Luận án tiến sĩ nghiên cứu chế tạo vàng nano và một số ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ LÊ THỊ LÀNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀNG NANO VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HUẾ - NĂM 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ LÊ THỊ LÀNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀNG NANO VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC GS TS Trần Thái Hòa PGS TS Nguyễn Quốc Hiến HUẾ - NĂM 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết nghiên cứu nêu luận án trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác Tác giả Lê Thị Lành LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trần Thái Hòa PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến, thầy tận tình hướng dẫn, hỗ trợ định hướng cho suốt thời gian thực luận án Xin bày tỏ lời cảm ơn đặc biệt đến TS Đinh Quang Khiếu, TS Nguyễn Hải Phong, thầy hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Huế, Bộ mơn Hóa lý, Bộ mơn Hóa Phân tích tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất cho tơi suốt q trình thí nghiệm Xin cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Khoa học đại cương, trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Quảng Nam, tạo nhiều điều kiện thuận lợi giúp đỡ cơng tác để tơi hồn thành tốt luận án Tôi xin cảm ơn TS Nguyễn Thanh Định, khoa Hóa, trường Đại học British Columbia, Canada; TS Võ Thành Thìn, phân viện Thú y miền Trung hỗ trợ giúp đỡ tơi việc tìm kiếm tài liệu phân tích đặc trưng mẫu thực nghiệm luận án Xin cảm ơn bạn học viên cao học Hóa lý khóa 2011-2013 hỗ trợ tơi q trình thực luận án Cuối cùng, tơi cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận án Lê Thị Lành MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục từ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 VẬT LIỆU VÀNG NANO 1.1.1 Tính chất cộng hưởng plasmon bề mặt 1.1.2 Tổng hợp vàng nano dạng cầu .8 1.1.3 Tổng hợp vàng nano dạng 11 1.1.4 Cấu trúc vàng nano dạng .15 1.1.5 Cơ chế phát triển vàng nano dạng .16 1.1.6 Một số khái niệm liên quan đến vàng nano dạng 19 1.2 GIỚI THIỆU VỀ CHITOSAN 20 1.2.1 Cấu trúc chitosan 20 1.2.2 Độ deacetyl hóa chitosan .20 1.2.3 Phản ứng N-acetyl hóa chitosan tạo chitosan tan 22 1.3 ỨNG DỤNG VÀNG NANO ĐỂ XÁC ĐỊNH MELAMIN TRONG SỮA 23 1.3.1 Giới thiệu melamin 23 1.3.2 Sử dụng vàng nano để xác định hàm lượng melamin sữa 24 1.4 ỨNG DỤNG ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH VÀNG NANO ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG AXIT URIC BẰNG PHƢƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN 25 1.4.1 Giới thiệu phương pháp von-ampe hòa tan 25 1.4.2 Các điện cực sử dụng phương pháp von-ampe hòa tan 26 1.4.3 Sử dụng điện cực biến tính vàng nano để xác định axit uric phương pháp von-ampe hòa tan 27 1.5 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA VÀNG NANO 29 1.5.1 Giới thiệu vi khuẩn 29 1.5.2 Ứng dụng kháng khuẩn vàng nano 30 CHƢƠNG NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 MỤC TIÊU 32 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .32 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.3.1 Phương pháp phổ tử ngoại - khả kiến (Uv-Vis) 32 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 34 2.3.3 Phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR) 34 2.3.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 36 2.3.5 Phương pháp sắc ký thẩm thấu gel (GPC) 37 2.3.6 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 37 2.3.7 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) .38 2.3.8 Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại – khả kiến (UV-Vis/DR) 39 2.3.9 Phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) 40 2.3.10 Phương pháp đo độ nhớt .40 2.3.11 Phương pháp phân tích điện hóa .41 2.3.12 Phương pháp thống kê 42 2.4 THỰC NGHIỆM 43 2.4.1 Hóa chất .43 2.4.2 Điều chế chitosan tan nước 44 2.4.3 Tổng hợp vàng nano dạng cầu phương pháp khử sử dụng chitosan tan nước làm chất khử vừa làm chất ổn định 45 2.4.4 Tổng hợp vàng nano dạng phương pháp phát triển mầm sử dụng CTAB làm chất bảo vệ 49 2.4.5 Nghiên cứu sử dụng vàng nano dạng cầu để xác định melamin mẫu sữa 53 2.4.6 Nghiên cứu chế tạo điện cực vàng nano để xác định axit uric phương pháp von-ampe hòa tan 56 2.4.7 Nghiên cứu khả kháng khuẩn vàng nano .58 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 TỔNG HỢP VÀNG NANO DẠNG CẦU BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHỬ SỬ DỤNG CHITOSAN TAN TRONG NƢỚC LÀM CHẤT KHỬ VÀ CHẤT ỔN ĐỊNH .60 3.1.1 Điều chế chitosan tan nước .60 3.1.2 Tổng hợp vàng nano dạng cầu .67 3.2 TỔNG HỢP VÀNG NANO DẠNG THANH BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÁT TRIỂN MẦM SỬ DỤNG CTAB LÀM CHẤT BẢO VỆ 90 3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vàng nano dạng 91 3.2.2 Cơ chế hình thành vàng nano dạng 108 3.2.3 Tính chất, hình thái cấu trúc vật liệu vàng nano dạng 109 3.3 ỨNG DỤNG VÀNG NANO ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG MELAMIN TRONG SỮA 111 3.3.1 Kết thiết lập đường chuẩn 112 3.3.2 Cơ chế phản ứng vàng nano melamin 115 3.3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng 116 3.3.4 Đánh giá độ tin cậy phương pháp 117 3.3.5 Xác định melamin mẫu sữa 119 3.3.6 Ảnh hưởng số ion, aminoacetic axit vitamin C đến trình xác định melamin sữa 121 3.4 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH VÀNG NANO ĐỂ XÁC ĐỊNH AXIT URIC BẰNG PHƢƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN 123 3.4.1 Khảo sát đặc tính điện hóa loại điện cực 125 3.4.2 Nghiên cứu trình biến tính điện cực 127 3.4.3 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu hịa tan 130 3.4.4 Đánh giá độ tin cậy phương pháp 135 3.4.5 Áp dụng thực tế 138 3.5 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA VÀNG NANO146 Kết luận luận án 151 Danh mục công trình tác giả Tài liệu tham khảo Phụ lục DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN AA Axit ascorbic AR Tỷ lệ cạnh (Aspect Ratio) CV Phương pháp von-ampe vòng (Circle Voltammetry) CTAB Cetyl trimethyl ammonium bromide CTS Chitosan ĐĐA Độ deacetyl (Degree of Deacetylation) EDX Phổ tán xạ lượng tia X (Energy Dispersive X-ray spectrum) DP-ASV Phương pháp von-ampe hòa tan anot xung vi phân (Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry) ELISA Xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết với enzyme (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) L-cys L-cystein GNR Nano vàng dạng que (gold nanorods) GNP Nano vàng dạng cầu (gold nanoparticles) GCE Điện cực than thủy tinh (Glassy Cacbon Electrode) GC-MS Sắc ký khí ghép khối phổ (Gas Chromatography-Mass Spectrometry) GPC Sắc ký thẩm thấu gel (Gel Permeation Chromatography) HPLC Sắc ký lỏng hiệu cao (High Performance Liquid Chromatography) IR Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy) LC-MS Sắc ký lỏng ghép nối khối phổ (Liquid Chromatography-Mass Spectrometry) LOD Giới hạn phát (Limit of Detection) LOQ Giới hạn định lượng (Limit of Quantitative) LSPR Cộng hưởng plasmon bề mặt theo trục dọc (Longitudinal Surface Plasmon Resonance) Mel Melamin NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonace) PBS: Đệm phosphate (Photphate Buffer Solution) R Hệ số hấp thụ quang SEM Hiển vi điển tử quét (Scanning Electron Microscopy) SPR Cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance) TEM Hiển vi điển tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy) TSPR Cộng hưởng plasmon bề mặt theo trục ngang (Transverse Surface Plasmon Resonance) TPP Sodium tripolyphosphate WE Điện cực làm việc (Working Electrode) WSC Chitosan tan nước (Water Soluble Chitosan) XPS Phổ quang điện tử tia X (X-ray Photoelectron Spectroscopy) XRD Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction) UA Axit uric UPD Sự khử (Under Potential Deposition) Phụ lục 3: Kết ghi phổ GPC WSC18hOX Phụ lục 4: Kết xác định độ nhớt hỗn hợp dung dịch WSC HAuCl4 trƣớc sau phản ứng STT τ0 τ1 τ2 56 127 98 56 128 97 57 127 96 TB 56 127 97 tđ = /o = /o 2,3 1,7 r = (-o)/o = tđ-1 = /o-1 1,3 0,7 Phụ lục 5: Phổ HPLC xác định melamine mẫu sữa 001 Phụ lục 6: Phổ HPLC xác định melamine mẫu sữa 002 Phụ lục 7: Phổ HPLC xác định melamine mẫu sữa 003 Phụ lục 8: Phổ HPLC xác định melamine mẫu sữa 004 Phụ lục 9: Phổ HPLC xác định melamine mẫu sữa 005 Phụ lục 10: Phổ HPLC xác định melamine mẫu sữa 006 Phụ lục 11: Phổ HPLC xác định melamine mẫu sữa 007 Phụ lục 12: (A) Đƣờng von-ampe hòa tan UA theo lần thêm chuẩn (B) Đƣờng von-ampe hòa tan UA lần lặp lại (1): Điệncực GCE, (2): Điệncực GCE/GNPs, (3): Điệncực GCE/L-cys/GNP (1A) (1B) (2A) (2B) (3A) (3B) Phụ lục 13: (A) Đƣờng von-ampe hòa tan UA theo lần thêm chuẩn (B) Đƣờngvon-ampe hòa tan UA lần lặp lại (1): 0,5.10-3(M), (2): 1.10-3(M), (3): 2.10-3(M), (4): 4.10-3(M), (5):8.10-3(M) 1) 2) 3) (A) (B) 4) 5) (A) (B) Phụ lục 14: Đƣờng von-ampe hòa tan UA tai giá trị pH khác (1): pH = 2,2, (2): pH = 3,2, (3): pH = 4,1, (4): pH = 4,8, (5): pH = 5,8, (6): pH=6,8, (1) (5) (7): pH= , (2) (8): pH= 8,8 (3) (6) (4) (7) (8) Phụ lục 15: (A) Các đƣờng von-ampe hòa tan xác định mẫu NT1 (B) Các đƣờng von-ampe hòa tan – thêm C0 (A) (B) Phụ lục 16: (A) Các đƣờng von-ampe hòa tan xác định mẫu NT4 (B) Các đƣờng Von-ampe hòa tan – thêm C0 (A) (B) Phụ lục 17: (A) Các đƣờng von-ampe hòa tan xác định mẫu NT5 (B) Các đƣờng von-ampe hòa tan– thêm C0 (A) (B) Phụ lục 18: Các đƣờng von-ampe hòa Phụ lục 19: Các đƣờng von-ampe hòa tan xác định mẫu nƣớc tiểu NT2 tan xác định mẫu NT3 Phụ lục 20: (A) Các đƣờng von-ampe hòa tan xác định mẫu HT1 (B) Các đƣờng von-ampe hòa tan – thêm C0 (A) (B) Phụ lục 21: (A) Các đƣờng von-ampe hòa tan xác định mẫu HT2 (B) Các đƣờng von-ampe hòa tan – thêm C0 (A) (B) Phụ lục 22: (A) Các đƣờng von-ampe hòa tan xác định mẫu HT4 (B) Các đƣờng von-ampe hòa tan – thêm C0 (A) (B) Phụ lục 23: Đƣờng von-ampe hòa tan xác định mẫu(A) : HT3, (B) : HT5 (A) (B) Phụ lục 24: Các đƣờng von-ampe hòa tan xác định mẫu NT4 (lần 2) ... sử dụng CTAB làm chất bảo vệ - Nghiên cứu vài ứng dụng vàng nano: + Nghiên cứu sử dụng vàng nano để phát melamin sữa + Nghiên cứu sử dụng điện cực biến tính vàng nano để xác định axit uric + Nghiên. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ LÊ THỊ LÀNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀNG NANO VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG... sát ứng dụng chúng cần thiết Xuất phát từ thực tế trên, chọn đề tài: "Nghiên cứu chế tạo vàng nano số ứng dụng? ?? Cấu trúc luận án: Phần mở đầu Chƣơng Tổng quan Chƣơng Nội dung, phương pháp nghiên