Nghiên cứu xác định một số dạng mangan trong chè

1 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 DANH MỤC HÌNH VẼ 5 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6 MỞ ĐẦU 7 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 9 1.1. Giới thiệu chung về cây chè 9 1.1.1. Thành phần hoá học của lá chè tươi [1] 9 1.1.2. Công dụng của cây chè [1] 11 1.2. Nguyên tố Mangan [7,15] 12 1.2.1. Vai trò sinh học của mangan 12 1.2.2. Khả năng tạo phức của Mn với một số thuốc thử hữu cơ [11,3] 13 1.3. Các phƣơng pháp xác định Mn 14 1.3.1. Các phương pháp phân tích tổng Mn 14 1.3.2. Các phương pháp phân tích định dạng Mn 20 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 31 2.1. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu 31 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 31 2.1.2. Nguyên tắc của phương pháp xác định Mn bằng phương pháp FAAS 31 2.1.3. Nội dung nghiên cứu: 34 2.2. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 35 2.2.1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 35 2.2.2. Hóa chất và nguyên liệu 36 2.2.3. Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn 36 2.3. Lấy mẫu và bảo quản mẫu 37 2.3.1. Mẫu chè khô 37 2 2.3.2. Mẫu nước chè 37 2.4. Quy trình phân tích 37 2.4.1. Quy trình xác định hàm lượng Mn tổng số. 37 2.4.2. Quy trình xác định các dạng mangan trong nước chè 38 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của mangan 39 3.1.1. Chọn vạch đo: 39 3.1.2. Khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử 39 3.1.3. Khảo sát cường độ đèn catot rỗng 39 3.1.4. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá mẫu 40 3.1.5. Khảo sát lưu lượng khí axetilen 41 3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của các điều kiện chiết điểm mù: 42 3.2.1. Ảnh hưởng của pH: 42 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ 8-hydroxyquinoline 44 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt Triton X-100 46 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ 47 3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion 49 3.2.6. Ảnh hưởng của thời gian ly tâm 50 3.3. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định dạng mangan trong nƣớc chè 52 3.4. Xác định giới hạn phát hiện của phƣơng pháp. 53 3.5. Đánh giá phƣơng pháp 54 3.5.1. Độ lặp lại của phương pháp 54 3.5.2. Hiệu suất thu hồi của phương pháp 54 3.6. Xây dựng quy trình phân tích mangan 55 3.6.1. Quy trình phân tích mangan tổng số trong mẫu chè khô 55 3.6.2. Xác định Mn tổng chiết trong nước chè 56 3.6.3 Xác định mangan ở dạng liên kết flavonoit 56 3 3.6.4. Xác định mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè 56 3.7. Phân tích mẫu thực tế 56 3.7.1. Địa điểm thời gian lấy mẫu và kí hiệu mẫu 56 3.7.2. Kết quả phân tích hàm lượng mangan tổng số trong chè khô 58 3.7.3. Kết quả Mn tổng chiết trong nước chè bằng chiết điểm mù 59 3.7.4. Kết quả xác định mangan ở dạng liên kết flavonoit bằng chiết điểm mù 60 3.7.5. Xác định mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù 61 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 64 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Giá trị điểm mù của một số chất hoạt động bề mặt 24 Bảng 3.1. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Mn 40 Bảng 3.2. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa khi xác định Mn 41 Bảng 3.3. Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen khi xác định Mn 42 Bảng 3.4. Các điều kiện đo phổ hấp thụ của nguyên tử mangan 42 Bảng 3.5: Kết quả ảnh hưởng của pH vào hiệu suất chiết điểm mù 43 Bảng 3.6. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ 8-hydroxyquinoline đến hiệu suất chiết 45 Bảng 3.7: Kết quả ảnh hưởng của nồng độ Triton X-100 vào hiệu quả chiết 46 Bảng 3.8: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất chiết 47 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của thời gian ủ vào hiệu suất chiết 48 Bảng 3.10. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion 49 Bảng 3.11. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian ly tâm 50 Bảng 3.12: Bảng tóm tắt các điều kiện tối ưu của quy trình chiết điểm mù. 51 Bảng 3.13: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ Mn 2+ 52 Bảng 3.14: Kết quả phân tích mẫu mangan có nồng độ 0,50 mg/l 53 Bảng 3.15: Kết quả đánh giá độ lặp lại của phương pháp 54 Bảng 3.16: Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi của mẫu 55 Bảng 3.17: Địa điểm lấy mẫu thời gian lấy mẫu và kí hiệu mẫu 58 Bảng 3.18: Hàm lượng kim loại Mn tổng số tính theo µg/g 58 Bảng 3.19: Hàm lượng kim loại Mn tổng chiết tính theo µg/g 59 Bảng 3.20: Kết quả xác định hàm lượng mangan ở dạng liên kết flavonoit bằng chiết điểm mù 60 Bảng 3.21: Hàm lượng mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè 61 5 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Đèn catot rỗng – HCL 18 Hình 1.2: Đèn D2 18 Hình 1.3: Đèn EDL 18 Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử 19 Hình 1.5: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA - 6300 20 Hình 1.8: Tần suất sử dụng các loại chất hoạt động bề mặt trong phương pháp chiết điểm mù 12 năm qua (từ năm 2000-2012). 24 Hình 1.9: Tần suất sử dụng các loại phối tử hữu cơ trong phương pháp chiết điểm mù 12 năm qua (từ năm 2000-2012). 26 Hình 2.1. Sơ đồ chiết điểm mù 32 Hình 2.2: Quy trình phân tích hàm lượng Mn tổng số trong chè xanh 37 Hình 2.3: Quy trình phân tích hàm lượng Mn tổng chiết trong nước chè 38 Hình 2.4: Quy trình phân tích hàm lượng Mn ở dạng liên kết flavonoit trong nước chè 38 Hình 3.1: Đồ thị ảnh hưởng của pH vào hiệu suất chiết điểm mù 43 Hình 3.2: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ 8-hydroxyquinoline vào hiệu suất chiết 45 Hình 3.3: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ Triton X-100 vào hiệu quả chiết 46 Hình 3.4: Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ vào hiệu suất chiết 47 Hình 3.5: Đồ thị ảnh hưởng của thời gian ủ vào hiệu suất chiết 48 Hình 3.6: Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của lực ion 49 Hình 3.7: Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của thời gian ly tâm 51 Hình 3.8: Đường chuẩn xác định mangan 53 Hình 3. 9. Biểu đồ sự phân bố của mangan tổng trong chè 59 Hình 3. 10. Biểu đồ sự phân bố các dạng của mangan trong chè 62 6 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5-BR-PADAP : 2-(5-bromo-2-pyridylazo)-5-(diethylamino)phenol 8-HQ : 8-hydroxyquinoline AAS : Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử APDC : Amoni pyrolidinedithio carbamate CE : Phương pháp điện di mao quản CMC : Nồng độ micellar tới hạn CP : Điểm mù CPE : Phương pháp chiết điểm mù DDTC : Diethyl dithio carbamate DDTP : O-diethyldithiophosphate E(%) : Hiệu suất chiết (%) F-AAS : Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật ngọn lửa ICP-AES : Phổ phát xạ nguyên tử Plasma cao tần cảm ứng ICP-MS : Phương pháp phân tích phổ khối nguyên tử NAA : Phân tích kích hoạt nơtron PAN : 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol PONE-7.5 : Poly (oxyethylene)nonylphenyl(ether) SPE : Phương pháp chiết pha rắn 7 MỞ ĐẦU Trà là một loại đồ uống được nhiều quốc gia trên thế giới ưa chuộng và sử dụng, trong đó có Việt Nam. Trong lá chè rất giàu chất chống oxi hóa, đặc biệt là catechin và nhiều khoáng chất cần thiết cho sức khỏe con người như kẽm, mangan, sắt, magiê, đồng, titan, nhôm, brom, natri, kali, niken, crom và phốt pho… Một trong những nguyên tố vi lượng có trong lá chè rất quan trọng với cơ thể con người là mangan. Sự thiếu hụt của mangan trong cơ thể con người có thể dẫn tới sự biến dạng của xương và sụn, sự phá hủy các mô tế bào. Tuy nhiên, mangan có thể là độc tố môi trường, khoảng nồng độ Mn được phép có mặt trong cơ thể người mà không gây độc hại là rất hẹp và tùy thuộc vào dạng tồn tại của Mn. Nhu cầu mỗi ngày khoảng 30 - 50 mg/kg trọng lượng cơ thể. Nếu hàm lượng lớn có thể gây độc cho cơ thể; gây độc với nguyên sinh chất của tế bào, đặc biệt là tác động lên hệ thần kinh trung ương, gây tổn thương thận, bộ máy tuần hoàn, phổi, ngộ độc nặng gây tử vong… Thành phần dinh dưỡng của mangan phụ thuộc vào dạng hóa học của nó. Trong chè, mangan tồn tại chủ yếu ở các dạng: dạng tự do trong nước, dạng phức yếu, dạng phức flavonoit… Và lợi ích với sức khỏe của các dạng khác nhau là không giống nhau, thường thì mangan ở dạng hữu cơ có ích hơn ở dạng vô cơ. Chính vì vậy, xác định hàm lượng các dạng mangan hữu cơ, vô cơ sẽ góp phần đánh giá chất lượng chè. Hiện nay, có nhiều kĩ thuật ứng dụng để xác định mangan tổng như phổ quang kế, phép phân tích cực phổ, phân tích kích hoạt nơtron (NAA), AAS, ICP- MS, ICP-AES… Đã có nhiều công trình nghiên cứu xác định các dạng của mangan sử dụng thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), ICP-MS kết hợp với các phương pháp sắc ký, phương pháp chiết như: Sắc ký rây phân tử, sắc ký trao đổi ion, chiết pha rắn… Các hệ đo này cho phép tách và định lượng đồng thời các dạng mangan một cách hiệu quả trên nhiều đối tượng, đặc biệt là đối tượng sinh học. Nhưng chi phí cho quá trình phân tích khá lớn do đòi hỏi trang 8 thiết bị, hóa chất đắt tiền nên không phải phòng thí nghiệm nào cũng có thể trang bị được. Thêm vào đó, việc sử dụng các hóa chất độc hại có thể gây ảnh hưởng đến môi trường. Vấn đề đặt ra trong thực tế thí nghiệm Việt Nam hiện nay là cần nghiên cứu một phương pháp có thể sử dụng các thiết bị phổ biến hơn, giá thành hợp lý, hiệu quả chiết cao, thân thiện với môi trường mà vẫn đảm bảo độ chọn lọc, độ chính xác và tin cậy cao để định dạng mangan. Nhiều năm trước, các ứng dụng của hệ thống Mixen đã được công nhận và khai thác trong các lĩnh vực khác nhau của hóa phân tích; chủ yếu là tập trung cải thiện, đổi mới các phương pháp phân tích đã có; đồng thời, phát triển các phương pháp mới và trong đó có phương pháp chiết điểm mù (CPE). Với nhiều ưu điểm như: đơn giản, giá rẻ, chất lượng cao, hiệu quả và ít độc hại so với việc sử dụng dung môi hữu cơ. Cho đến nay, CPE đã được sử dụng để tách chiết, làm giàu các ion kim loại sau khi hình thành tạo phức, sau đó phức được xác định bằng các phương pháp phổ. Vì vậy, CPE đang trở thành một ứng dụng quan trọng và thiết thực trong hóa phân tích. Do đó, chúng tôi đã lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định một số dạng mangan trong chè” với các mục tiêu cụ thể như sau: - Áp dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử định lượng mangan tổng trong mẫu chè khô. - Nghiên cứu, khảo sát và thiết lập các điều kiện tối ưu để xây dựng phương pháp định lượng mangan tổng chiết, mangan ở dạng liên kết flavonoit, mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. 9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về cây chè Cây chè cao 1 – 6 m có tên khoa học là Camellia Sinensis. Lá chè có màu xanh, mọc so le, hình trái xoan, dài 4 – 10 cm, rộng 2 - 2,5 cm, có mũi ở đỉnh, phiến lá lúc non có lông mịn, khi già thì dày, bóng, mép khía răng cưa rất đều. Hoa chè thường có từ 5 - 6 cánh, màu trắng, mọc riêng lẻ ở nách lá, có mùi thơm, nhiều nhụy. Quả chè thường có ba van, chứa một hạt gần tròn, đôi khi nhăn nheo [16]. Cây chè có nguồn gốc từ Bắc Ấn Độ và Nam Trung Quốc. Sau đó diện tích chè được mở rộng sang các quốc gia khác như Mianma, Thái Lan, Việt Nam,… Ở Việt Nam, chè được coi là cây công nghiệp dài ngày có giá trị kinh tế cao. Vì thế, chè được trồng ở khắp mọi nơi nhưng tập chung chủ yếu nhất vẫn là vùng trung du miền núi phía Bắc và Tây Nguyên. So với các vùng lãnh thổ khác trong nước thì hai vùng trên có nhiều điều kiện tự nhiên thuận lợi, rất thích hợp cho sự phát triển của cây chè. Lá chè vừa hái trên cây, dùng để nấu nước uống thì được gọi là chè tươi. Còn chè được sản xuất bằng cách sấy khô búp và lá non rồi sao thành chè khô để pha với nước đun sôi thì được gọi là nước chè xanh. Quá trình làm chè đen hay chè mạn thì phức tạp hơn nhiều bởi chúng đều phải trải qua quá trình lên men sau đó mới đến công đoạn phơi và sấy khô. 1.1.1. Thành phần hoá học của lá chè tƣơi [1] * Nước: Nước trong lá chè xanh chiếm từ 75-80%. * Tanin: Tanin hay còn gọi là hợp chất phenol trong đó có 90% là dạng catechin. Catechin chè (“tea catechin”) là một trong những nhóm chất thuộc lớp flavonoit, có nhiều trong lá cây chè xanh. Trong lá chè có chứa đến 20% tanin. Tanin trong chè có tác dụng như một vitamin P, có tác dụng chống khuẩn và chống oxi hoá mạnh. Tanin tồn tại trong cây chè xanh là các hợp chất catechin: epicatechin (EC), hoặc dưới dạng cấu trúc kết hợp với các nhóm axit gallic: (-)- 10 epigallocatechin gallate (EGCG), (-)-epigallocatechin (EGC), (-)-epicatechingallate (ECG), (-)-epicatechin (EC), (-)-gallocatechin gallate (GCG)… Các flavonoit còn có tác dụng chống oxi hóa (antioxidant). Đây là một trong những cơ sở sinh hóa quan trọng nhất để flavonoit thể hiện được hoạt tính sinh học của chúng. Flavonoit có khả năng kìm hãm các quá trình oxi hóa dây chuyền sinh ra bởi các gốc tự do hoạt động. Tuy nhiên, hoạt tính này thể hiện mạnh hay yếu phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo hóa học của từng chất flavonoit cụ thể. [...]... nm o hp th 2.1.2.2 Xỏc nh dng Mn trong mu nc chố bng phng phỏp FAAS Trc ht, ta dựng phng phỏp chit im mự a Mn trong nc chố v cỏc dng: mangan tng s, mangan t do trong nc v mangan dng phc yu, mangan dng liờn kt flavonoit Sau ú dựng phng phỏp FAAS xỏc nh cỏc dng Mn theo nguyờn tc nh 2.1.2.1 31 Phng phỏp chit im mự: Chit im mự l quỏ trỡnh tỏch cht da trờn s tỏch pha trong dung dch nc cú cht hot ng b... riờng: 1,07g/cm3 - Nhit im mự (CP): 65oC - Tớnh cht: + Tan c trong nc + Cú th trn ln vi cỏc dung mụi hu c phõn cc v cỏc hydrocacbon thm 2.1.3 Ni dung nghiờn cu: Nghiờn cu xõy dng phng phỏp phõn tớch mangan tng s, mangan t do 34 trong nc v mangan dng phc yu, mangan dng liờn kt flavonoit trong chố - Nghiờn cu cỏc iu kin o ph hp th nguyờn t ca mangan + Chn vch o + Chn khe o ca mỏy ph hp th nguyờn t + Kho... v mangan trong chố xanh bng cỏch s dng HNO3, thờm HNO3, H2O2 phỏ mu, nh mc dung dch mu sau ú em o hp th quang bng phng phỏp FAAS v xỏc nh hm lng mangan trong mu chố xanh u nh hn so vi mu chố an ton vi hm lng l 26,2225 mg/kg, nhng a im Hng Tin, Minh Lp cú hm lng mangan trong chố ln hn mu chố an ton l 1,1 v 1,06 ln [12] Paulo R.M Correia, Elisabeth de Oliveira, Pedro V.Oliveira ó xỏc nh Mn v Se trong. .. phỏp quang ph hp th nguyờn t nh lng mangan tng trong mu chố khụ - Nghiờn cu, kho sỏt v thit lp cỏc iu kin ti u xõy dng phng phỏp nh lng mangan tng chit, mangan dng liờn kt flavonoit, mangan dng t do v phc yu trong nc chố bng phng phỏp chit im mự kt hp vi phng phỏp quang ph hp th nguyờn t 2.1.2 Nguyờn tc ca phng phỏp xỏc nh Mn bng phng phỏp FAAS 2.1.2.1 Xỏc nh Mn tng trong mu chố khụ bng phng phỏp FAAS... HNO3 trc sau ú mi s dng HClO4 Trong trng hp phỏ mu bng lũ vi súng cn phi rt thn trng, vỡ trong bỡnh kớn, ỏp sut v nhit cao HClO4 rt d gõy n Loi mu c ỏp dng: Cỏc mu vụ c v hu c Trong nhiu trng hp ta phi s dng hn hp cỏc axit mi cú th vụ c hoỏ c hon ton mu Trong ti ny, chỳng tụi la chn phng phỏp chit im mự kt hp vi phng phỏp quang ph hp th nguyờn t xỏc nh cỏc dng mangan trong chố 30 CHNG 2: THC NGHIM... khỏc cú trong chố l nhng cht cú kh nng kớch thớch h thn kinh trung ng lm cho tinh thn minh mn, nõng cao kh nng lm vic, gim bt mt nhc sau nhng lỳc lm vic cng thng 1.2 Nguyờn t Mangan [7,15] 1.2.1 Vai trũ sinh hc ca mangan Mn l nguyờn t úng vai trũ thit yu trong tt c cỏc dng sng Mn l cht cú tỏc dng kớch thớch ca nhiu loi enzym trong c th, cú tỏc dng n s sn sinh t bo sinh dc, n trao i cht Ca v P trong cu... xỏc nh Mn trong cỏc mu mỏu, huyt thanh hay chố, thc phm bng phng phỏp AAS, u phi x lý mu bng cỏc phng phỏp khỏc nhau, chit bng dung mụi Trong lun vn ny, chỳng tụi s s dng phng phỏp F-AAS th xỏc nh c hm lng mangan trong cỏc mu chố khỏc nhau 1.3.2 Cỏc phng phỏp phõn tớch nh dng Mn Cỏc dng khỏc nhau ca Mn trong nc chố cú cỏc tớnh cht húa lý khỏc nhau Vớ d dng liờn kt Mn(II)-flavonoit tan trong dung... th: L tinh th khụng mu hoc kt tinh dng bt trong sut, im núng chy t 74 n 76oC, im bay hi khong 267oC, thng hoa trờn 310 (2.10-2 Torr); hu nh khụng tan trong nc; d dng tan trong nhng dung mụi hu c nh etanol, metanol, aceton v nhiu dung mụi khỏc, tan nhiu trong acid nh acetic acid hoc nhng acid vụ c S ho tan trong dung mụi khan thỡ khụng mu, nhng s cú mu vng trong mụi trng m 8hydroxyquinoline thỡ n nh... phng phỏp chit im mự trong 12 nm qua ( t nm 2000-2012) [23] Hỡnh 1.7: Tn sut s dng cỏc loi phi t hu c trong phng phỏp chit im mự 12 nm qua (t nm 2000-2012) ng dng ca phng phỏp CPE i vi mc tiờu xỏc nh cỏc dng mangan trong hn hp, hin nay Vit Nam cha cú nhiu cụng trỡnh nghiờn cu theo hng ny tuy nhiờn u im ca nú l rt ln so vi cỏc hng nghiờn cu khỏc Trờn th gii, tỏc gi ó xỏc nh mangan trong dũng chy mui... xỏc nh cỏc dng mangan trong mu nc chố bao gm: + Kho sỏt nh hng ca pH + Kho sỏt nh hng ca nng thuc th 8-hydroxyquinoline + Kho sỏt nh hng ca nng cht hot ng b mt Triton X-100 + Kho sỏt nhit v thi gian + Kho sỏt nh hng ca lc ion + Kho sỏt nh hng ca thi gian ly tõm - Xõy dng ng chun xỏc nh cỏc dng mangan trong nc chố - Xỏc nh gii hn phỏt hin ca phng phỏp - Phõn tớch, nh lng cỏc dng mangan trong mu nc . dựng quy trình phân tích mangan 55 3.6.1. Quy trình phân tích mangan tổng số trong mẫu chè khô 55 3.6.2. Xác định Mn tổng chiết trong nước chè 56 3.6.3 Xác định mangan ở dạng liên kết flavonoit. số trong chè khô 58 3.7.3. Kết quả Mn tổng chiết trong nước chè bằng chiết điểm mù 59 3.7.4. Kết quả xác định mangan ở dạng liên kết flavonoit bằng chiết điểm mù 60 3.7.5. Xác định mangan dạng. cứu xác định một số dạng mangan trong chè với các mục tiêu cụ thể như sau: - Áp dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử định lượng mangan tổng trong mẫu chè khô. - Nghiên cứu, khảo sát