Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận H2O2 bức xạ gamma Coban–60 để chế tạo oligochitosan

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐẶNG XUÂN DỰ NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H 2 O 2 /BỨC XẠ GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HUẾ - NĂM 2015 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H 2 O 2 /BỨC XẠ GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62 44 01 19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HUẾ - NĂM 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới những người Thầy của mình PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến, PGS.TS Võ Quang Mai đã dành nhiều thời gian và công sức hướng dẫn tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Phòng thí nghiệm Hóa lý – Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Huế, nơi đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị và hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt thời gian làm thực nghiệm. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển Khai Công nghệ Bức xạ – Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, Phòng Công nghệ Bức xạ –Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Phòng phân tích Hóa lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQG Tp. HCM đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về máy móc, thiết bị trong suốt quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến GS.TS Trần Thái Hòa trưởng Bộ môn Hóa lý, Ban chủ nhiệm, cán bộ giảng viên và anh chị em NCS của Khoa Hóa – Trường Đại học Khoa học Huế, các Thầy cô trong Ngành Hóa – Khoa Sư phạm Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Sài Gòn đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 3 năm 2015 Tác giả ĐẶNG XUÂN DỰ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả ĐẶNG XUÂN DỰ DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ANOVA Phân tích phương sai (Analysis of Variance) ABTS 2,2’-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) CFU/ml Số đơn vị khuẩn lạc trong 1 ml (Colony Forming Unit per milliter) CNBX Công nghệ bức xạ COS Oligochitosan COSM5 Oligochitosan, M w ~ 5 kDa COSM10 Oligochitosan, M w ~ 10 kDa CTS Chitosan CTS-91 Chitosan có độ đề axetyl~91%, M w ~49 kDa CTS-80 Chitosan có độ đề axetyl~80%, M w ~50 kDa CTS-72 Chitosan có độ đề axetyl~72%, M w ~48,2 kDa CTSM15 Chitosan M w ~15 kDa CTSM23 Chitosan M w ~23kDa CTSM30 Chitosan M w ~30 kDa CTSM45 Chitosan M w ~45 kDa CTSM60 Chitosan M w ~60 kDa CTSM91 Chitosan M w ~91 kDa C90 Chitosan có độ đề axetyl 91%, M w ~166 kDa C80 Chitosan có độ đề axetyl 83%, M w ~176 kDa C70 Chitosan có độ đề axetyl 72%, M w ~183 kDa D Hiệu ứng đồng vận E. coli Vi khuẩn Escherichia coli ĐA Độ axetyl ĐĐA Độ đề axetyl ĐSGKLPT Độ suy giảm khối lượng phân tử ĐTNBH Độ trương nước bão hòa EB Chùm electron (Electron beam) FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) FT-IR Phương pháp Phổ hồng ngoại(Fourier transform infrared) GPC Phương pháp Sắc kí gel thấm qua(Gel Permeation Chromatography) G s Kí hiệu hiệu suất cắt mạch bức xạ 1 H-NMR Phương pháp phổ cộng hưởng từ proton (Proton Nuclear Magnetic Resonance) HSCMBX Hiệu suất cắt mạch bức xạ HSTĐPƯ Hằng số tốc độ phản ứng IAEA Cơ quan Năng lượng Nguyên tử quốc tế (International Atomic Energy Agency) k Kí hiệu của HSTĐPƯ KLPT Khối lượng phân tử trung bình khối lượng k 91d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 trong dung dịch k 80d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 trong dung dịch k 72d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 trong dung dịch k 91t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 ở dạng trương k 80t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 ở dạng trương k 72t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 ở dạng trương LSD Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa (Least Significant Difference) m 0 Kí hiệu khối lượng phân tử đơn vị monome mesh Số lỗ trên một inch chiều dài M n Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình số lượng M v Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình độ nhớt M w Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình khối lượng N Cỡ mẫu OD Mật độ quang (Optical Density) PI Độ đa phân tán của polyme (Polydispersity Index) S. aureus Vi khuẩn Staphylococcos aureus SD Độ lệch chuẩn (Standard Deviation) t Kí hiệu thời gian UV Phương pháp phổ tử ngoại (Ultraviolet spectroscopy) v/v Thể tích /thể tích XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (X–ray diffraction) WHO Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organization) w/v Khối lượng/thể tích α Mức ý nghĩa γCo 60 Bức xạ/tia gamma Co - 60 [η] Độ nhớt đặc trưng DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS 12 Bảng 1.2. Hằng số k và α đối với CTS và một số hệ dung môi 15 Bảng 1.3. Khối lượng phân tử trung bình M v , M n và M w của các mẫu CTS có ĐĐA khác nhau 17 Bảng 1.4. Các loại cột Ultrahydrogel của hãng Waters và khoảng đo KLPT hiệu dụng 19 Bảng 1.5. Suy giảm KLPT khi cắt mạch β - CTS bằng hydro peroxit, tia γCo 60 và hiệu ứng đồng vận hydro peroxit và tia γCo 60 29 Bảng 2.1. Thông tin về các mẫu chuẩn Pullulan 41 Bảng 2.2. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối với cột Ultrahydrogel 250 41 Bảng 2.3. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối với cột Ultrahydrogel Linear 43 Bảng 2.4. Kết quả M w , M n và PI của CTS đo bằng GPC 45 Bảng 3.1. Sự thay đổi ĐĐA của CTS theo thời gian phản ứng 55 Bảng 3.2. Sự thay đổi KLPT, ĐĐA và PI của CTS nguồn cắt mạch bằng hydro peroxit 58 Bảng 3.3. Kết quả cắt mạch dung dịch 5% CTS-91 chế tạo COS 60 Bảng 3.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 trong dung dịch 5% bằng tia γCo 60 và H 2 O 2 0,5% 62 Bảng 3.5. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-91 5% trong trường hợp có và không có H 2 O 2 0,5% 63 Bảng 3.6. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-91 5%, H 2 O 2 0,5% theo liều xạ 68 Bảng 3.7. Kết quả cắt mạch dung dịch CTS-80 nồng độ 5% chế tạo COS 69 Bảng 3.8. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 trong dung dịch 5% bằng tia γCo 60 và H 2 O 2 0,5% 71 Bảng 3.9. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-80 5% trong trường hợp có và không có H 2 O 2 0,5% 72 Bảng 3.10. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-80 5%, H 2 O 2 0,5% theo liều xạ 75 Bảng 3.11. Kết quả cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5% chế tạo COS 76 Bảng 3.12. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5% bằng tia γCo 60 và H 2 O 2 0,5% 78 Bảng 3.13. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-72 5% trong trường hợp có và không có H 2 O 2 0,5% 80 Bảng 3.14. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-72 5%, H 2 O 2 0,5% theo liều xạ 84 Bảng 3.15. Độ ẩm và ĐTNBH các mẫu CTS 88 Bảng 3.16. KLPT của CTS cắt mạch theo liều xạ với nồng độ H 2 O 2 khác nhau 91 Bảng 3.17. HSCMBX G s theo liều xạ ở những nồng độ H 2 O 2 khác nhau 93 Bảng 3.18. ĐĐA của CTS chiếu xạ ở 10 kGy với nồng độ H 2 O 2 khác nhau 95 Bảng 3.19. KLPT và PI của CTS cắt mạch dạng trương trong H 2 O 2 5% ở liều xạ 10 kGy với suất liều khác nhau 98 Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ H 2 O 2 đến KLPT và ĐĐA của CTS ở liều xạ 10,5 kGy 99 Bảng 3.21. Kết quả cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong dung dịch H 2 O 2 5% 101 Bảng 3.22. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 bằng tia γCo 60 và H 2 O 2 5% 105 Bảng 3.23. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-91 ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H 2 O 2 5% 106 Bảng 3.24. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong dung dịch H 2 O 2 5% theo liều xạ 108 Bảng 3.25. Kết quả cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H 2 O 2 5% 111 Bảng 3.26. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 bằng tia γCo 60 và H 2 O 2 5% ở dạng trương 113 Bảng 3.27. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-80 ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H 2 O 2 5% 114 Bảng 3.28. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong dung dịch H 2 O 2 5% theo liều xạ 117 Bảng 3.29. Kết quả cắt mạch CTS-72 ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H 2 O 2 5% 118 Bảng 3.30. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 bằng tia γCo 60 và H 2 O 2 5% ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H 2 O 2 5% 119 Bảng 3.31. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-72 ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H 2 O 2 5% 120 Bảng 3.32. Sự phụ thuộc của HSCMBX và HSTĐPƯ theo ĐĐA khi cắt mạch ở trạng thái rắn 121 Bảng 3.33. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-72 ở dạng trương trong dung dịch H 2 O 2 5% theo liều xạ 124 Bảng 3.34. KLPT, PI và ĐĐA của CTS được cắt mạch với các thời gian khác nhau theo phương pháp 1 129 Bảng 3.35. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự nhiên (exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian (power) theo phương pháp 1 130 Bảng 3.36. KLPT và ĐĐA phụ thuộc thời gian cắt mạch theo phương pháp 2 131 Bảng 3.37. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự nhiên (exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian (power) theo phương pháp 2 132 Bảng 3.38. Kí hiệu các mẫu CTS cho nghiên cứu hiệu ứng chống oxi hóa 134 Bảng 3.39. Hoạt tính kháng khuẩn của CTS có KLPT M w (kDa) khác nhau đối với E.coli 136 Bảng 3.40. Hiệu suất diệt khuẩn E. coli của CTS KLPT thấp và COS 137 Bảng 3.41. Hiệu quả diệt khuẩn E. coli của CTSM15 có nồng độ 137 [...]... Nghiên cứu giảm khối lượng phân tử chitosan - Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận để chế tạo chitosan khối lượng phân tử thấp và oligochitosan - Nghiên cứu ảnh hưởng của suất liều bức xạ đến hiệu suất cắt mạch chitosan - Nghiên cứu một số ứng dụng của sản phẩm oligochitosan và chitosan khối lượng phân tử thấp chế tạo được Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học cho việc áp dụng hiệu ứng đồng vận. .. đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề axetyl ~ 91% 59 3.3.2 Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề axetyl ~ 80,3% 69 3.3.3 Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề axetyl ~ 72% 76 3.4 HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CHITOSAN Ở DẠNG TRƯƠNG 88 3.4.1 Xác định một số thông số ban đầu của chitosan. .. liệu chitosan và oligochitosan 46 2.3.3 Các phương pháp chế tạo và biến tính vật liệu chitosan .47 2.3.4 Các phương pháp nghiên cứu ứng dụng vật liệu chitosan cắt mạch .51 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .55 3.1 CHẾ TẠO CHITOSAN NGUỒN TỪ CHITIN .55 3.2 CẮT MẠCH CHITOSAN NGUỒN BẰNG HYDROPEROXIT 57 3.3 HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG CHIẾU XẠ DUNG DỊCH .59 3.3.1 Hiệu ứng. .. nghiên cứu các quy trình công nghệ nhằm tăng tính hiệu quả và tiết kiệm năng lượng bức xạ vẫn đang là vấn đề hấp dẫn cần được mở rộng nghiên cứu Từ những thông tin trên, với mong muốn tìm hiểu khả năng kết hợp của hai tác nhân H2O2 và bức xạ gamma Co-60 trong việc cắt mạch chitosan chế tạo oligochitosan, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận H2O2/ bức. .. sử dụng H2O2 nhằm làm gia tăng hiệu suất cắt mạch bức xạ Các yếu tố ảnh hưởng đến độ suy giảm khối lượng phân tử của chitosan như nồng độ, liều xạ, thời gian phản ứng đều được khảo sát Từ kết quả nghiên cứu, chúng tôi tìm điều kiện thích hợp cho việc sử dụng hiệu ứng đồng vận để chế tạo hiệu quả oligochitosan Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm: - Nghiên cứu điều kiện chế tạo hiệu quả chitosan. .. chitosan cắt mạch ở dạng trương…………………………………………………………………………88 3.4.2 Cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận của H 2O2/tia γCo60 ở dạng trương và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ, suất liều .91 3.4.3 Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 91% ở dạng trương 101 3.4.4 Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 80,3 ở dạng trương 111 3.4.5 Hiệu ứng đồng vận. .. H2O2/ bức xạ gamma Coban– 60 để chế tạo oligochitosan 2 Đề tài được tiến hành dựa vào phương pháp nghiên cứu hiệu ứng đồng vận áp dụng cho hai tác nhân là H 2O2 và bức xạ gamma Co-60 trên cơ sở tham khảo một số công trình đã được công bố [45], [32], [91] Bằng phương pháp tiếp cận có hệ thống, chúng tôi tiến hành chế tạo oligochitosan và tính hiệu ứng đồng vận dựa trên phương pháp chiếu xạ gamma Co-60... năng ứng dụng của nó trong nhiều trường hợp [89] Vì vậy, vấn đề biến tính cắt mạch chitosan nhằm mở rộng khả năng ứng dụng của loại polyme này là rất cần thiết Nhiều phương pháp cắt mạch chitosan khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng Trong đó, phương pháp hóa học sử dụng H2O2 và phương pháp chiếu xạ sử dụng bức xạ gamma cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan gần đây được tập trung nghiên cứu áp... của chitosan .13 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN VÀ CÔNG NGHỆ BỨC XẠ BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN 20 1.3.1 Giới thiệu sơ lược về Công nghệ bức xạ và Hóa học bức xạ 20 1.3.2 Một số khái niệm và định nghĩa 21 1.3.3 Nguồn bức xạ 23 1.3.4 Tình hình sử dụng bức xạ trong và ngoài nước .23 1.3.5 Hóa học bức xạ của nước và dung dịch nước .24 1.4 HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN... lò phản ứng hạt nhân và nguồn chiếu xạ gamma Co – 60 Đến nay, nhiều trung tâm chiếu xạ thực phẩm và chiếu xạ khử trùng được xây dựng tại Hà Nội và Tp HCM đã mở rộng hơn phạm vi nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ bức xạ Ở các trung tâm này, với nguồn bức xạ gamma Co – 60 được trang bị, nhiều nghiên cứu biến tính vật liệu đã được triển khai và ứng dụng có hiệu quả Một trong các hướng nghiên cứu đó là . Chitosan có độ đề axetyl~72%, M w ~48,2 kDa CTSM15 Chitosan M w ~15 kDa CTSM23 Chitosan M w ~23kDa CTSM30 Chitosan M w ~30 kDa CTSM45 Chitosan M w ~45 kDa CTSM60 Chitosan M w ~60 kDa CTSM91. Oligochitosan COSM5 Oligochitosan, M w ~ 5 kDa COSM10 Oligochitosan, M w ~ 10 kDa CTS Chitosan CTS-91 Chitosan có độ đề axetyl~91%, M w ~49 kDa CTS-80 Chitosan có độ đề axetyl~80%, M w ~50 kDa CTS-72. CTS -91 (a), CTS-91 cắt mạch (b), COS thu được từ CTS-91 (c), CTS-80 (d) và CTS-72 (e) 85 Hình 3.20. Phổ UV – vis của CTS-91 (a), sản phẩm cắt mạch CTS- 91 (b), COS thu được từ CTS-72 (c), CTS-80