Mục đích của luận án đưa ra các cơ sở khoa học góp phần giúp cho việc khai thác và ứng dụng có hiệu quả nguồn lợi Alginat từ rong mơ khu vực Bắc miền Trung nói riêng và Việt Nam nói chung. Mời các bạn cùng tham khảo luận án để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HĨA HỌC TRẦN VĨNH THIỆN ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA ALGINAT VÀ OLIGOSACARIT TÁCH TỪ RONG MƠ KHU VỰC BẮC HẢI VÂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 62.44.31.01 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC Hà Nội, 2010 Cơng trình hồn thành tại: Viện Hóa học (Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam) Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Chu Đình Kính PGS TS Trần Thái Hịa Phản biện 1: GS.TSKH Trần Văn Sung Viện Hóa học - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Phản biện 2: PGS.TS Trần Thị Như Mai Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Phản biện 3: TS Phạm Lê Dũng Viện Hóa học - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại: Viện Hóa học – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Vào hồi 14 00 ngày 17 tháng 12 năm 2010 Có tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Quốc gia Việt Nam Thư viện Viện Hóa học NHỮNG CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Trần Thái Hịa, Trần Vĩnh Thiện, Đinh Quang Khiếu (2005), “Điều chế đặc trưng micro-natri alginat”, Tuyển tập báo cáo toàn văn hội nghị toàn quốc đề tài nghiên cứu khoa học lĩnh vực Hóa lý Hóa lý thuyết, Nhà xuất Văn hóa thơng tin, Hà Nội, tr 33-36 Tran Thai Hoa, Tran Vinh Thien, and Dinh Quang Khieu (2006), “Composition and sequential structure of alginate from brown seaweeds in TT-Hue province”, Tạp chí Hóa học Ứng dụng, 57(9), tr 34-36 Tran Vinh Thien, Chu Đinh Kinh, Tran Thai Hoa, and Dinh Quang Khieu (2007) “Preparation of alginic acid oligomer by phosphoric acid hydrolysis”, Advances in Natural Sciences, 8(1), pp 35-42 Chu Đình Kính, Trần Vĩnh Thiện, Trần Thái Hịa, Đinh Quang Khiếu (2008) “Điều chế axit alginic giàu hợp phần axit polymannuronic axit polyguluronic phương pháp thủy phân”, Tạp chí Hóa học, 46(1), tr 13-18 Tran Vinh Thien, Chu Đinh Kinh, Tran Thai Hoa, and Dinh Quang Khieu (2008), “Characterization of alginate prepared from brown seaweeds in Thua Thien-Hue province”, Asean Journal on Science & Technology for Development, 25(2) 2008, pp 427-433 Trần Vĩnh Thiện, Chu Đình Kính, Trần Thái Hịa (2008), “Nghiên cứu động học trình hấp phụ Cu(II) dung dịch nước vào alginate phương pháp đo pH độ dẫn điện”, Tạp chí Hóa học, 46(5A), tr 265-270 I GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1.1 Tính cấp thiết luận án Rong mơ (Sargassum) đối tượng rong biển chiếm ưu vùng ven biển miền Trung nói chung khu vực Bắc đèo Hải Vân nói riêng đa dạng thành phần lồi sản lượng tự nhiên cao Với hàm lượng axit alginic cao, rong mơ nguồn nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất alginat Sự đa dạng cấu trúc tạo nên cho alginat tính chất đặc thù, làm cho ứng dụng nhiều lĩnh vực khác xem polysaccarit có nhiều ứng dụng Các ứng dụng truyền thống alginat liên quan đến khả giữ nước, tạo gel, tạo nhớt tính chất làm ổn định Các nghiên cứu gần cho thấy alginat có nhiều ứng dụng đầy hứa hẹn công nghệ sinh học như: làm chất cố định cho tế bào sản xuất hóa chất thực phẩm, sản xuất kháng thể đơn dòng, sản xuất giống nhân tạo hàng loạt phương pháp cấy mô, sản xuất chế phẩm điều trị bệnh parkinson, suy giảm chức gan, giảm canxi máu, tiểu đường, ung thư,… Trong việc khai thác ứng dụng truyền thống alginat kỹ thuật từ lâu dựa chủ yếu vào kiến thức kinh nghiệm nay, alginat thâm nhập vào lĩnh vực dược phẩm công nghệ sinh học, việc khai thác ứng dụng đòi hỏi hiểu biết chi tiết cấu trúc quan hệ cấu trúc chức để định hướng cho việc điều chế dẫn xuất có cấu trúc thích hợp Trên giới, nhiều cơng trình nghiên cứu qui trình sản xuất, phương pháp nghiên cứu cấu trúc alginat ứng dụng alginat chế phẩm công bố cho thấy alginat ngày đóng vai trị quan trọng cơng nghiệp đời sống Ở nước ta, chưa có cơng trình nghiên cứu cách có hệ thống cấu trúc alginat rong mơ miền Trung Việt Nam chưa có nghiên cứu đề cập đến việc phân lập tạo oligosacarit có cấu trúc thích hợp từ alginat 1.2 Mục đích nghiên cứu luận án Đưa sở khoa học góp phần giúp cho việc khai thác ứng dụng có hiệu nguồn lợi alginat từ rong mơ khu vực Bắc miền Trung nói riêng Việt Nam nói chung 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án - Cung cấp sở khoa học cho việc áp dụng phương pháp hóa lý, vật lý đại phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân, XRD,… để phân tích đánh giá đặc điểm cấu trúc alginat oligosacarit - Cung cấp sở khoa học cho việc điều chế, phân lập alginat oligosacarit từ rong mơ nhằm thu sản phẩm có cấu trúc thích hợp cho ứng dụng đặc thù - Cung cấp thông tin đặc trưng cấu trúc quan trọng alginat số ứng dụng alginat oligosacarit tách từ số loài rong mơ khu vực Bắc Hải Vân 1.4 Những đóng góp luận án - Đã nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến q trình tách alginat từ lồi rong mơ phổ biến khu vực Bắc Hải Vân nhằm thu sản phẩm với hiệu suất khối lượng phân tử trung bình mong muốn phưong pháp qui hoạch hóa thực nghiệm - Đặc điểm cấu trúc hóa học alginat oligosaccarit tách từ rong mơ khu vực Bắc Hải Vân, lần nghiên cứu cách chi tiết phương pháp hóa lý đại - Đã nghiên cứu điều chế oligosaccarit từ alginat có cấu trúc hình thái khác cách điều chỉnh môi trường thủy phân dung mơi kết tinh có độ phân cực khác khảo sát cách có hệ thống số ứng dụng alginat oligosaccarit điều chế - Đã đề nghị phương pháp đơn giản để nghiên cứu trực tiếp động học đặc trưng trình hấp phụ Cu (II) dung dịch nước axit alginic Cơ sở phương pháp xác định biến thiên nồng độ kim loại bị hấp phụ thông qua thay đổi pH độ dẫn điện dung dịch Bằng phương pháp xác định liên tục trực tiếp nồng độ kim loại khoảng thời gian ngắn (10s), mà phương pháp nghiên cứu động học điều kiện gián đoạn thông thường giải Phương pháp mở rộng để nghiên cứu động học hấp phụ kim loại nặng polysaccarit khác nhu chitosan, carrageenan v.v… 1.5 Bố cục luận án Luận án dày 175 trang kết cấu sau: Bìa, mục lục, danh mục chữ viết tắt, danh mục bảng, hình, phụ lục 14 trang Phần mở đầu trang Chương I Tổng quan tài liệu 41 trang Chương II Đối tượng nghiên cứu kỹ thuật thực nghiệm 16 trang Chương III Kết thảo luận 54 trang Kết luận kiến nghị trang Các cơng trình liên quan đến luận án trang Tài liệu tham khảo 16 trang Phụ lục 27 trang I NỘI DUNG LUẬN ÁN CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Sơ lược nguồn lợi rong nâu rong mơ giới Việt Nam 1.2 Đặc điểm cấu trúc, tính chất số ứng dụng alginat 1.3 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc alginat Bao gồm phương pháp xác định hàm lượng alginat, xác định khối lượng phân tử trung bình, phổ hồng ngoại, phổ NMR, XRD, SEM 1.4 Nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng alginat Đề cập đến tình hình xu hướng nghiên cứu khả hấp phụ kim loại rong mơ alginat giới 1.5 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 1.5.1 Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài bước đầu nghiên cứu có hệ thống alginat từ rong mơ, đưa sở khoa học góp phần giúp cho việc khai thác, chế biến ứng dụng có hiệu nguồn lợi alginat từ rong mơ khu vực Bắc miền Trung nói riêng Việt Nam nói chung 1.5.2 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tách alginat từ loài rong mơ phổ biến khu vực Bắc Hải Vân nhằm đưa quy trình hợp lý để thu sản phẩm với hiệu suất cao có chất lượng tốt - Áp dụng phương pháp hóa lý, vật lý đại phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân, XRD,… để phân tích đánh giá đặc điểm cấu trúc alginat oligosaccarit điều chế từ alginat tách từ số loài rong phổ biến khu vực miền Trung; - Điều chế mô tả đặc trưng cấu trúc alginat oligosaccarit từ alginat Khảo sát số ứng dụng hấp phụ kim loại nặng xử lý mơi trường; khả kích thích nảy mầm tăng trưởng trồng alginat oligosaccarit điều chế CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng nghiên cứu Là mẫu rong mơ thuộc loài phổ biến nhất: Sargassum swartzii; Sargassum kuetzingii; Sargassum oligocystum; Sargassum polycystum thu hái dọc bờ biển khu vực chân phía Bắc đèo Hải Vân, thuộc thị trấn Lăng Cô, huyện Phú Lộc tỉnh Thừa Thiên Huế vào khoảng thời gian từ 29 - 31/5/2006, khoảng thời gian rong mơ có hàm lượng chất lượng alginat cao 2.2 Phương pháp nghiên cứu Trình bày phương pháp sử dụng luận án mặt kỹ thuật thực nghiệm, bao gồm: xác định hàm lượng alginat; xác định khối lượng phân tử trung bình; phương pháp khảo sát cấu trúc phổ hồng ngoại, NMR; khảo sát đặc trưng tinh thể XRD, SEM; phương pháp kế hoạch hóa thực nghiệm 2.3 Thực nghiệm Trình bày kỹ thuật thực nghiệm điều chế alginat từ rong mơ, điều chế oligoalginat, điều chế axit alginic dạng hạt khảo sát hấp phụ kim loại nặng, thử nghiệm hấp phụ kim loại nặng thử nghiệm khả kích thích nảy mầm tăng trưởng 2.4 Hóa chất sử dụng luận án CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Điều chế alginat từ rong mơ 3.1.1 Qui trình điều chế Điều chế alginat từ rong mơ theo qui trình axit Sản phẩm alginat thu được phân tích định lượng khảo sát đặc trưng cấu trúc tính chất hố lý 3.1.2 Phân tích định lượng alginat phương pháp trắc quang Việc ghi phổ hấp thụ dung dịch alginat chuẩn có nồng độ lần lượt: 0,01; 0,025; 0,05; 0,08; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4mg alginat/ml cho tác dụng với phenol axit sunfuric đặc thực vùng 430 – 600nm Kết cho thấy dung dịch alginat chuẩn hấp thụ cực đại bước sóng λ = 480nm cho độ hấp thụ cực đại khoảng từ 0,2 – 0,8 ứng với dung dịch alginat có nồng độ từ 0,1 – 0,25mg/ml Việc xác định hàm lượng alginat mẫu điều chế được tiến hành phương pháp thêm chuẩn Kết xác định hàm lượng alginat mẫu alginat tách từ loài rong S.kuetzingii Setchell (ký hiệu Alg1-4, Alg1-5, Alg1-6) S swartzii (Turn.) C.Ag (ký hiệu Alg2-5, Alg2-6) khu vực Bắc đèo Hải Vân Kết đưa bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết xác định hàm lượng mẫu alginat Mẫu Alg 1-4 Alg 1-5 Alg 1-6 Alg 2-5 Alg 2-6 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Lượng alginat xác đinh (mg) 0,1887 0,1895 0,1907 0,1884 0,1892 Hàm lượng alginat (%) 94,35 94,76 95,35 94,2 94,6 Lượng mẫu (mg) Kết cho thấy hàm lượng alginat mẫu alginat chúng tơi tách từ hai lồi rong phổ biến Thừa Thiên Huế tương đối gần dao động khoảng 94-95% Phương pháp phân tích sử dụng để xác định hàm lượng alginat mẫu alginat điều chế được, từ xác định tỉ lệ phần trăm alginat điều chế từ rong mơ thí nghiệm điều chế alginat theo cơng thức: Tỉ lệ phần trăm alginat điều chế: H % = a x100% m Trong đó: a- khối lượng alginat (g) xác định phương pháp trắc quang mẫu sản phẩm điều chế từ m g rong mơ khô 3.1.3 Xác định khối lượng phân tử trung bình alginat phương pháp đo độ nhớt Khối lượng phân tử trung bình sản phẩm alginat xác định phép α đo độ nhớt tính tốn theo phương trình Mark-Houwink, [η] = K.M v , đó: [η] độ nhớt đặc trưng, xác định từ giao điểm với trục tung biểu đồ Huggins (ηred – C) biểu đồ Kraemer (ηinh – C); K, α số loại alginat K = 6,9x10-6 α = 1,13 alginat giàu G; K = 7,3x10-5 α = 0,92 alginat giàu M Đối với alginat điều chế từ rong mơ khu vực Bắc đèo Hải Vân, theo kết phân tích cấu trúc, giàu M G Vì vậy, sử dụng giá trị K = 7,3x10-5 α = 0,92 để tính tốn khối lượng phân tử Kết xác định độ nhớt đặc trưng khối lượng phân tử mẫu alginat tách từ loài rong mơ thể bảng 3.2 Các kết cho thấy khối lượng phân tử alginat tách từ loài rong mơ khu vực Bắc đèo Hải Vân thuộc loại trung bình, khoảng 100 kDa Bảng 3.2 Kết xác định độ nhớt đặc trưng khối lượng phân tử mẫu alginat tách từ loài rong mơ khu vực Bắc đèo Hải Vân Ký hiệu mẫu Độ nhớt đặc trưng (dl/g) Khối lượng phân từ (Da) T1 2,9746 102.562 T2 3,2657 113.516 T3 3,2533 113.048 T4 2,8143 96.568 3.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tỉ lệ tách khối lượng phân tử trung bình alginat Bảng 3.3 Các mức tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến q trình tách chiết alginat Các mức thí nghiệm Các yếu tố ảnh hưởng Nồng độ HCHO Nồng độ HCl (M), Nồng độ Na2CO3, (%), Z1 Z2 (%) Z3 Mức gốc (Z0j) 0,3 0,25 Khoảng biến thiên ( Δ Zj) 0,2 0,15 Mức cao (Zjmax) 0,5 0,4 Mức thấp (Zjmin) 0,1 0,1 Với qui trình điều chế đưa trên, theo chúng tôi, yếu tố: nồng độ HCl, nồng độ HCHO nồng độ dung dịch Na2CO3 ảnh hưởng đến tỉ lệ tách alginat khối lượng phân tử alginat tách từ rong mơ Để khảo sát ảnh hưởng yếu tố này, tiến hành thí nghiệm thăm dị ảnh hưởng yếu tố nồng độ HCl HCHO giai đoạn xử lý sơ nồng độ Na2CO3 giai đoạn nấu chiết đến tỉ lệ phần trăm khối lượng phân tử trung bình alginat tách Dựa vào kết khảo sát sơ bộ, chọn quy hoạch bậc hai để tiến hành khảo sát ảnh hưởng đồng thời yếu tố nồng độ HCl, nồng độ HCHO nồng độ Na2CO3 theo khoảng nồng độ trình bày bảng 3.3 Tiến hành thực nghiệm theo ma trận thực nghiệm bậc hai lập được, sau kiểm tra tính lặp lại chuẩn Cochran, tính có nghĩa hệ số chuẩn Student, tính tương hợp phương trình hồi qui chuẩn Fisher, chúng tơi thu phương trình hồi qui mô tả phụ thuộc tỉ lệ alginat tách từ rong mơ theo yếu tố khảo sát sau: y1 = 15,876 + 38,51z1 + 25,71z2 + 7,07z3 - 77,02z21 - 51,42 z22 - 1,597 z23 Bằng cách tương tự, thiết lập phương trình hồi qui mơ tả phụ thuộc M v alginat vào yếu tố khảo sát sau: y2 = 71748 + 60795z1 +41489z2+13204z3 - 101325z21 - 82978z22 - 2731z23 Từ phương trình hồi quy, phương pháp giải tích, tìm cực đại biến, ứng với điều kiện tối ưu nồng độ yếu tố HCHO, HCl, Na2CO3 để đạt tỉ lệ tách alginat cao là: Nồng độ HCHO: 0,30%, nồng độ HCl: 0,25M, nồng độ Na2CO3: 2,21% Khi giá trị y1,max tương ứng là: 31,77% Để khối lượng phân tử trung bình alginat cao nhất, điều kiện tương ứng là: nồng độ HCHO: 0,30%, nồng độ HCl: 0,25M, nồng độ Na2CO3: 2,39%, giá trị tương ứng y2,max 106.175 Da Lập lại thí nghiệm tách alginat nồng độ HCHO 0,30%, HCl 0,25M Na2CO3 2,30% thu giá trị tỷ lệ tách alginat khối lượng phân tử trung bình alginat thực tế sau: Thí nghiệm Trung bình Tỷ lệ tách alginat (%) 31,65 31,82 31,58 31,68±0,10 M v alginat (Da) 105670 104945 106260 105625±538 Kết cho thấy, phương trình hồi qui lập đáng tin cậy 3.2 Khảo sát cấu trúc alginat điều chế Nhiệm vụ việc khảo sát cấu trúc alginat điều chế xác định thành phần monome phân tử alginat thông qua tỉ lệ M/G quy luật trật tự xếp monome phân tử alginat số đặc trưng khác có ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm alginat Nhiệm vụ giải phương pháp sau đây: 3.2.1 Phổ hồng ngoại Phổ hồng ngoại mẫu alginat điều chế từ loài rong khu vực Bắc đèo Hải Vân so sánh với phổ hồng ngoại mẫu alginat hãng OSAKA Hayashi Pure Chemical Industries Ltd, Japan cho thấy phổ mẫu alginat điều chế thể píc dao động đặc trưng hoàn toàn tương tự với phổ Tỉ lệ hàm lượng mannuronic/guluronic (tỉ lệ M/G) đặc trưng mẫu alginat tính tốn từ tỉ lệ cường độ tương đối dải hấp thụ khoảng 1033 cm-1 1093 cm-1, theo tỉ lệ M/G mẫu alginat điều chế từ loài rong S.Kuetzingii S.Swartzii 1,276 1,200 Kết cho thấy alginat điều chế từ loài rong phổ biến khu vực Bắc Hải Vân có đặc trưng tương tự tương M4 Điều thấy qua tương tác proton G1 với proton M4 phổ COSY TOCSY Trên phổ COSY TOCSY M4 có tương tác với píc trường cao (4,135ppm) Đây proton M5 Kết qui kết píc cộng hưởng proton mạch alginat phổ H-NMR trình bày hình 3.13 Phổ 13C-NMR đưa hình 3.16, gồm 12 píc mạnh Việc gán píc cho nguyên tử cacbon mạch alginat thực nhờ phổ dị hạt nhân HSQC trình bày hình 3.17 Từ píc cộng hưởng xác nhận proton phổ 1H-NMR xác định dễ dàng độ chuyển dịch hóa học nguyên tử cacbon tương ứng phổ 13C-NMR Kết trình bày hình 3.16 bảng 3.6 Bảng 3.6 Độ chuyển dịch hóa học proton nguyên tử cacbon mạch alginat D-Mannuronic axit (M) L- Guluronic axit (G) Thứ tự proton 5,090 4,446 4,152 4,318 4,135 cacbon 100,66 70,59 72,01 78,62 76,72 proton 5,473 4,318 4,446 4,571 4,883 cacbon 101,22 65,74 69,74 80,53 67,86 175,38 175,58 Sự xác định píc cộng hưởng proton nguyên tử cacbon phổ cộng hưởng từ hạt nhân chi tiết cho phép chúng tơi sử dụng phổ NMR để xác định số đặc trưng mẫu alginat điều chế Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR mẫu natri alginat tách từ loài rong Sargassum Kuetzingii setchell trình bày hình 3.18 Các píc cộng hưởng quy kết dựa theo cách phân tích trình bày phần Có thể thấy đỉnh cộng hưởng vùng anome Theo Grasdalen cộng (1977), gốc M cấu dạng 4C1 G cấu dạng 1C4, mạch alginat không phụ thuộc trật tự gốc, đỉnh cộng hưởng giải thích cách thừa nhận cộng hưởng M G nhạy với gốc liền kề với chúng Bằng việc khử tương tác spin-proton chọn lọc, Grasdalen cộng (1977) chứng minh píc phía trường cao cộng hưởng GM (G liên kết với gốc M liền kề bên phải), píc phía trường thấp cộng hưởng MG (M liên kết với gốc G liền kề bên phải) Việc qui kết cho phép tính số đặc trưng polyme quan trọng alginat phần mol M G, phần mol đôi MM, GG (được ký hiệu FM, FG, FMM, FGG) tỉ lệ M/G từ cường độ tương đối píc cộng hưởng tương ứng (ký hiệu IM, IG, IMM, IMG,…) 10 theo phương trình liên hệ sau: FM = IM I MG + I MM I MM ; FMM = = I M + IG I MG + I MM + IGG + IGM I MG + I MM + IGG + IGM FM + FG = FMM + FMG = FM; FGG + FGM = FG Đối với mạch alginat tương đối dài (có độ trùng hợp phân tử lớn 20) chấp nhận: FMG = FGM Tỉ số M/G = FM/FG Hình 3.18 Phổ 13C-NMR mẫu natri alginat tách từ rong S Kuetzingii Kết xác định đặc trưng nói mẫu alginat phổ 13C-NMR trình bày bảng 3.8 Hình 3.20 Phổ 1H-NMR natri alginat tách từ hai loài rong S Kuetzingii Phổ 1H-NMR mẫu natri alginat tách từ rong S.Kuetzingii đưa hình 3.20 Việc qui kết đỉnh cộng hưởng proton thực trình bày Bằng phương pháp so sánh phổ phân đoạn MG pD=3,5 pD=7 khác nhau, Grasdalen cộng (1979) chứng minh cộng hưởng proton G5 tách thành píc có độ chuyển dịch hóa học phụ thuộc pD, tương ứng với gốc liền kề bên phải M hay G (GM5 GG5) Tại pD=3,5, cộng hưởng bị dịch chuyển phía trường thấp với mức độ so với píc tương ứng pD trung hịa, thể píc riêng biệt nhận diện cách so 11 sánh tổng cường độ chúng với cường độ píc G1 Tại pD trung hịa, hai píc dịch chuyển phía trường cao với mức độ Píc phía trường cao GG5 píc cịn lại trùng với píc M1 GM5 Cường độ tương đối píc A (G1), B (M1 GM5) C (GG5) chứa thông tin tỉ lệ M/G phần mol FMM, FGG, FMG, FGM đôi kề gần MM, GG, MG, GM tương ứng chuỗi copolyme alginat Chú ý rằng, phần mol khối xen kẽ tỉ lệ với khác diện tích píc A C phần mol G tỉ lệ với diện tích píc A Như sử dụng phổ 1H-NMR để khảo sát đặc trưng thành phần monome trật tự monome chuỗi copolyme alginat Về mặt định lượng, phân số mol G tần suất đôi FGG liên hệ với cường độ (I) vạch tương ứng theo biểu thức sau: FG = IA ; I B + IC FGG = IC I B + IC Phân số mol M suy từ điều kiện chuẩn: FG + FM = Các quan hệ phần mol G M với phần mol đôi FGG + FGM = FG cho bởi: FMM + FMG = FM Đối với mạch đủ dài (có độ trùng hợp lớn 20), đóng góp từ nhóm đầu cuối xem khơng đáng kể, nên xem FGM = FMG Trong trường hợp mẫu alginat xét, theo kết xác định khối lượng phân tử, thấy điều kiện thỏa mãn Và tỉ lệ M/G = FM/FG Bảng 3.8 Thành phần monome phần mol đôi chuỗi mạch phân tử alginat tách từ loài rong khu vực Bắc đèo Hải Vân FG FM FGG FMM FMG= FGM M/G Toàn S Swartzii 0,29 0,71 0,11 0,53 0,18 2,45 S Swartzii (Khánh Hòa) 0,28 0,72 0,14 0,58 0,14 2,57 Nguyên liệu Toàn 0,49 0,51 0,23 0,25 0,26 1,04 S Kuetzingii 13 0,47 0,53 0,37 0,37 0,10 1,12 Thân 0,34 0,66 0,20 0,52 0,14 1,94 Lá 0,38 0,62 0,27 0,51 0,11 1,63 Thân 0,32 0,68 0,19 0,52 0,13 2,13 Lá 0,32 0,68 0,16 0,53 0,16 2,13 S Oligocystum S polycystum H-NMR C-NMR Kết tính tốn đặc trưng chuỗi mạch polyme từ phổ 13C-NMR 1H12 NMR tương ứng mẫu natri alginat tách từ số loài rong thu vùng biển khu vực Bắc đèo Hải Vân mẫu alginat tách từ rong Khánh Hòa đưa bảng 3.8 Từ kết thấy alginat tách từ loài rong khu vực Bắc đèo Hải Vân giàu khối M G đặc biệt mẫu tách từ rong S Swartzii (kể rong Khánh Hòa) có hàm lượng M gấp gần 2,5 lần G Trừ alginat tách từ rong S Kuetzingii có thành phần khối homopolyme (MM, GG) khối xen kẽ (MG, GM) tương đối đồng nhau, mẫu alginat khác giàu thành phần khối homopolyme MM khối GG khối xen kẽ MG, GM Các mẫu alginat tách từ thân loại rong có đặc trưng cấu trúc khơng khác nhiều Các kết tính tốn từ số liệu phổ 13C-NMR 1H-NMR mẫu alginat tách từ rong S Kuetzingii cho thấy hai phương pháp cho kết tương đối gần 3.2.3 Đặc trưng tinh thể Tách alginat từ dung dịch cách kết tủa dung môi khác axeton, etanol metanol, sản phẩm tương ứng ký hiệu Cường độ AA, AE AM Cấu trúc phân tử sản phẩm AE AM quan sát phổ 13C-NMR Phổ 13CNMR nguyên tử cacbon anome AE AM cho thấy, tất mẫu alginat AE AM có cấu trúc phân tử tương tự nhau, theta Hình 3.22 XRD mẫu alginat kết tủa dung môi khác chứa nhiều đoạn homopolyme MM, GG đoạn xen kẽ MG GM Như việc kết tủa dung môi khác không làm thay đổi cấu trúc phân tử alginat Hình 3.22 trình bày XRD mẫu alginat Có thể thấy mẫu AA, AM, AE có góc phản xạ 14, 210, phản xạ block MM GG kết tinh Tuy nhiên, píc đặc trưng mẫu AE AA tù chứng tỏ chúng có cấu trúc vơ định hình Trong mẫu AM có píc phản xạ có độ rộng bán phổ hẹp góc phản xạ cao chứng tỏ AM có cấu trúc tinh thể cao Điều giải thích số điện mơi dung mơi tăng dần kết tủa alginat có tính trật tự cao Sự 13 quan sát phù hợp với kết quan sát SEM của mẫu AA, AE AM Có thể thấy AE kết tụ thành khối lớn vài trăm micromet SEM độ phân giải cao AA cho thấy có đan xen tinh thể vùng vơ định hình alginat Hình vị phù hợp với cấu trúc vơ định quan sát XRD Khác với AE AA, trường hợp AM quan sát đơn tinh thể kích thước cỡ micromét Việc điều chế alginat kích thước micro có ý nghĩa khoa học thay phần phương pháp sử dụng chất định hướng cấu trúc có qui trình phức tạp Hình 3.23 SEM mẫu alginat AA, AE, AM 3.3 Điều chế oligosacarit từ alginat 3.3.1 Điều chế oligoalginat phương pháp thủy phân với H3PO4 Qui trình điều chế oligoalginat từ mẫu alginat tách từ loài rong S.kuetzingii trình bày chương sơ đồ hình 2.3 2.4 Hình 3.25 Phổ 13C-NMR C-2,3,4,5 mẫu Alg-A, Alg-B Alg-C Hình 3.24 Phổ 13 C-NMR vùng anome Hình 3.24 trình bày phổ 13 C-NMR vùng anome axit alginic mẫu 14 oligoalginat Các píc cộng hưởng vùng từ 100-102 ppm píc tách thành vạch, tương ứng với gốc liên kết liền kề với C1 Có thể quan sát vạch tương ứng với cộng hưởng MG, GG, MM GM theo thứ tự từ phía trường thấp Trong phổ Alg-A píc tương ứng với GM MG nhỏ chứng tỏ mẫu axit alginic ban đầu bao gồm chủ yếu khối homopolysacarit (MM GG) khối MM chiếm tỉ lệ cao Tần suất chuỗi GG tăng lên đáng kể Alg-B so với Alg-A chứng tỏ chất không bị thủy phân khối GG Alg-B giàu thành phần khối GG MM Trong phổ Alg-C, cường độ píc tương ứng với chuỗi GG 101,8 ppm nhỏ cường độ píc ứng với chuỗi MM 100,5 ppm tăng lên đáng kể Vì nói Alg-C chứa chủ yếu khối homopolyme axit mannuronic MM Khác với khối GG, khối MM hòa tan tốt H3PO4 kết tinh tốt nước Tỉ lệ thành phần monome chuỗi mạch (M/G) sản phẩm tính tốn theo cách tính mục 3.2 Kết đưa bảng 3.10 Bảng 3.10 Hiệu suất khối lượng phân tử trung bình oligome điều chế Sản phẩm Hiệu suất (%) M v (kDA) Tỉ lệ M/G Axit alginic (Alg-A) Alg-B Alg-C 100 47 18 101,052 17,620 15,580 1,38 0,67 3,55 Phổ nguyên tử cacbon C2,3,4,5 Alg-A, Alg-B Alg-C trình bày hình 3.25 Píc đơn 77 ppm ứng với C4 gốc M cho thấy gốc kề liên kết với nguyên tử cacbon chủ yếu axit mannuronic, gốc axit mannuronic chủ yếu tạo thành cấu trúc Cường độ homopolyme Tương tự vậy, gốc axit guluronic chủ yếu tạo nên cấu trúc homopolyme Điều phù hợp tốt với kết đưa từ phân tích phổ vùng anome trên, theo đó, cấu trúc chủ yếu khối homopolyme GG MM Hình 3.26 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) axit alginic oligome Alg-A, Alg-B Alg-C Mức độ kết tinh axit alginic oligome khảo sát giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) trình bày hình 15 3.26 Trong XRD Alg-A, píc tù 13,5 210 chứng tỏ Alg-A có cấu trúc vơ định hình Trong khí Alg-B Alg-C thể píc có độ rộng nhỏ có nghĩa Alg-B Alg-C chứa phần tương đối cao cấu trúc tinh thể Từ thực tế nhiễu xạ góc 2θ: 15,5; 21; 24 390 tăng lên từ Alg-A đến Alg-C thấy nhiễu xạ qui cho khối MM Điều phù hợp với công bố trước A Ikeda cộng Các tác giả cho nhiễu xạ 16 210 oligome giàu MM axit alginic Đối với Alg-B, tỉ lệ khối GG lớn MM Vì vậy, píc nhiễu xạ khoảng 13,50 phải gán cho khối GG Hình 3.27 trình bày hình thái axit alginic ban đầu oligome điều chế quan sát SEM Có thể thấy axit alginic ban đầu có kết tụ thành khối lớn Ở Alg-B nhận hạt có kích thước nano Alg-C chứa hạt kích thước khoảng 1-3 µm Các kết phù hợp với nhận xét có từ XRD cường độ píc 210 tăng từ Alg-A đến Alg-C hay mức độ tinh thể hóa tăng từ Alg-A đến Alg-C theo tăng tỉ lệ khối MM chuỗi mạch Như phương pháp xử lý axit alginic với H3PO4, điều chế oligome axit alginic có cấu trúc khác Hiệu suất khối lượng phân tử trung bình tỉ lệ thành phần monome oligome điều chế được trình bày bảng 3.10 3.3.2 Điều chế oligoalginat phương pháp thủy phân với HCl Sơ đồ qui trình điều chế phân đoạn axit alginic đưa chương Các phân đoạn điều chế ký hiệu Alg-G, Alg-M, Alg-MG Phổ 1H-NMR alginat ban đầu phân đoạn điều chế được trình bày hình 3.28 Có thể thấy phổ Alg-G, píc cộng hưởng ứng với proton M1, M3 M5 có cường độ giảm mạnh so với píc tương ứng phổ alginat ban đầu, ngược lại cường độ píc ứng với proton G1, G5 tăng lên nhiều Vì nói mẫu Alg-G giàu gốc axit guluronic giàu khối homopolyme GG Ngược với mẫu Alg-G, phổ mẫu Alg-M, cường độ píc ứng với cộng hưởng proton G1, G5, G4 thấp, píc ứng với M1, M3, M5 tăng lên đáng kể Kết cho thấy mẫu AlgM giàu gốc axit mannuronic khối homopolyme MM Trong phổ Alg-MG, thấy píc ứng với cộng hưởng proton H5 gốc G liên kết trực tiếp với gốc G khác (GG5) có cường độ thấp, píc ứng với proton G1, M1, M3, M5 bị tách thành nhiều vạch Điều giải thích việc gốc axit mannuronic axit guluronic tương ứng 16 kết hợp xen kẽ với chuỗi mạch Như kết luận mẫu AlgMG chứa chủ yếu khối xen kẽ heteropolyme (MG) Hình 3.28 Phổ 1H-NMR alginat ban đầu phân đoạn điều chế Có thể tính tốn tỉ lệ thành phần monome tần suất đôi mạch mẫu tương ứng từ cường độ tương đối píc cộng hưởng phổ 1HNMR theo phương pháp đưa mục 3.2 Kết trình bày bảng 3.11 xác nhận đặc trưng cấu trúc mẫu oligome phù hợp với kết luận Bảng 3.11 Thành phần monome tần suất đôi alginat mẫu oligoalginat điều chế từ mẫu alginat Mẫu oligoalginat Thành phần monome Tần suất đôi M/G FM FG FMM FMG=FGM FGG Alginat ban đầu 0,72 0,28 0,58 0,14 0,14 2,57 Alg-G 0,10 0,90 0,07 0,03 0,87 0,11 Alg-M 0,90 0,10 0,86 0,04 0,06 9,00 Alg-MG 0,61 0,39 0,27 0,24 0,15 1,56 Hiệu suất oligoalginat điều chế tính phần trăm khối lượng sản phẩm thu khối lượng alginat ban đầu Khối lượng phân tử alginat 17 mẫu alginat xác định phương pháp đo độ nhớt Kết xác định trình bày bảng 3.12 Kết cho thấy hiệu suất phân tử lượng trung bình alginat giàu G cao alginat giàu M Điều lý giải dựa chế phản ứng cắt mạch alginat Trong có mặt axit, phản ứng thủy phân phân cắt liên kết glicozit xảy Do liên kết C-O-C glycozit gốc guluronate GG bền vững so với gốc manuronate MM gốc guluronate với gốc mannuronate GM nên khả bị cắt mạch block GG thấp so với MM GM Khối lượng phân tử trung bình mẫu Alg-MG thấp cho thấy liên kết GM MG bền vững Bảng 3.12 Hiệu suất điều chế khối lượng phân tử trung bình oligoalginat Mẫu Alginat ban đầu Alg-G Alg-M Alg-MG 100 41,8 10,7 30,7 101,052 22,177 14,863 11,570 Hiệu suất (%) M v (DA) Như từ nguồn alginat tách từ rong mơ khu vực Bắc Hải Vân, phương pháp điều chỉnh pH để kết tủa phân đoạn, lần điều chế phân đoạn oligoalginat có cấu trúc xác định giàu M, giàu G giàu khối xen kẽ MG 3.4 Khảo sát số ứng dụng alginat oligoalginat 3.4.1 Khảo sát trình hấp phụ kim loại nặng vào axit alginic qt (mg/g) Axit alginic biết có lực mạnh với cation kim loại hóa trị hai Nhiều nghiên cứu chế q trình kết hợp kim loại vào axit alginic thực Trong nghiên cứu phương pháp thực nghiệm sử dụng để nghiên cứu động học, cân đẳng nhiệt số đặc trưng khác trình hấp phụ kim loại giai 85 400mg/l đoạn thời điểm cân 80 75 dựa việc xác lập mối quan hệ 70 300mg/l 65 60 pH, độ dẫn điện nồng độ kim 55 50 loại dung dịch hấp phụ 200mg/l 45 3.4.1.3 Ảnh hưởng nồng độ đầu 40 35 30 25 20 15 10 100mg/l ion kim loại 50mg/l Hình 3.34 đưa kết xác định phụ thuộc lượng Cu2+ hấp phụ vào axit alginic (qt, mg/g) vào thời gian hấp phụ thí nghiệm 20mg/l 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 T h êi g ia n (g i© y) Hình 3.34 Ảnh hưởng dung lượng hấp phụ vào thời gian hấp phụ nồng độ Cu2+ ban đầu 18 250C, pH ban đầu 4,5 với 0,5 g axit alginic, 100 ml dung dịch Cu2+ có nồng độ khác Có thể nhận thấy tất đường cong có hình dạng đặc trưng cho q trình hấp phụ vật liệu polyme sinh học Dung lượng hấp phụ Cu2+ tăng nhanh vài phút tiếp xúc, sau tăng chậm lại đạt cân Có thể nói q trình tách loại ion đồng axit alginic xảy hai giai đoạn phân biệt: giai đoạn đầu nhanh giai đoạn chậm Thời gian cần thiết để đạt cân hấp phụ nồng độ ion đồng (II) ban đầu từ 20 mg/l đến 400 mg/l 20 phút Mức độ hấp phụ tính tốn tăng dần từ nồng độ 400mg/l (7%) đến 20mg/l (99%), chứng tỏ nồng độ thấp mức độ hấp phụ axit alginic cao Ở nồng độ đầu 20mg/l sau hấp phụ nồng độ Cu (II) 50 ppb Đây ưu điểm trình hấp phụ axit alginic cho phép loại bỏ kim loại nặng nước thải nồng độ thấp 3.4.1.4 Mơ hình động học hấp phụ 40 (A ) (B ) 35 y = -0 0 x + 4 R = 9 y = 0 x + 3 R = 9 30 t/qt qt (mg/g) 25 20 15 -1 10 -2 -3 -2 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 (C) 35 y = 8.6308x - 19.958 R = 0.9817 30 qt 25 20 15 10 5 ln (t) 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Hình 3.35 trình bày động học trình hấp phụ biểu diễn theo mô 45 40 200 t (g iâ y ) t (g iâ y ) Hình 3.35 Động học hấp phụ ion đồng (II) axit alginic (100ml dung dịch Cu2+ 200mg/l, 0,5g axit alginic) theo phương trình: A: bậc biểu kiến; B:bậc hai biểu kiến; C: Elovich hình Kết tính tốn tham số phương trình tương ứng cho thấy mơ hình động học hấp phụ hố học bậc hai biểu kiến cho mối quan hệ tuyến tính với hệ số tương quan cao (R2 >0,99) tất nồng độ khảo sát Các tham số qe tính tốn từ mơ hình gần với qe thực nghiệm mơ hình khác nên kết luận mơ hình hấp phụ bậc hai biểu kiến mơ tả tốt cho q trình hấp phụ ion đồng (II) lên axit alginic Đây chứng chứng tỏ giả thiết trình hấp phụ Cu2+ vào axit alginic túy trao đổi ion 19 3.4.1.6 Đẳng nhiệt hấp phụ Các kết thực nghiệm hấp phụ thực với dung dịch chứa ion đồng vào axit alginic 250C, thời điểm cân sau 25 phút với lượng chất hấp phụ khác sử dụng để mô tả cân hấp phụ Việc đánh giá phù hợp mơ hình đẳng nhiệt với số liệu thực nghiệm thực dựa vào hàm hồi qui phi tuyến: RMSE X2 RMSE X2 nhỏ, mơ hình nghiên cứu phản ánh thực nghiệm Hình 3.38 trình bày đường đẳng nhiệt từ số liệu tính tốn theo phương trình tương ứng với đường biểu diễn số liệu thực nghiệm Từ đường biểu diễn giá trị R2, RMSE, X2 thấy mức độ phù hợp với thực nghiệm mơ hình theo thứ tự: Redlich- Peterson ~ Langmuir, Freundlich, Temkin Như mơ hình đẳng nhiệt Langmuir mơ tả tốt q trình hấp phụ ion Cu (II) vào axit alginic hay nói cách khác q trình hấp phụ gần tạo thành đơn lớp bề mặt chất hấp phụ Kết luận lần khẳng định thêm chất hấp phụ hấp phụ hóa học Ngồi từ phương trình Langmuir, tính dung lượng hấp phụ cực đại (qm = 90,9 mg/g) tương đối lớn 3.4.1.7 Ảnh hưởng nhiệt độ tham số nhiệt động học Hình 3.39 trình bày ảnh hưởng nhiệt độ đến mức độ hấp phụ Cu2+ vào axit alginic Có thể thấy mức độ hấp phụ tăng lên nhiệt độ tăng, chứng tỏ trình hấp phụ thu nhiệt khoảng nhiệt độ nghiên cứu (15 – 450C) Tuy nhiên khoảng từ 35 – 450C, mức độ hấp phụ tăng không đáng kể, chứng tỏ, mức độ hấp phụ đạt cực đại khoảng nhiệt độ Có thể nói ưu điểm việc loại bỏ kim loại nặng axit alginic cho phép dùng axit alginic loại bỏ kim loại nhiệt độ thường 110 100 100 90 90 80 80 70 70 60 F(%) qe (mg/g) 60 50 exp 40 Langmuir 30 Tempkin 20 15 C 25 C 35 C 45 C 40 Freunlich 30 50 R-P 20 10 10 0 20 40 60 C e (mg/L) 80 100 Hình 3.38 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ ion đồng (II) axit alginic 120 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Thêi gian (gi©y) Hình 3.39 Ảnh hưởng nhiệt độ đến mức độ hấp phụ Cu (II) vào axit alginic (0,5g axit alginic/100 ml dung dịch Cu (II) 200mg/l) Các tham số nhiệt động học dùng để khẳng định lại chất hấp phụ nghiên cứu Các tham số bao gồm: biến thiên lượng tự Gibbs (ΔG), 20 biến thiên entanpi (ΔH) biến thiên entropi (ΔS) tính tốn theo phương trình (3.17), (3.18) (3.19) KC = Cae C0 − Ce ΔG ΔS ΔH = − (3.17) ΔG = − RT ln K C (3.18) ln KC = − (3.19) = RT R RT Ce Ce KC số cân trình hấp phụ, Cae Ce nồng độ ion đồng pha rắn pha dung dịch (mg/l) Có thể vẽ giản đồ Van’t Hoff biểu diễn quan hệ lnKC-1/T theo phương trình (3.19) tính tham số nhiệt động học từ độ dốc giao điểm với trục tung đồ thị ΔG tính theo phương trình (3.18) có giá trị âm nhiệt độ nghiên cứu chứng tỏ trình hấp phụ thuận lợi tự xảy Giá trị dương ΔH lần khẳng định trình hấp phụ ion đồng vào axit alginic thu nhiệt Đáng ý ΔS có giá trị dương có nghĩa q trình hấp phụ ion đồng làm tăng mức độ hỗn loạn bề mặt phân cách rắnlỏng Điều giải thích rằng: phân tử dung môi (nước) nhận nhiều entropi bị thay chất hấp phụ bị ion đồng bị tách Hơn trạng thái dung dịch ion đồng bị hidrat hóa mạnh nên có độ trật tự cao trật tự bị ion bị hấp phụ bề mặt axit alginic tách bỏ phân tử nước hidrat hóa 3.4.2 Khảo sát khả kích thích nảy mầm tăng trưởng lúa 3.4.2.1 Khả kích thích nảy mầm hạt giống Tỷ lệ nảy mầm tiêu đánh giá khả nảy mầm hạt giống sau thời gian bảo quản Trong nghiên cứu này, khảo sát ảnh hưởng alginat, alginat giàu G (Alg-G), alginat giàu M (Alg-M) xử lý đến tỉ lệ nảy mầm hạt giống so với đối chứng Các đặc trưng mẫu alginat mẫu oligoalginat đưa bảng 3.15 Sử dụng chuẩn T Student để kiểm tra khác kết với mức có nghĩa α = 0,05 Kết cho thấy: so với đối chứng, trường hợp xử lý với alginat, oligoalginat giàu G, oligoalginat giàu M có Ttn > t(0.05,n + n −2) có nghĩa với mức có nghĩa α = 0,05, alginat, oligoalginat giàu G, oligoalginat giàu M có tác dụng làm tăng tỉ lệ nảy mầm hạt giống lúa, mức độ có khác Oligoalginat giàu M oligoalginat giàu G có tác dụng rõ ràng Điều phù hợp với nhận định A Ikeda cộng alginat oligoalginat đồng cấu trúc có khả kích thích tăng trưởng đặc hiệu 3.4.2.2 Khả kích thích tăng trưởng Sau giai đoạn nảy mầm, để khảo sát ảnh hưởng dung dịch nghiên cứu đến khả kích thích tăng trưởng lúa, chúng tơi tiếp tục ni trồng 21 lơ thí nghiệm điều kiện sau: ngoại trừ lô đối chứng phun nước, lơ thí nghiệm khác phun dung dịch alginat, alginat giàu G, alginat giàu M có nồng độ 100 mg/l đặn ngày lần vào buổi sáng chiếu sáng đèn neon 12 giờ/ngày để trình quang hợp xảy Sau 12 ngày, tiến hành chọn ngẫu nhiên mẫu 40 để đo chiều cao Sử dụng chuẩn T Student để kiểm tra khác kết với mức có nghĩa α = 0,05 Kết cho thấy: So với đối chứng, trường hợp xử lý với alginat, oligoalginat giàu G, oligoalginat giàu M có Ttn > t(0.05,n + n −2) có nghĩa với mức có nghĩa α = 0,05, alginat, oligoalginat giàu G, oligoalginat giàu M có tác dụng kích thích tăng trưởng lúa, mức độ có khác nhau, alginat giàu M có tác dụng kích thích mạnh Alginat oligoalginat giàu G có tác dụng kích thích khác hiệu kích thích chế phẩm không rõ ràng Kết phù hợp với công bố Laporte cộng sự, theo đó, khảo sát khả kích thích tăng trưởng oligosacarit thuốc thấy chiều cao thuốc xử lý oligoalginat giàu M tăng cao so với oligoalginat giàu G oligome từ galactan sunfat hóa sulphated (Poly-Ga) KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Các yếu tố khảo sát: nồng độ axit, nồng độ andehit giai đoạn xử lý sơ nồng độ dung dịch natri cacbonat q trình nấu chiết có ảnh hưởng rõ rệt đến tỉ lệ tách khối lượng phân tử trung bình alginat điều chế từ rong mơ Bắc Hải Vân theo quy trình axit Từ kết khảo sát, lập phương trình hồi qui mơ tả ảnh hưởng đồng thời yếu tố này: y1 = 15,876 + 38,51z1 + 25,71z2 + 7,07z3 - 77,02z21 - 51,42 z22 - 1,597 z23 y2 = 71748 + 60795z1 +41489z2+13204z3 - 101325z21 - 82978z22 - 2731z23 với y1, y2 hàm mục tiêu tỉ lệ alginat tách khối lượng phân tử trung bình alginat; z1, z2, z3 nồng độ HCHO (%), HCl (M) Na2CO3 Dựa vào xác lập điều kiện cần thiết để thu alginat với tỉ lệ tách khối lượng phân tử trung bình mong muốn 22 Việc áp dụng phương pháp vật lý đại hồng ngoại, cộng hưởng từ hạt nhân 1HNMR, 13CNMR với kỹ thuật phổ hai chiều 1H- 1H-COSY, 1H1 H-TOCSY, HSQC để phân tích chi tiết cấu trúc alginat chế phẩm điều chế từ alginat tách từ loài rong mơ phổ biến khu vực Bắc Hải Vân cho kết alginat từ rong mơ khu vực tạo thành chủ yếu từ khối homopolyme MM, GG M/G > Ngoài ra, phương pháp đo độ nhớt, xác định sản phẩm alginat polyme có khối lượng phân tử mức trung bình khoảng 100 kDa Bằng phương pháp thủy phân alginat vói H3PO4 đậm đặc ngày, điều chế tách oligosaccarit giàu hợp phần GG (không tan H3PO4) MM (dễ tan H3PO4) Trong đó, thủy phân với HCl, cách điều chỉnh pH, điều chế phân lập oligosaccarit có cấu trúc chủ yếu khối homopolyme giàu hợp phần MM GG heteropolyme giàu hợp phần MG dựa sở khác khả hòa tan hợp phần mơi trường có pH khác Cấu trúc sản phẩm khảo sát xác định phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân Đã đề nghị phương pháp đơn giản để nghiên cứu trực tiếp động học đặc trưng trình hấp phụ Cu (II) dung dịch nước axit alginic dựa việc xác định biến thiên nồng độ kim loại bị hấp phụ thông qua thay đổi pH độ dẫn điện dung dịch Bằng phương pháp xác định liên tục trực tiếp nồng độ kim loại khoảng thời gian ngắn (10 giây), mà phương pháp nghiên cứu động học gián đoạn thông thường giải Áp dụng phương pháp vào nghiên cứu trình hấp phụ ion Cu (II) lên axit alginic, kết cho thấy hấp phụ ion tn theo mơ hình tốc độ bậc hai biểu kiến chế chủ yếu trình hấp phụ trao đổi ion Đẳng nhiệt cân hấp phụ ion Cu (II) vào axit alginic tn theo mơ hình Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại qm = 90,9 mg/g Kết mức độ hấp phụ ion Cu (II) đạt cực đại khoảng nhiệt độ từ 30-350C Đây q trình hấp phụ hóa học tự xảy với ΔG = -0,063, -1,508, -2,178 kcal/mol ứng với nhiệt độ 15, 25 350C; ΔH = 30,52 kcal/mol ΔS = 106,62 cal/mol/K khoảng nhiệt độ từ 15-350C 23 Alginat, oligoalginat giàu G, oligoalginat giàu M dùng nồng độ 100 mg/l để ngâm hạt giống lúa 24 có tác dụng làm tăng tỉ lệ nảy mầm hạt giống lúa, mức độ có khác nhau, oligoalginat giàu M oligoalginat giàu G có tác dụng rõ ràng Khi phun nồng độ 100 mg/l alginat, oligoalginat giàu G, oligoalginat giàu M có tác dụng kích thích tăng trưởng lúa, alginat giàu M có tác dụng kích thích mạnh nhất, alginat oligoalginat giàu G có tác dụng kích thích khác hiệu kích thích chế phẩm không rõ ràng KIẾN NGHỊ Trong q trình nghiên cứu chúng tơi nhận thấy số vấn đề cần phải tiếp tục làm rõ, là: Vì tính chất oligosaccarit điều chế từ alginat ứng dụng ngồi việc phụ thuộc vào cấu trúc mạch polyme, phụ thuộc vào độ dài mạch tức phụ thuộc vào khối lượng phân tử trung bình chúng, cần nghiên cứu thêm ảnh hưởng điều kiện thực nghiệm trình điều chế từ alginat để điều chế oligosaccarit có đặc trưng cấu trúc thích hợp cho ứng dụng đa dạng sản phẩm Các đặc trưng trình hấp phụ ion Cu (II) từ dung dịch nước vào axit alginic nghiên cứu chi tiết Tuy nhiên số vấn đề hấp phụ cần khảo sát chi tiết như: khả chế hấp phụ ion kim loại khác chì, niken, asen,…, đặc biệt nghiên cứu quy luật trình hấp phụ trường hợp hấp phụ từ dung dịch hỗn hợp ion kim loại khác để tạo sở vững cho việc sử dụng axit alginic việc loại bỏ ion kim loại nước thải công nghiệp Việc khảo sát khả kích thích nảy mầm kích thích tăng trưởng oligosaccarit điều chế từ alginat có khối lượng phân tử trung bình khác cần thực để có hiểu biết đầy đủ chất kích thích sở mở rộng khả ứng dụng sản phẩm 24 ... hợp cho ứng dụng đặc thù - Cung cấp thông tin đặc trưng cấu trúc quan trọng alginat số ứng dụng alginat oligosacarit tách từ số loài rong mơ khu vực Bắc Hải Vân 1.4 Những đóng góp luận án - Đã... tăng trưởng 2.4 Hóa chất sử dụng luận án CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Điều chế alginat từ rong mơ 3.1.1 Qui trình điều chế Điều chế alginat từ rong mơ theo qui trình axit Sản phẩm alginat thu... 3.8 Từ kết thấy alginat tách từ loài rong khu vực Bắc đèo Hải Vân giàu khối M G đặc biệt mẫu tách từ rong S Swartzii (kể rong Khánh Hòa) có hàm lượng M gấp gần 2,5 lần G Trừ alginat tách từ rong