Chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Một phần của tài liệu Nghiên cứu chế tạo vàng nano chitosan bằng phương pháp chiếu xạ gamma co 60 (Trang 69)

Hình 2.7.Máy chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) + Tiến hành thí nghiệm:

52

Dung dịch vàng nano được chiếu xạđến liều xạ chuyển hóa bão hòa. Nhỏ giọt dung dịch vàng nano lên lưới đồng (300 mesh) đã phủ lớp carbon, làm khô tự nhiên, khoảng 15 phút, chụp ảnh TEM trên máy JEM1010, JEOL, Nhật bản với độ phân giải 3 Ao, điện thế gia tốc 80 kV, phim âm bản FUJIFILM kích thước 8,211,8 cm [11].

+ Tính toán kích thước và phân bố kích thước hạt:

Kích thước và phân bố kích thước hạt vàng nano được xác định từ ảnh TEM. Mỗi mẫu đếm từ 500 - 1.000 hạt (~ 5 ảnh TEM) sử dụng phần mềm Photoshop CS4, và thuật toán xử lý số liệu thống kê [9].

- Kích thước hạt vàng nano trung bình (dtb, nm) được xác định theo công thức:

Độ lệch trung bình xác định theo cách ước lượng giá trị trung bình:

 Kích thước hạt vàng nano trung bình của mẫu : dtb = X  dtb (nm) - So sánh sự khác biệt giữa hai giá trị trung bình theo tiêu chuẩn Student :

tlt : tra bảng Student với độ bậc tự do v = n1 + n2 – 2 (P = 95%)

Nếu ttn tlt thì hai giá trị trung bình trên không có sự khác biệt tin cậy. Nếu ttn > tlt thì hai giá trị trung bình trên có sự hơn kém nhau rõ rệt.

ttn = (xi X1)2  n1 + n+ 2 2  n1n2 n1 + (xi X2)2  1 X X2 Trong đó: xi (nm) là giá trị dtb của mỗi ảnh Xlà giá trị trung bình của các dtb n là số lượng ảnh của một mẫu t: tra bảng Studen với bậc tự do v = n-1,  = 95% dtb = t/v i=k(xi X) i=1 n(n  1)  Xi i=k n i d i i=1 i n  i=k i=1 Trong đó: di (nm) là giá trị giữa tổ thứ i của số tổ k ni là số hạt đếm được (tần số) của tổ i (2.3) (2.4) (2.5)

53

- So sánh sự khác biệt của nhiều giá trị trung bình theo tiêu chuẩn Studen [9], sử dụng phần mềm xử lý số liệu thống kê MSTATC để tính giá trị LDS (sự

khác biệt tối thiểu có ý nghĩa thống kê với mức xác suất tin cậy P = 95%).

2.3.5. Đo nhiễu xạ tia X (XRD)

Hình 2.8.Máy đo nhiễu xạ tia X (XRD) + Tiến hành thí nghiệm:

Dung dịch vàng nano chế tạo được, ly tâm, lấy phần rắn, sấy khô, nghiền mịn, ép thành tấm có bán kính 1 inch, đưa vào đo phổ XRD trên máy Advance 8-Bruker,

Đức, vận hành ở điện thế 40 kV, cường độ dòng 40 mA bằng bức xạ của Cu K

[11].

2.3.6. Đo phổ hồng ngoại

Hình 2.9.Máy đo phổ hồng ngoại FT-IR

Trong đó: 2 E

S là phương sai ngẫu nhiên. t/v 

LSD = 2S .E2

54

+ Tiến hành thí nghiệm:

Mẫu chitosan được nghiền nhỏ bằng cối nghiền bi (Fritsch, Đức) và rây qua rây 200 mesh. Cân khoảng 3-5 mg mẫu bột chitosan trộn cùng với 100 mg KBr trong cối mã não, ép viên trên máy ép chuyên dụng trong thời gian khoảng 10 phút. Tiến hành đo phổ IR trên máy FT-IR 8400S Shimadzu, Nhật Bản.

2.3.7. Đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Hình 2.10.Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân + Tiến hành thí nghiệm:

5 mg mẫu CTTN được hòa tan vào 0,5 ml dung dịch D2O + CF3COOD 1%. Phổ 1H NRM được đo trên máy phổ Bruker Avance 250 MHz ở 70 oC.

2.3.8. Đo sắc ký gel

Hình 2.11.Máy đo sắc ký gel (GPC) + Tiến hành thí nghiệm:

Khối lượng phân tử Mw của chitosan và CTTN được xác định theo phương pháp sắc ký gel thấm qua (gel permeation chromatography - GPC), đo trên máy HPLC 110,

55

detector RI, Agilent (Mỹ) ở nhiệt độ 40 oC, sử dụng cột 250 và 500 Utrahydrogel của hãng Waters. Dung dịch chitosan và CTTN 0,3% được pha trong dung môi 0,25 M CH3COOH/ 0,25 M CH3COONa, tốc độ chảy của dung môi là 1ml/phút. Mẫu chuẩn là Pullulan có Mw từ 780 đến 380000 g/mol.

+ Lập đường chuẩn thời gian lưu và KLPT của mẫu chuẩn Pullulan

Hòa tan 0,03 gam các mẫu chuẩn pullulan có khối lượng phân tử là 380.000, 100.000, 48.000, 23.700, 12.200 và 738 vào trong 1 ml dung môi CH3COOH 0,25 M /CH3COONa 0,25 M. Xác định thời gian lưu của các mẫu dung dịch pullulan trên máy LC-20AB, Shimadzu, detector RID-10A, sử dụng cột Utrahydrogel 250 và 500 của hãng Waters, nhiệt độ lò cột là 40 oC, pha động là dung môi CH3COOH 0,25 M /CH3COONa 0,25 M với tốc độ chảy là 1ml/phút. Thể tích mẫu tiêm vào cột khoảng 50 μl. Xác định thời gian lưu từ phổ đồ GPC (bảng 2.1). Thiết lập đường chuẩn trên máy mối tương quan KLPT và thời gian lưu (hình 2.12).

Bảng 2.1.KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan

Số TT mẫu 1 2 3 4 5 6

Thời gian lưu, phút 6,060 6,601 7,117 7,690 8,177 9,946 KLPT  103 380 100 48 23,7 12,2 0,738

56

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1. Đặc trưng tính chất của chitosan tan trong nước

3.1.1. Ảnh hưởng của thời gian axetyl hóa đến độ deaxetyl và khả năng hòa tan của CTTN

Chitosan tan trong nước được chế tạo theo phương pháp axetyl hóa theo qui trình của Lu và cộng sự (2004) [95] nhưng có sự thay đổi tăng nồng độ chitosan. Theo Lu và cộng sự (2004) nồng độ của ion H+ có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình axetyl hóa. Khi chitosan hòa tan trong dung dịch axít, nhóm amin (-NH2) của chitosan sẽ nhận proton để tạo thành NH3+. Khi toàn bộ các nhóm -NH2 trên mạch

đại phân tử chitosan chuyển hết thành -NH3+ cùng với một lượng nhỏ ion H+ trong

dung dịch sẽ tạo lực đẩy tĩnh điện làm cho mạch chitosan duỗi ra, điều này rất thuận lợi cho quá trình axetyl hóa. Tuy nhiên, nếu lượng ion H+ quá cao dẫn đến lượng ion âm tăng lên bao quanh nhóm NH3+ làm giảm lực đẩy, khi đó mạch chitosan sẽ cuộn lại. Đó chính là lý do mà nồng độ axít 3% được lựa chọn để hòa tan chitosan.

Đồng thời để tránh sự tạo gel trong quá trình axetyl hóa chitosan được điều chỉnh

giảm KLPT cho phù hợp.

Bảng 3.1. ĐĐA của các mẫu CTTN theo thời gian axetyl hóa

Thời gian phản ứng (giờ) 0 0,5 1 2 3 5

ĐĐA(%) 89,8 67,3 56,4 49,2 48,7 47,1

Hình 3.1.ĐĐA của các mẫu CTTN theo thời gian axetyl hóa

ĐĐ

A,

%

57

Kết quả ĐĐA theo thời gian phản ứng (bảng 3.1, hình 3.1) cho thấy ĐĐA giảm nhanh sau 0,5 giờ phản ứng từ 89,8% (chitosan ban đầu) xuống 67,3% (chitosan axetyl hóa 0,5 giờ) và sau 2 giờ axetyl hóa độ deaxetyl gần như đã đạt tới giá trị không đổi khoảng 47 - 49%.

Số sóng, cm-1

Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của mẫu chitosan ban đầu có ĐĐA = 90% (a), chitosan axetyl hóa ĐĐA là 67,3 (b), 49,2% (c) và 47,1% (d)

Kết quả từ phổ hồng ngoại (hình 3.2) cho thấy các mẫu chitosan được axetyl hóa trong thời gian 0,5; 2; 5 giờ có hầu hết tất cả các đỉnh tương tự như chitosan ban đầu, điều này chứng tỏ cấu trúc cơ bản của chitosan được axetyl hóa không thay đổi so với chitosan ban đầu, cũng như không xuất hiện nhóm chức mới trên chitosan khi thực hiện phản ứng axetyl hóa. Sự giảm ĐĐA của chitosan được axetyl hóa so với chitosan ban đầu chứng tỏ quá trình thay thế nhóm amino (-NH2) bằng nhóm axetyl amino (-NHCOCH3) đã diễn ra. Kết quả này cũng được xác nhận bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Độ h ấ p th ụ

58

Hình 3.3. Phổ cộng hưởng từ proton của chitosan

59

Cấu trúc hóa học của chitosan ban đầu và chitosan axetyl hóa cũng như độ deaxetyl được xác định thông qua phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Đỉnh ở 2,5-2,7 ppm ứng với 3 proton của nhóm N-axetyl glucosamin (GlcNAc), đỉnh ở 3,6-3,7 ppm ứng với proton H-2 của vòng glucosamin (GlcN) [78, 84, 85]. Proton H-3 cho đến H-6 có mật độ điện tử giống nhau trong liên kết C-H của đơn vị vòng glucosamine do có sự dịch chuyển hóa học như nhau nên gây ra sự chồng lên nhau của các đỉnh. Đỉnh rộng kéo dài ứng với các tín hiệu từ 4,1 đến 4,5 ppm thể hiện proton H-3 đến H-6. Proton H-1 có sự dịch chuyển hóa học cao nhất với tín hiệu ~ 5,1 ppm của H-1 trong nhóm GlcNAc và ~ 5,3 ppm của H-1 trong nhóm GlcN.

Nguyên nhân là do sự tác động của điện tử trên nguyên tử oxi trên vòng glucozơ và oxy trong liên kết glucozit. So sánh phổ cộng hưởng từ proton của chitosan được axetyl hóa trong hình 3.4 cho thấy không có tín hiệu mới nào được ghi nhận và các đỉnh thu được có sự dịch chuyển hóa học giống như trong mẫu chitosan ban đầu. Kết quả này một lần nữa chứng minh quá trình axetyl hóa diễn ra không làm thay đổi cấu trúc phân tử của chitosan. Độ deaxetyl tính được trong phổ cộng hưởng từ proton theo phương trình 2.2 cũng minh chứng cho quá trình axetyl hóa. Chitosan ban đầu có ĐĐA ~93% và chitosan được axetyl hóa có ĐĐA ~ 55%. Kết quả này cũng phù hợp với ĐĐA được tính bằng phổ hồng ngoại và phù hợp với các công trình đã nghiên cứu về các đặc trưng cấu trúc của chitosan [78, 84, 85].

Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của CTS (a) và CTTN (b)

C ườ ng độ 2 (Độ) a b

60

Quá trình axetyl hóa diễn ra đã làm nhóm -NH2 thay đổi sự sắp xếp trật tự trong cấu trúc của chitosan, phá vỡ liên hydrogen nội phân tử và liên phân tử đồng thời làm giảm vùng kết tinh của chitosan [48, 95]. Kết quả từ giản đồ nhiễu xạ tia X của 2 mẫu chitosan và CTTN (hình 3.5) đã cho thấy rõ điều này. Trong khi giản đồ nhiễu xạ tia X của chitosan xuất hiện 2 đỉnh ở góc 2- là 10,0520, 19,6990 thì CTTN chỉ xuất hiện một đỉnh duy nhất ở góc 2- là 19,9010. Quin và cộng sự (2002) [117] cũng thu được kết quả tương tự khi chế tạo CTTN với góc 2- của chitosan là 10,40, 19,80 và cũng chỉ xuất hiện một đỉnh duy nhất ở góc 2- là 19,80 của CTTN. Đây chính là nguyên nhân giải thích cho sự hòa tan trong nước của chitosan sau khi axetyl hóa.

Ảnh hưởng của ĐĐA lên độ tan của CTTN trong nước được trình bày trong

bảng 3.2. Kết quả cho thấy chitosan được axetyl hóa trong 2 giờ tan hoàn toàn trong nước với độ tan được xác định là ~100 g/l (ở 250C), khi tăng thời gian phản ứng axetyl hóa lên 3 và 5 giờ thì khả năng hòa tan của CTTN tăng không đáng kể do đó thời gian 2 giờ được lựa chọn là thời gian thích hợp cho phản ứng axetyl hóa chitosan thành CTTN. Chitosan sau khi axetyl hóa được tủa và rửa tủa bằng cồn, CTTN thu được có màu trắng sáng (hình 3.6).

61

Bảng 3.2.Ảnh hưởng của ĐĐA lên khả năng hòa tan trong nước của CTTN

ĐĐA (%) Khả năng hòa tan Thời gian hòa tan (giờ)

67,3 56,4 49,2 48,7 47,1 Không tan Không tan Tan Tan Tan - - ~ 4 ~ 3,5 ~ 3,5

3.1.2. Ảnh hưởng của pH đến độ tan của chitosan tan trong nước

Bảng 3.3.Độ truyền qua của các mẫu CTTN 1% ở những giá trị pH khác nhau

pH 2 3 5 7 9 12

Độ truyền qua (%) 98 99 98 97 98 99

CTTN sau khi chế tạo đã được hòa tan trong nước có pH khác nhau từ 2 đến 12 để khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến độ tan. Kết quả từ bảng 3.3 cho thấy độ truyền qua của các dung dịch CTTN hầu như không đổi khi pH thay đổi. Điều này chứng tỏ CTTN tan tốt trong khoảng giá trị pH rộng (pH=2-12). Kết quả này cũng khá phù hợp với kết quả của Fan và cộng sự (2009) [48], chitosan sau khi được axetyl hóa cũng tan tốt trong khoảng pH ~ 0,6-12,7 với độ truyền qua hầu như thay đổi không đáng kể tại bước sóng 600 nm đo trên máy quang phổ UV-vis.

3.2. Đặc trưng của dung dịch vàng nano được chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ dùng CTTN làm chất ổn định xạ dùng CTTN làm chất ổn định

3.2.1. Phổ UV-Vis của dung dịch CTTN, Au3+/CTTN và dung dịch vàng nano

ổn định trong CTTN (Au/CTTN)

Các mẫu muối vàng Au3+ ban đầu có màu vàng, sau khi chiếu xạ ở các liều xạ khác nhau, màu chuyển sang màu đỏ tía (hình 3.7). Kết quả đo phổ hấp thụ UV-Vis trình bày trên hình 3.8a cho thấy các dung dịch CTTN và Au3+/CTTN trước chiếu xạ không có đỉnh hấp thụ trong vùng khả kiến. Tuy nhiên trong vùng tử ngoại, dung dịch Au3+ 0,25 mM có đỉnh hấp thụ đặc trưng tại 290 nm (max). Khi hòa tan trong

62

nước, muối clorua Au3+ phân ly thành ion AuCl4- có max trong khoảng 226-300 nm do sự chuyển điện tử giữa Au3+ với phối tử clo [19, 21, 50].

Hình 3.7.Màu của dung dịch vàng ion (a) và dung dịch vàng nano sau khi chiếu xạ (b)

Hình 3.8. Phổ UV-Vis của dung dịch CTTN, Au3+ 1 mM/CTTN 1%, Au0/CTTN (a) và dung dịch Au0/CTTN theo liều chiếu xạ (b)

Ngoài ra, theo kết quả nghiên cứu của nhiều công trình khác cũng cho thấy giá trị max của dung dịch AuCl4-/phối tử còn tùy thuộc vào loại phối tử tạo phức với AuCl4-, ví dụ như AuCl4-/citric max 310 nm [153], AuCl4-/cyanua max 316 nm [144], AuCl4-/SDS max 293 nm [21], AuCl4-/CTAC max 325 nm [114],.. .

Dung dịch vàng nano có đỉnh hấp thụ tại max~522 nm, đây là đỉnh hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt đặc trưng của vàng nano do sự dao động cộng hưởng giữa photon ánh sáng tới với electron vùng dẫn của vàng nano, hiện tượng này không có đối với vàng khối [100, 157].

CTTN Au3+/CTTN Au0/CTTN a b Bước sóng, nm C ườ ng độ h ấ p t h ụ Bước sóng, nm C ườ ng độ h ấ p t h ụ a b

63

Hình 3.9. Cường độ hấp thụ của dung dịch vàng nano/CTTN theo liều xạ (Au3+ 1 mM/ CTTN 1% pha loãng bằng nước 1/10)

Kết quả phổ hấp thụ của dung dịch Au3+ 1 mM/CTTN 1% theo liều chiếu xạ (hình 3.8b) cho thấy, mật độ quang (OD) ở max ~522 nm tăng dần theo liều xạ và đạt giá trị ổn định trong khoảng liều 6-8 kGy (hình 3.9). Như vậy, khi chiếu xạ dung dịch Au3+ 1 mM /CTTN 1% đạt liều hấp thụ 6-8 kGy đã chuyển hóa hoàn toàn Au3+ thành Auo bởi tác nhân khử là e–aq, H và gốc tự do CTTN sinh ra trong quá trình chiếu xạ và liều 8 kGy được gọi là liều xạ chuyển hóa bão hòa [16, 20, 63, 124]. Giá trị này cũng tương đối phù hợp với tính toán lý thuyết về hiệu suất khử Au3+ thành Auo bằng bức xạ, để khử hoàn toàn 1 mM Au3+ cần liều xạ 6 kGy [16].

Trong quá trình chế tạo dung dịch keo kim loại nano (Ag, Au,..) bằng phương pháp chiếu xạ, thường các chất có khả năng bắt gốc tự do OH như là các ancol cần

được bổ sung vào dung dịch trước khi chiếu xạ, do OH có tính oxi hóa kim loại

thành ion kim loại nên gây ảnh hưởng đến sự hình thành và ổn định kích thước hạt kim loại nano. Tuy nhiên, theo kết quả nghiên cứu về khả năng chống oxi hóa của chitosan cắt mạch bởi bức xạ gamma Co-60 của nhóm tác giả Feng và cộng sự (2008) [49] cho thấy các nhóm hydroxyl và nhóm amin trên mạch chitosan có khả năng phản ứng với các gốc tự do (OH) chuyển hóa thành gốc tự do đại phân tử CTS, các gốc tự do này có thể khử Ag+, Au3+ đến hóa trị thấp hơn.

Liều xạ, kGy C ườ ng độ h ấ p t h ụ

64

Ngoài ra, trên các nhóm hydroxyl (–OH), amin (–NH2) và nhóm aminoaxetyl (-NHCOCH3) trong mạch CTTN còn các cặp electron tự do chưa tham gia liên kết nên có khả năng tạo phức với các kim loại. Do vậy, CTTN được sử dụng đồng thời như là chất khử, chất bắt gốc tự do và chất ổn định dung dịch vàng và bạc nano [4, 28, 42, 47, 66, 106, 136]. Hiệu ứng bắt gốc tự do OH của protein hoặc các polysacarit khác như alginat [20], tinh bột [71], gum arabic [150],.. trong quá trình khử Au3+ thành dung dịch vàng nano bằng bức xạ gamma cũng đã được minh chứng [4, 16, 20, 63]. Trên cơ sở đó, các mẫu dung dịch vàng nano/CTTN chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 của luận án này không sử dụng chất khử hóa

Một phần của tài liệu Nghiên cứu chế tạo vàng nano chitosan bằng phương pháp chiếu xạ gamma co 60 (Trang 69)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(174 trang)