Xác định kẽm, cađimi trong tỏi và thuốc chế biến từ tỏi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Công cuộc công nghiệp hoá ở nước ta đ• tiến hành được hơn10 năm và đ• đạt được những thành tựu lớn, bộ mặt cả đất nước đang thay đổi từng ngày, mỗi ngày một hiện đại hơn, một rực rỡ hơn. Tuy nhiên, điều tất yếu gắn liền với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước là sự ô nhiễm môi trường từ các nguồn nước, khí thải của các nhà máy, xí nghiệp, mà một trong những loại ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng là sự ô nhiễm các kim loại nặng. Phần lớn chúng là những nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của động vật và con người, tuy nhiên với nồng độ lớn như hiện nay một số nguyên tố sẽ xâm nhập vào cơ thể với một lượng quá lớn, vượt giới hạn cho phép và có thể gây ra sự nhiễm độc nguy hiểm. Chính vì vậy, việc phân tích, xác định nồng độ, hàm lượng của các nguyên tố này trong môi trường, mà đặc biệt là trong các mẫu thực phẩm, rau quả - một nguồn gây nhiễm độc chính cho con người - là một việc làm vô cùng cần thiết để bảo đảm sức khoẻ của con người. Vì mục tiêu này, GS -TS Phạm Luận đ• giao đề tài và hướng dẫn em hoàn thành bản khoá luận: ”Xác định kẽm, cađimi trong tỏi và thuốc chế biến từ tỏi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử”.

Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thu Hơng - K43A mở đầu Công cuộc công nghiệp hoá ở nớc ta đã tiến hành đợc hơn10 năm và đã đạt đợc những thành tựu lớn, bộ mặt cả đất nớc đang thay đổi từng ngày, mỗi ngày một hiện đại hơn, một rực rỡ hơn. Tuy nhiên, điều tất yếu gắn liền với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc là sự ô nhiễm môi trờng từ các nguồn nớc, khí thải của các nhà máy, xí nghiệp, mà một trong những loại ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng là sự ô nhiễm các kim loại nặng. Phần lớn chúng là những nguyên tố vi lợng rất cần thiết cho sự sinh trởng và phát triển của động vật và con ngời, tuy nhiên với nồng độ lớn nh hiện nay một số nguyên tố sẽ xâm nhập vào cơ thể với một lợng quá lớn, vợt giới hạn cho phép và có thể gây ra sự nhiễm độc nguy hiểm. Chính vì vậy, việc phân tích, xác định nồng độ, hàm lợng của các nguyên tố này trong môi trờng, mà đặc biệt là trong các mẫu thực phẩm, rau quả - một nguồn gây nhiễm độc chính cho con ngời - là một việc làm vô cùng cần thiết để bảo đảm sức khoẻ của con ngời. Vì mục tiêu này, GS -TS Phạm Luận đã giao đề tài và hớng dẫn em hoàn thành bản khoá luận: Xác định kẽm, cađimi trong tỏi và thuốc chế biến từ tỏi bằng phơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử. 1 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thu Hơng - K43A chơng 1 tổng quan 1.1 Giới thiệu về tỏi và thuốc chế biến từ tỏi Tỏi (tên khoa học là allium sativum) là loài thực vật thân thảo, họ bách hợp, là một loại gia vị đợc a thích và không thể thiếu trong một số món ăn của dân tộc Việt Nam cũng nh của rất nhiều các dân tộc khác trên thế giới. Không chỉ có vậy, ăn tỏi còn có tác dụng phòng và chữa một số loại bệnh nhất định theo kinh nghiệm của y học dân gian. Gần đây, nhờ những công trình nghiên cứu của các nhà khoa học mà chúng ta hiểu sâu sắc hơn về nguyên nhân cũng nh cơ chế chữa bệnh của củ tỏi. Mặc dù vậy, những công dụng này của tỏi đã đợc biết đến từ hơn 3000 năm trớc. 1.1.1 Thành phần [3], [4] Theo một số tài liệu tổng hợp, củ tỏi hàm chứa một số nhóm hoạt chất chính: - Tinh dầu: chủ yếu bao gồm các hoạt chất chứa lu huỳnh, tiêu biểu nh allicin, diallyldisulfide, diallyltriusulfide, allylpropyldisulfide . - Các vitamin A, B 1 , B 2, , C, E . - Khoáng vi lợng: I, Se, Ge, Zn . Ngoài ra, tỏi còn chứa các enzim nh aliinaza, peroxidaza, nyroxidaza và một số hoạt chất khác nh scordinin, S - allylcystein, S - allylmecaptocystein, - Glutamin 2 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thu Hơng - K43A 1.1.2 Tính chất sinh học và công dụng [1],[2],[3],[4],[24] Ngoài công dụng là một gia vị đợc a thích thì tỏi còn có nhiều tác dụng dợc lý khác mà tiêu biểu là: - Tác dụng kháng khuẩn: Tỏi là một chất kháng sinh đa năng với phổ kháng khuẩn rất rộng, có khả năng ức chế tới hơn 70 loại vi khuẩn. Ngời ta đã xác minh rằng diallyldisulfide, diallyltrisulfide, ajoene và một số hoạt chất chứa lu huỳnh khác là các hoạt chất chủ yếu có tính kháng khuẩn trong tỏi. Ngoài ra tỏi còn tính kháng nấm, kháng siêu vi, kháng kí sinh trùng và còn có thể ngăn ngừa đợc cảm cúm, một số bệnh đờng ruột, đờng hô hấp. - Tỏi còn có thể tăng cờng hệ miễn dịch, phòng chống nhiễm trùng, bảo vệ màng tế bào, chống các tổn thơng của nhiễm sắc thể. - Một tác dụng đáng lu ý nữa của tỏi là khả năng điều hoà huyết áp và điều hoà cholesterol huyết, tryglycerid huyết của tỏi. Chính vì vậy, tỏi đóng vai trò quan trọng trong các chức năng bảo vệ tim mạch, giúp phòng chống các chứng xơ vữa động mạch. - Ngoài những tác dụng trên, tỏi còn có khả năng điều hoà huyết và chống sinh huyết khối, giúp phòng chống các bệnh về tim mạch, nhất là đột quỵ, nhồi máu cơ tim. Tác dụng này tơng tự nh aspirin nhng lại không gây phản ứng phụ. - Ngời ta cũng đã xác minh đợc các hoạt chất chủ yếu có trong tỏi nh S - allylcystein(SAC), S - allylmecaptocystein ( SAMC), diallyldisulfide (DAB) . giúp làm chậm các quá trình lão hoá cũng nh phòng chống các hội chứng ung th, nhất là ung th tiền liệt tuyến. Hoạt chất ajoene còn có tác dụng ức chế một số tác nhân gây đột biến gen, giúp ngăn chặn tiến trình gây khối u và ung th. Có thể nói, tỏi là một dợc liệu thiên nhiên quí giá, những công dụng của nó đối với cuộc sống là khó kể hết. Chính vì vậy mà việc trồng và sử dụng tỏi ngày càng đợc mở rộng ra trên phạm vi toàn thế giới. Các đề tài nghiên cứu về 3 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thu Hơng - K43A tỏi nhằm tìm ra những khả năng chữa bệnh khác cũng đang đợc các nhà khoa học hết sức quan tâm. Các công trình gần đây nhất đã công bố những tác dụng dợc lí của tỏi là do diallydisulfide, vinyldithiin, ajoene ., đây là những chất đ- ợc tạo thành do sự chuyển hoá của alicin (C 6 H 10 OS 2 ) khi tiếp xúc với không khí. Mặc dù có những tác dụng lớn nh vậy nhng chính những hợp chất này lại tạo nên một mùi rất khó chịu khi ăn tỏi. Vì vậy các nhà khoa học đã nghiên cứu để tạo ra một số loại thuốc chế biến từ tỏi mà vẫn đảm bảo đợc những đặc tính u việt của nó nh: Viên bao Dogarlic, viên nén Dogarlic, Garlic - T. Tỏi đ- ợc dùng làm thuốc dới dạng tinh dầu (garlic oil) chứa hai hoạt chất chính là allicin có mùi đặc trng của tỏi tơi và aliin không mùi. Bằng công nghệ tiên tiến , ngời ta đã khử mùi của allicin mà không làm mất tính trị liệu của nó. Nh vậy là, những ngời sợ mùi tỏi vẫn có thể nhận đợc những đặc tính quý giá của tỏi - một vị thuốc kì diệu. 1.2 Giới thiệu về các nguyên tố kẽm, cađimi 1.2.1 Trạng thái thiên nhiên và phơng pháp điều chế [6], [7], [8], [25] Trong tự nhiên Zn là nguyên tố tơng đối phổ biến (nó chiếm khoảng 0,008% khối lợng vỏ quả đất) còn cađimi kém phổ biến hơn nhiều. Khoáng vật phổ biến nhất của kẽm là sphalerit (ZnS), calamin (ZnCO 3 ), ngoài ra nó còn thờng gặp cùng với khoáng galenit (PbS). Đối với cađimi, trong tự nhiên, ngời ta thờng gặp nó lẫn trong các quặng của kẽm và trong đó, hàm lợng của cađimi thay đổi rất nhiều.Thông thờng trong các quặng sphalerit và calamin, cađimi chiếm từ 0,1 tới 0,5%. Quặng chính của cađimi là greenockite (CdS), nằm lẫn trong sphalerit, ngoài ra nó có thể đợc tìm thấy trong nớc của một số mỏ than. 4 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thu Hơng - K43A Một trong những nguyên liệu chính để luyện kẽm là quặng sphalerit. Ngời ta nung tinh quặng và thu đợc ôxít kẽm ZnO. Sau đó khử bằng than cốc sẽ thu đợc kẽm kim loại. Để tinh chế, ngời ta hoà tan sản phẩm thu đợc vào H 2 SO 4 rồi điện phân dung dịch ZnSO 4 . Cađimi thờng đợc đợc điều chế từ bã thải của công nghiệp sản xuất kẽm bằng cách chế hoá chúng với H 2 SO 4 , sau đó dùng kẽm đẩy cađimi kim loại ra. Để thu đợc cađimi tinh khiết, ngời ta cũng hoà tan sản phẩm thu đợc trong H 2 SO 4 và điện phân. 1.2.2 Tính chất lý học [6],[7] Kẽm, cađimi là những kim loại màu trắng bạc nhng trong không khí ẩm, chúng dần dần bị bao phủ bởi màng ôxít nên mất ánh kim. ở nhiệt độ phòng kẽm khá giòn nhng ở 100-150 0 C kẽm dễ uốn và dát thành lá. Cađimi cũng mềm, dễ rèn, dễ kéo sợi. Chúng đều là những kim loại dễ nóng chảy và dễ bay hơi (bảng 1a, 1b). Là những nguyên tố đứng cuối cùng trong dãy nguyên tố d, nhóm IIB của bảng hệ thống tuần hoàn, kẽm, cađimi đều là những nguyên tố tơng đối hoạt động hoá học và có trạng thái ô xi hoá cao nhất là +2. Bảng 1a: Một số đặc điểm của kẽm và cađimi Số thứ tự nguyên tử Cấu hình electron Năng lợng ion hoá(eV) Bán kính nguyên tử (A 0 ) Thế điện cực I 1 I 2 Zn 30 [Ar]3d 10 4s 2 9,39 17,96 1,39 -0,763 Cd 48 [Kr]4d 10 5s 2 8,99 16,9 1,56 -0,402 5 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thu Hơng - K43A Bảng 1b: Các hằng số vật lí quan trọng của kẽm và cađimi. Kim loại Nhiệt độ nóng chảy( o C) Nhiệt độ sôi ( 0 C) Tỷ khối Độ dẫn điện Zn 419,5 906 7,13 16 Cd 321 767 8,63 13 1.2.3 Tính chất hoá học [6], [7] 1.2.3.1 Đơn chất - ở nhiệt độ thờng kẽm và cađimi bền với nớc do có màng ôxit bảo vệ, ở nhiệt độ cao kẽm khử hơi nớc biến thành ôxit: Zn + H 2 O = ZnO + H 2 - Kẽm và cađimi dễ dàng tác dụng với axit không có tính ôxi hoá giải phóng khí H 2 M + 2 H 3 O + + 2H 2 O = [M(H 2 O) 4 ] 2+ + H 2 (M = Zn, Cd) - Với những axit có tính ôxi hoá mạnh nh HNO 3 , H 2 SO 4 đặc, kẽm và cađimi tỏ ra rất hoạt động. 4Zn + 10 HNO 3 = 4Zn(NO 3 ) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O - Riêng kẽm có thể tan dễ dàng trong dung dịch kiềm giải phóng H 2 thể hiện tính lỡng tính Zn + 2H 2 O + OH - = [ Zn(OH) 4 ] 2- + H 2 1.2.3.2 Hợp chất của Zn(II) và Cd(II) * Oxít MO: Cả ZnO và CdO đều là những chất khó nóng chảy, hơi rất độc, ở nhiệt độ thờng ZnO màu trắng còn CdO có các màu từ vàng đến nâu. Cả hai 6 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thu Hơng - K43A ôxit không tan trong nớc mà tan trong dung dịch axit. ZnO còn tan trong dung dịch kiềm và CdO chỉ tan trong dung dịch kiềm nóng chảy. CdO + 2KOH (nóng chảy) = K 2 CdO 2 + H 2 O ZnO +2 KOH = K 2 ZnO 2 + H 2 O ZnO đợc dùng để chế tạo bột màu trắng cho sơn, hay dùng để làm chất độn cao su. * Hidroxít: Hidroxit các nguyên tố Zn, Cd đều có dạng kết tủa trắng nhầy không tan trong nớc, dễ tan trong axit. Riêng Zn(OH) 2 tan trong kiềm mạnh tạo phức hidroxozincat. Zn(OH) 2 + 2NaOH = Na 2 [Zn(OH) 4 ] Cd(OH) 2 không thể hiện rõ tính chất lỡng tính nh Zn(OH) 2 : nó không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy. Cả hai hidroxit đều tan trong dung dịch NH 3 tạo phức amoniacat M(OH) 2 + 4NH 3 + 2H 2 0 = [M(NH 3 ) 4 ](OH) 2 * Muối: Đa số các muối của Cd(II ), và Zn (II) đều không có màu. Các muối sunfat, nitrat của các nguyên tố này đều tan tốt trong nớc. Chỉ có muối sunfua, cacbonat của chúng là ít tan trong nớc. Các muối Zn(II), Cd(II) clorua bị hidrat hoá tạo nên những axit tơng đối mạnh. ZnCl 2 + 2H 2 O = H 2 [Zn(OH) 2 Cl 2 ] Do vậy dung dịch ZnCl 2 đặc thờng đợc dùng để đánh sạch sắt, thép trớc khi hàn. FeO + H 2 [Zn(OH) 2 Cl 2 ] = Fe[Zn(OH) 2 Cl 2 ] + H 2 O 7 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thu Hơng - K43A Ion Zn 2+ và Cd 2+ tạo nên nhiều phức chất. Những ion phức thờng gặp là [ZnX 4 ] 2- , [CdX 4 ] 2- (trong đó X = Cl - , Br - , I - , CN - ), [Zn(NH 3 ) 4 ] 2- , [Cd(NH 3 ) 4 ] 2- , [Zn(NH 3 ) 6 ] 2+ , [Cd(NH 3 ) 6 ] 2+ . 1.2.4 Tính chất sinh học [5], [21], [23] Kẽm chỉ đứng sau sắt trong số những nguyên tố lợng vết thiết yếu nhất của cơ thể con ngời với tổng lợng lên tới 2-3 g trong cơ thể và nhu cầu kẽm hàng ngày của một ngời trung bình khoảng 20 - 45 mg. Phân bố của kẽm không đồng đều, nhiều ở tinh hoàn, sau đó là tóc, xơng, gan, thận, da và não. Đặc điểm của kẽm là: không có dự trữ trong cơ thể, có nửa đời sống sinh học ngắn (12,5 ngày) trong các cơ quan nội tạng nên dễ bị thiếu nếu khẩu phần ăn không đợc cung cấp đầy đủ. Các vai trò chính của kẽm: - Tham gia vào cấu tạo các enzim trong đó có trên 200 enzim lệ thuộc kẽm là những enzim chủ yếu nh men oxi hoá khử, men vận chuyển, men thuỷ phân, men cacboxypeptitdaz hay men dehidrogenaz. - Kẽm có vai trò điều hoà chuyển hoá lipit và ngăn ngừa mỡ hoá gan. - Kẽm tham gia vào chức phận tạo máu, vai trò này của kẽm quan trọng không kém vai trò của sắt. Qua hàm lợng kẽm, ngời ta còn có thể đánh giá sự suy dinh dỡng ở tuổi đang phát triển. - Ngoài ra kẽm còn rất cần thiết cho sự biệt hoá tế bào và sự ổn định màng.Thiếu kẽm, quá trình tổng hợp AND và quá trình sao chép trong tế bào bị suy yếu. Thiếu kẽm trong quá trình mang thai gây hiện tợng đứt đoạn quá trình nhân đôi ở các tế bào phôi. ở động vật bị thiếu kẽm, xảy ra các dị tật ở não, mặt, hệ thần kinh, tim, lách, xơng và hệ sinh dục, tiết niệu. Nh vậy, có thể nói, trong cơ thể con ngời cũng nh trong động vật nói chung, kẽm đóng vai trò rất quan trọng. Và cũng chính vì không có dự trữ mà 8 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thu Hơng - K43A cơ thể đòi hỏi chúng ta phải cung cấp kẽm hàng ngày qua các thực phẩm nh ngũ cốc, đậu đỗ hay gan, lòng đỏ trứng gà. Khác với kẽm, cađimi chỉ tồn tại ở dạng vết trong tổ chức của động vật và thực vật (khoảng 1 ppm) và vai trò sinh học của nó vẫn còn là vấn đề đang đợc tranh cãi. Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây thờng tập trung vào xác định độc tính của cađimi đối với cơ thể. ở mọi dạng tồn tại, cađimi đều rất nguy hiểm, chỉ cần một lợng 30 - 40 mg cũng đủ để gây chết ngời. Do mỗi lần lợng cađimi thải ra khỏi cơ thể con ngời rất chậm (0,1% 1 ngày đêm) nên dễ diễn ra quá trình ngộ độc mạn tính. Những triệu chứng sớm nhất của nó là những tổn thất ở thận và hệ thần kinh, rối loạn chức năng các cơ quan sinh dục và rối loạn các chức năng phổi. Đặc biệt, cađimi còn phá huỷ tuỷ xơng dẫn đến ung th. Trong cơ thể, cađimi tích tụ trớc hết là ở thận, gan. phổi, móng chân, tóc . trong đó, lợng cađimi trong tóc đợc sử dụng nh một chỉ tiêu đánh giá nhiễm độc cađimi . Lợng cađimi xâm nhập vào cơ thể con ngời chủ yếu qua đờng ăn uống những thực phẩm có chứa cađimi. Tuy nhiên, lợng cađimi mà chúng ta nhận đ- ợc nhiều nhất là từ thực phẩm có nguồn gốc thực vật. Vấn đề là ở chỗ cađimi rất dễ dàng chuyển từ đất lên cây cối, thực vật hấp thụ tới 70% cađimi từ đất, còn 30% trong không khí. Do cađimi ngày càng đợc sử dụng nhiều trong công nghiệp nên sự ô nhiễm cađimi hiện nay đã bằng đúng với giới hạn cho phép (theo đánh giá của tổ chức y tế thế giới WHO). Nh vậy nhờ khả năng thâm nhập vào thực vật qua đất và rễ mà cađimi dễ dàng lọt vào chuỗi thực phẩm gây nhiễm độc, nguy hại nghiêm trọng đến súc khoẻ con ngời. Chính vì vậy, chúng ta nhận thấy vấn đề cấp bách hiện nay là phân tích, xác định hàm lợng cađimi trong những sản phẩm nông nghiệp, qua đó góp phần kiểm tra đảm bảo chất lợng thực phẩm, tránh sự nhiễm độc cađimi. 9 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thu Hơng - K43A 1.3 Các phơng pháp xác định Kẽm và Cađimi Các phơng pháp và kĩ thuật phân tích ngày càng đợc phát triển và hoàn thiện, để phục vụ cho phân tích định tính (phát hiện), phân tích định lợng .Căn cứ theo mức độ và khả năng ứng dụng ngời ta chia thành hai nhóm: 1.3.1 Nhóm các phơng pháp hoá học Nhóm này là các phơng pháp (hay kĩ thuật) để phân tích, xác định hàm lợng lớn (đa lợng) của chất, thông thờng lớn hơn 0,05%. Nhóm này bao gồm: - Các phơng pháp phân tích khối lợng - Các phơng pháp phân tích thể tích. 1.3.1.1 Phơng pháp phân tích khối lợng [11], [12], [25] Nguyên tắc: để tiến hành xác định một chất có trong mẫu phân tích, trớc hết cần cân chính xác một lợng mẫu đem hoà tan thành dung dịch sau đó kết tủa chất cần phân tích. Tiến hành lọc, rửa, sấy và nung kết tủa ở nhiệt độ thích hợp ta đợc chất cần phân tích ở dạng hợp chất bền có thành phần xác định. Căn cứ vào khối lợng kết tủa và thành phần hoá học của nó ta sẽ xác định đợc hàm lợng chất cần phân tích trong mẫu. Với kẽm, ngời ta cho kết tủa ZnS ở pH 2-3. Giống nh vậy, CdS kết tủa màu vàng trong môi trờng axit cũng thờng đợc sử dụng để định lợng cađimi theo phơng pháp này. Phơng pháp phân tích khối lợng cho độ chính xác cao, tuy nhiên đòi hỏi thời gian và một số thao tác phức tạp. Hơn nữa, đây là phơng pháp phân tích nhằm xác định lợng lớn nên không đợc sử dụng trong xác định lợng vết. 1.3.1.2 Phơng pháp phân tích thể tích[10], [11] 10