Định lượng kali iodat trong chế phẩm bổ sung iod bằng kỹ thuật cực phổ xung vi phân

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ TRANG ĐỊNH LƯỢNG KALI IODAT TRONG CHẾ PHẨM BỔ SUNG IOD BẰNG KỸ THUẬT CỰC PHỔ XUNG VI PHÂN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI - 2019... Ứ

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ TRANG ĐỊNH LƯỢNG KALI IODAT TRONG CHẾ PHẨM BỔ SUNG IOD BẰNG KỸ THUẬT CỰC PHỔ XUNG VI PHÂN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2019

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các phòng ban, các thầy cô và toàn thể cán bộ công nhân viên Trường Đại học Dược Hà Nội đã trực tiếp giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và hoạt động tại trường

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới người thân, bạn bè đã luôn động viên và khuyến khích em trong quá trình học tập cũng như thời gian em thực hiện đề tài này

Hà Nội, tháng 05 năm 2019

Sinh viên

Nguyễn Thị Trang

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 2

1.1 Kỹ thuật cực phổ 2

1.2 Kỹ thuật cực phổ xung vi phân 3

1.3 Kali iodat 6

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1 Đối tượng – nguyên liệu và trang thiết bị 17

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu……… 17

2.1.2 Nguyên liệu và thiết bị……….17

2.1.2.1 Nguyên liệu 17

2.1.2.2 Dụng cụ 17

2.1.2.3 Trang thiết bị 18

2.2 Phương pháp nghiên cứu 18

2.3 Xử lý kết quả thực nghiệm 18

CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 20

3.1 Thực nghiệm, kết quả 20

3.1.1 Chuẩn bị hóa chất 20 3.1.2 Chuẩn bị mẫu 20 3.1.3 Xây dựng phương pháp định lượng 20 3.1.3.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của thông số phép đo cực phổ von-ampe xung vi phân 20

3.1.3.2 Thẩm định phương pháp 25

3.2 Ứng dụng phương pháp cực phổ xung vi phân để định lượng iod trong các thực phẩm bổ sung iod 36

3.2.1 Xử lý mẫu 363.2.1.1 Mẫu bột canh 363.2.1.2 Mẫu muối 37

3.4 Bàn luận 39

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 41

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối

DPP Differential pulse polarography Cực phổ xung vi phân

DME Dropping mercury drop electrode Điện cực giọt thủy ngân rơi HDME Hanging Mercury drop electrode Điện cực giọt thủy ngân

treo

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.3 Các phương pháp định lượng iod trong các mẫu nước và thực phẩm 8

Bảng 2.2 Đánh giá độ lặp của mẫu theo tiêu chuẩn AOAC

Bảng 2.3 Đánh giá độ thu hồi của mẫu theo tiêu chuẩn AOAC

Bảng 3.1 Kết quả đo cường độ dòng (nA) của dung dịch iodat (10 ppm iod) với

dung dịch điện ly nền BaCl2 0,025M, 0,05M và 0,075M theo mô hình thực

nghiệm nhân tố toàn phần 2 mức độ Fractional Factorial Resolution V+ sử dụng

phần mềm MODDE Pro 12.1 (Umetrics, Thụy Điển)

Bảng 3.7 Kết quả khảo sát tuyến tính với dung dịch điện ly nền BaCl2 0,025M 27 Bảng 3.8 Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính với dung dịch điện ly nền có chứa

các thành phần của mẫu placebo và BaCl2 0,025M

29

Bảng 3.9 Kết quả đo độ lặp đo mẫu muối tính theo đường chuẩn xây dựng với

dung dịch điện ly nền BaCl2 0,025M

30

Bảng 3.10 Độ lặp đo mẫu bột canh trên tính theo đường chuẩn xây dựng với 31

dung dịch điện ly nền BaCl2 0,025M

Bảng 3.11 Kết quả đo độ lặp của mẫu bột canh tính theo đường chuẩn xây dựng

với dung dịch điện ly nền có chứa thành phần của mẫu placebo và BaCl2

0,025M

32

Bảng 3.12 Kết quả kiểm tra độ đúng cho phép định lượng mẫu muối tính theo

đường chuẩn xây dựng với dung dịch điện ly nền BaCl2 0,025M

33

Bảng 3.13 Kết quả kiểm tra độ đúng cho phép định lượng mẫu bột canh tính

theo đường chuẩn xây dựng với dung dịch điện ly nền có chứa thành phần của

mẫu placebo và BaCl2 0,025M

33

Bảng 3.14 Kết quả hàm lượng iod trong mẫu bột canh và mẫu muối 40

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.3 Dạng tín hiệu đầu ra của kỹ thuật xung vi phân 6

Hình 3.1 Giá trị cường độ dòng I ở các nồng độ chất điện ly nên BaCl2 khác

Hình 3.4 Cực phổ đồ xung vi phân của các mẫu chuẩn iod với dung dịch điện ly

Hình 3.6 Cực phổ đồ xung vi phân của các của các mẫu chuẩn iod với dung

dịch điện ly nền có chứa các thành phần của mẫu placebo và BaCl2 0,025M

29

Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn đường chuẩn với dung dịch điện ly nền có chứa các

thành phần của mẫu placebo và BaCl2 0,025M

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Để phòng chống bệnh bướu cổ và các rối loạn do thiếu iod, người dân thường được khuyến cáo sử dụng các thực phẩm bổ sung iod, ví dụ như muối trộn iod, dầu gắn iod, nước mắm iod, tương iod, bột canh iod Vai trò của iod là rất quan trọng đối với sự phát triển cơ thể con người Iod là vi chất quan trọng để tuyến giáp tổng hợp các hormon điều chỉnh quá trình phát triển của hệ thần kinh trung ương, phát triển hệ sinh dục và các bộ phận trong cơ thể như tim mạch, tiêu hóa, da - lông - tóc - móng, duy trì năng lượng cho cơ thể hoạt động.Trẻ em và phụ nữ mang thai là những đối tượng rất

dễ bị thiếu iốt do nhu cầu tăng cao Thiếu iốt ở thai phụ dễ xảy ra sảy thai, thai chết lưu hoặc sinh non, nếu thiếu iốt nặng trong giai đoạn mang thai trẻ sinh ra sẽ bị đần độn, câm, điếc và các dị tật bẩm sinh khác Thiếu iốt ở trẻ em sẽ gây chậm phát triển trí tuệ, chậm lớn, nói ngọng, nghễnh ngãng Để đảm bảo đủ lượng iod đưa vào cơ thể hàng ngày, các thực phẩm này cần phải được kiểm soát chất lượng về hàm lượng iod

Ở Việt Nam, phương pháp chuẩn độ iod kinh điển theo TCVN 6487 : 1999 sử dụng natri thiosulfat để chuẩn độ iod (tạo thành do phản ứng của kali iodat và kali iodid trong môi trường acid) với chỉ thị hồ tinh bột thường được sử dụng để xác định hàm lượng iod trong bột canh [2] Đây là phương pháp Viện Hóa Học thuộc Trung Tâm Khoa Học Tự nhiên và Công Nghệ Quốc Gia đề xuất năm 1998 [1]

Với mong muốn đề xuất bổ sung một phương pháp phân tích khác đạt yêu cầu

về độ nhay, độ chính xác để định lượng iod trong các thực phẩm bổ sung iod, đề tài này được thực hiện với 2 nội dung sau:

1 Xây dựng và thẩm định phương pháp định lượng iodat trong thực phẩm bổ sung iod bằng kỹ thuật cực phổ xung vi phân

2 Ứng dụng phương pháp được xây dựng để định lượng iodat trong một số thực phẩm bổ sung iod (muối, bột canh) hiện đang lưu hành trên thị trường

2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Kỹ thuật cực phổ

Phân tích von – ampe là nhóm các kỹ thuật điện hóa biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng diện vào điện thế khi tiến hành điện phân dung dịch phân tích [3]

Cực phổ là một trong những kĩ thuật von – ampe (điện cực công tác là giọt thủy ngân) do nhà bác học người Tiệp Khắc, J Heyrovsky phát minh năm 1922 Điện cực nhỏ giọt thủy ngân được tạo thành từ bầu đựng thủy ngân chảy qua mao quản dài khoảng 10 cm, đường kính trong khoảng 0,05 mm Thời gian nhỏ giọt được điều chỉnh bằng chiều cao của bầu thủy ngân dao động trong khoảng 2 – 6 giây, với đường kính giọt thủy ngân 0,1 – 1 mm Dòng điện qua điện cực dao động trong khoảng 0 – 100 μA (hình 1.1)

Hình 1.1 Tế bào trong đo cực phổ

Cơ sở của phép đo cực phổ là dựa trên phản ứng oxy hóa khử của các chất phân tích trong dung dịch điện li trên điện cực giọt thuỷ ngân theo phản ứng:

3

Ox + ne → Kh Trong đó: Ox: Dạng oxi hoá;

Kh: Dạng khử;

n: Số e trao đổi

Mối quan hệ giữa cường độ dòng diện đo được và nồng độ chất phân tích được

mô tả bằng phương trình Ilkovic:

Id = 605 n D1/2 m2/3 t1/6 C

Trong đó: Id: Cường độ dòng cực đại giới hạn (μA);

n: Số electron tham gia vào phản ứng điện cực;

1.2 Kỹ thuật cực phổ xung vi phân ( Differential pulse polarography)

Trong cực phổ xung vi phân, xung được áp vào thế tuyến tính của điện cực nhỏ giọt ngay vào thời gian cuối của giọt

Dòng được đo hai lần cho một giọt thủy ngân:

Tại t1- thời điểm trước khi áp xung

4

Tại t2- khoảng 40ms sau khi đặt xung (trước khi giọt rơi)

Hiệu của của dòng được vẽ theo thế phân cực E Trên cực phổ đồ xung vi phân xuất hiện cực đại, dòng ip, chiều cao của nó tỷ lệ thuận với nồng

= exp nF/RT ∆E/2

Trong đó:

ip : cường độ dòng điện qua mạch (A)

n: Số electron ứng với một mol của A

F: Số Faraday

5

A: Diện tích bề mặt của điện cực (cm2)

D: Hệ số khuyếch tán chất A (cm2/s)

C: Nồng độ chất của chất A (mol/cm3)

tm : khoảng thời gian từ khi áp xung tới lúc đo dòng (ms)

ΔE: Biên độ xung (V)

R=0,082 là hằng số khí

T là nhiệt độ theo thang nhiệt độ Kelvin (oC)

Thế Ep ứng với dòng ip, là đặc trưng định tính cho chất phân tích:

Ep=E1/2 – ΔE/2 Phương pháp này đã khắc phục nhược điểm của cực phổ cổ điển là giảm độ nhạy do dòng tụ điện trên các vi điện cực Đặt lên điện cực một điện áp một chiều biến thiên tuyến tính với một tốc độ chậm, vào cuối mỗi chu kỳ giọt, trên khung điện

áp biến đổi một chiều, đặt thêm một xung vuông góc với biên độ thay đổi trong khoảng 10-100mV và độ dài xung cỡ 40-100 ms Cường độ dòng được đo ở hai thời điểm 40ms trước và sau khi ngắt xung [7]

Ưu điểm: có thể loại trừ dòng tụ điện một cách triệt để hơn, độ nhạy của phương pháp cao (< 10-7

M) với các hợp chất vô cơ cũng như hữu cơ, phản ứng thuận nghịch hay không thuận nghịch Phân giải được hai nấc có thể bán sóng chỉ cách nhau 0,05V Hơn nữa dạng đường cực phổ là dạng pic có cực đại, sau mỗi lần ghi đường nền lại trở về vị trí ban đầu, nên độ chọn lọc của phương pháp tăng lên nhiều lần

6

Hình 1.3 Dạng tín hiệu đầu ra của kỹ thuật xung vi phân

1.3 Kali iodat

Hình 1.4 Cấu trúc hóa học của kali iodat

Các tính chất vật lý [9] và các phương pháp định lượng KIO3 trong chế phẩm lần lượt được trình bày ở bảng 1.1 và 1.3

Bảng 1.1 Các tính chất vật lý của KIO 3

Tên khoa học Potassium iodate

(Kali iodat) Công thức phân tử KIO3

Khối lượng phân tử 214,0 g/mol

Khả năng hòa tan Tan chậm trong nước, không tan trong ethanol (96%)

7

Kiểm soát rối loạn thiếu hụt iod được đề xuất chủ yếu dựa trên bổ sung iod vào thực

phẩm được sử dụng hằng ngày theo hướng dẫn của WHO [23] (bảng 1.2)

Bảng 1.2 Lượng iod cần bổ sung theo WHO

*: Nếu bổ sung iod vượt quá mức các khoảng trên thì dễ mắc các nguy cơ cường giáp

và bệnh tuyến giáp tự giáp sau 5 – 10 năm

Có 2 dạng muối iod thường được dùng cho bổ sung iod là kali iodat và kali iodid [11] Thường được thêm vào chủ yếu là muối kali, đôi khi là muối canxi hoặc natri Iodat ít tan trong nước hơn iodid, khả năng chống oxy hóa và chống bay hơi tốt hơn, tính ổn định cao hơn trong điều kiện khí hậu bất lợi, không yêu cầu bổ sung chất

ổn định Do đó kali iodat được sử dụng chủ yếu tại Việt Nam hơn kali iodid do phù hợp điều kiện khí hậu nóng ẩm Sau một thời gian, có thể có hiện tượng giảm iod do quá trình oxy hóa iod được tăng lên bởi độ ẩm, tiếp xúc với nhiệt độ, ánh sáng mặt trời hoặc do các chất phụ liệu được thêm vào chế phẩm bổ sung kali iodat

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Chuẩn độ IO3- + 5 I- + 6H+ = 3I2 + 3 H2O

(muối) (KI) (H2SO4)

2 Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6 Chỉ thị: hồ tinh bột

Muối có hàm lượng iod trên 5 mg/kg

[24]

2 Chuẩn độ Xác định hàm lượng iod tổng iodid và iodat trong natri clorid

I- + Br2 + 3 H2O = IO3- + 6Br- + 6 H+ (Loại brom dư: Br2 + HCOOH = CO2 + 2 HBr )

IO3- + 5 I- + 6H+ = 3I2 + 3 H2O (muối) (KI) (H3PO4)

Muối có hàm lượng iod trên 3,5 mg/kg

[2]

9

2 Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6 Chỉ thị: hồ tinh bột

3 Von – ampe Sự oxi-hóa của I- thành IO3- dựa trên sự có mặt NaClO

( I- + 3 ClO- = IO3- + Cl- ) Sau 20 phút phản ứng, lượng dư NaClO được loại bỏ khi thêm

Na2SO3 Các kim loại được loại bỏ bằng cách tạo phức với EDTA

IO3- xác định bằng kỹ thuật đường chuẩn hoặc kỹ thuật thêm chuẩn trên máy cực phổ

+ Điện cực so sánh: Ag/AgCl/KCl (3 mol/L) + Điện cực bổ trợ: Pt Rod electrode

+ Khoảng thế: - 700 ÷ - 1300 mV + Biên độ xung: 50 mV

+ Thời gian áp xung: 40 ms

Giọt thủy ngân treo với kích thước giọt mặc định là 4 LOD: 10 μg/L

Với giọt kích thước 9:

LOD: 2,5 μg/L

+ Khoảng thời gian lấy mẫu giữa các lần: 14s + Thời gian rửa: 1s

Khoảng tuyến tính:

0,1 – 200,0 mg/L LOD: 0,049 mg/L LOQ: 0,164 mg/L

Độ thu hồi:

80,48% - 118,1 %

Thực phẩm, muối, thực vật

[16]

5 Quang phổ Dựa trên phản ứng Sandell-Kolthoff là phản ứng trắc quang động Khoảng tuyến Muối [5]

11

UV học xúc tác dựa trên phản ứng oxi-hóa khử giữa Ce(IV) và As(III)

trong môi trường acid 2Ce4+ + 2I- → 2Ce3+ + I2

As3+ + I2 → As5+ + 2I- Hàm lượng iod trong mẫu được xác định bằng sự giảm mật độ quang của dung dịch trước và sau phản ứng - sau thời gian cố định khi có mặt chất xúc tác iodid tại bước sóng λ= 405 nm,

(ΔA) tỷ lệ với nồng độ iodid trong dung dịch

tính:

0,51 – 5,1 mol/L

LOD: 0,2 μmol/L ( 3,3 mg KI/ kg muối)

Dung dịch sau phản ứng đem đo quang tại bước sóng

λ = 556 nm

Khoảng tuyến tính:

0 – 2,6 ug/ mL LOD: 7,10 ng/mL

Độ thu hồi:

96,2 – 99,2%

Tảo, khoai tây, nước máy, nước mưa

[18]

7 Quang phổ Nuclear fast red (NFR) hay còn gọi là Kernechtrot, là muối natri Khoảng tuyến Muối [15]

12

định iodid dựa trên phản ứng iodid là chất xúc tác cho quá trình oxi-hóa NFR bởi iodat trong môi trường acid

Sau thời gian 3 phút phản ứng, đo quang ở bước sóng λ = 516 nm

tính:

7-70 ng /mL LOD:

5,7 ng/ mL

8 Quang phổ

UV

I- ức chế phản ứng màu giữa Co(III)-EDTA và H2PO2- với Pd(II)

là chất xúc tác ở pH 3,2 ở nhiệt độ 25 oC trong 10 phút Đo quang

λ = 540 nm

Khoảng tuyến tính:

2 – 35 ng/mL LOD = 1,2 ng/mL

Nước, nước tiểu, muối và một số thuốc

sau một khoảng thời gian cố định (0,5 phút và 5 phút)

Khoảng tuyến tính:

0,5 – 190,0 μg/ L LOD: 0,12 μg/ L

Mẫu thực phẩm (bơ, sữa, trứng, khoai tây, táo )

13

Đo sự giảm hấp thụ của của Indigo carmin ở bước sóng λ = 612 nm trong 0,5 – 2,5 phút kể từ khi bắt đầu phản ứng

ng/mL LOD : 34 ng/mL

2,0 x 10-6 – 1,3

10-4 mol/L LOD : 1,5 x 10-7 mol/L

Sau thời gian 5 phút, hỗn hợp phản ứng được đo ở bước sóng λ =

Khoảng tuyến tính:

2 - 30 μg/ 10 mL LOD :

Hydrazine phản ứng với iodat Đo sự giảm hấp thụ của methyl da cam khi có mặt iodat ở bước sóng λ = 525 nm trong thời gian 30 -180s kể từ khi bắt đầu phản ứng

Khoảng tuyến tính:

0,03 – 1,2 μg/ mL LOD :

Khoảng tuyến tính:

0,2 -10 µg/L LOD= 0,2 µg/L

Nước tự nhiên

Thực hiện phản ứng chuyển I- hoặc I2 về IO3- bằng nước brom

Khoảng tuyến tính:

1-15 µg/10ml

Muối, chế phẩm dược phẩm và nước biển

[14]

15

trong acid, IO4- về IO3- nhờ ethylen glycol trong acid

Định lượng I- và IO3- trong muối, I2 chế phẩm dược phẩm, và IO4trong nước biển

-16

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng – nguyên liệu và trang thiết bị

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Hai loại thực phẩm bổ sung iod hiện đang lưu hành trên thị trường được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Hai chế phẩm bổ sung iod được nghiên cứu

Đối tượng Đặc điểm Bột canh i-ốt Hachacorp

Hàm lượng i-ốt 20-40 ppm

- Nhà sản xuất: Công ty cổ phần CBTP Hải Châu, Việt Nam

- Hóa chất KIO3 99,8% (Potasinium Iodate, AR, PEKING CHINA)

- Nước cất hai lần đã lọc bỏ ion

- BaCl2 99,7% (Barium chloride dihydrate, AR, Guangdong Chemical)

o Điện cực công tác: giọt Hg treo(HDME);

o Điệc cực so sánh: Ag|AgCl|KCl;

o Điện cực bổ trợ: Pt

- Loại oxy hòa tan bằng N2 99,999%

- Máy lọc nước: Maxima Ultra pure water (ELGA,Anh)

- Máy siêu âm: Ultrasonic LC 60 H (ALOKA, Đức)

- Cân phân tích: Sartorius (d = 0,1 mg) (Sartorius, Đức)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

- Khảo sát sơ bộ các thông số của phép đo cực phổ xung vi phân iodat trên điện cực giọt thủy ngân treo

- Lựa chọn điều kiện phân tích phù hợp

- Chọn khoảng nồng độ có sự phụ thuộc tuyến tính giữa các nồng độ và các giá trị cường độ dòng điện tương ứng

Giá trị trung bình:

n

X X