a. Phương pháp xác định kim loại nặng bằng phương pháp phổ hấp thu nguyên tử
AAS
19 Nguyên lí hoạt động
Hệ thống AAS sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) phát hiện các nguyên tố trong các mẫu chất lỏng hoặc rắn thông qua việc sử dụng các bước sóng đặc trưng của bức xạ điện từ từ một nguồn sáng. Các phần tử riêng lẻ sẽ hấp thụ các bước sóng khác nhau và các độ hấp thụ này được đo theo các tiêu chuẩn. Trong thực tế, AAS tận dụng các bước sóng bức xạ khác nhau được hấp thụ bởi các nguyên tử khác nhau.
Trong hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), các chất phân tích được nguyên tử hóa đầu tiên để các bước sóng đặc trưng của chúng được phát ra và ghi lại. Sau đó, trong quá trình kích thích, các electron tăng năng lượng trong các nguyên tử tương ứng của chúng khi các nguyên tử đó hấp thụ một năng lượng.
Khi các electron trở về trạng thái năng lượng ban đầu, chúng phát ra năng lượng dưới dạng ánh sáng. Ánh sáng này có bước sóng là đặc trưng của nguyên tố. Tùy thuộc vào bước sóng ánh sáng và cường độ của nó, các yếu tố cụ thể có thể được phát hiện và nồng độ của chúng được đo.
Ứng dụng
Phân tích các nguyên tố kim lọai với số lượng các nguyên tố có thể phân tích được: 67 nguyên tố kim loại và á kim (tương ứng với 67 đèn Cathode).
Trong nghiên cứu này, ta dùng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng các kim loại nặng như chì, cadimi, asen.
b. Phương pháp phân tích khối lượng
Phương pháp phân tích khối lượng là phép định lượng nhằm nhằm xác định hàm lượng chất cần phân tích trong 1 mẫu thử sau phản ứng hóa học hoặc tác động vật lý. Sản phẩm được cân để xác định hàm lượng chất cần phân tích trong mẫu.
20 Lò nung thí nghiệm
Lò nung được dùng trong nghiên cứu này được sản xuất từ Trung Quốc, có nhiều tính năng ưu việt và rất bền, dùng để tro hóa hoặc nghiên cứu sốc nhiệt vật liệu và cốt liệu trong phòng thí nghiệm, được áp dụng công nghệ tiên tiến khi sử dụng trở đốt bố trí đều ba mặt nên luôn đảm bảo nhiệt độ được phân bố rất đồng đều và khả năng gia nhiệt nhanh. Lò nung phòng thí nghiệm sử dụng động cơ có công suất lớn nên luôn đảm bảo sự ổn định trong khi vận hành, kích thước nhỏ gọn và nguyên lý hoạt động khá đơn giản nên rất dễ sử dụng, trong thực tế được dùng vào nhiểu mục đích khác nhau như thiêu kết gốm sứ hay đồ thủy tinh, đây là thiết bị có chất lượng cao nên được dùng khá phổ biến.
Lò nung có cấu tạo rất đặc biệt, phần thân lò được làm bằng gốm cách nhiệt rất tốt và có độ bền cao, phía bên ngoài được làm bằng tôn thép chất lượng cao nên rất chắc chắn, cảm biến nhiệt được điều khiển bằng núm xoay cực nhạy và chính xác, phần điều khiển được thiết kế tách rời thân lò nên không chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao khi vận hành. Lò nung có chức năng quan trọng chống quá tải và quá dòng nên luôn đảm bảo sự an toàn trong khi sử dụng.
Trong nghiên cứu này, lò nung được dùng để phân tích tro tổng số và phá mẫu để đo các chỉ tiêu kim loại nặng
21 Máy sấy BINDER
Dựa vào sự truyền nhiệt từ vùng gia nhiệt tới không khí trong tủ và sự chuyển động dòng nhiệt nhờ chênh lệch nhiệt độ để sấy khô các vật liệu sấy.
Bên ngoài chúng có thiết kế một bảng điều khiển cho phép chúng ta tùy chọn các yếu tố như: nhiệt độ sấy, thời gian sấy, và tốc độ gia nhiệt của máy.
Ứng dụng:
- Sấy các dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh sau khi rửa hay hấp khử trùng - Dùng để sấy dung dịch gelatin
- Dùng để tính độ hao hụt khối lượng sau khi sấy Cân phân tích
Cân phân tích là một dạng cân điện tử tiểu ly được dùng để đong đo, xác định trọng lượng của một vật. Cân được thiết kế tinh tế cho phép thực hiện các phép đo nhanh và cho kết quả chính xác cao từng 0.1 mg với sai số nhỏ.
Ứng dụng: Được sử dụng để cân các mẫu có khối lượng nhỏ, độ phân giải và chính xác cao.
22 2.2.2. Phương pháp hóa học
a. Phép thử tạo kết tủa
Chuẩn bị dung dịch thử, thêm dung dịch hoặc dung dịch kali dichromat 1:15 trộn nước với acid clohydric loãng, xuất hiện kết tủa vàng.
b. Phép thử tạo độ đục
Chuẩn bị dung dịch mẫu thử, thêm acid tanic trong etanol và thêm nước cất, dung dịch trở nên vẫn đục.
c. Phép thử giải phóng amoniac
Đun nóng mẫu thử với soda lime, khí ammoniac sẽ được giải phóng, làm hóa xanh quỳ tím ẩm.
2.2.3. Quy trình nghiên cứu Xử lí nguyên Xử lí nguyên liệu Trích ly Lọc Cô đặc Sấy Nhuộm màu Hình 2.5. Quy trình chung Hình 2.4. Cân phân tích
23
a. Xử lí nguyên liệu
Da heo sau khi mua về rửa sạch, loại bỏ mỡ thừa và lông.
Xử lý với axit acetic để loại bỏ các tạp chất dính trên bề mặt da, giảm bớt mùi hôi của da heo.
Rửa sạch phần da đã được ngâm axit acetic qua nước sạch nhiều lần rồi.
Ngâm với Ca(OH)2 để loại bỏ hoàn toàn lượng dư axit và làm mềm da để dễ dàng chiết thu được gelatin.
Trong giai đoạn này có khảo sát nồng độ nộng các hóa chất sử dụng và thời gian ngâm để thu được gelatin với hiệu suất cao nhất
b. Chiết gelatin bằng chưng cách thủy
Trong axit loãng hay kiềm thì collagen sẽ phồng lên (hydrat hóa) nhưng không tan, trong khi đó gelatin sẽ tan. Ở nhiệt độ ấm dưới 500C gelatin sẽ tan trong mọi pH để tạo thành hỗn hợp nhớt, còn collagen chỉ co lại và mất khả năng giữ nước.
Chưng cách thủy để collagen hóa thành dạng keo. Nếu chưng ở nhiệt độ quá cao thì sự thủy phân gelatin sẽ diễn ra mạnh làm cho độ dính và độ đông của keo giảm xuống Thời gian chưng quá lâu cũng ảnh hưởng đến chất lượng keo, nếu thời gian chưng quá lâu thì độ dính và độ keo giảm, màu sắc cũng sẽ trở nên đậm hơn.
Vì thế nên lựa chọn chưng cách thủy ở thời gian dài và nhiệt độ thích hợp để đạt được hiệu suất thu gelatin cao nhất.
Trong giai đoạn này có khảo sát thời gian và nhiệt độ chưng.
c. Lọc
Lọc để loại bỏ phần da heo và lớp mỡ, ta thu được dung dịch gelatin. Giúp cho việc sản phẩn thu được sẽ tinh khiết hơn, có màu đẹp hơn
Dùng phương pháp lọc nóng để loại bỏ các chất không tan, giữ dung dịch còn đủ nóng nhằm tránh sự kết dính, làm hao hụt lượng gelatin xảy ra trong khi lọc.
24 Cô đặc dung dịch bằng cách đun trên bếp điện đến khi dung dịch cô đặc thì dừng. Cô đặc để giảm đi thời gian của việc sấy mẫu.
e. Sấy
Sấy dung dịch đã cô đặc bằng tủ sấy, sấy nhằm mục đích đuổi phần nước còn dư trong dung dịch thu được, đưa gelatin về dạng có độ ẩm yêu cầu để bảo quản.
f. Làm đông
Làm đông để bảo quản và tạo hình cho sản phẩm.
g. Nhuộm màu
Nhuộm màu gelatin bằng cách ngâm miếng gelatin vào trong dung dịch màu đã được pha gồm các chất hóa dẻo, phụ gia và màu để cho trương nở và ngấm màu, sau đó sấy ở 500C trong 30 phút,cho vào khuôn tạo và làm đông mẫu.
25 2.2.4. Sơ đồ nghiên cứu
Da heo được sơ chế
Xử lý da heo với CH3COOH
Ngâm da heo trong Ca(OH)2
Lọc Trích ly gelatin Cô đặc Sấy Làm đông Gelatin thành phẩm Nhuộm màu
26
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Chọn nguồn nguyên liệu
Da heo được mua tại chợ Bắc Mỹ An, thành phố Đà Nẵng. Nguyên liệu phải tươi, đã được loại bỏ mỡ thừa và lông.
Lựa chọn nguyên liệu da heo vì có nguồn cung dồi dào, rẻ, dễ kiếm, thu được hiệu suất gelatin khá cao.
3.2. Khảo sát quy trình chiết tách gelatin từ da heo
3.2.1. Khảo sát nồng độ axit acetic để xử lý với da heo
Axit axetic được sử dụng để loại bỏ các chất bẩn bám trên bề mặt da, loại bỏ được mùi khó chịu của da heo. Ngoài ra còn làm trương nở các phần mỡ thừa, dễ dàng loại bỏ sau quá trình ngâm.
Tiến hành khảo sát nồng độ axit acetic 1%, 2%,3%,4%,5% cố định thời gian ngâm là 20 phút.
Bảng 3.1. Khảo sát sự thay đổi hiệu suất theo nồng độ ngâm axit acetic
STT Nồng độ axit acetic (%) Lượng da ban đầu (g) Gelatin thu được(g) Hiệu suất(%) 1 1 50,083 13,422 26,80 2 2 49,772 10,039 20,17 3 3 50,236 9,660 19,23 4 4 50,108 8,228 16,42 5 5 49,823 6,567 13,18
27
Đồ thị 3.1. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hiệu suất theo nồng độ axit acetic
Qua bảng số liệu 3.1 và đồ thị 3.1, ta nhận thấy khi xử lí nguyên liệu với axit acetic ở nồng độ 1% thì hiệu suất chiết tách gelatin là cao nhất cho nên chọn đây làm kết quả để tiến hành các công đoạn tiếp theo.
Xử lí bằng cách ngâm với dung dịch axit acetic trong 20 phút nhằm loại bỏ mùi tanh, mỡ thừa và các tạp chất bẩn.
Hình 3.1. Da heo xử lý với axit acetic
0 5 10 15 20 25 30 0 1 2 3 4 5 6 Hiệu suất (%) Nồng độ axit acetic (%)
28 3.2.2. Khảo sát nồng độ và thời gian ngâm da heo trong base
Nồng độ ngâm Ca(OH)2
Ngâm da heo trong Ca(OH)2 để loại bỏ hoàn toàn lượng axit dư và làm cho collagen có trong da heo trương nở lên.
Nghiên cứu chọn nồng độ Ca(OH)2 thay đổi là 5; 7.5; 10; 12.5;15% và cố định thời gian ngâm là 6 giờ
Bảng 3.2. Khảo sát nồng độ base ảnh hưởng đến hiệu suất thu gelatin
STT Nồng độ Ca(OH)2 (%)
Lượng da ban đầu (g)
Gelatin thu được (g) Hiệu suất(%) 1 5 50,173 10,637 21,2 2 7,5 50,662 13,429 23,7 3 10 50,093 13,425 26,8 4 12,5 49,821 12,654 25,4 5 15 49,923 13,129 26,3 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 Hiệu suất (%) Nồng độ Ca(OH)2 (%)
29 Qua bảng số liệu 3.2 và đồ thị 3.2, ta nhận thấy khi ngâm da heo với Ca(OH)2 ở nồng độ 10% thì hiệu suất thu được gelatin là cao nhất 26,8%. Dùng nồng độ Ca(OH)2
10% cho các bước nghiên cứu tiếp theo.
Thời gian ngâm Ca(OH)2
Thay đổi thời gian ngâm Ca(OH)2 để xác định thời gian phù hợp cho hiệu suất thu gelatin cao nhất.Nghiên cứu thay đổi thời gian trong khoảng 2h;3h; 4h; 5h; 6h và cố định nồng độ Ca(OH)2 là 10%.
Bảng 3.3. Khảo sát thời gian ngâm base ảnh hưởng đến hiệu suất thu gelatin
STT Thời gian ngâm (giờ)
Lượng da ban đầu (g)
Gelatin thu được (g) Hiệu suất (%) 1 2 50,263 11,978 23,83 2 3 50,058 12,910 25,79 3 4 50,337 13,244 26,31 4 5 49,825 13,373 26,84 5 6 50,209 13,456 26,80 23.5 24 24.5 25 25.5 26 26.5 27 27.5 0 1 2 3 4 5 6 7 Hiệu suất (%)
Thời gian ngâm Ca(OH)2(giờ)
30 Qua bảng số liệu 3.3 và đồ thị 3.3, thấy rằng từ 1-5h hiệu suất tăng rõ rệt nhưng tuy trong khoảng từ 5 đến 6 giờ hiệu suất có bị giảm xuống nên chọn thời gian ngâm 5 giờ sẽ tối ưu nhất.
Như vậy qua hai mục khảo sát nồng độ và thời gian trên, ta nhận thấy khi xử lí nguyên liệu với Ca(OH)2 ở nồng độ 10% và trong 4 giờ thì hiệu suất gelatin thu được là cao nhất nên chọn đây làm kết quả để tiến hành các công đoạn tiếp theo.
3.2.3. Khảo sát dung môi để chiết gelatin
Khảo sát để thấy dung môi chiết cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình chiết để thu được gelatin.
Tiến hành khảo sát ở môi trường nước, axit, base ở 700C trong vòng 5 giờ.
Bảng 3.4. Khảo sát hiệu suất thu được theo dung môi chiết gelatin
STT Dung dịch chiết Nhiệt độ (0C) Thời gian (giờ) Lượng gelatin thu được (g) Hiệu suất (%) 1 Nước 70 5 2,1 8,4 2 Base 70 5 5,96 23,8 3 Axit 70 5 3,85 15,4
Nhận xét: Dựa vào bảng 3.4 ta thấy cùng một điều kiện nhiệt độ và thời gian như nhau nhưng hiệu suất gelatin thu được khác nhau rõ rệt. Hiệu suất gelatin thu được nếu chiết bằng base là 23,8%.
3.2.4. Khảo sát nhiệt độ và thời gian chiết gelatin trong base
Nhiệt độ và thời gian là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất chiết. Nếu nhiệt độ thấp thì quá trình chuyển hoá chưa diễn ra, hoặc diễn ra không triệt để làm giảm hiệu suất chiết. Nếu chiết ở nhiệt độ cao và thời gian dài thì sự phân giải collagen tạo thành gelatin thì còn sinh ra các sản phẩm phân giải là gentone và gelatose gây tổn thất gelatin thành phẩm. Ngoài ra ở nhiệt độ cao thì các axit amin trong gelatin sẽ bị biến tính gây ảnh hưởng đến chất lượng gelatin thu được.
31 Nhiệt độ chiết:
Nghiên cứu nhiệt độ chiết ở 60; 65; 70; 75; 800C và cố định thời gian là 6h giờ.
Bảng 3.5. Khảo sát sự thay đổi hiệu suất theo nhiệt độ chiết
STT Nhiệt độ (0C)
Lượng da ban đầu (g)
Gelatin thu được (g) Hiệu suất (%) 1 60 50,781 6,266 12,34 2 65 50,240 7,933 15,79 3 70 49,632 9,068 18,27 4 75 50,101 12,365 24,68 5 80 49,298 9,623 19,52
Nhận xét: Dựa vào bảng 3.5 và đồ thị 3.4, ta thấy chiết gelatin ở 750C thì đạt hiệu suất cao nhất lên đến 24,68%.
Thời gian chiết
Nghiên cứu thời gian chiết ở 1; 2; 3; 4; 5 giờ và cố định nhiệt độ là 750C.
Nhiệt độ chiết (oC) 60 65 70 75 80 0 5 10 15 20 25 30 0 20 40 60 80 100 Hiệu suất (%) Nhiệt độ (0C)
32
Bảng 3.6. Khảo sát sự thay đổi hiệu suất theo thời gian chiết
STT Thời gian chiết (giờ)
Lượng da ban đầu (g)
Gelatin thu được (g) Hiệu suất (%) 1 3 25,089 3,856 15,37 2 4 25,223 4,621 18,32 3 5 25,113 6,168 24,56 4 6 24,972 5,783 23,16 5 7 25,564 5,274 20,63
Đồ thị 3.5. Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian chiết
Qua bảng số liệu 3.6 và đồ thị 3.5 ta thấy từ 3-5 giờ thì hiệu suất vẫn tăng, nhưng sau 5 giờ thì lượng gelatin thu được đã giảm rõ rệt. Vì vậy thời gian chiết 5 giờ đạt hiệu suất thu gelatin cao nhất 24,56%.
Như vậy qua hai mục khảo sát nhiệt độ và thời gian trên, ta nhận thấy khi trích li ở nhiệt độ 750C và trong 5 giờ thì hiệu suất gelatin thu được là cao nhất.
Chiết gelatin bằng chưng cách thủy 0 5 10 15 20 25 30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Hiệu suất (%)
Thời gian (giờ)
33 Chưng cách thủy với điều kiện 750C trong vòng 5 giờ để collagen hóa thành dạng keo. Nếu chưng ở nhiệt độ quá cao thì sự thủy phân gelatin sẽ diễn ra mạnh làm cho độ dính và độ đông của keo giảm xuống
Thời gian chưng quá lâu cũng ảnh hưởng đến chất lượng keo, nếu thời gian chưng quá lâu thì độ dính và độ keo giảm, màu sắc cũng sẽ trở nên đậm hơn.
Vì thế nên lựa chọn chưng cách thủy ở thời gian dài và nhiệt độ thích hợp để đạt được hiệu suất thu gelatin cao nhất.
Lọc
Lọc hỗn hợp đã chưng trên bếp cách thủy để thu được dung dịch gelatin. Dùng phương pháp lọc nóng để loại bỏ các chất không tan, giữ dung dịch còn đủ nóng nhằm tránh sự kết dính xảy ra trong khi lọc.
34 Cô đặc dung dịch
Cô đặc dung dịch bằng cách đun trên bếp điện ở 300w đến khi dung dịch cô đặc thì dừng khi dung dịch keo lại và có thể đông lại khi để ngoài không khí. Nhưng phải