2. Cho điểm của cán bộ phản biện ( Điểm ghi bằng số và chữ ):
1.4.7.4. Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của
Chitin/Chitosan
- Trong phân tử Chitin/Chitosan và một số dẫn xuất của Chitin có chứa các nhóm chức mà trong đó các nguyên tử Oxi và Nitơ của nhóm chức còn gặp electron chƣa sử dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp nhƣ: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+... tùy nhóm chức trên mạch polyme mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau.
- Ví dụ: với phức Ni(II) với chitin có cấu trúc bát diện với số phối trí bằng 6, còn phức Ni(II) với chitosan có cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng 4.
Hình 1. 12. Phản ứng của chitosan với kim loại
1.4.7.5. Phản ứng đặc trưng khác của Chitosan
Phản ứng Van-Wisselingh: chitosan tác dụng với Lugol tạo dung dịch màu nâu trong môi trƣờng axit sunfuric có màu đỏ tím.
Khử amin nhờ: Ba(BrO)2, AgNO3, N2O2... Cắt mạch bởi acid, enzyme, bức xạ.
Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo muối khó tan.
Chitosan tác dụng với Iốt trong môi trƣờng H2SO4 cho phản ứng lên màu tím. Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan.
1.4.8. Tính chất sinh học của Chitosan [2]
- Vật liệu Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc, dùng an toàn cho ngƣời.
- Chúng có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học.
- Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng nhƣ: có khả năng hút nƣớc, giữ ẩm, tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dƣỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dƣỡng, tác dụng cầm máu, chống sƣng u.
- Chitosan không những ức chế các vi khuẩn gram dƣơng, gram âm mà cả nấm men và nấm mốc. Khả năng kháng khuẩn của Chitosan phụ thuộc một vài yếu tố nhƣ loại chitosan sử dụng (độ deacetyl, khối lƣợng phân tử) , pH môi trƣờng, nhiệt độ, sự có mặt của một số thành phần thực phẩm. Khả năng kháng khuẩn của Chitosan và dẫn xuất của nó đã đƣợc nghiên cứu bởi một số tác giả, trong đó cơ chế kháng khuẩn cũng đã đƣợc giải thích trong một số trƣờng hợp. Mặc dù chƣa có một giải thích đầy đủ nào cho khả năng kháng khuẩn đối với tất cả các đối tƣợng vi sinh vật, nhƣng hầu hết đều cho rằng khả năng kháng khuẩn liên quan đến mức độ hấp phụ Chitosan lên bề mặt tế bào. Trong đó, chitosan hấp phụ lên bề mặt vi khuẩn gram âm tốt hơn vi khuẩn gram dƣơng. Một số cơ chế đã đƣợc giải thích nhƣ sau:
+ Nhờ tác dụng của những nhóm NH3 +
trong chitosan lên các vị trí mang điện tích âm ở trên màng tế bào sinh vật, dẫn tới sự thay đổi tính thấm của màng
thƣờng nhƣ glucose dẫn đến mất cân bằng giữa bên trong và bên ngoài màng tế bào và cuối cùng dẫn đến sự chết của tế bào.
+ Chitosan có thể ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn do có khả năng lấy đi các ion kim loại quan trọng nhƣ: Cu2+
, Co2+, Cd2+ của tế bào vi khuẩn nhờ hoạt động của các nhóm amino trong chitosan có thể tác dụng với các nhóm anion của bề mặt thành tế bào. Nhƣ vậy vi sinh vật sẽ bị ức chế phát triển do sự mất cân bằng liên quan đến các ion quan trọng.
+ Điện tích dƣơng của những nhóm NH3 +
của glucosamine monomer ở pH < 6.3 tác động lên các phần tử ở bên trong màng tế bào của vi khuẩn, dẫn đến sự rò rỉ các phần tử ở bên trong màng tế bào. Đồng thời gây ra sự tƣơng tác giữa các sản phẩm của quá trình thủy phân có khả năng khuyếch tán bên trong tế bào vi sinh vật với AND dẫn đến sự ức chế mARN và sự tổng hợp protein tế bào.
+ Chitosan có khả năng phá hủy màng tế bào thông qua tƣơng tác của những nhóm NH3
+
với những nhóm phosphoryl của thành phần phospholipid của màng tế bào vi khuẩn .
- Có tác dụng làm giảm đáng kể số lƣợng vi sinh vật tổng số trên bề mặt thực phẩm. Với hàm lƣợng 1,5% đã giảm số lƣợng vi sinh vật trên bề mặt cam là 93%, trên bề mặt quýt là 96%, trên bề mặt cà chua là 98%...
- Ngoài ra, Chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, làm to vi động mạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết.
- Chitosan là chất thân mỡ có khả năng hấp thụ dầu mỡ rất cao có thể hấp thu đến gấp 6-8 lần trọng lƣợng của nó. Chitosan nhỏ phân tử có điện tích dƣơng nên có khả năng gắn kết với điện tích âm của lipid và acid mật tạo thành những chất có phân tử lớn không bị tác dụng bởi các men tiêu hóa và do đó không bị hấp thụ vào cơ thể mà đƣợc thải ra ngoài theo phân qua đó làm giảm mức cholesterol nhất là LDL-cholesterol, acid uric trong máu lên có thể giúp ta tránh các nguy cơ bệnh tim mạch, bệnh gút, kiểm soát đƣợc tăng huyết áp và giảm
- Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptide - insulin, kích thích việc tiết ra insulin ở tuyến tụy nên Chitosan đã dùng để điều trị bệnh tiểu đƣờng. Nhiều công trình đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cƣờng hệ thống miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u, ung thƣ, HIV/AIDS.
- Chitosan chống tia tử ngoại, chống ngứa.
1.4.9. Độc tính
Để dùng trong y tế và thực phẩm, đã có nhiều công trình nghiên cứu về độc tính của Chitosan và đƣa ra các kết luận sau:
- Chitosan hầu nhƣ không độc, không gây độc trên súc vật thực nghiệm và ngƣời, không gây độc tính trƣờng diễn.
- Chitosan là vật liệu hòa hợp sinh học cao, nó là chất mang lý tƣởng trong hệ thống vận tải thuốc, không những sử dụng cho đƣờng uống, tiêm tĩnh mạch, tiêm bắp, tiêm dƣới da, mà còn ứng dụng an toàn trong ghép mô.
- Chitosan với trọng lƣợng phân tử thấp để tiêm tĩnh mạch, không thấy có tính lũy ở gan. Loại Chitosan có DD = 50%, có khả năng phân hủy sinh học cao, sau khi tiêm vào ổ bụng chuột, nó đƣợc thải trừ dễ dàng, nhanh chóng qua thận và nƣớc tiểu, Chitosan không phân bổ tới gan và lá lách.
- Những lợi điểm của Chitosan: tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân hủy sinh học, hòa hợp sinh học không những đối với động vật mà còn đối với các mô thực vật, là vật liệu y sinh tốt làm mau liền vết thƣơng.
- Chitosan không độc hoặc độc tính rất thấp trên súc vật thực nghiệm và nó có thể đƣợc sử dụng an toàn trên cơ thể ngƣời.
1.4.10. Ứng dụng của Chitosan
1.4.10.1. Các ứng dụng của Chitosan trong công nghệ thực phẩm
Ngƣời ta đã tạo màng Chitosan trên quả tƣơi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dƣa chuột, ớt chuông, dâu tây, cà chua, quả vải, xoài, nho…
Là một polyme dùng an toàn cho ngƣời, lại có hoạt tính sinh học đa dạng, Chitosan đã đƣợc đƣa vào thành phần trong thức ăn: sữa chua, bánh kẹo, nƣớc ngọt…
Nhật Bản đã có những sản phẩm ăn kiêng có chứa Chitosan để làm giảm cholesterol và lipid máu, giảm cân nặng, chống béo phì, dùng để tránh nguy cơ mắc bệnh tim mạch, tiểu đƣờng (bánh mỳ, khoai tây chiên, dấm, nƣớc chấm…) đã có bán rộng rãi trên thị trƣờng.
Cơ quan bảo vệ môi trƣờng của Mỹ (USEPA) đã cho phép Chitosan không những đƣợc dùng làm thành phần thức ăn, mà còn dùng cả trong việc tinh chế nƣớc uống. Năm 1983, Bộ thuốc và thực phẩm Mỹ (USFDA) đã xác nhận Chitosan đƣợc dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm và dƣợc phẩm.
Chitosan đã chính thức đƣợc Tổ chức y tế thế giới (WHO) cho phép dùng trong y học và thực phẩm.
N - cacboxymetyl chitosan còn đƣợc dùng nhƣ antioxidant để bảo quản thực phẩm do chúng có khả năng kết hợp với kim loại (Fe) là những chất xúc tác của quá trình ôi hóa dầu mỡ, ngăn cho các sản phẩm chứa dầu mỡ khỏi bị ôi hóa.
1.4.10.2. Ứng dụng trong y học
- Chitosan đƣợc ứng dụng trong điều trị bỏng. - Khống chế sự gia tăng của tế bào ung thƣ. - Chống viêm cấp trên mô lành.
- Ngăn chặn sự phát triển của chứng nhồi máu cơ tim và bệnh đột quỵ - Hạ cholesterol, thuốc chữa bệnh dạ dày, chống đông tụ máu, tăng sức đề kháng, chữa xƣơng khớp, hỗ trợ chữa bệnh tiểu đƣờng…
1.4.10.3. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác
Chitin/chitosan và các dẫn xuất của chúng có nhiều đặc tính quý báu nhƣ: có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân hủy sinh học cao, không gây dị ứng, không gây độc hại cho ngƣời và gia súc, có khả năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp nhƣ: Cu(II), Ni(II), Co(II)…Do vậy Chitin và một số dẫn xuất của chúng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: trong lĩnh vực xử lí nƣớc thải và bảo vệ môi trƣờng, dƣợc học và y học, nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học, mỹ phẩm, công nghệ giấy, dệt…
Một số cơ sở đang nghiên cứu và sản xuất chitin-chitosan ở Việt Nam
Trung tâm chế biến trƣờng Đại học Thủy Sản Nha Trang: sản xuất Chitin chất lƣợng cao.
Viện khoa học Việt Nam kết hợp với xí nghiệp thủy sản Hà Nội: sản xuất Chitin ứng dụng trong nông nghiệp.
Trung tâm công nghệ sinh học và sinh học thủy sản phối hợp với Đại học y dƣợc thành phố Hồ Chí Minh, phân viện khoa học Việt Nam, viện khoa học nông nghiệp Việt Nam.
1.5. Một số phƣơng pháp định lƣợng kim loại
Có nhiều phƣơng pháp khác nhau đƣợc dùng để định lƣợng các kim loại. Trong đề tài này sử dụng phƣơng pháp trắc quang để định lƣợng Mangan.
1.5.1. Phương pháp thể tích
Phân tích thể tích là phƣơng pháp phân tích định lƣợng dựa trên sự đo thể tích của dung dịch thuốc thử đã biết chính xác nồng độ (dung dịch chuẩn) cần dùng để phản ứng hết với chất cần xác định có trong dung dịch cần phân tích. Dựa vào thể tích và nồng độ của dung dịch chuẩn đã dùng để tính ra hàm lƣợng chất cần xác định có trong dung dịch phân tích.
Dựa theo bản chất của phản ứng chuẩn độ, phƣơng pháp phân tích thể tích đƣợc phân loại làm các loại sau:
- Phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức. - Phƣơng pháp chuẩn độ oxi hóa khử.
1.5.2. Phương pháp trắc quang [8]
1.5.2.1. Nguyên tắc
Phƣơng pháp trắc quang là phƣơng pháp phân tích đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong các phƣơng pháp phân tích hóa lý. Nguyên tắc chung của phƣơng pháp phân tích trắc quang là muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lƣợng chất cần xác định X.
Cơ sở của phƣơng pháp là định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer – Lambert -Beer. Biểu thức của định luật:
A = lgIo
I = εLC (1.5) Trong đó:
- Io, I lần lƣợt là cƣờng độ của ánh sáng đi vào và đi ra khỏi dung dịch. - L là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua.
- C là nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
- ε là hệ số hấp thụ quang phân tử, nó phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ ánh sáng và bƣớc sóng của ánh sáng tới (ε = f(λ)).
Nhƣ vậy, độ hấp thụ quang A là một hàm của các đại lƣợng: bƣớc sóng, bề dày dung dịch và nồng độ chất hấp thụ ánh sáng.
A = f(λ, L, C) (1.6)
Do đó, nếu đo A tại một bƣớc sóng λ nhất định với cuvet có bề dày L xác định thì đƣờng biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = a.x là một đƣờng thẳng. Tuy nhiên do những yếu tố ảnh hƣởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bƣớc sóng của ánh sáng tới, sự pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ) nên đồ thị trên không có dạng đƣờng thẳng với mọi giá trị của nồng độ. Và biểu thức 1.7 có dạng:
Trong đó:
- Cx: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch. - k: hằng số thực nghiệm.
- b: hằng số có giá trị 0 < b£ 1. Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx. Khi Cx nhỏ thì b= 1, khi Cx lớn thì b<1.
Đối với một chất phân tích trong một dung môi xác định và trong một cuvet có bề dày xác định thì ε = const và L = const. Đặt K= k.ε.L ta có :
Aλ = K.Cb (1.8)
Với mọi chất có phổ thụ phân tử vùng UV- Vis, thì luôn có một giá trị nồng độ giới hạn Co xác định , sao cho:
- Với mọi giá trị Cx < Co: thì b= 1, và quan hệ giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ Cx là tuyến tính.
Phƣơng trình (1.7) là cơ sở để định lƣợng các chất theo phép đo phổ hấp thụ quang phân tử UV - Vis (phƣơng pháp trắc quang). Trong phân tích ngƣời ta chỉ sử dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm, với các chất có phổ hấp thụ UV - Vis càng nhạy, tức giá trị e của chất đó càng lớn thì giá trị nồng độ giới hạn Co càng nhỏ và vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C càng hẹp.
1.5.2.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang
Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để định lƣợng một chất bằng phƣơng pháp trắc quang. Từ các phƣơng pháp đơn giản không cần máy móc nhƣ: phƣơng pháp dãy chuẩn nhìn màu, phƣơng pháp chuẩn độ so sánh màu, phƣơng pháp cân bằng màu bằng mắt...Các phƣơng pháp này đơn giản không cần máy móc đo phổ nhƣng chỉ xác định đƣợc nồng độ gần đúng của chất cần định lƣợng, nó thích hợp cho việc kiểm tra ngƣỡng cho phép của chất nào đó xem có đạt hay không.
pháp cân bằng, phƣơng pháp thêm, phƣơng pháp vi sai... tùy theo từng điều kiện và đối tƣợng phân tích cụ thể mà ta chọn phƣơng pháp thích hợp. Trong đề tài này sử dụng phƣơng pháp đƣờng chuẩn để định lƣợng các cation kim loại.
Phương pháp đường chuẩn: Từ phƣơng trình cơ sở A = k.(Cx)b về nguyên tắc, để xây dựng một đƣờng chuẩn phục vụ cho việc định lƣợng một chất trƣớc hết phải pha chế một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chất hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng nồng độ tuyến tính (b = 1). Tiến hành đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch chuẩn đó. Từ các giá trị độ hấp thụ quang A đo đƣợc dựng đồ thị A = f(C) gọi là đƣờng chuẩn.
Sau khi có đƣờng chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiện giống nhƣ khi xây dựng đƣờng chuẩn. Đo độ hấp thụ quang A của chúng với điều kiện đo nhƣ khi xây dựng đƣờng chuẩn sẽ tìm đƣợc các giá trị nồng độ Cx tƣơng ứng.
1.5.2.3.Định lượng Mn2+
bằng phương pháp trắc quang
Dùng amoni pesunfat và chất xúc tác là ion Ag+ trong môi trƣờng axit để oxi hóa Mn2+ đến MnO4- đƣợc xác định bằng phƣơng pháp trắc quang với máy trắc quang vùng UV - Vis ở bƣớc sóng λ = 525nm.
CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1. Thiết bị, hóa chất
2.1.1. Thiết bị
- Máy đo quang Hach DR/2010 - Máy lắc June HY - 4
- Cân phân tích Adexenture - Tủ sấy
- Bình định mức : 50ml, 100ml, 1000ml - Bình tam giác 250ml
- Buret và pipet các loại - Phễu lọc và giấy lọc - Bếp điện và một số dụng cụ phụ trợ khác 2.1.2. Hóa chất - Dung dịch HCl 5%- 10% - Dung dịch NaOH 5% -10% - Dung dịch NaOH 35%- 50%