Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano zno pha tạp eu và ứng dụng trong phân tích một số kháng sinh quinolone

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC   VŨ BẢO TRUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO ZNO PHA TẠP EU VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MỘT SỐ KHÁNG SINH QUINOLONE Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học quy Ngành Hóa Dược (Chương trình đào tạo: Chất lượng cao) Hà Nội - 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC   VŨ BẢO TRUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO ZNO PHA TẠP EU VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MỘT SỐ KHÁNG SINH QUINOLONE Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học quy Ngành Hóa Dược (Chương trình đào tạo: Chất lượng cao) Cán hướng dẫn: PGS.TS Tạ Thị Thảo TS Đỗ Huy Hoàng Hà Nội – 2022 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới cô PGS TS Tạ Thị Thảo người giao đề tài tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện thuận lợi giúp em thực khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy TS Đỗ Huy Hồng nhiệt tình giúp đỡ em suốt q trình học tập nghiên cứu Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, anh chị, bạn sinh viên thầy cô môn Hóa phân tích ln động viên tinh thần giúp đỡ em thời gian học tập nghiên cứu vừa qua MỤC LỤC MỞ ĐẦU .7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Khái niệm, phân loại vật liệu nano 1.1.2 Tính chất ứng dụng vật liệu nano 1.1.3 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano 11 1.1.4 Ứng dụng 13 1.2 Tổng quan vật liệu nano ZnO nano ZnO pha tạp đất .14 1.2.1 Tính chất nano ZnO 14 1.2.2 Một số phương pháp tổng hợp nano kẽm oxit 16 1.2.4 Vật liệu nano ZnO pha tạp Eu3+ .18 1.2.5 Một số ứng dụng ZnO phân tích 19 1.3 Tổng quan nhóm kháng sinh Quinolon phương pháp phân tích 20 1.3.1 Tổng quang chung nhóm kháng sinh quinolon 20 1.3.2 Các phương pháp xác định kháng sinh nhóm quinolon 25 2.1 Hóa chất dụng cụ, thiết bị 29 2.2 Cách pha dung dịch 30 2.2.1 Pha dung dịch chuẩn Norfloxacin, Ciprofloxacin, Ofloxacin 30 2.2.2 Pha dung dịch đệm 30 2.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp Eu3+ 1% .30 2.4 Phương pháp nghiên cứu đặc tính vật liệu 31 2.5 Phương pháp phổ huỳnh quang phân tích kháng sinh sử dụng nano ZnO ZnO- Eu 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .36 3.1 Các đặc trưng cấu trúc vật liệu ZnO ZnO pha tạp Eu 36 3.1.1 Hình thái học vật liệu 36 3.1.2 Tính chất quang vật liệu nano 37 3.2 Ứng dụng nano ZnO-Eu phân tích kháng sinh nhóm quinolon 40 3.2.1 Tính chất quang kháng sinh 40 3.2.2 Ảnh hưởng ZnO Eu đến tính chất huỳnh quang chất norfloxacin, ofloaxcin, ciprofloxacin 43 3.2.3 Ảnh hưởng tỷ lệ nồng độ ZnO-Eu/ kháng sinh đến phổ huỳnh quang kháng sinh 48 3.2.4 Ảnh hưởng thời gian đến cường độ huỳnh quang kháng sinh norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin có mặt ZnO-Eu 50 3.2.3 Đường chuẩn xác định quinolon có mặt ZnO- Eu .51 3.2.4 Thử nghiệm phân tích mẫu thực tế .54 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 LO MỞ ĐẦU Từ phát vào năm đầu kỉ XX nay, thuốc kháng sinh nghiên cứu phát triển mạnh mẽ để chữa trị phòng bệnh cho người vật ni Tuy nhiên, có phần kháng sinh hấp thu chuyển hóa thể người, vật ni, cịn phần lớn (khoảng 25 -75%) thải vào môi trường gây ô nhiễm môi trường sinh thái Kháng sinh coi “các chất ô nhiễm mới’’ thường có mặt nước thải công nghiệp bệnh viện, trang trại chăn nuôi… Sự diện dư lượng kháng sinh môi trường tạo thành mối đe dọa sức khỏe sinh thái người, vật nuôi, đặc biệt kháng sinh khơng có nguồn gốc tự nhiên khó phân hủy sinh học nhóm quinolone Một số nghiên cứu gần liên kết của quinolone với đất trầm tích làm chậm trình phân hủy chúng Vì việc xác định hàm lượn tồn dư kháng sinh nhóm quinolone vô vùng cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm Trong xu hướng nghiên cứu vật liệu cấu trúc nano gần đây, phương pháp chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu ZnO quan tâm khả ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Bên cạnh vật liệu nano pha tạp đất nhận quan tâm nghiên cứu ứng dụng Vật liệu nano chứa ion đất có tính chất đa dạng khác nhau, kết hợp với mạng khác chúng thể đặc tính phát quang Tạp đất Eu3+ mạng ZnO cho phép mở nhiều ứng dụng quan trọng thực tế hiệu suất phát quang cao, thời gian sống dài bền điều kiện ứng dụng khác Hiện có số nghiên cứu sử dụng nano oxit kẽm Eu 3+ để tăng độ nhạy phương pháp phân tích số loại kháng sinh Vì vậy, mục tiêu khóa luận tốt nghiệp “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp Eu ứng dụng phân tích số kháng sinh quinolone” nhằm tổng hợp, đánh giá đặc tính vật liệu, phân tán vật liệu vào nước bước đầu đánh giá khả tăng độ nhạy phép phân tích ofloxacin, norfloxacin ciprofloxacin phương pháp huỳnh quang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Khái niệm, phân loại vật liệu nano Vật liệu nano loại vật liệu có cấu trúc hạt, sợi, ống, mỏng… có kích thước nanomet, đối tượng nghiên cứu khoa học công nghệ nano Xét theo trạng thái vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái rắn, lỏng, khí Vật liệu nano tập trung nghiên cứu chủ yếu vật liệu rắn, sau đến chất lỏng khí Về hình dáng vật liệu, người ta phân thành loại sau: Chấm lượng tử (quamtum dots) hạt có hiệu ứng lượng tử, có chiều có kích thước nano Vật liệu nano chiều 1-D vật liệu chiều có kích thước nano ( dây nano, ống nano, nano…) Vật liệu nano hai chiều 2-D vật liệu hai chiều có kích thước nano ( màng mỏng, lớp phủ nano…) Vật liệu nano ba chiều 3-D vật liệu ba chiều có kích thước nano (cluster nano, keo nano,…) Ngồi cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nano, cấu trúc có nano chiều, hai chiều, ba chiều đan xen lẫn Ví dụ nanocoposit bạc/silica, bạc/uretan…[2] 1.1.2 Tính chất ứng dụng vật liệu nano Ngày nay, người ta chứng minh loạt tính chất phụ thuộc vào kích thước hạt nano tính chất từ, tính chất quang, điểm sơi, nhiệt dung riêng hoạt tính phản ứng bề mặt Các tính chất vật lí, hóa học vật liệu có giới hạn kích thước Nếu vật liệu nhỏ kích thước này, tính chất hồn tồn thay đổi, kích thước tới hạn Bảng 1.1: Độ dài tới hạn số tính chất vật liệu Tính chất Thơng số Độ dài tới hạn (nm) Điện Bước sóng điện từ 10- 100 Quãng đường tự trung bình 1-100 Hiệu ứng đường ngầm 1-10 Từ Quãng đường tán xạ spin 1-100 Quang Hố lượng tử 1-100 Độ dài suy giảm 10-100 Độ sâu bề mặt kim loại 10-100 Độ dài liên kết cặp Cooper 0.1-100 Độ thẩm thấu Melsner 1-100 Tương tác bất định xứ 1-1000 Biên hạt 1-10 Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100 Độ nhăn bề mặt 1-10 Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10 Siêu phân tử Độ dài Kuhn 1-100 Cấu trúc nhị cấp 1-10 Siêu dẫn Cơ Miễn dịch Cấu trúc tam cấp 10-1000 Nhận biết phân tử 1-10 Vật liệu nano có tính chất đặc biệt kích thước so sánh với kích thước tới hạn tính chất vật liệu Ví dụ điện trở kim loại tuân theo định luật Ohm kích cỡ vĩ mơ ta thấy ngày Nhưng giảm kích thước vật liệu xuống nhỏ quãng đường tự trung bình điện tử kim loại, mà thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm định luật Ohm khơng cịn Lúc điện trở vật có kích thước nano tuân theo quy tắc lượng tử Khi vật liệu có kích thước nano số ngun tử nằm bề mặt chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số ngun tử Chính hiệu ứng có liên quan tới bề mặt gọi tắt hiệu ứng bề mặt trở nên quan trọng làm cho tính chất vật liệu có kích thước nano khác biệt so với vật liệu khối 1.1.3 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano Trong công nghệ nano có hai phương thức từ xuống (top – down) nghĩa chia nhỏ hệ thống lớn để cuối tạo đơn vị có kích thước nano phương thức từ lên (bottom – up) nghĩa lắp ghép hạt cỡ phân tử hay nguyên tử lại để thu kích thước nano Từ hai phương thức ta tiến hành nhiều giải pháp công nghệ kỹ thuật để chế tạo vật liệu cấu trúc nano Hiện nay, có bốn nhóm phương pháp để tổng hợp vật liệu nano Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng có phương pháp áp dụng số vật liệu định 1.1.3.1 Phương pháp hóa ướt Bao gồm phương pháp chế tạo vật liệu dùng hóa keo, phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, đồng kết tủa Theo phương pháp dung dịch chứa ion khác trộn với theo thành phần thích hợp Dưới tác động nhiệt độ, áp suất, vật liệu nano kết tủa từ dung dịch Sau trình lọc, sấy khô ta thu vật liệu nano Phương pháp chế tạo loại vật liệu có cấu trúc đồng đều, đa dạng vật liệu hữu cơ, vơ cơ, kim loại, phương pháp làm việc nhiệt độ thấp hiệu quả, kinh tế, đơn giản để sản xuất khối lượng lớn vật liệu F W M Ling, H A Abdulbari, and S Y Chin, chế tạo hạt nano silica phương pháp sol-gel Trong nghiên cứu họ, hạt nano silica tổng hợp phương pháp sol-gel truyền thống kỹ thuật sol-gel sửa đổi cách tạo lò phản ứng vi lỏng Một lò phản ứng siêu nhỏ polydimethylsiloxan thiết kế chế tạo Lò phản ứng vi lỏng thiết kế với điểm nối tạo vi giọt, nơi chất phản ứng trộn lẫn để tạo giọt giọt lị phản ứng độc lập Q trình tổng hợp bao gồm tetraetyl orthosilicat làm tiền chất, axit axetic làm chất xúc tác nước làm chất thủy phân Kính hiển vi điện tử truyền qua sử dụng để đo đánh giá kích thước phân bố hạt nano hai phương pháp sol-gel thực Các hạt nano silica tổng hợp từ phương pháp sol-gel thông thường cho thấy phân tán đơn sắc khơng có dạng hình cầu hồn hảo có kích thước trung bình 95 ± nm Ngược lại, hạt nano silica đơn phân tán cao sản xuất cách sử dụng lò phản ứng siêu nhỏ với kích thước trung bình ± 1,3 nm hạt dạng hình cầu hồn hảo Các hạt nano tạo từ hệ thống vi dịng cho thấy kích thước giảm 93,68%.[4] 1.1.3.2 Phương pháp học Gồm phương pháp tán, nghiền, hợp kim học.Theo phương pháp này, vật liệu dạng bột nghiền đến kích thước nhỏ Phương pháp thường dùng để tạo vật liệu hữu cơ, ví dụ kim loại Phương pháp đơn giản, dụng cụ chế tạo khơng đắt tiền chế tạo với lượng lớn vật liệu Tuy nhiên hạt bị kết tụ lại với nhau, phân bố kích thước hạt khơng đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ dụng cụ chế tạo khó đạt kích thước nhỏ Tan, G L, & Yu, X F tổng hợp tinh thể nano CdSe phương pháp nghiền bi sử dụng máy trộn SPEX 8000 M 20 Sau phủ