Nghiên cứu ảnh hưởngcủa nhiệt độ và nồng độ đến quá trình điều chế phức sắt polysaccarit từ dextrin và sắt ( III) clorua

Do việc sử dụng các phức sắt polysaccarit trong điều trị thiếu máu do thiếu sắt trong vài thập niên gần đây tỏ ra rất có hiệu quả, nhiều nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu cấu trúc của một số phức sắt trong nhóm hợp chất này. Nhiều nghiên cứu cho thấy sắt tồn tại trong phức với polysaccarit ở dạng akaganeite. Tuy nhiên, các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành akaganeite và phức sắt polysaccarit chưa được đề cập nhiều. Vì vậy, tôi mạnh dạn chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởngcủa nhiệt độ và nồng độ đến quá trình điều chế phức sắt polysaccarit từ dextrin và sắt ( III) clorua

LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy ThS.Nguyễn Đình Vinh giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho em hồn thành đề tài Khơng thế, trình nghiên cứu đề tài thầy bảo hướng dẫn tận tình cho em kiến thức lý thuyết, kỹ trình tiến hành, cách giải vấn đề, đặt câu hỏi … Thầy người truyền động lực em, giúp em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu khoa học Cho phép em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô giáo, anh chị kỹ thuật viên phòng thí nghiệm Hóa học, trường Đại học Khoa học tạo điều kiện sở vật chất, máy móc nhiệt tình giúp đỡ em sinh viên khác hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè tập thể lớp Cử Nhân HóaK8 ln sát cánh động viên em giai đoạn khó khăn Trong q trình thực đề tài, hạn chế mặt kinh nghiệm nh trình độ nghiên cứu nên nhiều thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô, nhà khoa học bạn En xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2013 Sinh viên Vũ Thị Thúy Hà MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan akaganeite .5 1.1.1 Cấu trúc 1.1.2 Sự phân bố 1.1.3 Tính chất .6 1.1.4 Ứng dụng 1.2 Tổng quan polysaccarit: 1.3 Cấu trúc phức sắt polysaccarit 1.4 Ứng dụng phức sắt polysaccarit 10 1.5 Các phương pháp điều chế phức sắt polysaccari .12 1.6 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc phức sắt polysaccarit 13 1.6.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 14 1.6.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét(SEM) 14 1.6.3 Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR 15 1.6.4 Phương pháp TEM 16 1.6.5 Phương pháp nhiệt 17 1.6.5.1 Phương pháp phân tích nhiệt .17 1.6.5.2 Phương pháp nung mẫu 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .19 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 19 2.1.1 Hóa chất 19 2.1.2 Dụng cụ .19 2.1.3 Thiết bị 19 2.2 Quy trình điều chế .19 2.3 Các phương pháp phân tích thành phần cấu trúc sản phẩm 20 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X(XRD) .20 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) phương pháp TEM 21 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt .21 2.3.4 Phương pháp phân tích nhiệt .21 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ 22 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ 23 3.3 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG .24 KẾT LUẬN 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO .28 LỜI MỞ ĐẦU Sắt thành phần cấu tạo hemoglobin (Hb) hồng cầu có nhiệm vụ vận chuyển phân phối oxy nuôi thể.Tất mô tế bào thể cần oxy để hoạt động tốt, thiếu máu dẫn đến việc tế bào không cung cấp đủ oxy để hoạt động khiến thể mệt mỏi, thờ ơ, khó tập trung, ý làm việc Thiếu máu nặng gây chóng mặt, hoa mắt, nhịp tim nhanh, khó thở lao động gắng sức, dễ mắc bệnh nhiễm trùng hay suy tim Vì nhu cầu cung cấp sắt hàng ngày lứa tuổi giới có khác nhau, nhiên sắt nguyên tố thiếu nguồn dinh dưỡng hàng ngày Liệu pháp sử dụng thuốc hay thực phẩm bổ sung sắt để điều trị bệnh thiếu máu thiếu sắt trở nên phổ biến giới Rất nhiều loại hợp chất sắt dạng vô (FeSO4…) hữu (sắt fumarat, NaFeEDTA, phức chất sắt với polysaccarit…) dùng vào mục đích Các loại thuốc nguyên liệu cho việc bào chế thuốc chống thiếu máu thiếu sắt Việt Nam nhập từ nước ngồi Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp nhằm tiến tới sản xuất loại hợp chất thích hợp dùng làm nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu phục vụ nhu cầu nước vấn đề khoa học mang tính thực tiễn cao Do việc sử dụng phức sắt polysaccarit điều trị thiếu máu thiếu sắt vài thập niên gần tỏ có hiệu quả, nhiều nhà khoa học tiến hành nghiên cứu cấu trúc số phức sắt nhóm hợp chất Nhiều nghiên cứu cho thấy sắt tồn phức với polysaccarit dạng akaganeite Tuy nhiên, yếu tố ảnh hưởng đến hình thành akaganeite phức sắt polysaccarit chưa đề cập nhiều Vì vậy, tơi mạnh dạn chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởngcủa nhiệt độ nồng độ đến trình điều chế phức sắt- polysaccarit từ dextrin sắt ( III) clorua CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan akaganeite 1.1.1 Cấu trúc Tinh thể akaganeite dạng đơn tà có cấu trúc chiều, tạo thành từ hình bát diện ghép thành cặp, cặp tạo thành đường ống dài Tham số tế bào: a = 10.561Å, b = 3.031Å, c = 10.483Å, β = 90 Tỷ lệ: a: b: c = 3.484: 1: 3.459 Clorua Hidro Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể β-FeOOH Trong cấu trúc akaganeite, bát diện tạo thành đường ống với ion Cl- trung hòa bên Các ion Cl- có tác dụng trung hòa bề mặt dương tinh thể làm bền thêm cấu trúc Akaganeite biểu diễn công thức: β-Fe 3+O(OH,Cl) 1.1.2 Sự phân bố Akaganeite sản phẩm phong hóa loại đá có chứa FeS, tìm thấy với số lượng miligram Ngồi ra, β-FeOOH hình thành q trình ăn mòn thép tiếp xúc với mơi trường có chứa clo [7] Khống sản akaganeite có mẫu đất đá, phân bố rộng rãi bề mặt trái đất như: Nhật Bản, Trung Quốc, Mỹ, Canada, Đức [12] β-FeOOH tìm thấy mẫu đá lấy từ mặt trăng, điều giúp nhà khoa học kết luận rằng: nước tồn mặt trăng Trên thực tế, thiên thạch mẫu đá chứa β-FeOOH hấp thụ nước từ khơng khí [5] Hình 1.2 Khống sản akaganeite (β-FeOOH) 1.1.3 Tính chất Akaganeite có màu vàng nâu màu nâu gỉ, khối lượng riêng khoảng 3.52 g/cm3 Tinh thể dạng đơn tà β-FeOOH có khả hấp phụ cation mạng tinh thể có anion Cl-, diện tích bề mặt lớn (228 m 2/g) đường kính lỗ xốp nhỏ (4.3 nm) Nó thể tính điện hóa tốt với cơng suất phóng điện cao (khoảng 302 mA) [9] β-FeOOH bị phân hủy nhiệt độ cao, sản phẩm trình thường oxit sắt (III) (Fe2O3) [9] 1.1.4 Ứng dụng Akaganeite có ứng dụng lớn lĩnh vực khoa học cơng nghệ Nó dùng làm chất xúc tác, chất cảm biến khí, nguyên liệu để tổng hợp vật liệu từ Dùng máy ghi âm có từ tính, thành phần nam châm [10] Ngồi ra, βFeOOH dùng làm vật liệu điện cực, thành phần khơng thể thiếu pin liti β-FeOOH có khả hấp phụ tốt nên dùng để loại bỏ chất hoạt động bề mặt, làm vật liệu hấp phụ asen kim loại nặng khác Điều có ý nghĩa lớn việc xử lý nhiễm asen nước ngầm β-FeOOH có khả hấp thụ tốt photpho nên dùng xử lý nước hồ bơi [12] Mặt khác có nhiều tính chất luôn tồn dạng không ion, thể hấp thụ tốt, độc tính thấp… nên β-FeOOH thành phần chứa sắt phức chất với polysaccarit dùng làm dược phẩm bổ sung sắt điều trị bệnh thiếu máu thiếu sắt Trong phức này, nhân sắt β-FeOOH liên kết với polysaccarit qua cầu –OH [5] 1.2 Tổng quan polysaccarit: Polysaccarit có công thức tổng quát (C6H10O5)n hợp chất cao phân tử tạo nên monosaccarit theo liên kết glicozit nhóm hidroxyl vị trí C1 với nhóm hidroxyl khác monosaccarit, tạo nên polysaccarit có tính chất hồn tồn khác với đường đơn oligosaccarit Các polysaccarit có khả tạo phức với muối kim loại có hố trị chuyển tiếp Fe+3, Mn+2, Co+2 phức tạo thành bền vững dễ hấp thụ thể động vật Từ năm 1960 trở lại người ta nghiên cứu tổng hợp đưa sản xuất loại phức polysaccarit có trọng lượng phân tử từ 3000-7000 với số kim loại để làm thuốc cho lợn sau dùng cho người Dextrin Dextrin nhóm trọng lượng phân tử thấp carbohydrate sản xuất trình thủy phân tinh bột glycogen Dextrin hỗn hợp polyme đơn vị D-glucose liên kết α-(1 → 4) α-(1→6) glycosid Dextrin sản xuất từ việc sử dụng tinh bột enzyme amylases, q trình tiêu hóa thể người trình Malting mashing, [3] cách áp dụng nhiệt khô điều kiện có tính axit (nhiệt phân) Q trình sử dụng cơng nghiệp, xảy bề mặt bánh mì trình nướng, góp phần hương vị, màu sắc độ nét Dextrin sản xuất nhiệt biết đến pyrodextrins Trong q trình đun nóng điều kiện axit thủy phân tinh bột phận tinh bột chuỗi ngắn phần tái gắn kết với liên kết α (1-6) vào phân tử tinh bột bị suy thối Hình 1.2: Cấu trúc phân tử dextrin 1.3 Cấu trúc phức sắt polysaccarit Mơ hình bổ sung sắt polysaccarit trình bày ba giả thuyết Đầu tiên “mơ hình vị trí liên kết”, sắt liên kết thơng qua nhóm chức polysaccarit Cầu nội sắt (III) phối hợp với nhóm hidroxyl tạo thành cầu nối hai ion sắt (III) để tạo ion trung tâm phối hợp với nhóm chức khác polysaccarit [6, 9, 10, 11, 21] Cầu nội hoàn chỉnh với phân tử nước dung dịch Thứ hai “mơ hình keo”, sắt dạng FeOOH kết tủa bao phủ polysaccarit [13, 14] Liên kết chéo polysaccarit tạo vỏ biopolyme bền làm bền hạt sắt oxi-hidroxit Mơ hình cuối không phân biệt tương tác bao gồm hai mơ hình Các nhóm chức polysaccarit hình thành nhân cho ion kim loại, dạng “cấu trúc nano” kết khối polysaccarit [15, 20] Kích thước hình dạng phụ thuộc vào loại polysaccarit yếu tố (pH, nhiệt độ…) Mơ hình phối trí sắt polysaccarit phối hợp với sắt ba giả thuyết, vị trí liên kết (a), dạng keo (b), kết hợp mơ hình vị trí liên kết mơ hình keo (c), hình  Mơ hình vị trí liên kết [6]  Mơ hình keo [14] (c) Kết hợp mơ hình vị trí liên kết mơ hình keo [15] Hình 1.3 Mơ hình phối trí sắt polysaccarit 1.4 Ứng dụng phức sắt polysaccarit Fe nguyên tố vi lượng cần thiết cho sinh vật Nó kết hợp với protein phần sắt chứa thể mà kết hợp thành protoporphyrin IX Khi trạng thái oxi hóa Fe +2 (dạng Fe(II)), hình thành phức cấu trúc heme [18] Heme có liên quan đến q trình trao đổi chất, ví dụ, vận chuyển oxi (hemoglobin), dự trữ oxi (myoglobin) Phi-heme có chứa protein sử dụng cho vận chuyển sắt (transferrin) Trong chế độ ăn uống nam giới độ tuổi trưởng thành 10-30 mg sắt/ngày, phụ thuộc vào chế độ ăn uống mà lượng sắt hấp thụ 5-10% từ thực phẩm thịt, cá, gia cầm [12] Sắt hấp thụ tá tràng ruột chay Nếu lượng sắt bị hấp thụ từ chất ức chế thực phẩm: polyphenol (trong loại rau định), axit tannic (trong chè), hàm lượng axit phytic (trong thóc, ngũ cốc số loại rau), Canxi (trong sản phẩm từ sữa) hấp thụ tế bào, ảnh hưởng đến cân sắt dẫn đến thiếu máu thiếu sắt Sắt ngun tố cần thiết phần trung tâm huyết cầu tố, vận chuyển oxi máu Thiếu máu thiếu sắt vấn đề sức khỏe tồn giới đặc biệt phổ biến phụ nữ trẻ trẻ em Trong dược phẩm, phức sắt ứng dụng rộng rãi để bổ sung sắt điều trị thiếu máu thiếu sắt Những người mắc bệnh dày bổ sung sắt cách uống sắt Những bệnh nhân sử dụng sắt ngồi đường tiêu hóa (sắt dextran, sắt sucrozơ, sắt sorbital) Sắt ngồi đường tiêu hóa biết đến Mỹ sắt dextran, Châu Âu sắt sucrozơ, sử dụng 50 năm Sắt đường tiêu hóa khác biết đến Natri gluconat sắt (II) sử dụng Châu Âu 30 năm Qua vài năm Cục quản lý Thực phẩm Dược phẩm (FDA) phê duyệt sắt sucrozơ Natri gluconat sắt (II) sử dụng Mỹ Khi so sánh độc tính, sắt dextran có nhiều tác dụng phụ hai sản phẩm lại Tốc độ truyền nhanh sắt dextran có phản ứng phản vệ gây ảnh hưởng dẫn đến hậu nghiêm trọng [19] Sắt giúp tạo tế bào máu đỏ mang oxi khắp thể Phức sắt polysaccarit: cung cấp khoảng 46% nguyên tố sắt với phần trăm lại polysaccarit Sắt polysaccarit tạo phản ứng tích cực hemalopoletic hiển thị cách tăng hemoglobin hematocrit bệnh nhân trẻ em người già 10 để loại bỏ muối Các dung dịch sau tinh chế dùng trực tiếp cho việc điều chế thuốc Các phức chất sắt (III) thu có hàm lượng sắt từ 10-40% theo khối lượng, đặc biệt thường gặp từ 20-35% theo khối lượng Chúng thường dễ tan nước Từ điều chế dung dịch nước trung tính có hàm lượng sắt từ 1-20 g/100 ml Các dung dịch khử khuẩn phương pháp nhiệt 1.6 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc phức sắt polysaccarit 1.6.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X Phương pháp nhiễu xạ tia X ứng dụng để nghiên cứu cấu trúc vật liệu sét hữu tổng hợp Ngoài phương pháp ứng dụng để xác định động học q trình chuyển pha, kích thước hạt xác định trạng thái đơn lớp bề mặt chất xúc tác ôxit kim loại chất mang Nhiễu xạ tia X phương pháp quan trọng việc nghiên cứu cấu trúc tinh thể Các bước sóng tia X nằm khoảng đến 50 Å Chúng có lượng lớn nên xuyên vào chất rắn Khi chiếu tia X vào mạng tinh thể, tia X phản xạ từ mặt cạnh có hiệu quang trình: = BC + CD = 2BC = 2dsin Hình 1.6 Sơ đồ tia tới tia phản xạ tinh thể chất rắn Khi tia X lan truyền chất rắn Khi tia giao thoa với ta thu cực đại nhiễu xạ thoả mãn phương trình Vulf-bragg: = 2dsin = n 12 Trong đó: d : khoảng cách hai mặt song song : góc tia X mặt phẳng pháp tuyến n : số bậc phản xạ ( n = 1,2,3 …) Như khoảng cách mạng lưới tinh thể : Từ cực đại nhiễu xạ giản đồ nhiễu xạ tia X, tìm tính d So sánh giá trị d tìm với d chuẩn xác định cấu trúc mẫu Từ giản đồ nhiễu xạ tia X thu số thơng tin quan trọng như: mức độ trật tự tinh thể, khoảng cách mặt mạng khích thước hạt 1.6.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Nhờ khả cho ảnh có độ phóng đại lớn, rõ nét chi tiết, kinh hiển vi điện tử quét (SEM) ứng dụng để nghiên cứu hình thái hạt vật liệu organoclay tổng hợp Hình 8: Cấu tạo kính hiển vi điện tử quét SEM Chú giải: 1-Nguồn phát điện tử đơn sắc; 2- Thấu kính điện tử; 3-Mẫu nghiên cứu; 4-Detector điện tử thứ cấp; 5- Detector điện tử xuyên qua; 6- Khuếch đại tín hiệu; 7- Bộ lọc tia Phương pháp SEM thu ảnh có chất lượng ba chiều cao, có rõ nét khơng đòi hỏi phức tạp khâu chuẩn bị mẫu Tuy nhiên phương pháp lại cho hình ảnh với độ phóng đại nhỏ TEM Phương pháp SEM đặc biệt hữu dụng cho độ phóng đại thay đổi từ 10 đến 100 000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng phân tích cấu trúc 13 Chùm electron từ ống phóng qua vật kính lọc thành dòng hẹp Vật kính chứa số cuộn dây (cuộn lái electron) cung cấp với điện không đổi, cuộn dây tạo nên điện từ trường tác động lên chùm electron, từ chùm electron quét lên bề mặt mẫu tạo thành tường quét Tín hiệu cuộn lái chuyển đến ống Katot để điều chỉnh trình quét ảnh hình đồng với trình quét electron bề mặt mẫu Khi chùm electron đập vào bề mặt mẫu tạo thành tập hợp hạt thứ cấp tới Katot, nó chuyển thành tín hiệu khuếch đại Tín hiệu gửi tới ống tia Katot quét lên hình nên ảnh Độ nét ảnh xác định số hạt thứ cấp vào ống tia Katot, số hạt lại phụ thuộc vào góc bắn electron khỏi bề mặt mẫu, tức phụ thuộc vào mức độ lồi lõm bề mặt Vì ảnh thu phản ánh diện mạo bề mặt vật liệu 1.6.3 Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR Phương pháp sử dụng chùm tia sáng đơn sắc có bước sóng nằm vùng hồng ngoại (5010.000cm-1) Qua chất phân tích phần nằng lượng bị chất hấp thụ làm giảm cường độ tia tới Sụ hấp thụ tuân theo định luật Lambert- Beer D lg I0 k d c I D: Mật độ quang I , I: Cường độ ánh sáng trước sau khỏi chất phản ứng c: Nồng độ chất phân tích Phân tử hấp thụ lượng thực dao động (xê dịch hạt nhân nguyên tử xung quanh vị trí cân bằng) làm giảm độ dài liên kết ngun tử góc hố trị tăng giảm tuần hồn, có dao động làm biến đổi momen lưỡng cực điện liên kết xuất tín hiệu hồng ngoại Đường biểu diễn phụ thuộc độ truyền quang vào bước sóng phổ hấp thụ hồng ngoại Mỗi nhóm chức liên kết có tần số (bước sóng) đặc trưng peak 14 phổ hồng ngoại Như vậy, vào nguyên tử hay nhóm nguyên tử, từ xác định cấu trúc chất phân tích 15 1.6.4 Phương pháp TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (tiếng Anh: transmission electron microscopy, viết tắt: TEM) thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng sử dụng thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh tạo huỳnh quang film quang học, hay ghi nhận máy chụp kỹ thuật số Hình 1.6.4: Sơ đồ cấu tạo máy TEM 1.6.5 Phương pháp nhiệt 1.6.5.1 Phương pháp phân tích nhiệt Các phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng nhiệt vi sai cho ta thơng tin q trình chuyển pha chuyển cấu trúc mẫu nghiên cứu Nguyên tắc phương pháp phân tích nhiệt ghi lại hiệu ứng nhiệt thay đổi trọng lượng mẫu nung mẫu điều kiện xác định Dựa hiệu ứng nhiệt (thu nhiệt, phát nhiệt) thu giản đồ phân tích nhiệt ta biết trình tách nước, chuyển pha, nóng chảy,… tương ứng thay đổi trọng lượng giản đồ TGA (do q trình tách chất bay hơi), ta đốn q trình chuyển pha, chuyển cấu trúc mẫu nghiên cứu 1.6.5.2 Phương pháp nung mẫu Ngoài để xác định hàm lượng sắt mẫu phức sắt tinh bột, người ta sử dụng phương pháp nung mẫu 16 Dựa vào kết phân tích nhiệt thấy phức sắt tinh bột phân hủy hoàn toàn thành pha hematite (Fe2O3) 600oC, nên mẫu nung đến nhiệt độ để xác định hàm lượng Fe phức Cách tiến hành: Cho mẫu vào chén nung (chén sấy khô), cân trọng lượng m 1, đưa chén có chứa mẫu vào tủ nung, nung khoảng 600 oC vòng 2h Sau nung, mẫu để nguội, cân trọng lượng (mẫu + chén) m2 Hàm lượng Fe2O3 sản phẩm: P= (m1 – m2).100 (%) M Hàm lượng Fe sản phẩm: % mFe = (%) Trong đó: P: Phần trăm Fe2O3 sản phẩm M : Khối lượng mẫu phân tích m1: Khối lượng mẫu + chén trước nung m2 : Khối lượng mẫu + chén sau nung 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 2.1.1 Hóa chất - Sắt (III) clorua, FeCl3.6H2O 99% (Trung Quốc) - Natri hidroxit, NaOH 99% (Trung Quốc) -Dextrin (Trung Quốc) - Etanol, C2H5OH (Việt Nam) - Nước cất 2.1.2 Dụng cụ - Cốc chịu nhiệt 100 ml, 200 ml, 500 ml - Buret 25 ml - Pipet 20 ml - Bình định mức 100 ml, 250 ml - Ống ly tâm - Cối nghiền - Đũa thủy tinh 2.1.3 Thiết bị - Máy khuấy từ gia nhiệt (Heidolph Đức) - Máy ly tâm (Hettiech Pháp) - Máy pH (Đức) - Cân phân tích (Đức) - Tủ sấy (M 109014 Hàn Quốc) - Lò nung (Đức) 2.2 Quy trình điều chế - Việc điều chế phức sắt dextrin thực theo quy trình chung sau: *Điều chế dung dịch dextrin Hòa tan dextrin vào 100ml nước cất, khuấy liên tục điều chỉnh nhiệt độ 900C, đến 900C thêm 5ml dung dịch NaOH 1M vào Sau để nhiệt độ 90 0C khoảng 30 phút, bỏ để nguội hỗn hợp tới nhiệt độ phòng *Điều chế phức sắt dextrin 18 Bước 1: Lấy 100ml dung dịch FeCl 0,1M cho vào cốc 500ml, đặt máy khuấy từ gia nhiệt đến nhiệt độ cần nghiên cứu, tới nhiệt độ xác định nhỏ từ từ dung dịch dextrin điều chế vào cốc chứa dung dịch muối sắt Bước 2: Sau thêm từ từ dung dịch NaOH 1M pH=7 dừng lại ( đo máy đo pH) Bước 3: Tiếp tục khuấy hỗn hợp thêm 4h Để nguội hỗn hợp phản ứng tới nhiệt độ phòng Bước 4: Quay ly tâm để loại bỏ cặn không tan Bước 5: Trộn dung dịch sau ly tâm với etanol có thể tích, xuất kết tủa màu nâu đỏ Để lắng kết tủa Sau bỏ nước lọc, để lại kết tủa Bước 6: Quay ly tâm kết tủa, Lọc rửa kết tủa nhiều lần dung dung dịch rượu nước (tỉ lệ 1:1) theo thể tích nước, rửa tới hết kết tủa trắng (thử AgNO3) Bước 7: Sản phẩm sấy 48 700C, sau nghiền mịn 2.3 Các phương pháp phân tích thành phần cấu trúc sản phẩm 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X(XRD) Sản phẩm điều chế theo quy trình khảo sát định tính nhanh thành phần pha phương pháp phổ nhiễu xạ tia X Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ghi máy SIEMENS D500 (CHLB Đức) Viện Vật Liệu- Viện Khoa Học Việt Nam 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) truyền quang TEM Hình dạng kích thước hạt mẫu xác định phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) Ảnh SEM chụp kính hiển vi điện tử quét JSM-5300 (Nhật Bản) phương pháp truyền tải hiển vi điện tử TEM (JEM 1010, Hàn Quốc) Cả hai phương pháp Viện Vệ Sinh Dịch Tễ Việt Nam 2.3.3 Phương pháp phổ hồng ngoại Để xác định cấu trúc phức sắt, ta sử dụng phương pháp phổ hồng ngoại FTIR, 410-Nicolet, Mỹ 2.3.4 Phương pháp phân tích nhiệt: Hàm lượng sắt sản phẩm xác định phương pháp phân tích nhiệt (DTA- TGA) Phép đo thực máy DTG-60H Shimadzu, Nhật Bản 19 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ Để nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến tạo phức sắt dextrin, thí nghiệm tiến hành nhiệt độ khác từ 40 đến 80oC Giản đồ XRD mẫu đưa hình 3.1 Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu điều chế nhiệt độ khác Từ giản đồ XRD ta thấy mẫu hình thành nhiệt độ 40, 50 60 oC tồn dạng gần vơ định hình Các pic đặc trưng thấp số pic gần Khi nhiệt độ tăng lên 70oC sản phẩm xuất tinh thể akaganeite với pic nhiễu xạ đặc trưng vị trí 2θ 11.9, 26.9, 35.0, 39.2, 46.4, 55.9 Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng lên 80oC, pic nhiễu xạ chí cao nhọn Như vậy, thấy nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến hình thành nhân akaganeite phức Khi nhiệt độ tăng lên độ tinh thể kích thước nhân akaganeite tăng lên Điều giải thích nhiệt độ tăng lên tốc độ hình thành pha akaganeite tăng chúng kết hợp với đế tạo thành tinh thể có kích thước lớn Tuy nhiên, độ tinh thể kích thước lớn ảnh hưởng đến hấp thụ sắt thể Do vậy, để tổng hợp phức chứa nhân akaganeite với kích thước nhỏ cần tiến hành khoảng nhiệt độ 70oC 20 3.2 Ảnh hưởng nồng độ Để nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ, nồng độ dextrin thay đổi từ 20100 mg/ ml Kết phân tích đưa bảng 3.2: Nồng độ (mg/ml) Khối lượng chén (g) Khối lượng mẫu (g) khối lượng chén sau nung (g) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 22.045 22.032 22.359 22.345 23.649 22.909 22.715 22.903 22.825 0.384 0.955 2.411 3.545 4.170 3.616 0.519 1.554 0.502 22.098 22.196 22.901 23.060 24.267 23.510 22.784 23.096 22.888 Fe2O3 (g) 0.053 0.164 0.542 0.715 0.618 0.601 0.069 0.193 0.063 Fe (g) %Fe 0.037 0.114 0.379 0.500 0.432 0.420 0.048 0.135 0.044 9.661 12.020 15.736 14.118 10.374 11.634 9.306 8.693 8.784 Bảng 3.2: Kết phân tích hàm lượng sắt Từ bảng 3.2, dựa vào cột nồng độ cột % Fe ta vẽ biểu đồ 3.2 Hình 3.2: Biểu đồ thể mối quan hệ nồng độ dextrin % Fe thu Từ bảng 3.2 cho thấy ảnh hưởng nồng độ tinh bột đến hàm lượng sắt phức không tuân theo quy luật xác định Trong mẫu kể trên, mẫu 40mg/ml có hàm lượng sắt tốt 3.3 Một số đặc trưng a Phân tích FT-IR Phổ FT-IR dextrin phức chất đưa hình Cả dextrin phức chất có dải phổ từ 3100 3600 cm -1 gán cho dao động kéo dài O-H dextrin, akaganeite nước Các dải phổ 2936 2932 cm-1 21 tương ứng với dao động kéo dài liên kết C-H thuộc cấu trúc dextrin Phổ FT-IR 698 700 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng O-H Hơn nữa, dao động kéo dài Fe-O thể phổ 465 cm-1 Theo kết này, kết luận phức chất kết hợp dextrin akaganeite A B Hình Quang phổ FT-IR dextrin (a) phức chất (b) b Phân tích nhiệt (TGA-DTA) Phức chất đun nóng từ nhiệt độ phòng đến 800 0C với tỷ lệ 10oC/ phút Kết đưa hình Đường cong TGA cho thấy ba giai đoạn việc giảm khối lượng Giai đoạn xảy phạm vi nhiệt độ 50-275 oC, gán cho nước khu phức chất, khoảng 18% Giai đoạn thứ hai diễn 275 310oC giảm khối lượng khoảng 22% Điều dextrin phân hủy phần tương ứng với đỉnh tỏa nhiệt 292.59 oC đường cong DTA Giai đoạn cuối xuất từ 310 đến 475 oC giải thích phân hủy hoàn toàn dextrin akaganeite Đây trình tỏa nhiệt định đỉnh cao 352.11oC đường cong DTA Hình Sơ đồ DTA-TGA phức chất c SEM TEM phân tích 22 Ảnh SEM phức chất đưa hình (a) Phức chất có cấu trúc hạt kích thước hạt khơng đồng Khơng có xuất tinh thể akaganeite để giả định dextrin akaganeite tạo thành cấu trúc vỏ- lõi Ảnh TEM phức chất đưa hình (b) Theo kết này, lõi (khoanh tròn) akaganeite bao quanh phân tử dextrin Kích thước hình dạng phức khác so sánh với kết SEM Điều giải thích khác việc chuẩn bị mẫu cho kỹ thuật SEM TEM A B akaganeite Hình Ảnh SEM (a) TEM (b) phức chất KẾT LUẬN Đã nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ nhiệt độ dextrin tới hình thành phức sắt Kết cho thấy: nồng độ dextrin thích hợp để điều chế phức 40 mg/ml, nhiệt độ thích hợp để điều chế phức sắt 70o C Đã xác định số đặc trưng phức sắt phương pháp XRD, TGADTA, FT-IR, SEM Kết cho thấy phức chất có cấu trúc vỏ-lõi Đã xây dựng quy trình điều chế phức sắt – polysaccarit từ dextrin sắt (III) clorua 23 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài Liệu Tiếng Việt Hoàng Kim Anh, Ngơ Kế Xương, Nguyễn Xích Liên, Tinh Bột Sắn Và Các Sản Phẩm Từ Tinh Bột Sắn, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, Tp Hồ Chí Minh, 2004 Nguyễn Thị Hạnh, “Nghiên cứu hợp phức chất sắt polymaltose (IPC) định hướng dùng làm thực phẩm chức nguyên liệu bào chế thuốc chống chống thiếu máu”, váo cáo tổng kết đề tài sở chọn lọc 2009, 2009 Hồng Nhâm, Hóa học vơ cơ, tập 3, NXB Giáo dục, trang 155-198, 2004 Nguyễn Thị Xuyên, “Nguyên cứu quy trình điều chế sắt oxi hidroxit (FeOOH)”, đề tài nghiên cứu khoa học, 2011 Tài Liệu Tiếng Anh Beynum GMAV, Roels JA, “Starch conversion technology”, Marcel Dekker Inc, New York, pp 15-30, 1885 Bhatia SC, Ravi N, “A magnetic study of an Fe-chitosan complex and its relevance to other biomolecules”, Biomacromolecules, 1, pp 413-417, 2000 Bo G Danielson, “Structure, chemistry and pharmacokinetics of intravenous iron agents”, J Am Soc, Nephrol 2004, 15, pp 93-98, 2004 Brian Knight, Lawrence H Bowen et al, “Comparison of core size distribution in iron dextran complexes using Mossbauer spectroscopy and X-ray diffraction”, J Inorganic Biochemistry, 73, pp 227-233, 1999 Ciesielski W, Lii C, Yen M-T, Tomasik P, “Interactions of starch with salts of metals from the transition group”, Carbohydr, Polym, 51, pp 47-56, 2003 10 Ciesielski W, Tomasik P, “Complexes of amylose and amylopectins with multivalent metal salts”, J Inorg, Biochem, 98, pp 2039-2051, 2004 11 Ciesielski W, Tomasik P, “Werner-type metal complexes of potato starch”, Int J Food Sci, Technol, 39, pp 691-698, 2004 12 Hudson JQ, Comstock TJ, “Considerations for optimal iron use for anemia due to chronic kidney disease”, Clin, Ther, 23, pp 1637-1671, 2001 13 Jones F, Colfen H, Antonietti M, “Interaction of κ-carrageenan with nickl, cobalt, and iron hydroxides”, Biomacromolecules, 1, pp 556-563, 2001 25 14 Jones F, Colfen H, Antonietti M, “Iron oxyhydroxide colloids stabilized with polysaccharides”, Colloid Polym, Sci, 278, pp 491-501, 2000 15 London E, “The molecular formula and proposed structure of the irondextran complex, IMFERON”, J Pharm, Sci, 2004, 93, pp 1838-1846, 2004 16 L Nagy, and A Szorcsik, “Equilibrium and structural stidies on metal complexes of carbohydrates and their derivatives”, J Inorganic Chemistry, 89, pp 112, 2002 17 Milorad D Cakié, Goran S Nikoié, Ljibomir A Ilié, “FTIR spectra of iron(III) complexws with dextran, pullulan and inulin oligomers”, Bull, Chem, Tech, Macedonia, 21(2), pp 135-146, 2002 18 Saltma P, “The role of chelation in iron metabolism”, J Chem, Educ, 42, pp 682-687, 1965 19 Silverstein SB, Rodgers GM, “Parenteral iron therapy options”, Am, J Hematol, 76, pp 74-78, 2004 20 Sipos P, Berkesi O, Tombácz E, Pierre TGSt., Webb J, “Formation of spherical iron(III) oxyhydroxide nanoparticles sterically stabilized b chitosan in aqueous solutions”, J Inorg, Biochem, 95, pp 55-63, 2003 21 Sreeram KJ, Shrivastava HY, Nair BU, “Studies on the nature of interaction of iron (III) with alginates”, Biochem, Biophys, Acta, 1670, pp 121-125, 2004 22 Tester RF, Karkalas J, Qi X, “Starch-composition, fine structure and architecture”, J Cereal Sci, 39, pp 151-165, 2004 Tài Liệu Internet 23 http://chemicalland21.com/lifescience/foco/DEXTRIN.htm 24 http://en.wikipedia.org/wiki/Dextrin 26