Một hợp chất hóa học được sử dụng để phát hiện, xác định hay để tách trong quá trình phân tích hóa học một chất hay hỗn hợp của nhiều chất được gọi là thuốc thử phân tích. Do đó thuốc thử phân tích bao gồm cả những chất chỉ thị, chất điều chỉnh pH, dung dịch rửa kết tủa… Vậy một số chất chứa carbon (CO2, CO, CaCO3 ) bất kì hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp được sử dụng trong hóa phân tích được gọi là chất phản ứng phân tích hữu cơ hoặc gọi gọn hơn là thuốc thử hữu cơ.Nghiên cứu phản ánh giữa thuốc thử hữu cơ và ion vô cơ va ứng dụng của nó va phân tích thực chất là nghiên cứu quá trình tạo phức .Sự phát triển lý thuyết hoá học trong những năm gần đây và đặc biệt là sử dụng thuyết trường phối tử và việc nghiên cứu các kim loại chuyển tiếp và phức của chúng đã giúp các nhà khoa học nói chung và phân tích nói riêng hiểu sâu sắc những yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của phức chất ,bản chất phổ hấp thụ của chúng vẫn giữ tính chất quý giá khác .Chúng ta sẽ nghiên cứu thuốc thử hữu cơ trong khung cảnh của những lý thuyết hiện đại này.
Trang 1ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA HÓA
TIỂU LUẬN HÓA PHỨC CHẤT
ỨNG DỤNG VAI TRÒ CỦA EDTA TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN VÀ
TÁCH CHIẾT ADN
GVHD.PGSTS:TRẦN NGỌC TUYỀN
SV:TRẦN THỊ VẼ
Trang 2HUẾ 12/2014
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I.TỔNG QUAN VỀ THUỐC THỬ HỮU CƠ
1.Định nghĩa
2.Ưu điểm của thuốc thử hữu cơ so với thuốc thử vô cơ
3.Đặc tính cơ bản của thuốc thử hữu cơ
CHƯƠNG II.THUỐC THỬ EDTA
1.Giới thiệu EDTA
2.Một số ứng dụng của thuốc thử EDTA
3.Hàm lượng và chất lượng EDTA
CHƯƠNG III.SỬ DỤNG EDTA TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 1.Khả năng tạo phức của EDTA trong nước
2,Ảnh hưởng của EDTA đối với môi trường và thủy sinh vật CHƯƠNG IV.TÁCH CHIẾT ADN
1.Nguyên tắc và yêu cầu
2.Các bước chính trong tách chiết ADN
3.Một số hóa chất thông dụng dùng trong tách chiết axit nucleic CHƯƠNG V.PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG EDTA
CHƯƠNG VI.KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 3CHƯƠNG1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC THỬ HỮU CƠ
1.Định nghĩa.
- Một hợp chất hóa học được sử dụng để phát hiện, xác định hay để tách trong quá trình phân tích hóa học một chất hay hỗn hợp của nhiều chất được gọi
là thuốc thử phân tích
- Do đó thuốc thử phân tích bao gồm cả những chất chỉ thị, chất điều chỉnh
pH, dung dịch rửa kết tủa…
- Vậy một số chất chứa carbon (CO2, CO, CaCO3 ) bất kì hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp được sử dụng trong hóa phân tích được gọi là chất phản ứng phân tích hữu cơ hoặc gọi gọn hơn là thuốc thử hữu cơ
-Nghiên cứu phản ánh giữa thuốc thử hữu cơ và ion vô cơ va ứng dụng của
nó va phân tích thực chất là nghiên cứu quá trình tạo phức Sự phát triển lý thuyết hoá học trong những năm gần đây và đặc biệt là sử dụng thuyết trường phối tử và việc nghiên cứu các kim loại chuyển tiếp và phức của chúng đã giúp các nhà khoa học nói chung và phân tích nói riêng hiểu sâu sắc những yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của phức chất ,bản chất phổ hấp thụ của chúng vẫn giữ tính chất quý giá khác Chúng ta sẽ nghiên cứu thuốc thử hữu cơ trong khung cảnh của những lý thuyết hiện đại này
2.Ưu điểm của thuốc thử hữu cơ so với thuốc thử vô cơ
-Thuốc thử hữu cơ có một số ưu điểm nổi bật so với thuốc thử vô cơ ,vì vậy
nó được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế của phân tích
• Trước hết cần chú ý đến độ tan rất nhỏ của hợp chất tạo bởi thuốc thử hữu và ion vô cơ.Vì vậy,người ta có thể rửa kết tủa cẩn thận để tách hết các chất mà không sợ mất đi một lượng đáng kê ion cần xác định.Ngoài ra,hiện tượng kết tủa theo khi dùng thuốc thử hữu cơ cũng chỉ rất ít
• Thuốc thử hữu cơ thường có trong lượng phân tử lớn do đó thành phần phần trăm của ion xác định trong hợp chất tạo thành với thuốc
Trang 4thủ hữu cơ bao giờ cũng thấp hơn trong bất kì hợp chất nào tạo thành bởi thuốc thử vô cơ
Ion cần xác định
Hợp chất tạo thành giữa ion cần xác định với thuốc thử
Thành phần % của ion cần xác định trong hợp chất tạo thành với thuốc thử
3.Một số đặc tính cơ bản của thuốc thử hữu cơ
- Độ tinh khiết : trừ một số ít thuốc thử, hầu hết các hợp chất hữu cơ
trên thị trường là không tinh khiết Tùy theo mỗi trường hợp, có thể yêu cầu được làm sạch.
amino acid nên phải làm sạch trước khi sử dụng.
- Độ tan: độ tan của thuốc thử trong dung môi nào sẽ quyết định
phương pháp phân tích của thuốc thử ấy.biết được độ tan của chúng ta
sẽ chủ động trong nghiên cứu.
Ví dụ: EDTA không tan tốt trong nước (môi trường trung tính).Để
thay đổi độ tan của nó thì cần trung hòa bằng một bazơ
Trang 58-hydroxyquinoline tan yếu trong nước, nó thường tan yếu trong acid acetic ở dạng băng và pha loãng bằng nước, nếu phối tử hay phức của
nó không tan trong nước.
- Áp suất hơi: Một phức có thể có áp suất hơi cao hơn các phức khác.
Nhưng dẫn xuất của metoxy hay etoxy có áp suất hơi cao hơn những hợp chất “bố mẹ “ của chúng, một số chất được tách bằng phương pháp sắc kí phổ.
- Độ bền: Một số phức chelate rất bền trong dung môi trơ khi phức
hình thành Tuy nhiên, một số phức bền với nhiệt được tách bằng phương pháp chưng cất mà không bị phân hủy.Một số phức nhạy với ánh sáng và không khí thì phải được bảo quản cẩn thận
Độ phân cực: Độ phân cực của một phân tử cho biết độ tan của
nó trong dung môi Một phân tử phân cực sẽ có thuận lợi trong dung môi chiết Bên cạnh đó, sự tách dựa trên sự phân cực hay không phân cực của phân tử chất được chiết được sử dụng một cách rộng rãi.
CHƯƠNG II:THUỐC THỬ EDTA
1,GIỚI THIỆU EDTA
EDTA là acid etylendiamin tetraaxetic kí hiệu là H 4 Y,có phân tử lượng M=292,1.Là một chất rắn màu trắng,ít tan trong nước ,có khả năng tạo nhiều phức bền với nhiều kim loại chuyển tiếp nên được dùng trong phân tích để nhận biết hoắc tách chất gây cản trở.
Trang 6Tính chất vật lý:
- Dạng lỏng màu vàng nhạt, bột trắng ngà, tinh thể
Tùy thuộc vào cấu trúc hóa học sẽ có độ tan khác nhau
Tính chất hóa học:
-Thông thường EDTA được cung cấp ở thị trường gồm các dạng EDTA-H4, EDTA-H2Na2, EDTA-HNa3, EDTA-Na4 :
+Nhờ vào khả năng tạo phức bền với ion kim loại (cô lập hoạt tính ion kim loại nặng - chelation), người ta thường sử dụng EDTA khi sự xuất hiện của ion kim loại gây ảnh hưởng xấu cho quá trình sản xuất
+Khả năng càng hóa (chelate hóa - tạo phức với ion kim loại) tùy thuộc vào cấu trúc hóa học
+Phức của EDTA với kim loại tan hoàn toàn trong nước (không phải tạo kết tủa
EDTA thường thấy ở hai dạng muối sau:
+Hai muối: EDTA.2Na - Disodium ethylen diamin tetraacetate
- Công thức:
- Trọng lượng phân tử: 280
- Dạng bột trắng, không mùi, tan trong nước.
+Bốn muối: EDTA.4Na -Tetrasodium ethylen diamin
tetraacetate)
- Công thức:
- Trọng lượng phân tử: 324.
- Dạng bột màu trắng, hút ẩm, tan nhiều trong nước
Trang 7+EDTA phân li cho 4 nấc acid:
Pka1=1,99;pKa2=2.67:pKa3=6,16;pKa4=10,26
+5 dạng của EDTA (H4Y,H3Y-,H2Y2-,HY3-,Y4-)
+EDTA kết hợp được hầu hết ion kim loại theo tỉ lệ 1 :1
Mn+ + Y4- -> MY(n-4)
Khả năng tạo phức của EDTA : + EDTA có khả năng tạo phức bền
với hầu hết các kim loại và phức tan tốt trong nước Tất cả các cation phản ứng với EDTA,trừ các kim loại kiềm (Na+,K+……)
+ Nguyên tử oxi trong nhóm acid (-COOH) có khả năng tạo liên kết cộng hóa trị với ion kim loại Nguyên tử N trong nhóm amin có khả năng tạo liên kết phối trí với ion kim loại Do đó,EDTA có khả năng tạo muối nội phức với hầu hết kim loại
Mô tả giải thích quá trình phản ứng của cation kim loại với
EDTA :
+Sự tạo thành phức của kim loại với Amoniac (NH3) :phân tử NH3 kết hợp với ion kim loại bằng những liên kết với các ion kim loại bằng
Trang 8những liên kết cho nhận giữa cặp electron tự do của N với ion kim loại tạo thành những chất tan trong dung dịch
+Đối với Ethylendiamin hai phân tử amoniac sẽ cùng liên kết với ion kim loại Mỗi một nito sẽ cho nhận một cặp điện tử ,như vậy sẽ hình thành liên kết đồng hóa trị với kim loại
+Đối với EDTA các hidro được thay thế bởi ion axetat.MôtTrong những oxi trong axetat lại có khả năng hình thành mối liên kết khác với ion kim loại (trong ion axetat có hai nguyên tử oxi với bốn cặp điện tử
,nhưng chỉ có một ion duy nhất có thể hướng về phía ion kim loại và ion axetat sẽ mất đi một hidro để hình thành liên kết C-N)
Độ bền của phức EDTA:
Độ bền của phức chelate kim loại phụ thuộc vào Ph dung dịch và cấu trúc electron của ion trung tâm.Trong phản ứng tạo phức luôn đẩy ra 2 ion H+,do vậy độ bền của phức chịu sự ảnh hưởng của pH môi trường là khá lớn
Hằng số bền của phức:
β' MY=
Một số phức và độ bền của phức:
Trang 9CoY 2- 16,31 ThY 23,20
2 Một số ứng dụng của phức EDTA:
Thực tế, EDTA có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như:
Công nghiệp tẩy rửa: Tạo phứa với ion Ca2+, Mg2+, kết hợp với kim loại nặng
Làm sạch nước: Tạo phức với ion Ca2+, Mg2+ (giảm độ cứng của nước)
Trong nhiếp ảnh: Sử dụng Fe(III)EDTA như là chất oxi hóa
Trong công nghiệp sản xuất giấy: Tạo phức với kim loại nặng trong quá trình tẩy trắng, sự ổn định của hydro peoxit
Công nghiệp dệt: Tạo phức với kim loại nặng, máy tẩy trắng vải
Hóa học nông nghiệp: Phân bón sắt, kẽm và đồng, đặc biệt là vùng đá vôi
Kỹ thuật trồng cây trong nước : Fe(III)EDTA được sử dụng để hòa tan sắt rong dung dịch dinh dưỡng cho cây trồng
3.Hàm lượng và chất lượng của EDTA
-Tùy thuộc vào hàm lượng của ion kim loại nặng có trong môi trường sản xuất cần xử lý để xác định hàm lượng EDTA tương ứng
-Hiện tại trên thị trường có thể xuất hiện EDTA với nhiều nguồn gốc (xuất xứ) khác nhau Người có nhu cầu sử dụng sẽ rất phân vân khi chọn lựa loại hàng nào, do ai sản xuất, hàng nào thật, hàng nào giả Điều cần quan tâm đầu tiên là chất lượng hàng hóa đảm bảo, dịch vụ kỹ thuật, hậu mãi tốt Để có thể an tâm
về hàng hóa khi mua, người mua nên xác định chất lượng như sau:
+ Yêu cầu 1 trung tâm kiểm định có uy tín nào đó xác định lại chất lượng hàng hóa
+Tìm hiểu về nhà phân phối tại Việt Nam, nhà sản xuất Có thể tìm hiểu thông tin về nhà sản xuất 1 cách dễ dàng qua các công cụ tìm kiếm trên internet, danh bạ điện thoại của các nước hoặc gọi đến lãnh sự quán các nước để nhờ xác minh
Trang 10+Đề nghị nhà phân phối cung cấp bản chứng nhận chất lượng (Certificate of Analysis), xuất xứ hàng hóa (Certificate of origin), có kèm theo bản chính để đối chiếu càng tốt Trên bao bì của sản phẩm sẽ có
số lô (batch number) tương ứng theo bản chứng nhận chất lượng của nhà sản xuất
+Nếu cảm thấy nghi ngờ về một nguồn hàng nào đó, đừng ngần ngại tiếp xúc với nhà sản xuất để kiểm tra xem ai là nhà phân phối ở Việt Nam
+Kiểm tra bao bì xem có dấu hiệu gì bất ổn không Chữ in trên bao bì, hình ảnh phải rõ nét, không bị nhòe Ví dụ: EDTA-Na2 (Dissolvine NA-2)
và EDTA-Na4 (Dissolvine NA) của Akzo Nobel sản xuất tại Hà Lan được đóng gói trong bao nhựa 25kg với những hình ảnh nhiều màu sắc được
Lưu ý: thông thường EDTA-Na4 có khả năng tan trong nước rất tốt, khi
tan không có hiện tượng bất thường như sủi bọt, tỏa nhiệt
CHƯƠNG III.Sử dụng EDTA trong nuôi trồng thủy sản:
1. Khả năng tạo phức EDTA trong nước :
+Đặc tính của EDTA là tạo phức với các kim loại ở tỉ lệ 1:1 Khả năng tạo phức với kim loại phụ thuộc vào pH của nước, như Ca2+ và Mg2+ yêu cầu pH khoảng
10 Mặt khác sự tạo phức với các kim loại còn phụ thuộc vào hằng số hình thành phức, hằng số càng cao thì khả năng tạo phức càng cao Đối với chì (Pb) hằng số K=1018, đối với Ca2+, K108 Trong môi trường nước, mặc dù có nhiều
Ca2+, nhưng Pb2+ sẽ cạnh tranh với Ca2+
+EDTA di chuyển vào trong đất và tạo phức với các kim loại vết cũng như
là các kim loại kiềm thổ (Na+, K+, Ca2+,…), từ đó làm tăng độ hòa tan của kim loại Đặc biệt là trong đất phèn, EDTA sẽ tạo phức kẹp (chelate) Fe-EDTA từ đó làm giảm quá trình hoạt động của Fe3+ Trong môi trường kiềm, EDTA lại tạo phức chủ yếu với Ca2+ và Mg2+ tạo thành CaMg-EDTA làm giảm độ cứng của nước Một khía cạnh khác là trong phân tử EDTA có 10% là nitơ, vì vậy khi sử dụng EDTA có thể góp phần cung cấp thêm nitơ cho môi trường kích thích tảo phát triển Trong nước Ca3(PO4)2 và FePO4 thường là những dạng không hòa tan làm mất đi lượng lớn PO43- trong nước làm hạn chế sự phát triển của tảo, từ đó
Trang 11làm môi trường khó gây màu nước Khi sử dụng EDTA sẽ tạo phức với Ca, Fe chuyển PO43- vào trong nước ở dạng hòa tan, từ đó kích thích tảo phát triển
Tương tác của complexon II với cation Ca 2+ và Mg 2+ có thể trình bày dưới dạng sơ đồ:
Tổng quát sau:
2. Ảnh hưởng của EDTA đối với môi trường và thủy sinh vật :
+EDTA tạo phức với kim loại, mức độ ổn định của phức sẽ tùy thuộc vào từng kim loại khác nhau Các muối của EDTA tan trong nước, một số ít sẽ hấp thụ vào lớp bùn đáy ao, không bay hơi và khả năng phân hủy sinh học chậm Sự phân hủy sinh học của EDTA trong môi trường phụ thuộc vào loại đất, nhiệt độ, pH, vật chất hữu cơ và thành phần vi sinh vật
Trang 12+Hiện nay, chưa có báo cáo về ảnh hưởng của EDTA lên sức khỏe con người Tuy nhiên, EDTA được chứng minh là có ảnh hưởng lên sự ức chế sự tổng hợp ADN và khi vào cơ thể, EDTA tồn tại trong thận 95%, và 5% còn lại trong túi mật
+CaNa2EDTA được cho phép sử dụng trong bảo quản thực phẩm ở các nước Châu Âu và Mỹ ở giới hạn cho phép từ 25-800 ppm HO qui định về giới hạn hấp thụ tối đa là 2,5 mg/kg Điều này có nghĩa là đây là giới hạn để theo dõi hàm lượng EDTA trong nước uống
+EDTA và muối của nó thường không gây độc cho động vật trên cạn Hàm lượng EDTA tìm thấy trong nước mặt tự nhiên ở nồng độ rất thấp (0-1,0 ppm) và không ảnh hưởng cho động vật thủy sinh Tuy nhiên, khi sử dụng nhiều có thể thúc đẩy quá trình phát tán ô nhiễm kim loại
+Tảo và động vật không xương sống nhạy cảm với EDTA nhiều nhất vì chúng ảnh hưởng lên sự phân chia tế bào, sắc tố quang hợp chlorophyll-a Tuy nhiên, một điều thú vị là trong môi trường có hàm lượng dinh dưỡng bằng với lượng EDTA thì EDTA không thể hiện tính độc, cảnh báo các phức với kim loại
có tính tự phân hủy sinh học chậm trong nước nhưng lại tan nhanh trong đất, điều này có thể dẫn đến sự tích lũy kim loại và tồn tại lâu trong đất
Một số nghiên cứu ứng dụng về EDTA:
-Nghiên cứu của Licop (1988) trên ấu trùng tôm sú Penaeus monodon cho thấy khi bổ sung Na-EDTA ở nồng độ 5,0 và 10ppm và trong nước ương vào thứ 1, 4 và 7 có tác dụng nâng cao tỉ lệ sống của ấu trùng.Với cường độ sử dụng hàng ngày ở hàm lượng 10ppm cho tỉ lệ sống tốt nhất
-Thí nghiệm Cd trên cá Hồi, Part và Wikmark (1984) cho rằng Cd2+ di chuyển trực tiếp vào trong mang và cao gấp 1000 lần so với phức Cd-EDTA Như vậy, EDTA có tác dụng rất tốt khi làm giảm ảnh hưởng của kim loại nặng lên thủy sinh vật
-Trong xử lý nước thải, nghiên cứu của Mayenkar và Lagvankar (1983) cho thấy EDTA có khả năng loại bỏ Niken (Ni) hơn 60%, đồng (Cu) la 100% và đối với sắt (Fe) khoảng 85%
-EDTA cũng có tác động lên vi khuẩn gram âm vì có khả năng phá vở màng tế bào thông qua xâm nhập và làm mất nhóm acetyl (COCH3),từ đó làm giảm thiểu lượng Ca và Mg trong tế bào và làm mất chức năng của vách lipopolysarcharide (Oviedo và Rodriguez, 2003)
CHƯƠNG IV.TÁCH CHIẾT ADN
1.NGUYÊN TẮC VÀ YÊU CẦU
Trang 13- Tách chiết ADN là cần thiết bởi các thực nghiệm của công nghệ gen đều tiến hành với ADN (hay ARN)
- ADN tách chiết được cần đảm bảo về độ tinh khiết và
độ nguyên vẹn về cấu trúc để thực hiện được các khâu nghiên cứu tiếp theo trong công nghệ gen thực vật
* Có rất nhiều phương pháp tách chiết AND, tuỳ thuộc mục đích nghiên cứu mà lựa chọn các phương pháp tách ADN cho phù hợp
2,CÁC BƯỚC CHÍNH TRONG TÁCH CHIẾT ADN.
1 Phá vỡ vật liệu ban đầu (tế bào, mô) để mở tế bào và giải phóng axit nucleic (ADN và ARN) (nghiền trong ni tơ lỏng
và hòa trong đệm chiết)
2 Bổ sung các chất chống các chất hoạt hoá enzyme ADNase và làm biến tính các phân tử protein2, dịch hữu cơ.v.v
3.Tách ADN khỏi các tạp chất khác (bằng máy ly tâm) 4.Kết tủa , rửa và hòa tan ADN (rửa bằng dung dịch cồn, hòa tan trong TE hoặc nước cất)
3.MỘT SỐ HÓA CHẤT THÔNG DỤNG DÙNG TRONG TÁCH CHIẾT AXIT NUCLEIC.
- Ni tơ lỏng: Thông thường để phá màng/vỏ tế bào chúng ta phải
dùng nitơ lỏng, vì nitơ lỏng có 2 tác dụng chính đó là: + Làm cho màng bị cứng giòn, dễ bị vỡ khi nghiền + Và ni tơ lỏng giữ cho mẫu ở trạng thái lạnh, trạng thái mà các enzym phá huỷ axít nucleic không hoạt động cho tới khi chúng bị ức chế
Một số qui trình sử dụng vật liệu đông khô, bởi vật liệu đông khô dễ phá vỡ màng hơn, mặt khác sử dụng vật liệu đông khô không cần giữ mẫu
ở trạng thái lạnh, vì trong môi trường khô tuyệt đối các ezim phá huỷ axít nucleic cũng vô tác dụng.
- EDTA: Khi màng bị phá vỡ, một loạt các chất đựơc giải phóng ra
dung dịch, trong số chúg có các loại emzim thuỷ phân axít nucleic thành