• Cấu trúc phân tử glucose
Glucose là monosaccarit đầu tiên được tìm thấy với cấu trúc 5 nhóm hydroxyl, bởi Alexander Kolli năm 1869. Đây là một cacbohydrat quan trọng trong hệ thống các hợp chất sinh học và đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sống. Glucose tạo được là do thủy phân đường saccarrit với chất xúc tác là axit. Độ ngọt của đường chỉ bằng độ ngọt của saccarrit. Glucose có nhiều trong hoa quả ngọt, như nho chín, hoa quả chín, cũng như một lượng nhỏ trong mật ong. Công thức phân tử của glucose là .
Glucose có năm nhóm –OH liền kề và nhóm –CH=O nên có tính chất của ancol đa chức và anđêhit. Glucose có ba dạng công thức cấu tạo gồm một dạng mạch hở và hai dạng mạch vòng (). Khi hòa tan trong nước tạo dung dịch, glucose có sự cân bằng, chuyển hóa qua lại và tồn tại cả ba dạng cấu tạo này, trong đó dạng vòng xuất hiện nhiều hơn.
Khi ở dạng mạch hở, glucose có công thức cấu tạo như sau:
Trong đồng phân quang học: có quy ước chiếu Fischer là người đầu tiên nêu ra nguyên tắc biểu diễn các monosaccharide bằng công thức hình chiếu của chúng. Theo đó, hình chiếu của các nguyên tử cacbon bất đối xứng và các nguyên tử C khác nằm trên một đường thẳng, nguyên tử C có số thứ tự nhỏ nhất có hình chiếu nằm trên cùng. Còn các nhóm thế có hình chiếu bên phải hay bên trái. Nếu nhóm OH gắn với cacbon tham chiếu nằm bên phải thì gọi là D. Nếu nhóm OH gắn với cacbon tham chiếu nằm bên trái gọi là L, như hình 4-1. Trong hai đồng phân này chỉ một trong số đó (D-glucose) là có hoạt tính sinh học, L-glucose không được sử dụng trong tế bào.
biểu diễn theo hình chiếu Fisher
Nhóm –OH ở C5 cộng vào nhóm -C=O tạo ra hai dạng vòng 6 cạnh , . Nếu nhóm – OH ở C1 nằm dưới mặt phẳng của vòng 6 cạnh thì gọi là , ngược lại nằm trên mặt phẳng của vòng 6 cạnh thì gọi là . (như hình 4-2)
-D-Glucose -D-Glucose
Hình 4-2: Cấu trúc phân tử D-glucose dạng mạch vòng 6 cạnh
• Phổ tán xạ Raman của phân tử glucose
Nguyên liệu tạo mẫu đo là D-glucose dạng tinh thể bột. Để đo phổ tán xạ Raman của phân tử glucose, ta cho D-glucose dạng tinh thể bột lên đế thủy tinh sau đó dùng máy quang phổ kế laser Raman LABRAM HB để đo phổ.
Sau khi đo phổ tán xạ Raman của D-glucose dạng tinh thể bột (với bước sóng laser kích thích là 632,81 nm), ta thu được phổ sau:
Hình 4-3: Phổ tán xạ Raman của D-glucose
Hình 4-4: Phổ tán xạ Raman của D-glucose
Nhìn vào hình 4-3 và 4-4 ta thấy, trong dải số sóng nhỏ hơn 1800 cm-1 có rất nhiều đỉnh phổ. Mỗi đỉnh phổ cho biết thông tin về liên kết trong phân tử D-glucose. So sánh kết quả từ phổ tán xạ Raman của phân tử glucose thu được với các tần số dao động đặc trưng trong bảng 4.1, ta thấy có sự phù hợp.
Bảng 4.1: Tập hợp các tần số đặc trưng quan sát được trong phổ Raman của D- glucose trong nước.[6]
Chú thích: I= cường độ tương đối; = tỉ lệ khử cực; = mode cong; w=wagging; =xoắn; ν=mode dài; và = dạng mạch vòng của D-Glucose; endo=endocyclic.[6]
Kết quả từ phổ thu được:
• Tần số đặc trưng 363 cm-1 thể hiện liên kết (COC). • Tần số đặc trưng 423 cm-1 thể hiện liên kết (CCC).
• Tần số đặc trưng 540 cm-1 thể hiện liên kết (C-2-C-1-O-1) trong -D-glucose. • Tần số đặc trưng 841 cm-1 thể hiện liên kết ν(C-C) trong -D-glucose.
• Tần số đặc trưng 913 cm-1 thể hiện liên kết (C-H) trong -D-glucose. • Tần số đặc trưng 1060 cm-1 thể hiện liên kết ν(C-O) trong -D-glucose. • Tần số đặc trưng 1120 cm-1 thể hiện liên kết (COH) trong -D-glucose. • Tần số đặc trưng 1273 cm-1 thể hiện liên kết (CH2).
• Tần số đặc trưng 1327 cm-1 thể hiện liên kết w(CH2) trong -D-glucose. • Tần số đặc trưng 1358 cm-1 thể hiện liên kết w(CH2) trong -D-glucose. • Tần số đặc trưng 1459 cm-1 thể hiện liên kết (CH2).
Nhận xét: Những kết quả trên cho thấy rằng trong mẫu D-glucose dạng tinh thể bột bao gồm cả cấu trúc phân tử glucose dạng mạch vòng và .
• So sánh phổ tán xạ Raman và phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR của phân tử glucose
Phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR của D-glucose được mô tả trong hình 4-5.[4]
Hình 4-5: Phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR của D-glucose [4]
Phổ dao động trong hình 4-5 và bảng 5 có thể được phân thành hai nhóm chính. Khu vực từ 600 đến 1500 cm-1 ứng với nhóm mode dao động C-O và C-C. Khu vực 2900 đến 3450 cm-1 ứng với nhóm dao động CH và OH.
Bảng 4.2: Các tần số hồng ngoại thực nghiệm và tính toán BLYP theo cm-1 cho D- glucose và D-Fructose.[4]
Quy trình tạo mẫu đo như sau:
• Bước 1: Pha dung dịch glucose có nồng độ 0,1M.
• Bước 2: Tạo hạt nano vàng trong dung môi etanol bằng phương pháp ăn mòn laser. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Bước 3: Làm sạch đế thủy tinh, sau đó cho vào trong lò sấy, duy trì nhiệt độ khoảng 80-90oC.
• Bước 4: Nhỏ hạt nano vàng vừa tạo ở bước 2 lên đế thủy tinh, sấy khô. Sau đó, tiếp tục nhỏ như vậy khoảng 10-15 lần sao cho trên đế có một lớp bề mặt hạt nano vàng.
• Bước 5: Nhỏ dung dịch glucose 0,1M lên đế vàng đã có bề mặt hạt nano vàng, sấy khô, rồi tiếp tục nhỏ như vậy 3-5 lần.
Tạo mẫu xong, sử dụng máy quang phổ kế laser Raman LABRAM HR để đo phổ tán xạ Raman tăng cường bề mặt. Hình 4-6 là phổ thu được.
Hình 4-6: Phổ tán xạ Raman của D-glucose trên bề mặt hạt nano vàng đế thủy tinh
Nhận xét: Khi có bề mặt hạt nano vàng, phổ Raman của D-glucose đã được tăng cường rõ rệt.
Kết luận
Sau thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp tại Bộ môn Quang lượng tử-Trường Đại học Khoa học tự nhiên với đề tài “Nghiên cứu phổ Raman của phân tử glucose” đã thu được kết quả như sau:
• Tìm hiểu phổ tán xạ Raman và ứng dụng.
• Tìm hiểu và so sánh phổ tán xạ Raman và phổ hồng ngoại. • Tìm hiểu phổ tán xạ Raman của phân tử D-glucose.
• So sánh phổ tán xạ Raman và phổ hồng ngoại FTIR của phân tử D-glucose. • So sánh phổ Raman và phổ Raman tăng cường bề mặt của phân tử glucose trên
bề mặt hạt nano vàng.
Do thời gian ngắn,một số yêu cầu về thiết bị và mẫu chưa đạt được nên các kết quả trên còn rất thấp. Trong thời gian tới nếu có điều kiện cho phép chúng tôi sẽ tiếp tục tiến hành nghiên cứu phổ tán xạ Raman của glucose một cách sâu hơn, sử dụng các bề mặt nano khác để tăng cường tán xạ Raman.
Tài liệu tham khảo
• Tài liệu Tiếng Việt
• Nguyễn Thế Bình, Quang phổ học thực nghiệm, NXB Giáo dục, 2006.
• Phạm Văn Bền, Quang phổ phân tử hai nguyên tử, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2008.
• Tài liệu Tiếng anh
• John R. Ferraro, Kazuo Nakamoto and Chris W. Brown, Introductory Raman Spectroscopy, Second Edition, 2003.
• Mohamed Mathlouthi and Dang Vinh Luu, Laser-Raman speatra of D-Glucose and sucrose in aquoussolution, November 26th, 1979, Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam - Printed in The Netherlands.
• Paweł Borowicz, Mariusz Latek, Witold Rzodkiewicz, Adam Łaszcz, Andrzej Czerwinski and Jacek Ratajczak, Deep-ultraviolet Raman investigation of silicon oxide: thin film on silicon substrate versus bulk material, 21 September 2012.
• Medhat Ibrahim, Moussa Alaam, Hanan El-Haes, Abraham F. Jalbout, Aned de Leon, Analysis of the structure and vibrational spectra of glucose and fructose, tập 31, số 3, 2006. http://www.rongvanglab.com/item.aspx?l=1&z=31&i=522 http://www.iop.vast.ac.vn/activities/KOVIS/proceeding.pdf http://www.doko.vn/luan-van/slide-do-an-tan-xa-raman-kich-thich-380966 https://www.google.com.vn/#q=glucose+d%E1%BA%A1ng+tinh+th%E1%BB%83+c%C3%B3+c%E 1%BA%A5u+tr%C3%BAc+m%E1%BA%A1ch+th%E1%BA%B3ng+%C4%91%C3%BAng+kh%C3%B4ng&spell =1 http://123doc.vn/document/193711-phuong-phap-pho-hong-ngoai-va-ung-dung-trong-thuc- pham.htm
phổ SiO2: http://vinanotech.com.vn/multiwall.htm
Đỉnh phổ hồng ngoại: http://wwwchem.csustan.edu/Tutorials/INFRARED.HTM
Lời nói đầu
http://vi.swewe.com/word_show.htm/?65457_1&Ph%E1%BB%95%7CRaman http://www.khoahoc.com.vn/doisong/yhoc/suc-khoe/29428_phat-hien-dau-hieu-ung-thu-nho- tia-laser-raman.aspx http://vi.swewe.com/word_show.htm/?65457_4&Ph%E1%BB%95%7CRaman http://thuvien24.com/mot-so-nghien-cuu-ly-thuyet-ve-tan-xa-raman-va-laser-raman- 97979.html