Trong quả chanh có các thành phần chính sau:
+ Tinh dầu (ở vỏ quả chiếm 0,5% ; ở lá khoảng 0,09 – 0,11%) + Acid hữu cơ, Vitaminh C, pectin
+ Các hợp chất flavonoid như: hesperetin, rutinosid, neohesperidin Bảng 2.1 Thành phần hóa học của nước chanh[1]
Thành phần dinh dưỡng Đơn vị Hàm lượng (trong 100g)
Nước g 92,5
Năng lượng kcal 24
Protein g 0,9 Lipid tổng g 0,3 Carbohydrate g 4,5 Chất xơ g 1,3 Calcium (Ca) mg 40 Iron (Fe) mg 0,6 Magnesium (Mg) mg 12 Phosphorus (P) mg 22 Potassium (K) mg 145 Sodium (Na) mg 3 Zinc (Zn) mg 0,1
Vitamin C (Acid ascorbic) mg 77
Vitamin B1 (Thiamin) mg 0,04 Vitamin B2 (Riboflavin) mg 0,01 Vitamin PP (Niacin) mg 0,1 Vitamin B6 mg 0,109 Vitamin B5 µg 0,232 Vitamin A µg 1 Vitamin E (alpha-tocopherol) mg 0,15 Tổng acid béo no g 0,04
Tổng acid béo không no 1 nối đôi g 0,01
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Lý Cẩm Nhung 2102279 21
Chương 3
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1Phương tiện nghiên cứu
3.1.1 Hóa chất
Muối vàng HAuCl4.3H2O dạng tinh thể và polyvinyl pyrrolidone (PVP) được mua từ Sigma – Aldrich. Nước khử ion được sử dụng trong suốt làm quá trình phản ứng. Cồn 96 được mua tại cửa hàng hóa chất chuyên dụng.
Chanh tươi được chọn là loại chanh được bán tại các chợ trên địa bàn thành phố Cần Thơ.
3.1.2 Trang thiết bị và dụng cụ
Sử dụng các trang thiết bị có sẵn tại các phòng thí nghiệm:
Phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, bộ môn Công nghệ Hóa học, Khoa Công nghệ, trường Đại học Cần Thơ.
Phòng thí nghiệm sắc ký ‒ quang phổ, Khoa Khoa học Tự nhiên, trường Đại học Cần Thơ.
Phòng thí nghiệm Hiển vi điện tử, Trung tâm Khoa học vật liệu ‒ Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, Yersin, Hà Nội.
Máy quang phổ hấp thu UV ‒ Vis JENWAY 6800UV/Vis. Quang phổ kế Nicolet 6700 FT ‒ IR của Thermo Scientific. Máy ly tâm Hettich ‒ Đức.
Cân phân tích CP 224 S Sartorius, Germany. Máy khuấy từ có gia nhiệt SLR, SCHOTT ‒ Đức.
3.1.3 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Đối với việc tổng hợp nano vàng có rất nhiều phương pháp để điều chế mỗi một phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Tùy theo việc lựa chọn phương pháp thích hợp mà hạt nano vàng tạo ra sẽ có kích thước và hình dạng hạt khác nhau. Chất ổn định được sử dụng thường là PVP, PVA, PEG,… Đa phần các phương pháp như: khử hóa học, đồng kết tủa, ăn mòn laser, sử dụng nhiệt vi sóng, phương pháp sinh học, phương pháp vi nhũ,… đều cho hiệu suất cao, thời gian tổng hợp ngắn nhưng lại rất tốn kém và sử dụng nhiều hóa chất độc hại có thể gây rủi ro tiềm ẩn về sức khỏe và tác động xấu tới môi trường và hệ sinh thái xung quanh.Việc lựa chọn một phương pháp tổng hợp một cách thích hợp để giảm thiểu được các tác động xấu, dễ thực hiện, đơn giản là rất quan trọng. Trên thế giới hiện nay cũng đã tạo ra dung dịch nano vàng bằng con đường sinh tổng hợptừ nhiều loại dịch chiết thực vật.[29]
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Lý Cẩm Nhung 2102279 22
Dịch chiết từ quả táo với kích thước hạt nano vàng trung bình khoảng 103 nm. Hỗn hợp dịch chiết chanh và cà chua tạo ra hạt nano vàng có kích thước từ 100 ‒ 150 nm. Dịch chiết từ vỏ chuối, dung dịch nano vàng tạo ra có màu đỏ với kích thước hạt trung bình là 82 nm. Tổng hợp nano vàng từ chiết xuất tỏi thu được hạt nano có kích thước trung bình từ 56,513,6 nm đến 24,78,2 nm. Hay dịch chiết từ hoa vạn thọ thu được nano vàng với 2 hình dạng và kích thước khác nhau: hình tam giác với kích thước 200nm, và hình cầu với kích thước từ 20 ‒ 30 nm. Đặc biệttổng hợp hạt nano vàng từ dịch chiết loài tảo nâu Laminaria Japonica kết quả tạo ra hạt nano có kích thước
hạt nhỏ. Dịch chiết củ hành tổng hợp được với kích thước hạt nano vàng tạo ra khoảng 100 nm. Dịch chiết từ lá đậu hà lan tạo ra hạt nano vàng với kích thước hạt từ 30 ‒ 80 nm. Dịch chiết từ lá trầu, dung dịch nano vàng tạo ra có màu tím với kích thước hạt từ 10 ‒ 35 nm.[30 37]
Trong nghiên cứu này cũng chọn phương pháp khử hóa học theo hướng sinh tổng hợp để tạo ra dung dịch nano vàng, sử dụng chất khử là acid ascorbic hiện diện trong chanh, nó là một chất khử tốt để khử muối vàng HAuCl4.3H2O. Chất ổn định là PVP dùng để ngăn chặn sự kết tụ và lắng đọng các hạt nano.
3.2Xác định đặc tính của hạt nano vàng tạo thành bằng một số thiết bị phân tích hiện đại bị phân tích hiện đại
3.2.1 Phương pháp quang phổ tử ngoại khả kiến UV Vis
Phổ UV ‒ Vis là loại phổ electron, ứng với mỗi elctron chuyển mức năng lượng ta thu được một vân phổ rộng. Phương pháp đo phổ UV ‒ Vis là một phương pháp định lượng xác định nồng độ của các chất thông qua độ hấp thụ của dung dịch. Cho chùm ánh sáng có độ dài sóng xác định có thể thấy được hay không thấy được đi qua vật thể hấp thụ. Dựa vào lượng ánh sáng đã bị hấp thụ bởi dung dịch mà suy ra nồng độ của dung dịch đó.[7]
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Lý Cẩm Nhung 2102279 23
Khi tiến hành đo phổ của mẫu thì mỗi mẫu sẽ cho ta một dạng phổ có chiều cao phổ xác định và đặc trưng cho chất đó. Đối với nano vàng thì mũi đặc trưng là 500 ‒ 590 nm, vì vậy nếu khi đo phổ hấp thụ của dung dịch nano vàng dạng phổ thu được có mũi với chiều cao tương ứng với bước sóng vào khoảng 500 ‒ 590 nm thì ta có thể xác định sơ bộ rằng đã tạo ra được hạt nano vàng cũng như dự đoán được kích thước hạt nano vàng theo các công trình công bố trên các tạp chí.
Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng cấu tạo máy quang phổ UV – Vis
3.2.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy) là một thiết bị hình trụ cao khoảng 2 m có một nguồn phát xạ điện tử trên đỉnh để phát ra chùm điện tử. Chùm này được tăng tốc trong môi trường chân không cao, sau khi đi qua tụ kính, chùm điện tử tác động lên mẫu mỏng, tùy thuộc vào từng vị trí và loại mẫu mà chùm diện tử bị tán xạ nhiều hay ít. Mật độ điện tử truyền qua ngay dưới mặt mẫu phản ảnh lại tình trạng của mẫu, hình ảnh được phóng đại qua một loạt các thấu kính trung gian và cuối cùng thu được trên màn hình huỳnh quang.
Cấu tạo chính của TEM gồm một cột kính với các bộ phận từ trên xuống dưới: súng điện tử, tụ kính, buồng đặt mẫu, hệ thống thấu kính tạo ảnh (vật kính, kính trung gian, kính phóng), buồng quan sát, bộ phận ghi ảnh.
Hệ thống bơm chân không, hệ thống điện, điện tử, hệ thống điều khiển bằng máy tính là những bộ phận kèm theo để đảm bảo cho quá trình làm việc liên tục của máy.
Do vậy, ảnh hiển vi điện tử truyền qua là hình ảnh bề mặt dưới của mẫu (ảnh đen trắng) thu được bởi chùm điện tử truyền qua mẫu. Với độ phân giải cao cỡ 2Å độ phóng đại từ x50 tới x1.500.000, TEM đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu siêu cấu trúc sinh vật, vi sinh vật và các vật liệu nano.
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Lý Cẩm Nhung 2102279 24
Hình 3.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 (JEOL)
Đặc trưng cho TEM là các thông số: hệ số phóng đại M, độ phân giải
và điện áp gia tốc U.
Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010, tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương có các thông số: M= x50 ‒ x600.000, = 3Å, U = 40 ‒ 100kV.[38]
3.2.3Phương pháp đo phổ hồng ngoại biến đổi FTIR
Phổ hồng ngoại dùng để xác định cấu trúc phân tử của chất cần nghiên cứu dựa vào các tần số đặc trưng trên phổ của các nhóm chức trong phân tử. Phổ hồng ngoại chính là phổ dao động quay vì khi hấp thụ bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay của các nhóm chức đều bị kích thích theo.
Máy đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier có ưu điểm hơn h n máy phổ hồng ngoại thường. Việc dùng giao thoa kế cho phép làm khe sáng rộng hơn do đó lượng ánh sáng thu được trên giao thoa kế sẽ lớn hơn nhiều so với trên bộ đơn sắc ở máy phổ thế hệ cũ. Nhờ nguyên lý hoạt động mới mà máy đo phổ FT ‒ IR giảm được nhiễu, làm tăng tín hiệu. Do sử dụng computer nên việc đo được tự động hóa ở mức độ cao, ngoài ra phổ còn có thể được lưu trữ đối chiếu với phổ của các chất có trong thư viện của máy.
Khi phân tích phổ hồng ngoại, ngoài việc xem xét vị trí (tần số) của vân phổ còn phải chú ý đến cường độ và hình dạng của vân phổ. Phổ hồng ngoại thường được ghi dưới dạng đường cong sự phụ thuộc của phần trăm độ truyền qua vào số sóng (). Sự hấp thụ các nhóm nguyên tử được thể hiện bởi những vân phổ với các đỉnh phổ ở các số sóng xác định (vẫn quen gọi là tần số).[39]
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Lý Cẩm Nhung 2102279 25
Hình 3.4 Máy Quang phổ kế Nicolet 6700 FT ‒ IR của Thermo Scientific Để chứng minh hạt nano vàng được bọc bởi PVP gắn nhóm chức ta dùng phương pháp đo phổ hồng ngoại. Nguyên tắc chung đo phổ hồng ngoại: khi chiếu một chùm tia đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại qua mẫu phân tích, một phần năng lượng bị hấp thụ làm giảm cường độ tia tới. Sự hấp thụ này tuân theo định luật Lambert ‒ Beer.
A = lg I0/ I = lC Trong đó:
A: mật độ quang
T = I0/I: độ truyền qua
: hệ số hấp thụ
l: chiều dày cuvét
C: nồng độ chất nghiên cứu (mol/l)
3.2.4 Xác định kích thước trung bình của hạt nano vàng bằng phần mềm thích hợp mềm thích hợp
ImageJ là phần mềm có thể hiển thị, chỉnh sửa, phân tích, xử lý, lưu, hình ảnh. Nó có thể đọc nhiều định dạng hình ảnh bao gồm TIFF, PNG, GIF, JPEG, BMP, DICOM, FITS, cũng như định dạng RAW. ImageJ có thể tính toán diện tích và thống kê giá trị pixel. Nó có thể đo khoảng cách, góc độ và kích thước các hạt nano từ ảnh TEM và tạo biểu đồ mật độ, nó hỗ trợ chức năng xử lý hình ảnh, thao tác ngược lại, chập, phân tích Fourier, độ sắc nét, mịn, phát hiện biên.
Hình 3.5 Giao diện của phần mềm ImageJ Thanh menu
Thanh công cụ Thanh trạng
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Lý Cẩm Nhung 2102279 26
3.3 Thực nghiệm
3.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu
Nguyên liệu: sử dụng chanh núm với vỏ ngoài mỏng, nhiều múi và dịch chanh sẽ có nhiều acid ascorbic.
3.3.2Quy trình chuẩn bị dịch chiết chanh.
Hình 3.6 Sơ đồ quy trình chuẩn bị dịch chiết chanh Thuyết minh quy trình:
Chanh tươi mua về đem đi rửa sạch dưới vòi nước. Sau đó gọt bỏ phần vỏ xanh bên ngoài và vắt lấy nước.
Dịch chanh thu được đem đi lọc chân không sau đó ly tâm để bỏ phần cắn bên dưới, với tốc độ 6000 vòng/phút trong thời gian 30 phút.
Lọc lấy dịch lọc để loại bỏ phần tép còn xót lại. Tách lấy dịch chiết (trong suốt) dùng để tổng hợp nano vàng cho những thí nghiệm sau.
Bảo quản dịch chiết ở 4C để tránh sự thất thoát lượng acid ascorbic có trong dịch chanh. Chanh tươi Rửa sạch Gọt vỏ Ép lấy dịch Ly tâm Lọc chân không Dịch chiết chanh
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Lý Cẩm Nhung 2102279 27
3.3.3Quy trình tổng hợp nano vàng
Hỗn hợp trước phản ứng là dung dịch trong suốt có màu vàng rất nhạt.
Dung dịch chuyển từ màu vàng nhạt sang màu tím. Sự thay đổi màu tùy theo điều kiện phản ứng, tốc độ phản ứng.
Dùng PVP để ổn định keo nano vàng sau phản ứng để ổn định màu sắc, kích thước hạt của dung dịch nano vàng. Tránh hiện tượng kết tụ.
Hình 3.7 Quy trình tổng hợp nano vàng
3.3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát về tỉ lệ tác chất phản ứng lên quá trình hình thành nano vàng
Mục đích: Khảo sát màu sắc, bước sóng hấp thụ và độ hấp thụ cực đại để chọn tỉ lệ khảo sát tối ưu. Chọn cố định các điều kiện như nồng độ HAuCl4.3H2O là 10-2 M, tốc độ khuấy 400 vòng/phút, thời gian 45 phút, nhiệt độ khoảng 32 ‒ 35C. Khảo sát các tỉ lệ tác chất phản ứng khác nhau là tỉ lệ 1 : 1 ; 1 : 2 ; 1 : 3 ; 1 : 4 và tỉ lệ 1 : 5. Muối HAuCl4.3H2O Dịch chiết chanh Dung dịch trước phản ứng Dung dịch nano vàng sau phản ứng Dùng PVP ổn định keo nano vàng Keo nano vàng
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Lý Cẩm Nhung 2102279 28
Cách tiến hành: Dùng pipet hút chính xác thể tích dịch chiết chanh và dung dịch HAuCl4.3H2O với tỉ lệ thể tích như trên, cho vào trong cốc thủy tinh 100 mL. Sau đó để hỗn hợp trên bếp khuấy từ, khuấy với tốc độ 400 vòng/phút trong khoảng thời gian là 45 phút tại nhiệt độ phòng (32 ‒ 35C). Dung dịch sẽ từ màu vàng nhạt dần dần chuyển sang màu tím. Tiếp đến, lấy hỗn hợp ra khỏi máy khuấy từ, hỗn hợp sau phản ứng cho tiếp PVP vào và để dung dịch ổn định trong vòng 24 giờ (lượng PVP cho vào là khoảng 0,04 g). Cuối cùng đem mẫu điều chế được để đo phổ hấp thụ UV ‒ Vis.
3.3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên quá trình hình thành nano vàng
Mục đích: Khảo sát màu sắc, bước sóng hấp thụ và độ hấp thụ cực đại để chọn được thời gian phản ứng tối ưu. Khảo sát ở các khoảng thời gian khác nhau là: 45 phút, 55 phút, 65 phút, 75 phút và 85 phút.
Cách tiến hành: Tương tự như thí nghiệm 1 chọn các điều kiện phản ứng như: cố định nồng độ HAuCl4.3H2O là 10-2 M, với tốc độ khuấy là 400 vòng/phút, nhiệt độ khoảng (32 ‒ 35C), tỉ lệ tác chất là tỉ lệ tối ưu đã được khảo sát ở thí nghiệm 1.
3.3.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát về sự ảnh hưởng của nồng độ HAuCl4.3H2O lên quá trình hình thành nano vàng
Mục đích: Khảo sát màu sắc, bước sóng hấp thụ cưc đại và độ hấp thụ cực đại để chọn nồng độ tối ưu. Khảo sát ở những nồng độ khác nhau: 10-3 M; 1,5 10-3 M; 2 10-3 M; 2,5 10-3 M; 5 10-3 M và 10-2M.
Cách tiến hành: Tương tự như thí nghiệm 1 chọn các điều kiện phản ứng như: tốc độ khuấy là 400 vòng/phút, khoảng nhiệt độ 32 ‒ 35C, tỉ lệ tác chất là tỉ lệ tối ưu (3.3.3.1) và thời gian phản ứng là thời gian tối ưu (3.3.3.2).
3.3.3.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát về sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình hình thành nano vàng
Mục đích: Khảo sát màu sắc, bước sóng hấp thụ và độ hấp thụ cực đại để chọn nồng độ tối ưu. Khảo sát ở các khoảng nhiệt độ khác nhau là: 35C, 45C, 55C, 65C, 75C và 85C.
Cách tiến hành: Tương tự như thí nghiệm 1 chọn các điều kiện phản ứng như: tốc độ khuấy là 400 vòng/phút, tỉ lệ tác chất là tỉ lệ tối ưu (3.3.3.1) và thời gian phản ứng là thời gian tối ưu (3.3.3.2), nồng độ HAuCl4.3H2O là nồng độ tối ưu đã khảo sát ở mục (3.3.3.3).
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Lý Cẩm Nhung 2102279 29
Chương 4
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 4.1 Chuẩn bị dịch chiết
Nước chanh ép sau khi được ly tâm với tốc độ 6000 vòng/phút trong thời gian 30 phút và lọc qua phễu lọc bằng giấy lọc Whatman (kích cỡ 40 m), thu được dịch chiết là dung dịch trong suốt.
Hình 4.1 Mẫu nước chanh bình thường và mẫu dịch chiết chanh
4.2 Khảo sát về sự ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất phản ứng lên quá trình hình thành nano vàng trình hình thành nano vàng
4.2.1 Điều kiện khảo sát
Bảng 4.1Điều kiện khảo sát về sự ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất phản ứng lên