6. Cấu trúc của luận văn
2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP KĨ THUẬT
2.5.1. Phương pháp trọng lượng [5], [9].
a. Xác định độ ẩm của nguyên liệu
Nguyên tắc: Dựa trên nguyên tắc sấy đến khối lượng không đổi
Cơ sở của phương pháp: Nguyên liệu ẩm có thể xem như hỗn hợp cơ học gồm chất khô tuyệt đối và nước tự do: m = mo + w (1.1) Trong đó: m : khối lượng chung của nguyên liệu (g)
mo : khối lượng của chất khô tuyệt đối (không có ẩm) (g) w : khối lượng nước chứa trong nguyên liệu (g)
Độ ẩm tương đối (ω) của nguyên liệu ẩm: là tỷ số giữa khối lượng nước
(w) trên khối lượng chung (m) của nguyên liệu ẩm, tính bằng phần trăm: ω = . 100 = . 100 (1.2)
b. Xác định hàm lượng tro của nguyên liệu
Nguyên tắc: Dựa trên nguyên tắc tro hóa hoàn toàn mẫu bằng cách nung mẫu trong lò nung ở nhiệt độ 600oC khoảng 6 giờ.
Dùng phương pháp trọng lượng để khảo sát xác định một số đại lượng như: độ ẩm, hàm lượng tro trong vỏ quả bứa.
Hàm lượng tro được xác định bằng công thức: H = . 100% (1.3) Trong đó: mo : khối lượng vỏ quả bứa khô trước khi tro hóa (g)
m1 : khối lượng tro (g)
H : hàm lượng tro trong vỏ sấy khô (%)
w m w mo + w m1 mo
2.5.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 3,8.
Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không hấp thụ hay phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ. Lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản. Đó là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử. Nhưng khi ở trạng thái hơi nguyên tử tự do, nếu ta chiếu một chùm tia sáng có những bước sóng (tần số) xác định vào đám hơi nguyên tử đó thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ. Lúc đó nguyên tử đã nhận năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản. Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử. Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.
Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, đám hơi nguyên tử mẫu trong ngọn lửa hay trong cuvet graphit là môi trường hấp thụ bức xạ. Phần tử hấp thụ năng lượng muốn có phổ hấp thụ nguyên tử trước hết phải tạo ra được đám hơi nguyên tử tự do và sau đó chiếu vào nó một chùm tia sáng có những bước sóng xác định ứng đúng với các tia phát xạ của nguyên tố cần nghiên cứu. Khi đó, các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ năng lượng và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó.
Trên cơ sở xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử cho thấy phổ nguyên tử chỉ sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái hơi. Vì vậy, muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (phép đo AAS) cần thực hiện các bước sau:
-Hóa hơi mẫu phân tích, đưa về trạng thái khí. Mục đích của quá trình này là tạo ra được đám hơi các nguyên tử tự do từ mẫu phân tích. Có thể nguyên tử hóa mẫu phân tích bằng ngọn lửa hoặc bằng kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa. Đây là giai đoạn quan trọng nhất và có ảnh hưởng đến kết quả của phép đo AAS.
-Chọn nguồn tia sáng đơn sắc có bước sóng phù hợp với nguyên tử. Thu toàn bộ chùm tia sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ, phân ly chúng thành phổ và chọn vạch phổ cần đo của nguyên tố cần phân tích hướng vào khe đo để đo cường độ của nó.
-Ghi nhận tín hiệu đo và kết quả đo của cường độ vạch phổ hấp thụ bằng thiết bị thích hợp.
Điều kiện tối ưu phép đo AAS với kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa:
-Thành phần của hỗn hợp khí đốt khi khảo sát bằng với thực nghiệm. -Tốc độ dẫn hỗn hợp khí vào mẫu: 5 lít/ phút.
-Chiều cao ngọn lửa được quyết định bởi hỗn hợp khí.
-Bề dày ngọn lửa quyết định độ nhạy của phương pháp, thay đổi bằng cách thay đổi độ nghiêng của burner.
Dùng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) để xác định hàm lượng các kim loại trong vỏ quả bứa.
2.5.3. Phương pháp chưng ninh.
Phương pháp chưng ninh là phương pháp lấy chất từ hỗn hợp bằng dung môi để tách biệt, cô và tinh chế các cấu tử có trong hỗn hợp thành những cấu tử riêng. Đây là một trong những phương pháp chiết tách đơn giản nhất. Có thể chưng ninh từ hỗn hợp dung dịch hay từ chất rắn. Có thể dùng bình cầu gắn sinh hàn hồi lưu rồi đun trong bếp cách thủy hay dùng nồi cáp suất để chưng ninh. Đun nóng hợp chất với dung môi trong nồi áp suất hoặc trong bếp cách thủy trong một thời gian nhất định thu được dịch chiết có lẫn bả rắn. Lọc nóng hoặc để lắng cho trong rồi lọc bỏ bã rắn sẽ thu được dịch chiết.
Tuy là phương pháp đơn giản nhưng việc lựa chọn dung môi cũng hết sức nghiêm ngặt. Dung môi sử dụng phải thỏa mãn một số điều kiện sau:
-Hòa tan tốt các cấu tử cần chiết tách, không hòa tan hay hòa tan rất ít các cấu tử khác. Đây là điều kiện quan trọng hàng đầu, bắt buộc phải có.
-Không tương tác hóa học với các cấu tử cần chiết tách. -Thân thiện với môi trường.
-Không gây độc hại cho người sử dụng và môi trường xung quanh. -Dễ kiếm, giá thành rẻ.
-Không có tương tác, phá hủy dụng cụ chiết tách…
2.5.4.Phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC) 3, 8.
a. Cơ sở lý thuyết của phương pháp sắc ký
Sắc ký là phương pháp vật lý và hóa lý dùng để tách và xác định các hợp chất dựa vào sự phân bố khác nhau của chất phân tích trong pha động (dung môi) và pha tĩnh (thường là rắn). Phương pháp này được phát minh bởi nhà sinh vật học người Nga - Mikhail Tswest.
Sự phân bố của chất phân tích trong pha động và pha tĩnh có thể dựa vào một số tính chất: sự hấp phụ, sự trao đổi ion, sự rây phân tử,… Từ đó, người ta phân biệt sắc ký hấp phụ, sắc ký trao đổi ion, sắc ký rây phân tử,5… Cách gọi tên phương pháp sắc ký nó phụ thuộc vào trạng thái tập hợp của pha động
-Nếu pha động là lỏng thì gọi là sắc ký lỏng. -Nếu pha động là khí thì gọi là sắc ký khí.
Ngoài ra còn có sắc ký giấy, sắc ký bản mỏng với pha động là lỏng. Trong các hệ thống sắc ký chỉ có các phân tử pha động mới chuyển động dọc theo hệ sắc ký. Các chất khác nhau sẽ có ái lực khác nhau với pha động và pha tĩnh. Trong quá trình pha động chuyển động dọc theo hệ sắc ký kết hợp pha tĩnh này đến lớp pha tĩnh khác, sẽ lặp đi lặp lại quá trình hấp phụ, giải hấp. Hệ quả là các chất có ái lực lớn với pha tĩnh sẽ chuyển động chậm hơn qua hệ thống sắc ký so với các chất tương tác yếu hơn với pha này. Nhờ đặc điểm này mà người ta có thể tách các chất qua quá trình sắc ký.
Các ứng dụng của sắc ký: -Phân tích định tính -Phân tích định lượng
-Phân tích dựa vào chiều cao peak -Phân tích dựa vào diện tích peak -Xây dựng đường chuẩn
-Phương pháp chuẩn nội
T=0
T=10’
T=20’
Injector
Injector DetectorDetector
Most
Most Interaction with Stationary Phase Interaction with Stationary Phase LeastLeast Flow of Mobile Phase
Flow of Mobile Phase
T=0
T=10’
T=20’
Injector
Injector DetectorDetector
Most
Most Interaction with Stationary Phase Interaction with Stationary Phase LeastLeast Flow of Mobile Phase
Flow of Mobile Phase
Hình 2.7. Phương pháp sắc ký
b. Cơ sở lý thuyết của sắc ký lỏng cao áp
Sắc ký lỏng là quá trình tách một hợp chất ở trong cột tách ở trạng thái lỏng. Vì thế, mẫu phân tích phải hòa tan trong một chất lỏng nào đó, thường là pha động của quá trình sắc ký. Nó thích hợp cho tất cả các chất có nhiệt độ sôi cao cũng như thấp (trừ các chất ở nhiệt độ thường là khí).
Trong những điều kiện sắc ký nhất định thì chất tan luôn phân bố trong hai pha theo những cân bằng động từ lúc chất phân tích bắt đầu vào cột cho đến khi nó ra khỏi cột tách, nghĩa là luôn luôn có sự vận chuyển của chất tan từ pha này sang pha kia và ngược lại. Vì cấu trúc và tính chất của mỗi phân tử của chất là khác nhau nên tốc độ dịch chuyển trung bình của mỗi chất là khác nhau. Như vậy có một thời gian nhất định chất tan bị giữ lại trong cột sắc ký và các chất khác nhau sẽ ra khỏi cột tách ở những thời điểm khác nhau. Nếu ghi lại quá trình tách ta được sắc ký đồ gồm nhiều peak. Một quá trình tách tốt nếu các peak không chập nhau, nghĩa là mẫu có bao nhiêu chất thì có bấy
nhiêu peak riêng biệt. Trong quá trình sắc ký, chất nào bị lưu giữ mạnh nhất sẽ được rửa giải ra khỏi cột sau cùng và chất nào bị lưu giữ kém nhất sẽ được rửa giải ra trước tiên.
Sắc ký lỏng có 2 loại:
-Sắc ký lỏng sắc ký thường (cổ điển) -Sắc ký lỏng áp suất cao (HPLC)
Trước đây chủ yếu sử dụng sắc ký lỏng áp suất thường, tuy thiết bị rẻ nhưng hiệu suất tách thấp, peak tách không hoàn toàn, rất tốn dung môi để rửa giải, tốn nhiều thời gian nên hiện nay người ta dùng sắc ký lỏng cao áp (HPLC). Là kết quả của sự phát triển trong suốt thập kỉ qua về những cải tiến về thiết bị và sự nhồi cột. HPLC nổi lên như một phương pháp được ưa thích cho kĩ thuật tách và phân tích định lượng của một dải rộng các mẫu. Phương pháp HPLC hiện đại, nhanh, hiệu quả. Những cơ hội áp dụng HPLC hầu như không có giới hạn, do đó HPLC đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong khoa học và công nghệ.
Pha tĩnh (nghĩa là đứng yên) trong sắc ký lỏng có thể là chất rắn hoặc chất lỏng. Pha tĩnh rắn được nhồi vào cột tạo thành cột sắc ký nhồi. Pha tĩnh lỏng được giữ lại trong cột nhờ chất mang trơ, nó là một màng mỏng (1-3mm) bám xung quanh hạt chất mang. Loại pha tĩnh này có dung tích nhỏ hơn pha tĩnh rắn. Điều kiện của pha tĩnh:
-Trơ với pha động và bền vững với các điều kiện của môi trường sắc ký. -Không có phản ứng phụ với dung môi rửa giải hay chất phân tích. -Có khả năng tách chọn lọc một hỗn hợp chất tan nhất định trong điều kiện ắc ký nhất định.
-Tính chất bề mặt ổn định, đặc biệt là đặc trưng xốp của nó để các chất phân tích hấp phụ trên bề mặt, không bị thay đổi, biến dạng, không bị phân rã dưới ánh sáng cao (Al2O3, SiO2).
-Cân bằng động học của sự tách phải xảy ra nhanh và lặp lại tốt.
-Bề mặt hạt tương đối đồng đều, thường dùng dạng hình cầu (thể tích giữa các hạt rất nhỏ, đặc khít), đường kính hạt lớn nhất so với hạt nhỏ nhất không hơn kém nhau quá 15%.
Pha động trong sắc ký lỏng cao áp tùy thuộc vào mỗi loại chất nhồi cột khác nhau. Nó có thể là một dung môi đơn, hỗn hợp của hai hay ba dung môi trộn lẫn với nhau theo tỉ lệ phù hợp, song với bất kỳ loại sắc ký nào thì yêu cầu của dung môi làm pha động cũng phải thỏa mãn những yêu cầu nhất định sau:
-Trơ và không có tác dụng hóa học với pha tĩnh, không làm hỏng pha tĩnh.
-Bền, ổn định và không bị phân hủy trong quá trình chạy sắc ký.
-Hòa tan tốt hỗn hợp chất mẫu, có như thế mẫu mới có thể vận chuyển từ đầu cột tách đến cuối cột tách.
-Phù hợp với loại detector đã chọn để phát hiện chất phân tích. -Có độ tinh khiết cao để tránh nhiễm bẩn mẫu.
Thực tế, người ta thường dùng hỗn hợp dung môi như methanol + nước, axetonitril + nước, n-hexan + axeton…)
Trong HPLC, hỗn hợp cần phân tích được hòa tan trong một dung môi thích hợp, tiêm một thể tích chính xác vào bộ phận tiêm mẫu và được mang vào cột bởi một dòng chảy liên tục của cùng dung môi (pha động) trong đó mẫu được hòa tan. Sự tách diễn ra trong cột có chứa những hạt xốp có diện tích bề mặt lớn (pha tĩnh). Các cấu tử trong mẫu liên tục tương tác với pha tĩnh. Pha động (chất rửa giải) được bơm qua cột được nhồi chặt các hạt sắc ký. Với việc chọn pha động và vật liệu nhồi cột thích hợp, các cấu tử trong mẫu sẽ di chuyển dọc trên cột với những tốc độ khác nhau. Khi những cấu tử lần lượt thoát ra khỏi cột và đi vào detector thích hợp, ở đây tín hiệu được ghi
lại và chuyển ra ngoài một sắc ký đồ, cho biết sự hiện diện của mỗi cấu tử dưới dạng một peak. Khi đó, lượng cấu tử có trong mẫu được tính toán dựa vào chiều cao hoặc diện tích peak của nó.
Dùng phương pháp sắc ký lỏng cao áp để xác định định lượng riêng biệt các axit hữu cơ có trong mẫu chiết: axit hydroxy citric và axit citric có trong vỏ quả bứa; xác định thành phần HCK trong sản phẩm muối chuyển hóa dựa vào diện tích peak và thời gian lưu so với phổ chuẩn.
2.5.5. Phương pháp chuẩn độ axit – bazơ
Nguyên lý: dùng một dung dịch kiềm chuẩn (HCl) để trung hòa hết lượng kiềm dư trong mẫu, với phenolphtalein làm chỉ thị màu.
Chuẩn độ dung dịch mẫu ban đầu khi thêm chất chỉ thị thì chuyển sang màu hồng, chuẩn độ bazơ dư bằng dung dịch chuẩn axit đến khi dung dịch mất màu hồng thì dừng lại
Tính kết quả: Bazơ dư theo phần trăm (X1) tính bằng công thức:
X1 = K . n . . (1.4) Trong đó: n : số ml HCl 0,1N sử dụng để chuẩn độ V ml dịch thử Vcd : thể tích mẫu cô đặc (ml)
P : trọng lượng mẫu thử (g)
K : hệ số của loại axit, K = 0,006904
Dùng phương pháp chuẩn độ để xác định được lượng bazơ dư trong lượng mẫu là bao nhiêu để xác định khả năng phản ứng tạo muối trong các điều kiện khảo sát.
Vcd
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NGUYÊN LIỆU 3.1.1. Xác định độ ẩm của nguyên liệu 3.1.1. Xác định độ ẩm của nguyên liệu
Độ ẩm của vỏ quả bứa được xác định bằng phương pháp trọng lượng và thu được kết quả ở bảng 3.1
Bảng 3.1. Kết quả xác định độ ẩm trong lá, vỏ quả bứa
Mẫu Số TT mẫu
Khối lượng mẫu trước khi sấy(g)
Khối lượng mẫu trước khi sấy(g)
Khối lượng nước trong mẫu(g) Độ ẩm (%) Lá bứa 1 9,726 2,789 6,937 71,32 2 9,960 2,898 7,062 70,90 3 10,172 3,022 7,150 70,29 Vỏ quả bứa 1 10,601 1,676 8,925 84,19 2 10,596 1,646 8,950 84,47 3 10,593 1,646 8,947 84,46 Nhận xét:
- Độ ẩm trung bình trong lá bứa tươi cao chiếm khoảng 70% khối lượng lá.
- Độ ẩm trung bình trong vỏ quả bứa tươi cao chiếm khoảng 84% khối lượng vỏ.
3.1.2. Xác định hàm lượng tro
Hàm lượng tro của nguyên liệu được xác định bằng phương pháp trọng lượng và thu được kết quả ở bảng 3.2
Nhận xét:
-Hàm lượng tro trong vỏ bứa thấp, chiếm 3,4% khối lượng vỏ bứa khô, chứng tỏ lượng chất vô cơ và kim loại nặng trong đó không nhiều.
-Hàm lượng tro trung bình trong lá quả bứa khô là 1,42%. Hàm lượng tro rất thấp và chiếm khoảng 1,4% khối lượng lá bứa khô, ít hơn so với vỏ bứa khô, nên lượng chất vô cơ và kim loại nặng trong đó ít.
Bảng 3.2. Kết quả xác định tỉ lệ tro trong vỏ quả, lá bứa khô
Mẫu Số TT mẫu Khối lượng cốc(g) Khối lượng mẫu sấy khô +
cốc trước khi tro hóa(g) Khối lượng mẫu (g) Khối lượng mẫu sấy khô + cốc sau khi tro hóa(g) Khối lượng tro (g) Tỉ lệ tro (%) Vỏ quả