5. BỐ CỤC LUẬN VĂN
2.1.NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
2.1.1. Nguyên liệu
- Lá cây ổi đƣợc hái ở xã Hòa Liên, huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng vào các buổi sáng tháng 3 năm 2019.
- Cách lấy mẫu: Chọn những lá ổi còn xanh, không bị sâu, úa. Làm sạch, để ráo rồi cắt nhỏ
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
a. Dụng cụ và thiết bị
- Các loại bình định mức: 1000 mL, 500 mL, 250 mL, 100 mL, 25 mL - Bếp cách thủy, chén sứ, giấy lọc, phễu chiết, nhiệt kế.
- Bình tam giác: 250 mL, 100 mL
- Cốc thủy tinh: 50 mL, 100 mL, 250 mL, 1000 mL, 2000 mL - Pipet: 2 mL, 5 mL, 10 mL
- Buret 25 mL
- Cân phân tích, máy đo pH, máy khuấy từ
- Máy đo quang phổ UV-VIS, máy đo SEM, TEM, FT-IR, XRD
b. Hóa chất
Các loại hóa chất đƣợc sử dụng đều thuộc loại tinh khiết có nguồn gốc từ Trung Quốc và không cần tinh chế lại, bao gồm:
- Nƣớc cất 2 lần
- Ethanol, hexan, chloroform, etylaxetat
- Kali permanganate KMnO4, axit oxalic H2C2O4.2H2O, mangan sunfat MnSO4
- Muối Fe(NO3)3.9H2O, dung dịch NH3, axit axetic CH3COOH, axit sunfuric H2SO4, dung dịch NaOH, dung dịch HCl
- Chitosan, curcumin
- Môi trƣờng khí trơ đƣợc sử dụng là N2.
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết lá ổi - Xác định thành phần các chất có trong dịch chiết lá ổi
- Nghiên cứu tổng hợp nano oxit sắt từ (Fe3O4NP) bằng phƣơng pháp đồng kết tủa từ dung dịch Fe(NO3)3 và dịch chiết lá ổi
- Biến tính bề mặt vật liệu Fe3O4NP bằng chitosan - Xác định đặc trƣng của vật liệu
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ curcumin lên trên bề mặt vật liệu Fe3O4NP-CS
2.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết lá ổi
a. Khảo sát thời gian chiết
Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá ổi tối ƣu vào thời gian chiết, tiến hành định lƣợng hàm lƣợng chất khử trong dịch chiết lá ổi với dung môi nƣớc theo các bƣớc sau:
+ Bƣớc 1: Lá ổi đƣợc rửa sạch, làm khô, cắt nhỏ. Cân lấy 10 g lá ổi cho vào
cốc thủy tinh 250 mL, thêm vào 200 mL nƣớc cất, bọc miệng cốc bằng màng nhựa mỏng. Tiến hành chƣng ninh ở 90oC trong thời gian t phút, thay đổi giá trị của t là 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút, 30 phút.
+ Bƣớc 2: Tiến hành lọc nóng dịch chiết. Lấy 5 mL dịch chiết vừa thu đƣợc
pha loãng 10 lần trong bình định mức 50 mL.
+ Bƣớc 3: Cho vào bình tam giác 250 mL các dung dịch: 5 mL dịch chiết đã
pha loãng + H2SO4 1M + 3 giọt dung dịch MnSO4 0,1M + 40 mL dung dịch KMnO4 10-3M. Đối với dung dịch KMnO4, ta cho vào từ từ từng lƣợng nhỏ khoảng 5 mL, vừa cho vào vừa khuấy đều. Sau đó để yên trong khoảng 1 phút để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Chuẩn độ lƣợng dƣ dung dịch KMnO4 bằng dung dịch axit oxalic 0,01M (dung dịch chuyển từ màu hồng nhạt sang không màu), giữ nhiệt độ bình khoảng 70oC. Thực hiện 3 lần, ghi lại thể tích dung dịch axit oxalic ở mỗi lần chuẩn.
+ Bƣớc 4: Chuẩn độ mẫu trắng: thực hiện chuẩn độ mẫu trắng song song với
các mẫu dịch chiết. Cho vào bình tam giác 250 mL các dung dịch: 5 mL nƣớc cất + H2SO4 1M + 3 giọt dung dịch MnSO4 0,1M + 40 mL dung dịch KMnO4 10-3M. Đối với dung dịch KMnO4, ta cho vào từ từ từng lƣợng nhỏ khoảng 5 mL, vừa cho vào vừa khuấy đều. Sau đó để yên trong khoảng 1 phút để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Chuẩn độ lƣợng dƣ dung dịch KMnO4 bằng dung dịch axit oxalic 0,01M (dung dịch chuyển từ màu hồng nhạt sang không màu), giữ nhiệt độ bình khoảng 70oC. Thực hiện 3 lần, ghi lại thể tích dung dịch axit oxalic ở mỗi lần chuẩn.
b. Khảo sát tỉ lệ rắn/ lỏng
- Tiến hành 4 bƣớc nhƣ ở mục 2.2.1.a.
- Thời gian chiết t là thời gian tối ƣu đã chọn theo mục 2.2.1.a.
- Đối với tỉ lệ rắn/ lỏng, cố định thể tích nƣớc là 200 mL, khối lƣợng mẫu lá ổi m (g) biến thiên từ 5 g, 10 g, 15 g, 20 g, 25 g, 30 g.
2.2.2. Xác định thành phần các chất có trong dịch chiết lá ổi
a. Xác định thành phần hóa học trong dịch chiết nước lá ổi
Sau khi xác định đƣợc các điều kiện tối ƣu cho quá trình chiết lá ổi, tiến hành chiết lá ổi bằng dung môi nƣớc theo các thông số đã xác định. Ta lấy dịch chiết thu đƣợc tiếp tục chiết với lần lƣợt các dung môi: n-hexan, chloroform và etylaxetat. Tiến hành đo GC-MS từng phân đoạn chiết để xác định thành phần các chất hữu cơ. Quá trình chiết đƣợc thực hiện nhƣ trong Hình 2.2.
Hình 2.2. Quy trình chiết với các dung môi n-hexan, chloroform, etylaxetat b. Xác định thành phần hóa học trong dịch chiết lá ổi với dung môi ethanol
Quá trình chiết lá ổi với dung môi ethanol đƣợc thực hiện nhƣ Hình 2.2. Dịch chiết thu đƣợc đem đo GC-MS để xác định thành phần các chất hữu cơ. Quá trình
Lá ổi tƣơi rửa sạch, làm khô, cắt nhỏ + Nƣớc cất Đun trong bếp cách thủy ở 90oC Hỗn hợp dịch chiết Dịch chiết lá ổi Lọc Dịch chiết n-hexan Đo GC-MS Kết quả Dịch chiết 1 Dịch chiết cloroform Kết quả Đo GC-MS Dịch chiết 2
Dịch chiết etylaxetat Dịch chiết 3
Kết quả
Chiết với dung môi n-hexan
Chiết với dung môi cloroform
Chiết với dung môi etylaxetat
này thực hiện để so sánh thành phần các chất hữu cơ thu đƣợc khi chiết với dung môi ethanol và với dung môi nƣớc.
Hình 2.3. Quy trình chiết lá ổi với dung môi etanol
2.2.3. Nghiên cứu tổng hợp nano oxit sắt từ (Fe3O4NP) bằng phƣơng pháp đồng kết tủa từ dung dịch Fe(NO3)3 và dịch chiết lá ổi đồng kết tủa từ dung dịch Fe(NO3)3 và dịch chiết lá ổi
Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để tổng hợp hạt nano oxit sắt từ nhƣng với mục tiêu thu đƣợc các hạt nhỏ, đồng nhất và thuận tiện, chúng tôi sử dụng phƣơng pháp đồng kết tủa đi từ chất đầu là dung dịch Fe(NO3)3 0,01M và dịch chiết lá ổi. Quá trình tổng hợp đƣợc thực hiện theo quy trình Hình 2.4.
Nhỏ từ từ dịch chiết lá ổi đã đƣợc pha loãng 10 lần vào dung dịch muối sắt Fe(NO3)3 0,01M để khử một phần Fe3+ thành Fe2+ để đảm bảo tỉ lệ Fe2+ : Fe3+ = 1:2 để tạo nên các hạt nano oxit sắt từ Fe3O4. Khuấy hỗn hợp này trong 30 phút bằng máy khuấy từ và liên tục sục khí N2 để tạo môi trƣờng trơ. Sau đó, nhỏ từ từ dung dịch NH3 vào dung dịch phản ứng đến khi pH = 6, xuất hiện các hạt kết tủa màu
Lá ổi tƣơi rửa sạch, làm khô, cắt nhỏ
+ Ethanol Đun nóng trong bếp cách thủy ở 60oC Hỗn hợp dịch chiết Dịch chiết Kết quả Lọc Đo GC-MS
đen. Tiếp tục khuấy trong 2 giờ để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Để yên trong 1 giờ để các hạt nano oxit sắt từ lắng xuống. Dùng từ trƣờng tách các hạt nano sắt từ ra khỏi dung dịch và rửa lại nhiều lần bằng nƣớc cất.
Hình 2.4. Quy trình tổng hợp hạt nano sắt từ Fe3O4NP
Quá trình tạo hạt nano sắt từ đƣợc biểu diễn theo phƣơng trình phản ứng sau: Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- → 2Fe(OH)3 + Fe(OH)2
2Fe(OH)3 + Fe(OH)2 → Fe3O4 + 4H2O
Để khảo sát sự phụ thuộc khả năng tạo nano oxit sắt từ vào tỉ lệ thể tích dịch chiết nƣớc lá ổi với dung dịch Fe(NO3)3, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số nhƣ sau:
- Nhiệt độ tạo nano oxit sắt từ: nhiệt độ phòng
Dung dịch Fe(NO3)3 0,01M
Dịch chiết lá ổi đƣợc pha loãng 10 lần Nhỏ từ từ
Dung dịch Fe2+, Fe3+
Hỗn hợp kết tủa màu đen
+ Dung dịch NH3 Khuấy từ và sục khí N2
Fe3O4 NP
- Nồng độ dung dịch Fe(NO3)3: 0,01 M - Thể tích dung dịch Fe(NO3)3: 10 mL - Môi trƣờng pH = 6
- Thời gian tạo nano oxit sắt từ biến thiên từ 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút, 30 phút.
- Thể tích dịch chiết biến thiên: V = 2 mL, 4 mL, 6 mL, 8 mL, 10 mL.
2.2.4. Biến tính bề mặt vật liệu Fe3O4NP bằng chitosan
Quy trình bọc hạt nano oxit sắt từ bằng chitosan đƣợc tiến hành theo sơ đồ ở Hình 2.5.
Hình 2.5. Quy trình tổng hợp hạt nano sắt từ bọc chitosan (Fe3O4NP-CS)
Hòa tan chitosan dạng bột trong dung dịch axit axetic 1% ở 70oC trong 90 phút. Để nguội dung dịch, sau đó, cho hạt nano oxit sắt đã tổng hợp đƣợc vào,
Hòa tan 0,2 g chitosan trong 80 mL dung dịch axit axetic 1%
0,5 g hạt nano sắt từ vào dung dịch chitosan đã hòa tan
Khuấy từ 90 phút, 700C Chất lỏng hạt nano sắt từ bọc chitosan Hạt Fe3O4NP-CS Khuấy từ 3 giờ, sục khí N2 Lọc, rửa bằng nƣớc cất
khuấy từ trong 3 giờ đồng thời sục khí N2 tạo môi trƣờng trơ. Để yên trong 1 giờ, lúc này hạt nano oxit sắt đã đƣợc bọc chitosan. Dùng từ trƣờng ngoài tách Fe3O4NP-CS, rửa nhiều lần bằng nƣớc cất.
2.2.5. Xác định đặc trƣng của vật liệu
Sau khi tổng hợp đƣợc hạt nano oxit sắt từ, chúng tôi nghiên cứu các đặc trƣng của hạt nano oxit sắt từ trƣớc và sau khi đính chitosan bằng các phƣơng pháp đo TEM, SEM, XRD, IR.
a. Phương pháp đo hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscopy) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lƣợng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.
TEM hoạt động trên nguyên tắc giống thấu kính quang học, chỉ khác là sử dụng sóng điện tử thay cho bƣớc sóng ánh sáng nên có bƣớc sóng rất ngắn) và sử dụng các thấu kính điện từ – magnetic lens thay cho thấu kính quang học [16].
Hình 2.6. Mô Hình nguyên lý của TEM so với kính hiển vi quang học b. Phương pháp đo hiển vi điện tử quét (SEM)
Kỹ thuật chụp Hình ảnh hiện đại với độ phân giải lớn bằng kính hiển vi điện tử (SEM) là một công cụ hiệu quả cho việc nghiên cứu về mẫu thậm chí ở cấp độ phân tử. Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật đƣợc thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tƣơng tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật [16].
Nguyên lý hoạt động và sự tạo ảnh trong SEM:
Điện tử đƣợc phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trƣờng... ), sau đó đƣợc tăng tốc (thế tăng tốc của SEM thƣờng từ 10 kV đến 50 kV và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Å đến vài nm) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện.
Độ phân giải của SEM phụ thuộc vào tƣơng tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tƣơng tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích đƣợc thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ này [16].
c. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
Nhiễu xạ tia X là hiện tƣợng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X đƣợc sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu... Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tƣơng tác giữa tia X với nguyên tử và sự tƣơng tác giữa điện tử và nguyên tử [16].
Chiếu một chùm tia X đơn sắc có bƣớc sóng λ tới một tinh thể chất rắn. Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể đƣợc xây dựng từ các nguyên tử hay ion, phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định, các mặt tinh thể sẽ cách nhau một khoảng đều đặn d. Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng lƣới thì tinh thể mạng lƣới này giống nhƣ một cách tử nhiễu xạ đặc biệt tạo ra hiện tƣợng nhiễu xạ của các tia X .
Mối quan hệ của khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể song song (d), góc giữa phƣơng tia X tới và mặt phẳng tinh thể (θ) và bƣớc sóng tia X (λ) đƣợc biểu diễn bởi phƣơng trình Vulf - Bragg :
2dsinθ = nλ (2.1) Trong đó: n là bậc nhiễu xạ (n = 1, 2, 3, …).
Từ định luật Bragg có thể xác định khoảng cách giữa các mặt mạng dhkl khi đã biết λ và góc nhiễu xạ θ tƣơng ứng với vạch nhiễu xạ thu đƣợc. Mỗi một chất tinh thể khác nhau sẽ đƣợc đặc trƣng bằng các giá trị dhkl khác nhau.
So sánh giá trị dhkl thu đƣợc với giá trị dhkl của mẫu chuẩn cho phép ta xác định đƣợc mẫu nghiên cứu có chứa các loại khoáng vật nào. Do vậy, phƣơng pháp nhiễu xạ tia X có thể xác định đƣợc thành phần pha tinh thể của vật liệu. Kiểm tra sự đơn pha (độ tinh khiết) của vật liệu, xác định đƣợc kích thƣớc tinh thể, cấu trúc tinh thể,… [16].
d. Phương pháp phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourie (FTIR)
Phổ hồng ngoại là phép phân tích phổ biến cho biết các liên kết và các nhóm chức trong vật liệu phân tích. Phƣơng pháp IR dựa trên sự tƣơng tác của các bức xạ điện từ trong miền hồng ngoại (400 - 4000 cm-1
) với các phân tử nghiên cứu. Quá trình tƣơng tác đó có thể dẫn đến sự hấp thụ năng lƣợng, có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc của các phân tử.
Nguyên lý cơ bản của phổ hồng ngoại là thu nhập thông tin về sự hấp thụ và phân tích các phổ, tần số hấp thụ bức xạ hồng ngoại có thể liên quan trực tiếp các liên kết trong hợp chất [12], [13], [16], [18].
Kỹ thuật thực nghiệm: Khi chiếu một chùm ánh sáng (bức xạ điện từ) có cƣờng độ I0 đi qua vật chất, nó có thể tƣơng tác với phân tử vật chất đó. Bức xạ điện từ là năng lƣợng vì vậy phân tử có thể hấp thụ bức xạ và thu đƣợc năng lƣợng, khi đó nó chuyển dịch từ trạng thái năng lƣợng (E1) tới (E2). Tần số bức xạ hấp thụ liên quan tới năng lƣợng của sự chuyển dịch bởi định luật của Plank:
Hình 2.8. Phổ kế IR
Khi ta chiếu một chùm bức xạ điện từ tác động lên khối vật chất thì sự hấp thụ của khối vật chất đó phụ thuộc vào bản chất của nó, nhƣ vậy đo lƣợng tia bức xạ bị hấp thụ ta có thể xác định đƣợc tính chất của vật liệu.
Một thông số quan trọng khi nghiên cứu phổ hồng ngoại là thứ tự liên kết và loại nguyên tử tham gia liên kết sẽ đƣợc xác định khi liên kết hoá học đó hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Sự liên kết các nguyên tử gần nhau sẽ cho dịch chuyển tần số ở mức nhỏ. Do đó, nhóm các nguyên tử giống nhau hoặc tƣơng tự nhau trong các phân tử khác nhau thƣờng hấp thụ các dải tần xác định, giống nhau. Bảng kết quả hấp thụ hồng ngoại đƣợc sắp xếp bằng các nhóm chức, và có thể chia nhỏ hơn để tăng độ chính xác [12], [13], [16], [18].
Phổ hồng ngoại đƣợc ứng dụng phổ biến trong hoá học. Các thông tin chi tiết