Metil etil ketonun tayini için nanokompozit tabanlı elektrokimyasal sensör geliştirilmesi
Development of a nanocomposite-based electrochemical sensor for the determination of methyl ethyl ketone
- Tez No: 1016992
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FİLİZ KARA, DOÇ. DR. SELDA GÜNEY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Mühendislik Bilimleri, Bioengineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Başkent Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Baş-boyun kanserleri, erken evrede çoğunlukla özgül belirti vermediğinden ileri evrede tanı konulabilen bir hastalık grubudur; bu durum, girişimsel olmayan ve düşük maliyetli tarama yaklaşımlarına duyulan ilgiyi artırmıştır. Nefesteki uçucu organik bileşiklerin (VOC) incelenmesi bu yönde araştırılan yaklaşımlardan biridir. Metil etil keton (MEK; 2-bütanon), bu doğrultuda yürütülen nefes çalışmalarında öne çıkan bir aday biyobelirteç olarak bildirilmiş olup; bu tezde kesin bir tanısal işaretçi olarak değil, keton sınıfının analitik bir model analiti olarak ele alınmıştır. MEK aynı zamanda yaygın bir endüstriyel çözücü ve sulu faz kirleticisidir. Doymuş yapısı nedeniyle zayıf elektroaktif olması, molekülün doğrudan elektrokimyasal tayinini güçleştirmektedir. Bu tez çalışmasında, MEK'in sıvı fazda doğrudan tayinine yönelik düşük maliyetli ve tek kullanımlık bir elektrokimyasal algılama platformu geliştirilmiştir. Kalem grafit elektrot (PGE), gözenekli bir hidroksiapatit-benzeri kalsiyum fosfat ara katmanı ve elektrodepozisyonla oluşturulan bakır oksit nanopartikülleriyle modifiye edilmiştir (CuO/HAp-benzeri/PGE). Biriktirme koşulları tam faktöriyel bir deneysel tasarımla optimize edilmiş; en uygun çalışma parametreleri −0,6 V ve 200 s olarak belirlenmiştir. Geliştirilen algılama arayüzü; döngüsel voltametri (CV), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ve elektrokimyasal impedans spektroskopisiyle (EIS) karakterize edilmiş; yüzeydeki tanecik boyutu dağılımı manuel ve otomatik görüntü işleme yöntemleriyle değerlendirilmiştir. Tayin çalışmaları, alkali ortamda kare dalga voltametrisiyle (SWV) gerçekleştirilmiştir. Sensör, artan derişimle indikatör akımının bastırıldığı bir sinyal azalımı (signal-off) yanıtı vermiş; 0,1–5,0 mM ve 5,0–50 mM olmak üzere iki farklı doğrusal çalışma aralığı ile 1,04 mM tayin sınırı (LOD) sergilemiştir. Önerilen adsorpsiyon temelli algılama mekanizması; gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi (GC-MS), impedans ve birinci türev analizi olmak üzere üç bağımsız yöntemle doğrulanmıştır. Yapısal olarak benzer bileşiklere karşı ayırt edilebilir, tercihli seçicilik gösterilmiş, üretim tekrarlanabilirliği başarılı bulunmuş ve sensör depolama süresince analitik işlevini korumuştur. Geliştirilen platform, gerçek endüstriyel atık su örneklerinde filtrelenmiş atık suda ortalama %93,7 geri kazanım göstermiştir, işlenmemiş atık suda ön işlem gerektirdiği görülmüştür. Elde edilen milimolar düzeydeki tayin sınırı, sensörü endüstriyel ve çevresel sulu faz izleme uygulamaları için uygun bir aday hâline getirmektedir. Tayin sınırının önce milimolar altı düzeye, ardından nefes analizlerinin gerektirdiği çok daha düşük derişim seviyelerine çekilebilmesi amacıyla; ön-deriştirme sistemi entegrasyonu ve elektrot yüzey optimizasyonunu kapsayan bir gelecek yol haritası önerilmiştir. Bu doğrultuda çalışma, klinik tarama uygulamaları yönünde ileri düzey geliştirmelere açık, analitik bir kavram kanıtı olarak konumlandırılmıştır.
Özet (Çeviri)
Due to the lack of early specific symptoms, head and neck cancers are predominantly diagnosed at advanced stages, increasing the interest in non-invasive, low-cost screening approaches. Exhaled breath volatile organic compound (VOC) analysis is one such approach. Although methyl ethyl ketone (MEK; 2-butanone) is a prominent candidate breath biomarker, this thesis considers it an analytical model analyte of the ketone class rather than a definitive diagnostic marker. Furthermore, as a common industrial solvent and aqueous-phase pollutant with a saturated, weakly electroactive structure, MEK's direct electrochemical detection remains challenging. This study developed a low-cost, disposable electrochemical sensing platform for the direct liquid-phase determination of MEK. A pencil graphite electrode (PGE) was modified with a porous hydroxyapatite-like calcium phosphate interlayer and electrodeposited copper oxide nanoparticles (CuO/HAp-like/PGE). Deposition conditions were optimized via a full factorial experimental design, yielding optimal parameters of −0.6 V and 200 s. The sensing interface was characterized by cyclic voltammetry (CV), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS); surface particle size distribution was evaluated using manual and automated image processing. Detection studies using square wave voltammetry (SWV) in an alkaline medium revealed a signal-off response, where the indicator current was suppressed with increasing concentration. The sensor demonstrated two linear ranges (0.1–5.0 mM and 5.0–50 mM), with a 1.04 mM limit of detection (LOD). The proposed adsorption-based sensing mechanism was verified via gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), impedance, and first-derivative analysis. The platform exhibited preferential selectivity against structurally similar compounds, successful production reproducibility, and stable analytical function during storage. It achieved an average recovery of 93.7% in filtered real industrial wastewater, whereas untreated wastewater required pre-treatment. The obtained millimolar-level LOD makes the sensor suitable for industrial and environmental aqueous-phase monitoring. A future roadmap encompassing pre-concentration integration and electrode optimization is proposed to lower the LOD to submillimolar, and subsequently trace levels required for breath analysis. Consequently, this study is positioned as an analytical proof-of-concept open to advanced developments for clinical screening applications.
Benzer Tezler
- Development of sensitive analytical methods for bismuth determination by atomic spectrometric techniques
Atomik spektrometrik teknikler ile bizmut tayini için duyarlı analitik yöntemlerin geliştirilmesi
ERSİN KILINÇ
- Çözelti ortamında bulunan bazı organik maddelerin silikajel ve bazı killer üzerindeki adsorpsiyonlarının incelenmesi
Investigation of the adsorption on silicagels and some clays of some organic materials in solution environment
ALİ SAVRAN
- Siklohekzil metil ketonun tosilhidrazonunun termal ortamda ayrıştırılması
Decomposition of cyclohexyl methyl keton tosylhydrazone in termal medium
ARZU HALHALLI
- Hidroksi ketonların fenolik bileşiklerle reaksiyonu
Reaction of hydroxyketones with phenolic compounds
E. NACİYE TALINLI
