RM43 ZEOLİTİN YAPAY MİDE SIVISINDAKİ DAVRANIŞI

Transkript

1 Yedinci Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, 5-8 Eylül 006, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir RM43 ZEOLİTİN YAPAY MİDE SIVISINDAKİ DAVRANIŞI S.Çınar 1, M.Y.Karaciğa, İ.Polatoğlu 3, F.Çakıcıoğlu-Özkan 4 İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü Gülbahçe Köyü, Urla, İzmir 1 e-posta : scinar@gmail.com e-posta : myasemin_1983@yahoo.com 3 e-posta : ilkerpolatoglu@iyte.edu.tr 4 e-posta : fehimeozkan@iyte.edu.tr ÖZET Bu çalışmada amaç, zeolitin iyon değişimi ve adsorpsiyon özelliğinden faydalanarak mide ortamındaki düşük ph dan kaynaklanan rahatsızlığı önlemek için kullanılan antiacid ilaçları gibi kullanılabilirliğini araştırmaktır. Gastrit hastalığı mide ortamı ph sının düşmesi ile oluşmaktadır (1.5<pH). Bundan yola çıkarak ph sı düşük yani asitliği yüksek olan yapay mide sıvısı (YMS) oluşturulmuştur. Bu ortama farklı oranlarda yapay ve işlenmiş zeolitler eklenerek ph değişimi izlenmiştir. Ortam ph sının 3 ü geçmemesi ve pepsin konsantrasyonunun daha az etkilenmesi bu deney için optimum koşulları oluşturmaktadır. Yapılan denemeler sonucunda kullanılan zeolit miktarına bağlı olarak ortam ph sının ve tutunan pepsin miktarının arttığı bununda zeolit yüzeyindeki pürüzlülüğü azalttığı sırasıyla UV ve AFM kullanılarak gözlenmiştir. Aynı oranda kullanılan iki tip zeoliti karşılaştırdığımızda yapay olanın işlenmişe göre daha fazla pepsin tutarken ph yi diğerine göre çok arttırdığı anlaşılmıştır. Sonuç olarak yapay zeolitin (SZ) %0, den daha az miktarda işlenmiş zeolitin (MDZ) ise %1 den daha fazla miktarda kullanılması önerilebilir. Çünkü yapay zeolit pepsini yüksek oranda tutmasına rağmen ph yı istenilen değerin çok üstüne çıkarabilmektedir. Ancak işlenmiş zeolit kullanıldığında gerekli zeolit miktarı yapay zeolit inkinden 5 kat az yoğun olmalıdır. Anahtar Kelimeler: Zeolit, gastrit rahatsızlığı, ph. 1.GİRİŞ Sıvı ortamlardaki önemli parametrelerden biri olan ph (hidrojen iyon konsantrasyonu) insan sağlığı açısından da önemli bir rol oynamaktadır. ph nın düşmesi(1.5<ph)[1] insan vücudunda gastrit denen rahatsızlığa neden olmaktadır. Bu rahatsızlık midedeki hidrojen iyon konsantrasyonunu yükseltip, protein sindirimini sağlayan pepsin enziminin de aktivitesini düşürmektedir. Yüksek proton konsantrasyonundan kaynaklanan gastrit rahatsızlığının tedavisi için uygulanan yöntemlerden bazıları diyetle bitkisel tedavi ve anti-asit içeren ilaçlardır. Zeolit, iyon değişimi ve adsorpsiyon özelliğinden dolayı bu yöntemlere alternatif olarak sunulabilmektedir. Alümine silikat yapıda olup insan vücudu için hiçbir risk taşımayan bu malzeme, ph konsantrasyonunu direk olarak etkileyen diğer maddelerle karşılaştırıldığında (anti asitler), çok iyi özelliklere sahiptir. Çünkü zeolit, yapısından dolayı sahip olduğu değişebilir katyonları (Na +, K +, Ca +, Mg + ) kolaylıkla bulundukları ortama verirken ortamdaki protonları

2 Yedinci Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, 5-8 Eylül 006, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir alabilmektedir. İyon değişimi denilen bu özellik adsorblama ile birlikte oluşabilir. İyon değişimi esnasında, zeolitin üzerine pepsin enzimi gibi mide ortamında bulunan maddeler de tutunabilir. Farklı davranış ve yapıya sahip birçok zeolit tipi bulunmaktadır; örneğin bu çalışmada kullanılan 13x yapay zeolitin tanecik boyutu işlenmiş olana göre daha küçüktür olup yüzey alanı ve katyon değişim kapasitesi daha büyüktür. İyon değişimi ve adsorblama ile yakından ilgili birçok kimyasal proses düşünüldüğü zaman zeolitin yakın gelecekte, medikal tedavi ile ilaç sektöründe önemli bir yere sahip olacağı beklenilebilir[]. Bu çalışmada amaç, YMS deki yapay ve işlenmiş zeolitlerin davranışlarından yola çıkarak bu malzemelerin, gastrit hastalığından kaynaklanan rahatsızlığı önlemek için uygulanan yöntemler gibi kullanılabilirliğini araştırmaktır..deneysel Bu çalışmada, toplam iyon değiştirme kapasitesi 4,8 meq/g olan 13x yapay zeoliti ile 3,79 meq/g olan işlenmiş zeolit kullanılmıştır. İşlenmiş zeolit, klinoptilolit doğal zeolitinin 0. M Na CO 3 ile muamele edilerek elde edilmiştir [3]. Pepsin miktarının, ph artışına etkisini araştırmak amacıyla ph sı olan iki farklı pepsin konsantrasyonuna sahip (% 0.4 ve %0.04 ) sıvılar hazırlanmıştır. Daha sonra bu sıvılara yapay ve işlenmiş zeolitten %0., %0.6 ve %1 konsantrasyonlarda eklenerek denemeler yapılmıştır. YMS deki (%0.4 pepsin konsantrasyonuna sahip olan sıvılar) denemeler için kullanılan kodlar Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1. Çalışmada kullanılan deneysel kodlar. Zeolit tipi Kullanılan Miktar (gr) Kodlar Yapay 0. 0.SZ SZ İşlenmiş 0. 0.MDZ MDZ 1.0 1MDZ Hazırlanan karışımlar çalkalayıcıda (37 C de ve 00 rpm de) dengeye gelene kadar tutulmuş, ph ları da düzenli olarak ölçülmüştür. Karışımlar dengeye geldikten sonra katı ve sıvı fazlar santrifüj (Hettich Rotina 38r) ile10 dakika ve 4000 rpm de birbirinden ayrılmıştır. Ayrılan fazlar, zeolitin yapısı üzerinde ve YMS de oluşabilecek muhtemel etkileri araştırmak için sırasıyla incelenmiştir. Sıvı faz, karışımdaki pepsin konsantrasyonunu kontrol etmek amacıyla, UV (Perkinnelmer Lambda 5) kullanılarak 30 ve 330 nm dalga boyları (özellikle 80 nm) arasında analiz edilmiştir. Buradan çıkacak sonuçlara dayanarak pepsin-zeolit ilişkisini gözlemlenmiştir. Katı fazın incelenmesiyle, yüzey pürüzlülüğüne bağlı olarak, zeolitin yüzeyinde pepsin aranmıştır. Bu amaç için VEECO multimode spm nanoscope 4 model AFM( atomic force microscope) kullanılmıştır. 3.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Belirli miktarlardaki zeolitler YMS ye eklendikten sonra, her bir karışımın ph sı, ortam proton konsantrasyonu dengeye gelene kadar düzenli olarak ölçülmüş (5.dakika, 10.dakika, 30.dakika, 10.dakika ) ve Şekil 1 de gösterilmiştir.

3 Yedinci Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, 5-8 Eylül 006, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir 3 ph SZ 0. SZ Time (min.) (a) ph MDZ MDZ 0. MDZ Time (min.) (b) Şekil 1. YMS içerisine (a) yapay ve (b) işlenmiş zeolit eklendikten sonraki ph değişim grafikleri. Şekil 1 de gözlemlenen ph artışı, zeolitin cinsine ve miktarına göre değişmektedir. Yapay zeolit (SZ) içeren sıvının ph sı, diğerine (MDZ) göre çok daha yüksektir. Çünkü yapay zeolitin yüzey alanı daha geniş, tanecik boyutu daha küçük ve toplam katyon değişim kapasitesi daha yüksektir. Bu iyon değişim ve adsorblama mekanizmasının ortam ph sını arttırmadaki muhtemel mekanizmalar olduğunu göstermektedir. Pepsin miktarının ph değişimine etkisini gözlemlemek amacıyla, farklı iki pepsin konsantrasyondaki karışımların (%0.04 ve %0.4) denge ph değerleri karşılaştırılmış ve Çizelge de sunulmuştur. Çizelge. Farklı pepsin konsantrasyonlarına ait karışımların herhangi bir t anındaki(t=300 dakika) ph değerleri. Pepsin Konsantrasyonu (%Miktar): 0.04 SZ%(w/v) MNZ%(w/v) 0, 0,6 1 0, 0,6 1 ph 4 6,18 6,35,1,4,79 Pepsin Konsantrasyonu (%Miktar): 0.4 SZ%(w/v) MNZ%(w/v) 0, 0,6 0, 0,6 1 ph 3,85 5,81,06,6,69 Çizelgeden görülebileceği gibi, karışımların ph artışı ağırlıkça %0.4 lük pepsin kullanılan karışımda daha azdır. Bunun nedeni zeolit yüzeyindeki adsorplanan pepsin miktarının fazla olması ve dolayısı ile iyon transfer mekanizmasının yavaşlamasıdır. Katı ve sıvı fazlar santrifüj ile birbirinden ayrıldıktan sonra sıvı faz, içerisindeki pepsin konsantrasyonunu araştırmak amacıyla UV de 80 nm dalga boyunda elde edilen absorban değerine bakılarak analiz edilmiştir. Daha önceden de açıklandığı gibi pepsin, mide sıvısı için önemli bir enzimdir ve konsantrasyonun düşmesi sindirim açısından önemlidir. UV analizlerinin sonucunda enzimin zeolit yüzeyinde tutulmasından dolayı enzim konsantrasyonunda düşüş gözlemlenmiştir (Şekil ).

4 Yedinci Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, 5-8 Eylül 006, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir 4 Absorbance YMS 0. MDZ 0.6 MDZ 1 MDZ Wavelength (nm) (a) Absorbance SZ 0.6 SZ YMS Wavalength (nm) (b) Şekil. YMS ile (a)yapay ve (b) işlenmiş zeolitin etkileşim öncesi ve sonrasındaki UV analizleri. Ancak yapay zeolitin UV grafiklerine bakıldığında 80 nm dalga boyundaki absorban değerinde artış gözlemlenmektedir. Bunun nedeni yapay zeolitin tanecik boyutunun düşük olması sıvı fazı nispeten bulanık yapmakta ve dolayısı ile bu sıvıların absorban değerlerinin referans çizgisinin (YMS) üstünde başlamasıdır. Bu problemi aşmak için eğrilerin altında kalan alan Mathematica 5 programı kullanılarak hesaplanmış ve sonuçlar Çizelge 3 de sunulmuştur. Çizelge 3. Yapılan denemeler sonucunda elde edilen sıvılarda kalan ve zeolit tarafından tutulan pepsin miktarları. Zeolite Kodlar Sıvıda kalan pepsin Tutulan miktar çeşitleri miktarı (gr/100 ml) (gr pepsin/gr zeolite) Yapay zeolit 0.SZ SZ İşlenmiş 0.MDZ zeolit 0.6MDZ MDZ Yapay zeolitin yüzey alanı işlenmiş zeolite göre daha fazla olduğundan sıvı içinde kalan pepsin konsantrasyonu daha az zeolit tarafından tutulan miktar ise işlenmiş olana göre daha yüksektir. Pepsin enziminin zeolit yüzeyine tutunduğunu desteklemek için katı faz AFM kullanılarak analiz edilmiştir. Zeolit yüzeyinin pürüzlülüğü, pepsin adsorplanma mekanizması için önemli bir parametredir. Çünkü pepsin enzimi zeolit yüzeyini kaplayarak pürüzlülüğü düşürmektedir. YMS de zeolit ile yapılan uygulamalardan sonra şekil 3 ve 4 da olduğu gibi yüzey pürüzlülüğünde azalma olduğu fark edilmiştir. Yapay zeolitin, YMS ile etkileşimi sonrasında, yüzey pürüzlülüğü ortalama nm den 7.53 nm e düşerken işlenmiş zeolit kullanıldığında yüzey pürüzlülüğü ortalama 8.8 nm den 51.0 nm ye inmiştir.

5 Yedinci Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, 5-8 Eylül 006, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir 5 (a) (b) Şekil 3. YMS de, yapay zeolitin uygulamadan önce (a) ve sonra ki (b) yüzey görünümü. (a) (b) Şekil 4. YMS de, işlenmiş zeolitin uygulamadan (a) önce ve (b) sonraki yüzey görünümü. 4.SONUÇLAR Bu çalışmada yapay bir mide ortamı hazırlanmış, farklı oranlarda yapay (13x) ve işlenmiş (Na C0 3 ile) zeolitler bu ortama atılmış ve ortam proton konsantrasyonunda meydana gelen değişiklikler gözlemlenmiştir. Ortam ph sının 3 ü geçmemesi ve pepsin konsantrasyonunun daha az etkilenmesi bu deney için optimum koşulları oluşturmaktadır. Amaç, zeolitin düşük ph dan kaynaklanan gastrit rahatsızlığını (1.5<pH) önlemek için kullanılan antiacid ilaçları gibi, iyon değişimi ve adsorpsiyon özelliğinden dolayı kullanılabilirliğini araştırmaktır. Sonuçlardan da görülebileceği gibi, ortam ph sının ve tutunan pepsin miktarının zeolit miktarına bağlı olarak arttığı bununda zeolit yüzeyindeki pürüzlülüğü azalttığı sırasıyla UV ve AFM kullanılarak gözlenmiştir. Aynı miktarda yapay ve işlenmiş zeolit kullanıldığında, ph yapay zeolit ile çok daha fazla yükselirken tutunan pepsin miktarı da artmaktadır. Yapılan tüm denemeler sonucunda, gastrit rahatsızlığı tedavisi için, yapay zeolitten % 0. den az, işlenmiş zeolitten %1den fazla kullanılması önerilebilir. Çünkü yapay zeolitten %0. konsantrasyonda kullanıldığında ortam ph sı 3 ün üstüne çıkarken çok fazla miktarda pepsin zeolit yüzeyine tutunur. Buna karşılık, işlenmiş zeolitten %1 konsantrasyonda kullanıldığında ph istenilen değere (.5>pH>3) yaklaşmış ve daha az miktarda pepsin zeolit yüzeyine tutunmuştur. 5.KAYNAKLAR [1] Ersoy, B., ve Çelik, M.S., 00. Electrocinetics Properties of Clinoptilolite With Mono-and Multivalent Electrolytes, Microporous and Mesoporous Materials, 55, [] Kurama, H., Zimmer, A., ve Reschetilowski, W., 00. Chemical Modification Effect on The Sorption Capacities of Natural Clinoptilolite, Chemical Engineering Technology, 5,

6 Yedinci Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, 5-8 Eylül 006, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir 6 [3] Polatoğlu, İ., Chemical Behaviour of Clinoptilolite Rich Natural Zeolite in Aqueous Medium, Yüksek Lisans Tezi, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü, 005.