Vật lý nano và ứng dụng Quang phổ hồng ngoại

Tr ng Đ i H c S Ph m Thành Ph H Chí Minh Khoa V t Lý BÁO CÁO H C PH N V T LÝ NANO VÀ NG D NG QUANG PH H NG NGO I 2018 GVHD: ThS,TS Ngơ Th Ph ng Nhóm sinh viên th c hi n: Nguy n Th Anh Huy n 41.01.102.044 Tr n Minh Phát 41.01.102.076 Tr n Th L a 41.01.102.059 Lê Hoàng Cát Tiên 41.01.102.098 M CL C A L I NịI Đ U B N I DUNG I NGU N G C C A B C X H NG NGO I II Đ IC 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 III NG V PH H NG NGO I Đi u ki n h p th b c x h ng ngo i S quay c a phơn t vƠ ph quay Ph dao đ ng quay c a phơn t hai nguyên t 10 Các y u t nh h ng đ n t n s đặc tr ng nhóm 15 C ng đ vƠ hình d ng c a vơn ph h ng ngo i 16 K THU T TH C NGHI M VẨ NG D NG PH NG PHÁP QUANG PH H NG NGO I 16 3.1 Máy quang ph IR 16 3.2 C b n cách gi i ph IR 19 3.3 ng d ng 21 IV NG D NG PH H NG NGO I TRONG TH C PH M: PHÂN TệCH THẨNH PH N CHệNH 28 4.1 N c 4.2 Dinh d ỡng: 28 V NH NG LO I MÁY QUANG PH TRÊN TH TR NG HI N NAY 29 5.2 Máy quang ph h ng ngo i bi n đ i Fourier 29 5.2 Máy quang ph h ng ngo i g n (FT-NIR) 30 C K T LU N 32 D TẨI LI U THAM KH O 33 A L I NịI Đ U V t lỦ ng d ng lƠ m t nh ng b ph n quan tr ng c a khoa h c v t lỦ Nó giúp có nh ng hiểu bi t thú v v khoa h c, có nhìn t ng quan v b c tranh v t lỦ Qua k t h p v i s phát triển c a khoa h c k thu t, ng d ng tri t để chúng vƠo đ i s ng Minh ch ng cho u lƠ nh ng ki n th c vƠ ng d ng liên quan đ n quang ph h ng ngo i Quang ph h ng ngo i (b c x h ng ngo i) lƠ m t nh ng thành ph n c a b c x n từ Đơy lƠ d i b c x khơng nhìn th y đ c có b c sóng từ 0,75 đ n 1000 nm Ngày nay, ph h ng ngo i đ c s d ng r ng rưi nh ng k thu t phơn tích r t hi u qu vƠ đư tr i qua ba th p k qua M t nh ng u điểm quan tr ng nh t c a ph ng pháp ph h ng ngo i v t h n nh ng ph ng pháp phơn tích c u trúc khác (nhi u x tia X, c ng h ng từ n t , ph ng pháp quang vvầ) lƠ ph ng pháp nƠy cung c p thông tin v c u trúc phơn t nhanh, khơng địi h i ph ng pháp tính tốn ph c t p K thu t nƠy d a hi u ng đ n gi n lƠ: h p ch p hoá h c có kh h p th ch n l c b c x h ng ngo i Sau h p th b c x h ng ngo i, phơn t c a h p ch t hoá h c dao đ ng v i nhi u v n t c dao đ ng vƠ xu t hi n d i ph h p th g i lƠ ph h p th b c x h ng ngo i Vi c tìm hiểu ki n th c vƠ ng d ng liên quan đ n quang ph h ng ngo i m mi n tri th c m i cho nhơn lo i đ ng th i thúc đ y khoa h c công ngh phát triển, giúp nơng cao ch t l ng cu c s ng ng i B N I DUNG I c b đ đ NGU N G C C A B C X H NG NGO I Năm 1800, William Hershel đư phát hi n s t n t i c a b c x nhi t ngoƠi vùng ph a ánh sáng nhìn th y vƠ ơng đặt tên cho lƠ b c x h ng ngo i (Infrared- IR) Đơy lƠ d i c x khơng nhìn th y đ c có b c sóng từ 0,75 đ n 1000 nm vƠ ơng đư ch ng minh c b c x nƠy tuơn theo nh ng qui lu t c a ánh sáng nhìn th y Kể từ m c l ch s n nay, lĩnh v c nƠy nhơn lo i đư đ t đ c nh ng b c phát triển đáng kể Về nguồn phát xạ: VƠo n a đ u th k 19 đư tìm nh ng đ nh lu t đ u tiên v b c x nhi t, đ u th k 20 đư hoƠn thƠnh qui lu t c a b c x không k t h p Trong nh ng năm 1920-1930 đư t o ngu n IR nhơn t o, phát hi n hi u ng n phát quang làm c s để t o ngu n phát x IR (các diodes phát quang) M i v t có nhi t đ 00K đ u phát tia h ng ngo i, ví d : - Mặt Tr i: nhƠ khoa h c c tính h ng ngo i chi m h n 50% l ng ánh sáng mặt tr i phát - C thể ng i (th ng có nhi t đ 370C) v i b c x m nh nằm vùng µm Các nhà khoa h c đư phát hi n: nhi t đ c thể ng i b nh h ng b i l ng máu l u thơng qua Sau nhi u thí nghi m ch p nh h ng ngo i ng i bình th ng, nhƠ khoa h c th y c thể ng i, ph n m nh t lƠ vùng kín, vùng ng c, vùng nách vƠ đ u; ph n l nh nh t lƠ bƠn chơn, bƠn tay vƠ vùng xa tim - L than, lò n, đèn n dơy tóc,ầ Về detectors (dùng để phát hi n IR): Năm 1830 detectors đ u tiên theo nguyên lỦ cặp nhi t n (thermopile) đ i Năm 1880 đ i quang tr cho phép tăng đáng kể đ nh y phát hi n IR Từ năm 1870 đ n 1920, detectors l ng t đ u tiên theo nguyên lỦ t ng tác b c x v i v t li u đ i (v i detectors nƠy b c x đ c chuyển đ i tr c ti p sang tín hi u n ch khơng ph i thông qua hi u ng nhi t b c x sinh ra) Từ năm 1930-1944 phát triển detectors sulfure chì (PbS) ph c v ch y u cho nhu c u quơn s Từ năm 19301950 khai thác vùng IR từ đ n mm detectors Antimonium d Indium (InSb) vƠ từ 1960 bắt đ u khai thác vùng IR từ đ n 14 mm detectors Tellure de Cadmium Mercure (HgTeCd) Hình : Bộ phận máy dị hồng ngoại Trên th gi i IR đư đ c áp d ng nhi u lĩnh v c: Nh ng d ng ch t o thi t b quang n t đo l ng - kiểm tra lĩnh v c th c ph m, thi t b ch n đoán vƠ u tr y t , h th ng truy n thông, h ch th m c tiêu thiên văn, u khiển thi t b vũ tr vƠ nh ng năm g n đơy, chúng đ c s d ng để thăm dò tƠi nguyên thiên nhiên c a trái đ t vƠ hƠnh tinh khác, để b o v môi tr ng Đặc bi t, có nh ng ng d ng r t quan tr ng lĩnh v c quơn s Các ng d ng quơn s c a IR địi h i detectors ph i có đ nh y cao, đáp ng nhanh, ph i m r ng d i ph lƠm vi c c a detectors vƠ d i truy n qua c a v t li u quang h c Cu i chi n tranh th gi i l n th hai nh ng d ng IR ng i ta đư ch t o đ c bom quang - n t u khiển, h th ng u khiển h a l c c s bi n đ i quang - n, thi t b nhìn đêm cho vũ khí b binh, b n đƠm IR vƠ sau th chi n l n th hai đư t o nhi u h th ng u khiển tên l a không đ i không, không đ i đ t, đ t đ i không n c ta hi n nay, lĩnh v c nƠy đư đ c m t s c quan khoa h c có Vi n nghiên c u ng d ng công ngh , ti p c n, nghiên c u từ cu i nh ng năm 60 c a th k 20 VƠ đặc bi t, hi n ph h ng ngo i đ c ng d ng r t r ng rưi lĩnh v c th c ph mầ II Đ IC NG V PH H NG NGO I Khi m t b c x n từ qua h i ngu i c a m t nguyên t , nh ng b c sóng nh t đ nh b h p th Nh ng b c sóng b h p th nƠy, đó, s b thi u ánh sáng truy n Quang ph thu đ c theo cách nƠy g m m t chu i nh ng v ch t i đ c g i lƠ quang ph h p th nguyên t hay đ n gi n lƠ quang ph h p th B c sóng c a v ch t i b c sóng c a v ch sáng quang ph phát x Quang ph h p th c a m t nguyên t lƠ hình nh đ o ng c c a quang ph phát x c a ngun t B i quang ph nguyên t đ c t o b i s phát x h p th l ng ph thu c vƠo c u trúc bên c a nguyên t , m i nguyên t có m t quang ph đặc tr ng riêng c a NgƠy nay, phơn tích quang ph đư tr thƠnh m t ph ng pháp đắc l c để phát hi n nguyên t , dù lƠ chúng có mặt v i hƠm l ng c c nh Ph h ng ngo i có đ c dao đ ng n i phơn t h p thu tia h ng ngo i từ 2.525µm (4000400cm-1) Khi h p thu b c x h ng ngo i , phơn t h p ch t h p thu l ng vƠ biên đ dao đ ng tăng vƠ phơn t phóng thích l ng d i d ng nhi t s tr l i tr ng thái c b n Ph h p thu h ng ngo i lƠ ph dao đ ng quay h p thu b c x h ng ngo i c chuyển đ ng dao đ ng vƠ chuyển đ ng quay đ u b kích thích B c x h ng ngo i có đ dƠi sóng từ 0,8 đ n 1000µm vƠ chia thành ba vùng: 1- C n h ng ngo i ( near infrared)λ= 0,8 ậ 2,5µm 2- Trung h ng ngo i ( medium infrared) λ = 2,5 ậ 50µm 3- Vi n h ng ngo i ( far infrared) λ = 50 - 100µm Trong th c t , ph h ng ngo i th ng đ c ghi v i tr c tung biểu di n T%, tr c hồnh biểu di n s sóng v i tr s gi m d n ( 4000 ậ 400 cm-1) 2.1 Đi u ki n h p th b c x h ng ngo i Không ph i b t kỳ ph n t nƠo có kh h p th b c x h ng ngo i Mặt khác b n thơn s h p th có tính ch t ch n l c Để m t ph n t h p th b c x h ng ngo i, phơn t ph i đáp ng yêu c u sau: * Đ ếài sựnỂ Ếhính ồáẾ Ế a bứẾ M t phơn t h p th b c x h ng ngo i ch nƠo t n s dao đ ng t nhiên c a m t ph n phơn t (t c lƠ nguyên t hay nhóm nguyên t t o thƠnh phân t đó) dao đ ng t n s c a b c x t i Ví d : T n s dao đ ng t nhiên c a phân t HCl 8,7.1013s-1 ng v i : �̅ = × × − = � − Th c nghi m cho th y cho b c x h ng ngo i chi u qua m u HCl vƠ phơn tích b c x truy n qua m t quang ph k h ng ngo i, ng i ta nh n th y ph n b c x có t n s 8,7.1013s-1 đư b h p th , t n s khác đ c truy n qua V y t n s 8,7.1013s-1 lƠ t n s đặc tr ng cho phơn t HCl Sau h p th b c sóng xác c a b c x h ng ngo i (năng l ng b c x h ng ngo i đư b tiêu t n) phơn t dao đ ng có biên đ tăng lên Đi u ki n nƠy ch áp d ng chặt ch cho phơn t th c hi n chuyển đ ng dao đ ng u hoà * L ỡnỂ Ế Ế n M t phơn t ch h p th b c x h ng ngo i nƠo s h p th gơy nên s bi n thiên momen l ỡng c c c a chúng M t phơn t đ c g i lƠ có l ỡng c c n nguyên t thƠnh ph n c a có n tích (+) vƠ n tích (-) rõ r t Khi phơn t l ỡng c c đ c gi m t n tr ng (nh phơn t đ c gi m t dịng IR), n tr ng s tác d ng l c lên n tích phơn t Các n tích ng c s ch u l c theo chi u ng c nhau, u d n đ n s tách bi t hai c c tăng gi m.Vì n tr ng c a b c x h ng ngo i lƠm thay đ i đ phơn c c c a chúng m t cách tu n hoƠn, kho ng cách gi a nguyên t tích n c a phơn t thay đ i m t cách tu n hồn Khi ngun t tích n nƠy dao đ ng, chúng h p th b c x h ng ngo i.N u v n t c dao đ ng c a nguyên t tích n phơn t l n, s h p th b c x m nh vƠ s có đám ph h p th m nh, ng c l i n u v n t c dao đ ng c a nguyên t tích n phơn t nh , đám ph h p th h ng ngo i y u.Theo u ki n nƠy ph n t có nguyên t gi ng s không xu t hi n ph dao đ ng Ví d O2, N2 v.vầ khơng xu t hi n ph h p th h ng ngo i Đó lƠ m t u may mắn, n u không ng i ta ph i đu i h t khơng khí kh i máy quang ph k h ng ngo i Tuy nhiên khơng khí có CO2 vƠ h i n c (H2O) có kh h p th tia h ng ngo i nh ng u nƠy bù trừ đ c thi t b thích h p 2.2 S quay c a phơn t vƠ ph quay Xét phơn t AB đ c t o thƠnh từ hai nguyên t A vƠ B có kh i l ng m m2, xem kh i l ng m1 m2 đặt t i tơm c a hai h t nhơn v i kho ng cách c a hai nhơn lƠ r0.Hai nguyên t đ c xem lƠ n i c ng vƠo vƠ đ c g i lƠ m t “quay t c ng” D i d ng quay t c ng, phơn t có kh quay xung quang nh ng tr c qua tr ng tơm c a h , cách tơm h t nhơn kho ng r1 r2 Hình 2: Mơ hình quay tử cứng phân tử hai nguyên tử Momen quán tính I c a quay t đ I= µ đ c g i kh i l c xác đ nh: � + � = ng rút g n c a phân t : �= � � � +� � � � +� � = �� = �� � + � S quay c a quay t c ng đ c xem t ng đ ng v i s quay c a kh i l ng rút g n µ đặt cách tr c quay m t kho ng r0 Theo c h c l ng t , l ng chuyển đ ng quay c a phơn t hai nguyên t đ c xác đ nh biểu th c: Eq = J lƠ s l ℎ � � � �+ (3) ng t quay (momen spin đặc tr ng cho chuyển đ ng nôi t i c a h t nhơn), có giá tr khơng ngun d ng (J= 0,1,2,3ầ) Đ i l ng (h/8π2I) đ c g i lƠ s quay vƠ đ c kí hi u lƠ B Biểu th c (3) tr thƠnh: Eq = hBJ(J+1) (4) l H th c (4) cho th y l ng quay t l ngh ch v i momen quán tính I vƠ m c ng quay ng v i J cƠng l n cƠng cách xa nhau: J J(J+1) Eq=h J(J+1) 1 2hB 6hB 12 12hB 20 20hB 30 30hB B ng 1: Năng lượng quay phân tử mức M t s m c l ng quay th p c a phơn t hai nguyên t vƠ chuyển d ch cho phép đ c trình bƠy hình 2a sau: Hình 3: a Một số mức quay thấp phân tử hai nguyên tử chuyển dịch phép chúng b Sơ đồ phổ quay với chuyển mức 0-> Ph quay c a phân t đ c phát sinh s chuyển d ch gi a m c l ng quay Đ i v i quang ph quay thu n tuý c a phân t hai nguyên t , s chuyển d ch tuân theo qui tắc ch n l c: ∆� = ± (+1: h p thu, -1: phát x ) 2.3 Ph dao đ ng quay c a phơn t hai nguyên t 2.3.1 S ồu t hi n Ế a quanỂ ịh ếaỊ đ nỂ Dao đ ng c a phơn t g m hai nguyên t lƠ dao đ ng giưn vƠ nén d c theo tr c liên k t c a hai nguyên t , đ c g i lƠ dao đ ng giưn (stretching) hay dao đ ng hoá tr K t qu c a dao đ ng nƠy lƠ lƠm thay đ i đ dƠi liên k t c a nguyên t phơn t Tr c h t,chúng ta xét tr ng h p phơn t AB đ c t o thƠnh từ hai nguyên t A vƠ B.A vƠ B đ c xem nh hai qu c u kh i l ng mA, mB n i v i b i m t lò xo Kho ng cách gi a tơm A vƠ tơm B v trí lƠ r0 N u gi chặt m t qu c u qu ép l i r i b tay qu c u th hai s dao đ ng quanh v trí ban đ u v i m t đ l ch ∆r Trong h s xu t hi n m t l c ln ln có khuynh h ng kéo chúng v v trí g i lƠ l c h i ph c, kí hi u lƠ F BƠi tốn dao đ ng nh đ a v tr ng h p bƠi tốn tính dao đ ng c a m t điểm đ ng vƠ m t điểm tĩnh (đ c g i lƠ m t h dao đ ng t ) vƠ x y v i biên đ dao đ ng không đ i (dao đ ng u hoƠ) biên đ dao đ ng thay đ i (dao đ ng không u hoƠ) a DaỊ đ nỂ u hỊà Trong tr ng h p nƠy, l c h i ph c F t l v i biên đ ∆r: F = - k∆r (5) k - h s t l , đ c g i lƠ s l c hay s l c hoá tr ; d u trừ cho bi t h óng ng c v i chi u chuyển đ ng 10 l cF Hình : Sơ đồ nguyên lý máy phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Trong trình lƠm vi c, khung s sóng c a máy ph h ng ngo i b l ch Để kiểm tra, ng i ta th ng s d ng ch t chu n nh polystirene, ammonia h i n c 3.2 C b n cách gi i ph IR Hình 9: Các vùng phổ số hợp chất Carbon-Hydrogen Stretching sp3 C-H, just below 3000 cm-1 (to the right) 19 sp2 C-H, just above 3000 cm-1 (to the left) sp C-H, at 3300 cm-1 20 B nỂ2: S sựnỂ (Ồaốenumber) đ Ế tr nỂ trỊnỂ ịh h nỂ nỂỊ i 3.3 ng d ng Các s li u ghi nh n đ c từ ph h ng ngo i cung c p r t nhi u thông tin v ch t nghiên c u D i đơy lƠ m t s ng d ng c a ph ng pháp quang ph h ng ngo i Ph ng pháp phơn tích theo ph h ng ngo i lƠ m t nh ng k thu t phơn tích r t hi u qu M t nh ng u điểm quan tr ng nh t c a ph ng pháp ph h ng ngo i v t h n nh ng ph ng pháp phơn tích c u trúc khác (nhi u x tia X, c ng h ng từ n t vvầ) lƠ ph ng pháp nƠy cung c p thông tin v c u trúc phơn t nhanh, khơng địi h i ph ng pháp tính tốn ph c t p K thu t nƠy d a hi u ng đ n gi n lƠ: h p ch t hố h c có kh h p th ch n l c b c x h ng ngo i Sau h p th b c x h ng ngo i, phơn t c a h p ch t hoá h c dao đ ng v i nhi u v n t c dao đ ng vƠ xu t hi n d i ph h p th g i lƠ ph h p th b c x h ng ngo i Các đám ph khác có mặt ph h ng ngo i t ng ng v i nhóm ch c đặc tr ng vƠ liên k t có phơn t h p ch t hoá h c B i v y ph h ng ngo i c a m t h p ch t hoá h c coi nh "d u vơn tay", c vƠo để nh n d ng chúng 21 3.3.1 D ĐOÁN Kả NĂNẢ ả P PảỤ ẤON KẤM LO Ấ N NẢ TậONẢ DẰNẢ D Cả N C C A LÁ CÂY Đ LÀM ằ T LẤ Ằ ả P PảỤ B NẢ Pả ƠNẢ PảÁP PảÂN TÍCả ẬẰANẢ Pả ả NẢ NẢO Ấ BẤ N Đ Ấ ạOẰậẤẠậ (ạTẤậ) Ọ nhi m kim lo i nặng ngu n n c đư tr thƠnh m t v n đ h t s c nghiêm tr ng Vi t nam Ngu n ô nhi m lƠ n c th i từ khu công nghi p, lƠng ngh không đ c x lỦ th i tr c ti p môi tr ng S d ng ngu n n c mặt vƠ n c ng m b ô nhi m kim lo i nặng s gơy nh ng hi u ng nguy h i đ i s c kh e ng i Để h n ch m c n ng đ cho phép c a kim lo i nặng, c n ph i có nh ng ph ng pháp x lỦ m t cách tri t để ngu n n c th i ch a kim lo i nặng tr c th i môi tr ng Hi n nay, để lo i b ion kim lo i nặng ngu n n c b ô nhi m, m t s ph ng pháp đư đ c s d ng nh ph ng pháp h p ph , ph ng pháp k t t a vƠ ph ng pháp l c mƠng Ph ng pháp h p ph đ c xem lƠ m t ph ng pháp có hi u qu nh t v k thu t vƠ kinh t khơng ph c t p, có giá thƠnh th p vƠ lo i b ion kim lo i n ng đ r t loưng.Trong nh ng năm g n đơy, v t li u h p ph sinh h c có ngu n g c từ th c v t nh lo i cơy đ c nghiên c u vƠ áp d ng r ng rưi ph ng pháp h p ph Lá cơy có kh h p ph ion kim lo i nặng t bƠo c a ch a h p ch t h u c nh cellulose, hemicellulose, pectins, lignin, chlorophyll, carotene, anthocyanin vƠ tannin Các h p ch t h u c nƠy mang nhóm ch c carboxylic, phenolic, hydroxy, carbonyl vƠ nhóm hydroxyl liên k t v i ion kim lo i s proton hóa cho nh n n t để t o thƠnh ph c chelat Tuy nhiên, kh h p ph ion kim lo i c a m i lo i cơy ph thu c ch y u vƠo s có mặt c a nhóm ch c đư nêu Do v y, vi c l a ch n m u cơy thích h p để lƠm v t li u h p ph đ i v i m i ion kim lo i nhóm ion kim lo i c n ph i ph i bi t tr c thƠnh ph n nhóm ch c h u c có cơy Để gi i quy t v n đ nƠy, ng i ta s d ng ph ng pháp phơn tích quang ph h ng ngo i bi n đ i Fourier (FTIR) để đ nh tính nhóm ch c chè (camellia sisensis),lá bàng (Terminalia), cơy vú s a (chrysophyllum cainito), l c bình (eichhornia) vƠ sƠi đ t (sphagneticola) v i m c đích lƠ để s d ng chúng lƠm v t li u h p ph D a ph FTIR, nhóm ch c lo i cơy nói có kh liên k t v i ion kim lo i đư đ c nh n di n Mặt khác, Để đánh giá kh h p ph ion kim lo i c a m i lo i cơy, h p ph đ i v i trình h p ph ion Cd2+ (Cd: Cadmium- m t h p ch t gơy ng đ c, lơu dƠi s gơy ung th d n đ n t vong Hi n ch a có ph ng pháp u tr ) đư đ c nghiên c u để xác đ nh dung l ng h p ph c c đ i, Q max, mơ hình h p ph đẳng nhi t Langmuir a.V t li u vƠ ph ng pháp nghiên c u V t li u M u c a m i lo i cơy có kh i l ng 500 g đ c r a vƠi l n n c máy để lo i h t bùn, đ t, sau r a n c c t vƠ s y nhi t đ 80 0C th i gian gi M u đ c 22 nghi n thƠnh b t vƠ rơy l y kích th c từ 0,25- 0,30 mm Phân tích FTIR Để thu đ c quang ph h ng ngo i c a m u cơy, thi t b quang ph FTIR (Model: FTIR 6800, Jasco, Nh t b n) đ c s d ng B t m u cơy (2mg) đ c tr n đ u v i 200 mg KBr, nén h n h p l i thƠnh viên vƠ ti n hƠnh ghi ph vùng có b c sóng từ 4000 ậ 450 cm-1 Xác đ nh d ng l ng h p ph c c đ i c a cơy đ i v i ion Cd2+ Ph ng pháp h p ph gián đo n đ c ti n hƠnh để để nghiên c u h p ph đẳng nhi t c a lo i cơy đ i v i ion Cd2+ Dung d ch h p ph (50 mL, pH: 6, n ng đ ion Cd2+ kho ng từ 10 ậ 200 mg/L, kh i l ng cơy: 0.2 g) đ c khu y tr n nhi t đ 30 C th i gian 200 phút (th i gian đ t đ n tr ng thái đư đ c xác đ nh s b tr c) N ng đ ion Cd2+ pha dung d ch sau h p ph đ c xác l p đ c xác đ nh ph ng pháp von-ampe hịa tan s d ng máy phân tích c c ph đa 797 VA computrate, Metrohm Th y s Dung l ng h p ph c c đ i, Qmax đ i v i ion Cd2+ đ c xác đ nh ph ng trình h p ph đẳng nhi t Langmuir: Qe = �� ×���� ×�� +�� ×�� (1) Trong qe dung l ng h p ph lúc (mg/g), KL lƠ s Langmir (L/g), Ce lƠ n ng đ ion Cd2+ pha l ng lúc (mg/g), Qmax lƠ dung l ng h p ph c c đ i (mg/g) Hằng s Langmuir, KL vƠ Q đ c xác đ nh ph n m m Solver c a Microsoft Excel b K t qu vƠ th o lu n Ph h ng ngo i FTIR c a cơy bƠng, chè, l c bình, sƠi đ t cơy vú s a đ c thể hi n hình Từ ph FTIR, nh n th y t t c lo i cơy đ c l a ch n nghiên c u đ u xu t hi n đ nh v i c ng đ m nh b c sóng 3423 cm-1 Đơy lƠ đ nh đặc tr ng cho s dao đ ng giưn nhóm c aậOH, m t nhóm ch c c a r u phenol [5] Ti p theo lƠ đ nh có c ng đ y u h n nhiểu t i b c sóng 2923cm-1 2885 cm-2 Các đ nh nƠy đặc tr ng cho s dao đ ng giưn đ i x ng c a chu i aliphatic (ậ CH) Trong vùng có gi i sóng từ 1752 cm-1 đ n 1738 cm-1 NgoƠi ra, vùng nƠy xu t hi n m t đ nh có c ng đ y u t i b c sóng 1740 cm-1.Đơy lƠ đ nh đặc tr ng cho s dao đ ng giưn c a nhóm ch c carboxyl (COOH) So sánh c ng đ c a đ nh nƠy t t c lo i cơy nghiên c u c ng đ m nh nh t th y đ c m u l c bình vƠ cơy vú s a Đ i v i m u cơy khác, nói chung đ nh t i b c sóng 1740 cm-1 có c ng đ r t y u, b che ph b i đ nh có c ng đ m nh t i b c sóng 1635 cm-1 1620 cm-1 lƠ đ nh đặc tr ng cho dao đ ng giưn c a nhóm C-C đặc tr ng cho dao đ ng giưn c a nhóm N-H (amit) NgoƠi đ nh b c sóng từ 1740 đ n 1721 cm-1, s dao đ ng giưn c a nhóm C=O nhóm aldehyde đ c đặc tr ng b i vùng có b c sóng từ 1653 cm-1 đ n 23 1618 cm-1 vùng có b c sóng th p h n, quang ph FTIR ph c t p v i nh ng đ nh có c ng đ y u từ 1543 cm-1 đ n 1450 cm-1 Đơy lƠ nh ng đ nh đặc tr ng cho s dao đ ng giưn c a nhóm C=C, C-C Dao đ ng giưn c a nhóm OH đ c đặc tr ng t i vùng sóng nƠy b i đ nh t i 1265cm-1 1234 cm-1 Nh v y, t t c lo i cơy đ c l y để nghiên c u đ u ch a h p ch t h u c mang nhóm ch c hydroxyl (-OH), nhóm carboxyl (COOH) nhóm amin (NH2) Đơy lƠ nh ng nhóm ch c liên k t v i ion kim lo i dung d ch qua s proton hóa (v i nhóm hydroxyl), t o ph c che lát (v i nhóm carboxyl vƠ nhóm amin) [6] V i nh ng k t qu phơn tích quang ph FTIR m u lƠ cơy, nh n xét nh sau: vùng pH c a dung d ch h p ph từ 4-6, t t c m u cơy đ u có kh h p ph cation kim lo i t n t i d ng ion đ n gi n ion ph c mang n tich d ng theo c ch proton hóa v i tơm h p ph lƠ nhóm hydroxyl (-OH) Ví d , ion Pb2+, Cd2+, Cu2+, Zn2+, UO22+ ầ đ u b h p ph kho ng pH nƠy Các ion t n t i d ng ph c ơm nh CrO 42-, AsO42-ầ b h p ph b i s t ng tác tĩnh n v i nhóm ch c hydroxyl đư đ c proton hóa v i ion H+ vùng pH r t th p (pH từ 1đ n 3) Cũng vùng axit y u (pH: 4-6) c a dung d ch h p ph , ngoƠi nhóm ch c hydroxyl, nhóm ch c carboxyl tham gia liên k t v i ion kim lo i b i c ch t o ph c chelat S đóng góp c a nhóm ch c nƠy liên k t s lƠm tăng đáng kể dung tích h p ph c a t t c lo i cơy, đặc bi t lƠ m u cơy l c bình vƠ m u vú s a Hình 10: Phổ FTIR Bàng 24 Hình 11: Phổ FTIR chè Hình 12: Phổ FTIR vú sữa 25 Hình 13: Phổ FTIR lục bình M u cơy Hằng s Lăngmuir, KL (L/g) Lá bang 0,026 Dung l ng h p ph c c đ i, Qmax (mg/g) 33,58 Lá chè Lá l c bình 0,096 0,088 24,70 27,20 Lá vú s a 0,032 39,81 Lá sƠi đ t 0,358 34,02 B nỂ 3: Kết xác định dung lượng hấp phụ cực đại ion Cd2+ theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir K t qu xác đ nh giá tr h p ph c c đ i, Qmax đ i v i ion Cd2+ c a lo i cơy theo ph ng trình h p ph đẳng nhi t Langmuir đ c trình bƠy hình vƠ B ng Từ k t qu b ng th y dung tích h p ph c c đ i đ i v i ion Cd2+ đ c x p theo trình t tăng d n từ chè (24,7 mg/g), l c bình (27,20 mg/g), bƠng (33,58 mg/g), lƠ sƠi đ t (34,02 mg/g) vƠ cơy vú s a (39,81 mg/g) S khác v dung l ng h p ph c c đ i đ i v i ion Cd2+c a m i lo i cơy lƠ s khác v n ng đ g c hydroxyl (-OH) đ c biểu hi n qua c ng đ c a đ nh b c sóng 3423cm-1 t t c m u cơy nghiên c u Ph FTIR c a m u cơy từ Hình đ n Hình cho th y c ng đ c a đ nh t i 3423 cm -1 m nh nh t lƠ vú s a, ti p theo lƠ sƠi đ t vƠ bƠng t ng ng v i dung l ng h p ph c c đ i cao nh t ba lo i nƠy 26 Đi u nƠy có nghĩa lƠ c ng đ c a c a đ nh đặc tr ng cho nhóm ậOH cƠng m nh, dung l ng h p ph cƠng l n S liên k t gi a ion Cd2+ v i nhóm ậOH pH trình bƠy theo ph n ng: Bio-OH + Cd2+ = Bio-O-Cd+ + H+ c K t lu n T t c m u cơy đ c nhiên c u đ u có kh h p ph ion kim lo i nặng d ng ion đ n gi n n c b i s proton hóa pH từ 5.0- 6.5 Dung l ng h p ph c c đ i đ i v i ion Cd2+ m i lo i cơy lƠ khác ph n ánh vai trò c a các nhóm ch c h u c đặc bi t lƠ nhóm ch c hydroxyl Ph ng pháp phơn tích FTIR lƠ ph ng pháp h u hi u, đánh giá nhanh kh h p ph ion kim lo i nặng c a v t li u h p ph sinh h c 3.3.2 XáẾ đ nh đ tinh Ệhi t: Ph h ng ngo i đ c dùng để xác đ nh đ tinh t c a ch t Khi thích h p ch t khơng tinh t th ng đ rõ nét c a đám ph riêng bi t b gi m, s xu t hi n thêm đám ph s lƠm "nhoè" ph Khi t p ch t có s h p th m nh IR mƠ thƠnh ph n khơng h p th h p th y u vi c xác đ nh r t thuơn l i Ví d nh n m t l ng nh xeton hidrocacbon hidrocacbon th c t khơng h p th vùng ph - 1720cm-1 lƠ s sóng đặc tr ng cho nhóm C = O Ph ng pháp nƠy th ng đ c dùng để kiểm tra s n xu t r t nhi u lo i hoá ch t quy mô công nghi p 3.3.3 ĐỊ đ ẩm N c tinh t có d i h p th m nh t i 970, 1190, 1440 vƠ 1940 nm Sóng dao đ ng mưnh li t, cao nh t t i 1940 nm Nó lƠ s k t h p rung đ ng c a sóng có t n s cao th p khác Hình 14: Máy đo độ ẩm dựa theo nguyên tắc quang phổ hồng ngoại 27 IV NG D NG PH THẨNH PH N CHệNH H NG NGO I TRONG TH C PH M: PHÂN TÍCH Quang ph h ng ngo i (IR) đư đ c xem lƠ k thu t phơn tích đ c ng d ng nhi u phơn tích th c ph m K thu t nƠy đ c coi lƠ s ch vƠ t t khơng s d ng hố ch t, khơng có v n đ v s c khoẻ vƠ an toƠn IR phơn tích d l ng axit amin protein, đánh giá ch t l ng c a ch t béo, protein thƠnh ph n c a s n ph m s a vƠ h t Phơn bi t gi a b t cá, b t th t, b t đ u nƠnh có m u phơn tích thƠnh ph n hóa h c s n ph m th c ph m nh phomat, ngũ c c, bánh kẹo, th t bò Ph ng pháp quang ph IR d dƠng th c hi n vƠ r t h u ích vi c lo i b nguyên li u, s n ph m th c ph m mƠ ta nghĩ ng không đ t ch t l ng.Ph n l n ng d ng c a IR bao g m phơn tích thƠnh ph n nh n c, protein, ch t béo đ ng 4.1 N c: Vi c đo đ m lƠ m t nh ng ng d ng c a pp NIR N c tinh t có d i h p th m nh t i 970, 1190, 1440 vƠ 1940 nm Sóng dao đ ng mưnh li t, cao nh t t i 1940 nm Nó lƠ s k t h p rung đ ng c a sóng có t n s cao th p khác Các sóng t i 970 vƠ 760 nm t ng ng lƠ nh ng dao đ ng th hai vƠ th ba c a rung đ ng kéo dài V trí vƠ hình d ng c a d i h p th n c b nh h ng b i nhi u y u t nh : nhi t đ , n ng đ ch t tan vƠ h t kích th c c a m u Tính ch t c a liên k t hydro có m t tác đ ng đ n hình d ng c a quang ph khu v c ph 1400-1500 nm Trong b t mì, lúa mì, hƠm l ng n c t l v i s khác bi t gi a h p th 940 vƠ t i 2310 nm (Osborne et al 1993) Tuy nhiên, th ng c n thi t để áp d ng ph ng trình hi u ch nh ph c t p h n d đoán, l ng n c th c ph m Vi c đo đ m ph ng pháp IR xác nh lƠ ph ng pháp tham kh o đ i v i h u h t s n ph m đ ng nh t, chẳng h n nh b t, nh ng thay đ i tùy theo s n ph m không đ ng nh t đ c đem nghiên c u Các k t qu đo nguyên li u riêng xác h n so v i h n h p ph c t p Đ đo đ c b sai l ch 0,15-0,8% tùy thu c vƠo th c ph m đem phơn tích m 4.2 Dinh d ỡng: Ph ng pháp IR th ng xác đ nh đ c giá tr dinh d ỡng tiêu chu n c a th c ph m nh tiêu hóa ch t h u c l ng D đoán hƠm l ng s d ng lƠ n tính vƠ đ c d a ph ng trình có d ng: Giá tr dinh d ỡng = s + α [protein] + β [lipid] + δ [carbohydrates] + 28 Trong α, β, δ lƠ h s Từ IR để xác đ nh thƠnh ph n riêng lẻ, s d ng ph ng pháp phơn tích để đánh giá giá tr dinh d ỡng c a nguyên v t li u h n h p nghiên c u M t s nghiên c u công b đư đ c th c hi n đ u tiên để d đoán m i thƠnh ph n sau áp d ng m t mơ hình n tính m i để xác đ nh giá tr dinh d ỡng c a th c ph m M t cách khác lƠ d đoán tr c ti p giá tr dinh d ỡng từ pp NIR Tuy nhiên, ph ng pháp, tƠi li u tham kh o để đo l ng giá tr dinh d ỡng th c ph m lƠ r t dƠi để th c hi n vƠ r t t n Các v n đ lƠ ph i có đ s l ng m u phơn tích hi u ch nh quang ph IR V NH NG LO I MÁY QUANG PH TRÊN TH TR NG HI N NAY 5.2 Máy quang ph h ng ngo i bi n đ i Fourier ThônỂ tin Ếhi ti t Máy quang ph ThermoNicolet (M ) Đặt tính k thu t: - Đ Đ Đ Đ Đ D T T S T h ng ngo i bi n đ i Fourier (FT-IR) Model: Nicolet 6700 - phơn gi i quang h c : 0.09 cm xác s sóng: 0.01 cm-1 n tính theo tieue chu n: ASTM: