Ünite 4: Yanıt Yüzey Yöntemi

Atila, Yıldız ve Çalımlı Araştırması

Bu ünite, Atila, Yıldız ve Çalımlı tarafından 2010 yılında 'Journal of Supercritical Fluids' dergisinde yayınlanan 'Particle size design of digitoxin in supercritical fluids' başlıklı bilimsel makaleden derlenen verileri ve deneysel tasarımı temel almaktadır.

ISCO-Sitec SFX 220 Cihazı

Deneysel çalışmada süperkritik akışkan ekstraksiyonu ve RESS (Rapid Expansion of Supercritical Solutions) işlemleri için ISCO-Sitec modifiye SFX 220 sistemi kullanılarak dijitoksin etken maddesinin tanecik boyutu tasarımı gerçekleştirilmiştir.

Ekstraksiyon Parametre Değerleri

En uygun tanecik boyutu eldesi için deneysel süreçte ekstraksiyon basıncı (Peks) 100 bar ve ekstraksiyon sıcaklığı (Teks) 45 °C sabit değerlerinde tutulmuş, diğer üç bağımsız değişken ise RSM ile optimize edilmiştir.

En Küçük Tanecik Boyutu Sonucu

Yapılan 20 deneysel çalışma sonucunda en uygun parametreler; öngenleşme sıcaklığı 95 °C, püskürtme uzaklığı 7 cm ve akış hızı 7 ml/min olarak belirlenmiş ve bu koşullarda 90 nm tanecik büyüklüğüne ulaşılmıştır.

Anahtar Kavramlar

Yanıt Yüzey Yöntemi (RSM)Çeşitli bağımsız değişkenlerin etkilediği bir yanıtın istatistiksel ve matematiksel yöntemlerle optimize edilmesi sürecidir. Örnek çalışmada, dijitoksin tanecik boyutunu en aza indirmek için akış hızı, püskürtme uzaklığı ve öngenleşme sıcaklığı değişkenleri bu yöntemle optimize edilmiştir.

Bağımsız DeğişkenDeneysel süreçte araştırmacı tarafından kontrol edilen ve yanıt üzerinde etkisi incelenen faktörlerdir. Bu çalışmada akış hızı (ml/min), püskürtme uzaklığı (cm) ve öngenleşme sıcaklığı (°C) olmak üzere 3 bağımsız değişken kullanılmıştır.

Yanıt DeğişkeniBağımsız değişkenlerin değişimine bağlı olarak ölçülen ve optimize edilmek istenen bağımlı çıktıdır. Bu çalışmada sayıca en fazla olan dijitoksin taneciklerinin nanometre (nm) cinsinden büyüklüğü yanıt değişkeni olarak seçilmiştir.

Merkezi Bileşik TasarımıEn küçük kareler yöntemi temelli, doğrusal olmayan eğrisel ilişkileri modellemek için köşe, eksenel ve merkez noktalarını içeren bir deneysel tasarım türüdür. RSM uygulamalarında ikinci dereceden polinom modellerin oluşturulmasında temel teşkil eder.

Varyans Analizi (ANOVA)Oluşturulan regresyon modelinin ve modeldeki terimlerin istatistiksel olarak anlamlı olup olmadığını test etmek için kullanılan analiz yöntemidir. Modelin ve değişkenlerin p-değerlerinin (Prob > F) 0.05'ten küçük olması anlamlılığı ifade eder.

Prob > F (p-değeri)Belirli bir faktörün veya modelin gözlemlenen etkisinin şans eseri ortaya çıkma olasılığını gösteren istatistiksel değerdir. Değerin 0.05'ten küçük olması, ilgili değişkenin yanıt üzerinde istatistiksel olarak anlamlı bir etkiye sahip olduğunu kanıtlar.

Uygunluğun Zayıflığı (Lack of Fit)Deneysel verilerin kurulan matematiksel modele ne ölçüde uymadığını gösteren istatistiksel bir parametredir. Bu çalışmada uygunluğun zayıflığı Prob > F değeri 0.0039 olarak hesaplanmıştır.

Belirlilik Katsayısı (R2)Modelin deneysel verilerdeki toplam değişkenliği açıklama oranını gösteren, 0 ile 1 arasında değer alan istatistiksel ölçüttür. Değerin 1'e yakın olması modelin verilere çok iyi uyum sağladığını gösterir; bu çalışmada R2 değeri 0.7383'tür.

RESS SistemiSüperkritik çözeltilerin hızlı genleşmesi esasına dayanan, etken maddelerin mikronize veya nano boyutta çökeltilmesini sağlayan bir teknolojidir. Çalışmada dijitoksin taneciklerinin boyutunu küçültmek amacıyla ISCO-Sitec ekstraksiyon ünitesiyle entegre kullanılmıştır.

Kodlanmış DeğişkenlerFarklı birim ve ölçeklerdeki gerçek bağımsız değişken değerlerinin, matematiksel analiz kolaylığı sağlamak amacıyla genellikle -1 ile +1 sınırları arasına dönüştürülmüş halidir. Örneğin, 2.5 ml/min akış hızı -1 koduyla, 7.5 ml/min ise +1 koduyla temsil edilmiştir.

Diğer Önemli Bilgiler

En Geniş Değişken Sınırları

Merkezi bileşik tasarımında eksenel noktalar nedeniyle değişken sınırları aşılmış; akış hızı 0.80 ile 9.20 ml/min, püskürtme uzaklığı 1.64 ile 8.36 cm, öngenleşme sıcaklığı ise 83.18 ile 116.82 °C gibi uç değerlere kadar test edilmiştir.

Design Expert-6 Yazılımı

Çalışmada yanıt yüzey yönteminin uygulanması, deneysel matrisin oluşturulması, regresyon denkleminin elde edilmesi ve ANOVA testlerinin gerçekleştirilmesi amacıyla Design Expert-6 istatistik yazılımı kullanılmıştır.

Sınavda Dikkat Et

Sınavda 'Prob > F' değerinin yorumlanması sorulabilir; bu değerin 0.05'ten küçük olması ilgili parametrenin veya modelin istatistiksel olarak anlamlı olduğunu gösterir.
Akış hızı (x1) ve püskürtme uzaklığı (x2) değişkenlerinin p-değerleri 0.05'ten küçük olduğu için tanecik boyutu üzerinde kritik öneme sahiptir, öngenleşme sıcaklığı (x3) ise anlamsızdır.
Model denklemindeki katsayıların işaretlerine dikkat edin; x1 ve x2'nin katsayıları negatif olduğundan, bu değerlerin artırılması tanecik boyutunu küçültür.
En küçük tanecik boyutuna (90 nm) ulaşmak için akış hızı ve püskürtme uzaklığının üst sınıra yakın (7 ml/min ve 7 cm) seçilmesi gerektiğini unutmayın.
Merkezi bileşik tasarımında tekrarlanan merkez noktaları (15-20. deneyler) deneysel hatayı belirlemek ve modelin doğruluğunu test etmek için kullanılır.