Hai điện cực hình ống đƣợc đặt nối tiếp đồng trục bên ngồi mao quản có chứa dung dịch cần đo. Hai điện cực hình ống tạo với dung dịch bên trong mao quản hai tụ điện C. Khoảng dung dịch nằm giữa hai điện cực đóng vai trị nhƣ một điện trở R.
Nguồn điện xoay chiều (V) với tần số (f) đƣợc áp vào điện cực thứ nhất. Tại điện cực thứ hai, tín hiệu đo đƣợc ở dạng cƣờng độ dịng điện (I). Theo đó, dịng điện thu đƣợc tại điện cực thứ 2 sẽ phụ thuộc vào độ lớn của điện thế V và tần số f .
Tín hiệu đầu ra thu đƣợc ở dạng cƣờng độ dịng điện (xoay chiều), sau đó sẽ đƣợc chuyển đổi và khuếch đại thành tín hiệu dạng vơn thế (xoay chiều), thông qua việc sử dụng một điện trở khuếch đại. Vôn thế xoay chiều sau đó đƣợc chuyển đổi thành vôn thế 1 chiều, lọc nhiễu và khuếch đại, sau cùng chuyển đổi thành tín hiệu số hóa trƣớc khi đƣợc hiển thị và lƣu trữ trên máy tính [7].
Nhƣ vậy, detector đo độ dẫn khơng tiếp xúc có ƣu điểm là phân tích đa năng và khơng nhất thiết phải có sự tiếp xúc trực tiếp của các điện cực với dung dịch đo nhờ lợi dụng tính chất kết nối tụ điện với dung dịch bên trong mao quản hoặc ống phản ứng. Đây là một cách rất tốt loại trừ ảnh hƣởng của điện thế cao trong quá trình phân tách điện di đến hệ điện tử của detector và khơng làm nhiễm bẩn dung dịch phân tích.
Trong phƣơng pháp điện di mao quản, detector đo độ dẫn là một trong những loại detector rất đƣợc chú ý, tuy có độ nhạy thấp hơn so với hai kĩ thuật điện hóa khác nhƣng lại có ƣu điểm là detector đa năng có thể dùng cho rất nhiều loại chất phân tích khác nhau. Detector này có thể thu nhỏ, thuận lợi khi kết hợp với các mao quản có đƣờng kính hẹp, thậm chí với các microchip mà khơng ảnh hƣởng đến độ nhạy và các tính chất khác của detector.
1.6.2. Giới thiệu chung phương pháp
Cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc (C4D) với thiết kế hai điện cực đồng trục xuất hiện lần đầu trên thế giới vào năm 1998. Dựa trên thiết kế này, năm 2002 nhóm nghiên cứu của GS.Peter Hauser (khoa Hóa, trƣờng đại học Basel, Thụy Sỹ) đã phát triển thành cơng dịng sản phẩm C4D với nguồn điện thế kích thích xoay chiều cao. Hãng
điện tử eDAQ của Úc sau đó đã phối hợp cùng nhóm nghiên cứu của GS.Peter Hauser để phát triển dòng sản phẩm C4D thƣơng phẩm dựa trên nghiên cứu này [35].
Một số tính năng nổi trội của cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc:
- Điện cực không cần tiếp xúc với dung dịch đo. Điều này tránh đƣợc điện cực bị ăn mịn.
- Thể tích mẫu đo rất nhỏ (vài nL).
- Có thể đặt ở bất kì vị trí nào bằng cách di chuyển tùy ý dọc theo cột phân tích (khác với detector UV, vốn chỉ có thể cố định tại một điểm nơi có cửa sổ quang trên cột tách).
- Có thể dùng cho tất cả các cột tách với vật liệu chế tạo khác nhau. - Có khả năng thu nhỏ, vận hành đƣợc bằng ắc quy.
Bảng 1.4. Tóm tắt một số nghiên cứu xác định axit hữu cơ bằng phương pháp CE- C4D
Tác giả Chất phân
tích Mẫu Mao quản Dung dịch đệm LOD
Ruixia Wei và cộng sự (2010) [33] Axit benzoic và axit sorbic
Nƣớc tƣơng Silical 20mM HAc/8mM
Tris (pH = 4.8 Axit sorbic là 0,05 µgM và axit benzoic là 0,08 µM Gamze Kavran Belin và cộng sự (2006) [18] Axit Valproic Huyết tƣơng Silical
Axit ethane sulfonic 10mM 2- (N- morpholino) (MES) / dl-histidine (His) và 50 M hexadecyltrimethyla mmonium bromide (HTAB) ở pH 6.0 24 ng/ml
Nouri El- Attug và cộng sự (2012) [29] (TOB) và các chất liên quan morpholinoethane– sulphonic axit (MES) điều chỉnh pH 6.4 bằng l- histidine (l-His). 0.3mMcetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB)
Trên cơ sở các kết quả tổng quan đƣợc về phƣơng pháp phân tích axit xitric, axit benzoic và axit sorbic, nhận thấy phƣơng pháp CE-C4D có thể xác định đƣợc đồng thời các axit này với dung dịch đệm khá đơn giản và kết quả LOD của phƣơng pháp khá thấp. Vì vậy phƣơng pháp điện di mao quản với detector không tiếp xúc đã đƣợc lựa chọn để khảo sát xác định đồng thời axit xitric, benzoic và sorbic trong luận văn này.
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu.
Mục tiêu của luận văn là ứng dụng phƣơng pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc nhằm xác định đồng thời hàm lƣợng axit benzoic, axit sorbic, axit xitric trong mẫu thực phẩm.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu
Để ứng dụng tốt phƣơng pháp điện di mao quản sử dụng độ dẫn không tiếp xúc để xác định đƣợc đồng thời axit xitric, benzoic và sorbic thì chúng tơi đã tiến hành khảo sát các điều kiện tối ƣu sau:
- Khảo sát thành phần dung dịch đệm điện di: thành phần, pH ứng với các nồng độ đệm khác nhau, các chất hoạt hóa bề mặt mao quản (nếu cần)…
- Khảo sát điều kiện phân tích trên thiết bị điện di: thế tách, thời gian bơm mẫu, chiều cao bơm mẫu…
- Khảo sát một số chất có thể gây ảnh hƣởng đến việc xác định các chất phân tích trong mẫu thực phẩm bằng phƣơng pháp CE-C4D
Và đánh giá phƣơng pháp nghiên cứu:
- Xác định khoảng tuyến tính, xây dựng đƣờng chuẩn.
- Xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ). - Đánh giá độ chụm, độ đúng của phƣơng pháp phân tích.
- Áp dụng phân tích một sỗ mẫu thực phẩm thực tế.
2.2. Hóa chất và thiết bị
2.2.1.1. Chất chuẩn
- Trinatri xitrat (Fluka, 99%) - Kali sorbat (Fluka, 99%) - Axit benzoic (Fluka, 99%)
2.2.1.2. Hóa chất dung mơi
- L - Arginin (C6H14N4O2) (Fluka, hàm lƣợng > 99,5%) - L – Histidin ( C6H9N3O2) ( Fluka, hàm lƣợng 99,5%)
- Tris (hydroxymethyl) aminomethan (Fluka, 99%)-Tris - Natri hydroxyd (NaOH), (PA, Merck, Đức)
- Axit clohydric (HCl) (Merck, Đức) - Methanol (CH3OH), (PA, Merck, Đức) - Axit axetic (CH3COOH), (PA, Merck, Đức)
- Cetyl trimetyl amoni bromua (CTAB), (Merck, Đức)
- Nƣớc siêu tinh khiết (nƣớc deion): là nƣớc cất hai lần đƣợc lọc qua bộ lọc siêu tinh khiết có cột trao đổi cation, anion và màng lọc 0,2 μm.
2.2.1.3. Chuẩn bị các dung dịch hóa chất
Pha dung dịch chuẩn gốc: Chất bảo quản axit benzoic, kali sorbat, trinatri xitrat đƣợc pha trong methanol 10% cụ thể là:
- Dung dịch chuẩn axit xitric: Cân chính xác 0,0258g trinatri xitrat vào bình định mức 10,00ml, hịa tan trong methanol 10% và định mức bằng nƣớc deion tới vạch, rung siêu âm 10 phút thu đƣợc dung dịch chuẩn gốc có nồng độ 10-2
M. - Dung dịch chuẩn axit benzoic: Cân chính xác 0,0122g axit benzoic vào bình
định mức 10,00ml, hịa tan trong methanol 10% và định mức bằng nƣớc deion tới vạch, rung siêu âm 10 phút thu đƣợc dung dịch chuẩn gốc có nồng độ 10-2
M. - Dung dịch chuẩn axit sorbic: Cân chính xác 0,0150g kali sorbat vào bình định
mức 10,00ml, hòa tan trong methanol 10% và định mức bằng nƣớc deion tới vạch, rung siêu âm 10 phút thu đƣợc dung dịch chuẩn gốc có nồng độ 10-2M. Dung dịch chuẩn gốc đƣợc bảo quản ở nhiệt độ 4ᵒC và sử dụng trong 3 tháng.
Pha dung dịch chuẩn hỗn hợp làm việc của 3 chất.
Dung dịch chuẩn làm việc đƣợc pha mới hằng ngày từ dung dịch chuẩn gốc.
Pha dung dịch đệm
- Dung dịch đệm Arg (arginin) 10mM ở pH = 5,0: Cân 0,0436g Arg trên cân phân tích, pha trong khoảng 70% nƣớc, chuẩn về pH = 5 bằng Ace (axit axetic) trên máy đo pH và định mức vào bình 25,00ml cho đến vạch.
- Chất hoạt động bề mặt CTAB (cetyl trimetyl amoni bromua): Cân 0,0091g CTAB vào bình 25,00ml và định mức đến vạch bằng nƣớc deion thu đƣợc dung dịch nồng độ 10-3
M.
Tất cả các dung dịch đều đƣợc rung siêu âm loại khí và kiểm tra pH trƣớc khi sử dụng.
2.2.2. Thiết bị dụng cụ
Thiết bị
- Thiết bị phân tích sử dụng trong nghiên cứu là hệ CE-C4D tự chế, bán tự động (hình 2.1) đƣợc thiết kế lắp đặt với sự tài trợ của Công ty 3Sanalysis và đối tác tại Khoa Hóa học, Trƣờng Đại học Basel, Thụy sĩ.