Đặc điểm Tính chất
Công thức hoá học C8H6Cl2O3
Khối lượng nguyên tử 221,04 g/mol
Màu sắc Trắng có ánh vàng nhẹ
Điểm nóng chảy 140,5 oC 284,9 oF 413,6 K
Điểm sôi 160 oC 320 oF 433 K tại P = 0,4 mmHg
Hoà tan trong nước 900 mg/L
2,4-D có thể được tìm thấy trong rất nhiều hỗn hợp thuốc diệt cỏ thương mại, và được sử dụng rộng rãi như một loại thuốc trừ cỏ trên cây ngũ cốc, đồng cỏ và vườn cây ăn trái. Hơn 1500 sản phẩm diệt cỏ có chứa 2,4-D như là một thành phần hoạt chất.
38
Hình 1.15. Công thức phân tử và ứng dụng làm thuốc diệt cỏ của 2,4-D.
Công thức của nó bao gồm este, axit và nhiều muối mà khác nhau về tính chất hóa học, hành vi môi trường và đến một mức độ thấp hơn, độc tính. Các muối dimethyl-amin (DMA) và 2-ethlhexyl este (Ehe) thường được sử dụng khoảng 90 đến 95% tổng sử dụng trên toàn thế giới. Và nó cũng là một phần của chất độc da cam, các thuốc diệt cỏ sử dụng rộng rãi trong chiến tranh Việt Nam [12].
1.5.2.Ứng dụng
2,4-D chủ yếu được sử dụng như một chất diệt cỏ có tính chọn lọc. Nó hoạt động bằng cách bắt chước hoạt động của hoocmon tăng trưởng của cây, dẫn đến sự tăng trưởng không kiểm soát được và cuối cùng là chết ở các cây dễ bị nhiễm bệnh. 2,4-D là một khối lượng sản xuất cao thuốc diệt cỏ và sử dụng hàng năm của nó là khoảng 46 triệu lít tại Mỹ, trong đó bao gồm: 66% trong nông nghiệp, 23% trên đồng cỏ / vùng đất chăn thả.
Các thị trường chính của 2,4-D là Mỹ, Nam Mỹ, châu Âu và Nga, trong khi tiêu thụ của nó đã tăng lên 2002 – 2011 bởi gần 40% (USD năm 2014 ). Tiêu thụ của nó tại Mỹ là 13000 - 15000 tấn hàng năm. Tại Anh, nó là chất đứng thứ bảy được sử dụng làm thuốc diệt cỏ vào cây trồng đồng cỏ và thức ăn gia súc. Ở Trung Quốc là 5000 – 8000 tấn 2,4-D butyl ester được sử dụng cho lúa mì, đậu tương, ngô và các cây trồng khác để kiểm soát cỏ dại mỗi năm (Zhang et al., 2010 ).
Thêm vào đó, 2,4-D được sử dụng rộng rãi ở các nước đang phát triển như Ấn Độ sử dụng 1300 tấn 2,4-D năm 1994 (Anonymous, 1995). Ở Argentina, khoảng 2200 tấn. Nhiều ngành khác nhau sử dụng các sản phẩm có chứa 2,4-D để diệt cỏ dại và thực vật không mong muốn. Trong nông nghiệp, đây là loại thuốc diệt cỏ đầu tiên được tìm thấy có khả năng giết hại một cách có chọn lọc nhưng không phải là cây trồng. 2,4-D là hoá chất rẻ nhất để nông dân kiểm soát cỏ dại mùa đông hàng năm bằng cách phun.
39
Trong lâm nghiệp, nó được sử dụng để điều trị gốc, tiêm thân cây. Nó thường được các cơ quan chính phủ sử dụng để kiểm soát sự lây lan của các loài cỏ dại xâm hại, độc hại và không có nguồn gốc bản địa và ngăn chặn chúng thu hẹp các loài bản địa, và để kiểm soát nhiều loại cỏ dại độc hại như cây thuốc độc và cây sồi độc.
2,4-D đã được sử dụng trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu thực vật như một chất bổ sung trong phương tiện nuôi cấy tế bào thực vật như là một hoóc môn tách biệt (Callus induction). Nó được phân loại như một chất dẫn xuất hoocmôn auxin.
1.5.3.Các hiệu ứng sức khỏe
2,4-D đe dọa sự sống của thực vật và động vật tiếp xúc, đe dọa sức khỏe của động vật thủy sinh. Nó có thể làm giảm tốc độ tăng trưởng, hoặc có thể gây tử vong của các loài không phải mục tiêu, bao gồm thực vật, động vật và vi sinh vật. Nó còn được gọi là rối loạn nội tiết. Đưa ra cơ chế có thể xảy ra 2,4-D can thiệp vào sinh tinh của con người. Những người đàn ông làm việc với 2,4-D có nguy cơ tạo ra tinh trùng bất thường và do đó có vấn đề về khả năng sinh sản, phụ thuộc vào lượng và thời gian tiếp xúc và các yếu tố cá nhân khác.
Nguy cơ ung thư
Vào tháng 6 năm 2015, Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế của Tổ chức Y tế Thế giới (IARC) đã xác nhận việc phân loại 2,4-D năm 1987 làm chất gây ung thư. Trong báo cáo trước năm 1987, IARC đã phân loại một số chất diệt cỏ chlorphenoxy gồm 2,4-D; MCPA và 2.4.5-T như một nhóm chất gây ung thư lớp 2B - "có thể gây ung thư cho người".
Chất ô nhiễm
Cuộc điều tra Four Corners của tháng 7 năm 2013 cho thấy mức dioxin tăng cao trong một phiên bản chung của 2,4-D, một trong những chất diệt cỏ được sử dụng rộng rãi nhất của Úc.
1.5.4.Chuyển hóa
Khi 2,4-D đi vào cơ thể gia súc, 90% tổng dư lượng TRR được lưu trữ trong nước tiểu không thay đổi hoặc dạng liên hợp 2,4-D. Một phần tương đối nhỏ 2,4-D được chuyển hóa thành dichlorophenol và vào dichloroanisole và acid 4-chlorophenoxyacetic (6,9% TRR trong sữa) và 2,4-Dichlorophenol13 (5% TRR trong sữa; 7,3% TRR Trong trứng và 4% TRR trong gan gà), mức dư lượng trong thận là cao nhất.
40
Hình 1.16. Sự chuyển hoá của 2,4-D trong môi trường. 1.6. Các phương pháp phân tích vật liệu 1.6. Các phương pháp phân tích vật liệu
1.6.1.Phép đo nhiễu xạ tia XRD
Do cấu trúc tinh thể ảnh hưởng đến các tính chất của vật chất, tiến hành nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật chất. Ngày nay, phương pháp phổ biến để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật chất là phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction). Đây là một phương pháp có nhiều ưu điểm như không phá hủy mẫu, đồng thời chỉ cần một lượng nhỏ để phân tích là cho phép biết được cấu tạo của vật liệu.
Mặc khác nó cung cấp những thông tin về kích thước tinh thể. Phương pháp này dựa trên hiện tượng nhiễu xạ Bragg khi chiếu chùm tia X lên tinh thể. Nghĩa là khi chiếu chùm tia nhiễu xạ vào mẫu đo, mặt phẳng nào thỏa mãn hệ thức Bragg sẽ cho chùm tia nhiễu xạ mạnh.
2dhkl × sin θ = n × λ Trong đó:
- 𝛉: Góc nhiễu xạ;
- λ: Bước sóng của chùm tia tới;
- dhkl: Khoảng cách giữa hai mặt phẳng mạng có chỉ số Miller hkl; - n: Số nguyên.
Từ phổ nhiễu xạ tia X, cho ta biết mặt phẳng mạng thỏa mãn định luật Bragg và có cường độ nhiễu xạ mạnh nhất. Từ đó, ta xác định được khoảng cách dhkl giữa hai mặt phẳng mạng (hkl) của hệ mặt phẳng mạng.
41
Qua đó, ta tính được hằng số mạng của tinh thể. Trong đề tài nghiên cứu này sử dụng máy nhiễu xạ tia X loại D2 PHARSER – hãng Brucker bức xạ Cu Kα (λ=1,5406 Å tại 40 KV; 40 mA; 0,03o ; 2θ) tại Chi cục kiểm định Hải quan 3.
1.6.2.Kính hiển vi điện tử quét SEM
Đây 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 được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. SEM cho ảnh bề mặt của vật rắn với độ phóng đại lên đến hàng chục nghìn lần (tuy nhiên độ phân giải của kính hiển vi điện tử quét chưa cho phép thấy được nguyên tử trên bề mặt).
Nguyên tắc hoạt động của SEM dựa trên việc tạo ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua. Tức là, khi chùm electron đập vào bề mặt mẫu, chúng va chạm với các nguyên tử ở bề mặt mẫu và từ đó có thể phát ra các electron thứ cấp, electron tán xạ ngược, tia X... Mỗi loại tia nêu trên đều phản ánh một đặc điểm của mẫu tại nơi mà chùm electron chiếu. Do độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai nên SEM không thể đạt được độ phân giải tốt như TEM.
Mặc dù không thể có độ phân giải tốt như kính hiển vi điện tử truyền qua nhưng kính hiển vi điện tử quét lại có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật và có thể hoạt động ở chân không thấp. Một điểm mạnh khác của SEM là các thao tác điều khiển đơn giản hơn rất nhiều so với TEM khiến cho nó rất dễ sử dụng.
1.6.3.Phép đo phổ hồng ngoại FT-IR
Phương pháp đo phổ hồng ngoại 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. Phổ hấp thu hồng ngoại là phổ dao động quay vì khi hấp thu bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay đều bị kích thích. Bức xạ hồng ngoại có độ dài sóng từ 0,8 đến 100μm và chia thành 3 vùng:
42 - Trung hồng ngoại: λ = 2,5 - 50 μm - Viễn hồng ngoại: λ = 50 - 100 μm
Trong thực tế, phổ hồng ngoại thường được ghi với trục tung biểu diễn T%, trục hoành biểu diễn số sóng với trị số giảm dần (4000 – 400 cm-1). Để hấp thu bức xạ hồng ngoại, phân tử đó phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- Độ dài sóng chính xác của bức xạ: một phân tử hấp thụ bức xạ hồng ngoại chỉ khi nào tần số dao động tự nhiên của một phần phân tử (tức là các nguyên tử hay các nhóm nguyên tử tạo thành phân tử đó) cũng là tần số bức xạ tới.
- Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nào sự hấp thụ đó gây nên sự biến thiên momen lưỡng cực của chúng.
Trong đề tài khóa luận này sử dụng Thiết bị đo phổ hồng ngoại FT-IR thuộc Khoa Công nghệ Hóa học – Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM.
1.6.4.Phương pháp quang phổ UV – Vis
Phổ hấp thụ UV-Vis sử dụng ánh sáng đo có bước sóng nằm trong vùng tử ngoại (UV = 190 – 400 nm) và khả kiến (Vis = 400 – 780 nm), thường máy đo từ 200 – 1100 nm.
Trong vùng ánh sáng này năng lượng của photon nằm trong vùng năng lượng chuyển tiếp điện tử giữa các orbitan của nguyên tử hay phân tử.
Chính vì vậy, thông qua phổ UV-Vis người ta thường xác định được độ rộng vùng cấm của vật liệu. Vật liệu đo ở đây có thể là dung dịch hoặc màng.
Nguyên lý hoạt động:
Các đèn phát ra nguồn sáng chiếu vào hệ thống thấu kính tạo ra chùm sáng trắng đi qua khe hẹp vào bộ phân tán sắc. Khi chùm sáng trắng chiếu vào lăng kính ngay lập tức nó bị tán sắc thành các tia sáng đơn sắc chiếu về mọi phía. Tia sáng phản xạ qua các thấu kính gương phẳng ra khỏi buồng tán sắc đến bộ phận phân chia chùm sáng, bộ phận này sẽ hướng chùm sáng đến các cuvet chứa mẫu. Detector sẽ tiếp nhận và phân tích các chùm sáng qua cuvet, chuyển tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện và cho hiện lên máy tính kết quả đo.
Ứng dụng:
- Ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ sinh học, hóa học, vật lý... - Kiểm tra độ tinh khiết của dung dịch, dung môi hữu cơ...
43 - Xác định hằng số phân ly acid – bazo...
Trong đề tài khóa luận này sử dụng Thiết bị quang phổ UV–Vis GENESYS 20 của Mỹ thuộc Phòng thí nghiệm Khoa công nghệ Hóa học – Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM.