2.2.1. Phương pháp phân tích trọng lượng
Giới thiệu phương pháp
Cơ sở của phương pháp phân tích trọng lượng là định luật thành phần không đổi và định luật đương lượng. Phương pháp phân tích trọng lượng dựa trên việc đo lường khối lượng được thực hiện nhờ cân phân tích.
Trong phương pháp này, chất cần xác định được tách ra dưới dạng nguyên chất hay dưới dạng hợp chất có thành phần xác định. Từ hợp chất thu được này, sau khi cân trên cân phân tích, người ta tính được khối lượng của cấu tử xác định và hàm lượng phần trăm của nó.
Ưu, nhược điểm của phương pháp phân tích trọng lượng
Ưu điểm:
- Cho phép ta xác định được với độ chính xác cao hàm lượng hoặc nồng độ của các cấu tử riêng biệt trong mẫu. Độ chính xác đạt tới 0,01 – 0,005.
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 26 - Phân tích trọng lượng dùng để xác định rất nhiều kim loại (các cation) và các phi kim (các anion), các thành phần của hợp kim, của các quặng Silicat, các hợp chất hữu cơ...
Nhược điểm:
- Thời gian xác định kéo dài, dài hơn nhiều so với thời gian phân tích khi thực hiện các phương pháp phân tích chuẩn độ.
Áp dụng phương pháp phân tích trọng lượng để khảo sát các yếu tố sau trong qui mô phòng thí nghiệm:
- Xác định độ ẩm
- Xác định hàm lượng tro
- Xác định nồng độ dung môi và nồng độ dung môi chiết tối ưu - Xác định thời gian chiết tối ưu
- Xác định tỷ lệ rắn/lỏng tối ưu - Xác định nhiệt độ chiết tối ưu
2.2.2. Phương pháp trích ly rắn – lỏng
Phương pháp trích ly rắn – lỏng là phương pháp hòa tan chọn lọc với một hay một số cấu tử từ chất rắn vào chất lỏng. Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghệ hoá học, công nghệ tuyển khoáng, công nghệ thực phẩm và nhiều nghành công nghệ khác. Yêu cầu quan trọng nhất của phương pháp này là phải chọn dung môi là phải có tính hoà tan chọn lọc-nghĩ là chỉ hoà tan cấu tử cần tách.
Bất kỳ một quá trình chiết chất rắn nào cũng bao gồm các giai đoạn: dung môi thâm nhập vào các mao quản của vật thể rắn, hoà tan các cấu tử cần tách ( hoặc là tiến hành các phản ứng hoá học ) sau đó chất tan và dung môi khuyếch tán vào dung dịch từ vật thể rắn. Đôi khi chất hoà tan chứa trong các mao quản của vật thể rắn ở dạng dung dịch lỏng , trường hợp này chất hoà tan được chuyển trực tiếp vào dung môi bằng khuyếch tán.
Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình trích ly rắn lỏng chủ yếu là : hình dạng, kích thước, thành phần hoá học chất rắn, cấu trúc bên trong của chất rắn như kích thước, hình dạng, cách sắp xếp của mao quản…
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 27 Nói chung muốn làm cho quá trình chiết được lặp đi lặp lại nhiều lần thao tác như đã mô tả ở trên. Trong những trường hợp này ta nên dùng những bộ công cụ tự động. Những bộ dụng cụ như vậy bao gồm một bình cầu, một thiết bị chiết và một ống sinh hàn hồi lưu.
2.2.3. Phương pháp vật lý
2.2.3.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Giới thiệu phương pháp
Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố. Cơ sở lý thuyết của phép đo này là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của một nguyên tử tự do ở dạng trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ
Ưu, nhược điểm của phép đo hấp thụ nguyên tử
Ưu điểm:
- Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ chọn lọc cao. Gần 60 nguyên tố có thể được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 10-4 đến 10-5.
- Được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết các kim loại, đặt biệt là các nguyên tố vi lượng trong các đối tượng mẫu y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm tra các chất có độ tinh khiết cao.
- Ít tốn thời gian. Kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ.
- Các động tác thực hiện đơn giản, nhẹ nhàng. Có thể xác định đồng thời với liên tiếp nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu.
Nhược điểm:
- Cần phải có một hệ thống máy tương đối đắt tiền.
- Do độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn rất có ý nghĩa đối với kết quả phân tích hàm lượng vết. Vì vậy môi trường làm việc phải không có bụi, dụng cụ, hóa chất dùng phải có độ tinh khiết cao.
- Trang bị máy mọc khá tinh vi và phức tạp nên phải cần có kỹ sư trình độ cao để bảo dưỡng và chăm sóc.
Áp dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS để xác định: - Hàm lượng một số kim loại có trong mẫu tro hóa.
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 28
2.2.3.2. Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử (UV – VIS)
Giới thiệu phương pháp
Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử là một phương pháp định lượng phân tích dựa vào sự so sánh cường độ màu hay độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch mẫu và dung dịch chuẩn để xác định nồng độ của chất với độ nhạy cao.
Ưu, nhược điểm của phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV_VIS
Ưu điểm:
- Độ nhạy cao, có thể phát hiện được một lượng nhỏ chất hữu cơ hoặc ion vô cơ trong dung dich đến 10-7M, sai số tương đối nhỏ
- Ít tốn thời gian
- Máy móc không quá đắt tiền, dễ thực hiện
Nhược điểm:
- Nếu dung dịch có nhiều chất, thì mật độ quang A có tính cộng tính, việc định lượng chất phân tích gặp khó khăn.
- Trong hỗn hợp dung dịch, việc phát hiện chất phân tích có nồng độ rất nhỏ sẽ gặp khó khăn, cho độ nhạy kém.
Áp dụng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV_VIS để xác định - Bước sóng hấp thụ cực đại của norbixin
- Kết quả chiết tối ưu của các mẫu chiết
2.2.3.3. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học bằng quang phổ hồng ngoại(IR)
Giới thiệu phương pháp
Phương pháp này dựa trên hiệu ứng đơn giản là các hợp chất hóa học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hợp chất hóa học dao động với nhiều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc trưng và các liên kết có trong phân tử hợp chất hóa học.
Ưu, nhược điểm của phương pháp quang phổ hồng ngoại
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 29 - Ưu điểm lớn nhất là phương pháp phân tích này cung cấp thông tin về cấu
trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp. - Ít tốn thời gian
Nhược điểm:
- Chỉ xác định được các nhóm chức, cấu trúc của chất phân tích, mà không định danh được công thức hóa học của chất phân tích.
Áp dụng phương pháp đo quang phổ hồng ngoại IR để xác định: - Phổ dao động của các nhóm chức có trong phân tử norbixin
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 30
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu Xử lý nguyên liệu Xác định hàm lượng kim loại bằng phương pháp AAS Xác định độ ẩm, hàm lượng tro Chưng ninh Dịch chiết Xác định tỉ lệ rắn/lỏng tối ưu Xác định thời gian chiết tối ưu Xác định nhiệt độ chiết tối ưu Đo UV - VIS Đo IR Xác định loại
dung môi chiết và nồng độ dung môi chiết
tối ưu
Axit hóa
Chiết với 100g, 300g nguyên liệu
Thử khả năng hòa tan Xây dựng quy trình chiết
phẩm màu annatto E ở quy mô pilot
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 31
3.2. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ 3.2.1. Nguyên liệu 3.2.1. Nguyên liệu
Hạt điều được chọn mua ngẫu nhiên ở chợ Siêu Thị Đà Nẵng – Phường Chính Gián – TP Đà Nẵng. Sau đó, chúng được bảo quản trong bao nilông để tránh ẩm ướt làm hạt điều mốc, đem để ở nơi thoáng mát.
3.2.2. Xử lý nguyên liệu
Để quá trình chiết tách thuận lợi và đạt hiệu quả tối ưu phải tiến hành xử lý nguyên liệu bằng phương pháp thủ công như: sàng, sảy, loại bỏ lá khô, cọng hạt điều nhuộm, rác, những hạt lép…
3.2.3. Xác định một số thông số về chỉ tiêu của nguyên liệu khô
3.2.3.1. Độ ẩm
Mục đích: Để xác định độ ẩm của hạt điều nhuộm. Để xác định độ ẩm ta dùng tủ sấy và tiến hành sấy ở nhiệt độ 800C
Cách tiến hành
Chuẩn bị sẵn 5 chén sứ đã được rửa sạch, đánh số thứ tự và sấy trong tủ sấy trong 3 giờ. Sau khi sấy xong lấy ra cho vào bình hút ẩm cho đến khi đạt nhiệt độ phòng thì đem cân các chén sứ trên cân phân tích. Ghi kí hiệu mẫu
Lấy vào mỗi chén sứ 5 gam hạt điều nhuộm theo kí hiệu của mẫu đã ghi trên chén sứ. Tiến hành sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 800C. Sau khi sấy khoảng 8 giờ, lấy mẫu ra cho vào bình hút ẩm cho đến khi nguội hẳn thì tiến hành cân khối lượng. Sau đó cứ 8 giờ ta lại tiến hành quá trình trên một lần cho đến khi khối lượng của mẫu (hạt điều và chén sứ) giữa hai lần cân gần như không đổi.
Tiến hành như vậy 6 lần thì xác định được độ ẩm của 5 chén sứ.
Độ ẩm của mỗi mẫu là hiệu số giữa khối lượng mẫu trước và sau khi cân. Độ ẩm chung là độ ẩm trung bình của 5 mẫu.
Cách tính độ ẩm
- Độ ẩm của mỗi mẫu
% 100 ) ( (%) 2 3 2 1 m m m m W - Độ ẩm trung bình
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 32 5 (%) (%) 5 1 W Wtb Trong đó:
m1: khối lượng chén sứ (g) m2: Khối lượng hạt điều nhuộm (g) m3: Khối lượng chén sứ và mẫu sau khi sấy (g)
W(%): Độ ẩm của mẫu W(%): Độ ẩm trung bình Kết quả
Bảng 3.1: Độ ẩm của nguyên liệu
STT m1 m2 m3 W(%) Wtb(%) 1 29,454 5,009 33,879 11,659 12,216 2 30,195 5,008 34,617 11,701 3 30,687 5,011 35,015 13,630 4 33,381 5,010 37,802 11,756 5 30,142 5,011 34,535 12,333
Vậy độ ẩm trung bình của hạt điều nhuộm là 12,216%
Nhận xét
Độ ẩm của hạt điều nhuộm chính là hàm lượng nước có trong cơm của hạt. Như vậy trong thành phần cơm của hạt có 12,216% là nước. Độ ẩm càng lớn thì gây nhiều khó khăn trong việc bảo quản, vì đó là môi trường thuận lợi cho vi khuẩn, nấm mốc phát triển, kích thích sự nảy mầm, đồng thời trong điều kiện đó dễ xảy ra các phản ứng oxy hóa giữa các chất trong hạt, có thể làm cho hạt mất đi những tính ban đầu và khả năng tạo màu.
3.2.3.2. Hàm lượng tro
Mục đích: Để xác định tổng hàm lượng chất vô cơ có trong hạt điều nhuộm.
Cách tiến hành
Lấy 5 mẫu đã được xác định độ ẩm ở trên đem đi tro hóa ở 7000C. Sau khi tro hóa trong 10 giờ ta lấy mẫu ra, cho vào bình hút ẩm đến khi nguội hẳn thì đem cân mẫu trên cân phân tích. Tiếp tục tro hóa thêm 10 phút, thực hiện tương tự đến khi khối lượng giữa 2 lần cân gần như không đổi thì dừng lại.
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 33 Hàm lượng tro là hiệu số khối lượng mẫu sau khi đem tro hóa với khối lượng chén sứ ban đầu Cách tính hàm lượng tro - Hàm lượng tro % 100 % 0 1 2 m m m Tro
- Hàm lượng tro trung bình
5 % % 5 1 ) ( tro Trotrungbình Trong đó:
m0: Khối lượng hạt điều nhuộm (g) m1: Khối lượng chén sứ (g) m2: Khối lượng chén sứ và hạt điều nhuộm sau khi tro hóa (g)
Kết quả
Bảng 3.2. Hàm lượng tro của nguyên liệu
STT m0 m1 m2 Tro (%) Trung bình(%) 1 5,009 29,454 29,701 4,931 4,695 2 5,008 30,195 30,426 4,613 3 5,011 30,687 30,919 4,630 4 5,010 33,381 33,656 5,490 5 5,011 30,142 30,333 3,812
Vậy tổng hàm lượng các chất vô cơ có trong hạt điều nhuộm là 4,695%
3.2.3.3. Xác định hàm lượng kim loại
Mục đích: xác định hàm lượng của một số kim loại có trong hạt điều nhuộm.
Cách tiến hành
Mẫu sau khi tro hóa được hòa tan bằng dung dịch HNO3 đặc rồi định mức trong bình định mức 50 ml.
Lấy dung dịch đã định mức đó đem đi xác định hàm lượng một số kim loại bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 34
Bảng 3.3: Hàm lượng một số kim loại trong nguyên liệu
Kim loại Cu Pb Zn Cd Ni Hg Hàm lượng (mg/kg hạt điều) 11,2153 0,3264 12,2558 0,0709 0,8862 0,0114 TCVN 30 2,0 20 1,0 - 0,05
Qua bảng 3.3 và tiêu chuẩn Việt Nam về hàm lượng các kim loại nặng cho phép trong thực phẩm ta thấy nguyên liệu hạt điều nhuộm đạt những quy định về hàm lượng kim loại nặng (Cu, Pb, Zn, Cd, Hg) theo quy định của Bộ Y Tế Việt Nam
3.2.4. Khảo sát các thông số tối ưu chiết tách phẩm màu annatto E ở quy mô phòng thí nghiệm phòng thí nghiệm
3.2.4.1. Khảo sát loại dung môi chiết và nồng độ dung môi chiết tối ưu
Cách tiến hành
Tiến hành chưng ninh 10 mẫu hạt điều nhuộm, mỗi mẫu 5g, với 100ml lần lượt các dung môi NaOH và KOH ứng với nồng độ sau: 0,05M; 0,1M; 0,5M; 1M; 1,5M bằng bếp cách thủy ở nhiệt độ 900C. Lọc dịch chiết bằng phễu buchner.
Lấy 0,5ml dịch chiết, đem định mức trong bình 50 ml đem đi đo UV – VIS.
Axit hóa phần dịch chiết còn lại bằng dung dịch 100ml HCl 3M, lọc lấy kết tủa. Sau đó kết tủa được sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 500C. Khi đã khô ra, đem cân, tính hàm lượng phẩm màu so với khối lượng nguyên liệu ban đầu
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 35 Trong đó:
Kết quả: Được thể hiện ở bảng 3.4 và 3.5
Bảng 3.4: Mật độ quang của dịch chiết với các nồng độ dung môi khác nhau
λ (nm) Mật độ quang (A) NaOH (M) KOH (M) 0,05 0,1 0,5 1 1,5 0,05 0,1 0,5 1 1,5 453 1,2509 1,4731 1,5701 1,4281 1,0968 0,8809 1,4112 1,5313 1,324 1,2221 481 1,0395 1,1989 1,3051 1,1673 0,8468 0,7257 1,1557 1,2571 1,1214 0,9691
Bảng 3.5: Hàm lượng % chất màu khi chiết với các dung môi khác nhau
Dung môi NaOH (M) KOH (M) 0,05 0,1 0,5 1 1,5 0,05 0,1 0,5 1 1,5 m0 (g) 5,004 5,006 5,012 5,012 5,007 5,007 5,009 5,009 5,011 5,008 m1(g) 1,958 1,963 1,871 1,889 1,915 1,950 1,852 1,865 1,903 1,862 m2 (g) 2,339 2,462 2,455 2,380 2,255 2,237 2,308 2,412 2,304 2,221 % chất màu 7,614 9,968 11,652 9,798 6,790 5,732 9,104 10,920 8,002 7,169 Từ bảng 3.4 và 3.5 cho thấy dung dịch NaOH 0,5M và KOH 0,5M đều cho
hàm lượng phẩm màu chiết cao hơn so với các nồng độ khảo sát khác. Trong
Hình 3.2: Phổ UV-VIS dịch chiết phẩm màu với dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau
Hình 3.3: Phổ UV-VIS dịch chiết phẩm màu với dung dịch KOH ở các nồng độ khác nhau
Nồng độ 0,5M Nồng độ 0,1M Nồng độ 1M
Nồng độ 1,5M Nồng độ 0,05M
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 36 đó, khi chiết bằng dung dịch NaOH 0,5M thì mật độ quang ở 2 bước sóng 453nm; 481nm và hàm lượng phẩm màu cao hơn so với khi chiết bằng dung dịch KOH 0,5M. Đồng thời ion Na+ lành tính hơn với con người và khi so giá thành mua dung môi thì NaOH lại rẻ hơn.
Kết luận: Qua kết quả khảo sát ở trên thì dung môi NaOH 0,5M chiết phẩm màu annatto E từ hạt điều nhuộm tốt hơn. Và tôi sẽ chọn dung môi này ở nồng độ 0,5 M cho khảo sát tiếp theo.
3.2.4.2. Khảo sát tỷ lệ rắn lỏng
Tiến hành chưng ninh 5 mẫu (mỗi mẫu 5g hạt điều nhuộm) với thể tích của dung môi NaOH 0,5M lần lượt là: 60ml, 70ml, 80ml, 90ml, 100ml ở nhiệt độ 900C