi, demir emilimi ve kolesterol ve protein metabolizmasını etkileyen bir etmendir. Günümüzde askorbik asit ve ürik asit tayininde çeşitli analitik yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler arasında kolorimetri, polarografi, kromatografi ve spektrofotometri gibi teknikler bulunmaktadır. Ancak, ilgili yöntemlerin maliyet unsurları genellikle yüksektir. Elektrokimyasal sensörler ile analiz ise geleneksel yöntemlere göre daha hızlı sonuç vermekte ve daha düşük maliyete sahip olmaktadır. Elektrokimyasal sensörler, kimyasal analizlerde kullanılan bir tür sensördür ve çalışma prensibi olarak bir elektrot üzerindeki elektrokimyasal reaksiyonların bir sinyale dönüştürülmesi ile çalışmaktadır. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalarımızda karbon nanomalzemelerin elektrokimyasal sensörlerde askorbik asit ve ürik asitin eş zamanlı tayininde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Tez çalışmasında ürettiğimiz karbon nanomalzemeler, nanoküreler formunda ve 0-boyutludurlar. Karbon nanoküreler geniş bir yüzey alanı, yüksek mukavemet, kimyasal dayanıklılık ve yüksek elektriksel iletkenlik özellikleri gibi birçok avantajı içeriğinde bulundururlar. Geniş bir yelpazede, farklı birçok alanda işlevsel kullanıma sahiptirler. Üstün özellikleri nedeniyle, elektrokimyasal sensörler için gerçekleştirilen uygulamalarda kullanım avantajı sağlamaktadırlar. Tez çalışması kapsamında; farklı karbon nanomalzemelerin sentezlenmesi gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen nanomalzemelerin analizleri X-ışını kırınım (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), SEM/enerji dağılımı spektrometresi (EDS) ve Elementel analiz ile karakterizasyonları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Üretilen nanomalzemelerin askorbik asit ve ürik asit tayini için duyarlılık ve seçicilikleri testleri gerçekleştirilmiştir. Literatürde elde edilen çalışma sonuçlarına göre elde edilen veriler karşılaştırılmış ve karbon nanomalzemelerin elektrokimyasal sensörlerde ilgili analitlerin tayininde başarılı bir şekilde kullanılabileceği gösterilmiştir. Karbon nanomalzemelerin elektrokimyasal sensör uygulamalarında askorbik asit ve ürik asitin eş zamanlı tayininde potansiyel bir alternatif olarak değerlendirilebilecek niteliğe sahip olduğu görülmüştür. Gerçekleştirilen tez çalışması, ilgili alanlarda daha ileri çalışmaların yapılmasına katkı sağlayacak temel bir araştırma niteliği taşımaktadır.

Ascorbic acid and uric acid are two important compounds that play a significant role in biochemical processes and have effects on health. Ascorbic acid, also known as Vitamin C, is often added to many foods and beverages for its antioxidant properties to enhance the appearance of products and is essential for various metabolic reactions in the body. Uric acid is a natural waste product of the metabolic breakdown of purines. Normal levels of uric acid in blood and urine range from 0.14 to 0.4 mmol/dm³ and 1.5 to 4.5 mmol/dm³, respectively. Elevated levels of uric acid in plasma can lead to hyperuricemia, which may increase the risk of diseases like gout and cardiovascular disorders. Low levels of uric acid have been associated with diseases such as Parkinson's and Alzheimer's in literature studies. Today, various analytical methods are used for the determination of ascorbic acid and uric acid, including techniques such as colorimetry, polarography, chromatography, and spectrophotometry. However, the cost factors of these methods are often high. Analysis with electrochemical sensors provides faster results and is more cost-effective compared to traditional methods. Electrochemical sensors, a type of sensor used in chemical analysis, work by converting electrochemical reactions on an electrode into a signal. Our experimental studies have explored the feasibility of using carbon nanomaterials in electrochemical sensors for the simultaneous determination of ascorbic acid and uric acid. The carbon nanomaterials synthesized in our research are in the form of nanospheres with zero-dimensional properties. Carbon nanospheres offer advantages such as a large surface area, high strength, chemical resistance, and high electrical conductivity. Due to their superior properties, they are functionally used in a wide range of fields, providing advantages in applications for electrochemical sensors. In the scope of the research, various carbon nanomaterials were synthesized and analyzed using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), SEM/energy-dispersive spectroscopy (EDS), and N2 adsorption-desorption isotherm methods. Sensitivity and selectivity tests for the determination of ascorbic acid and uric acid were conducted on the produced nanomaterials. The data obtained from the study were compared with results from the literature, demonstrating the successful use of carbon nanomaterials in electrochemical sensors for the determination of the relevant analytes. The research project contributes fundamental knowledge that may lead to further studies in related fields, highlighting the potential of carbon nanomaterials as a viable alternative for the simultaneous determination of ascorbic acid and uric acid in electrochemical sensor applications.