CHƯƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.3.2. Kết tinh LGA bằng phương pháp làm lạnh
Điều kiện thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ đến q trình kết tinh LGA bằng phương pháp làm lạnh được tiến hành với các thông số cố định như sau:
- Thể tích dung dịch LGA: 400 ml.
- Nhiệt độ ban đầu của dung dịch: 70oC.
- Nhiệt độ bể điều nhiệt: 10oC.
- Nhiệt độ kết tinh: 30oC.
2.3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ đầu của dung dịch LGA
Nồng độ đầu của dung dịch LGA được thay đổi lần lượt là 18,5 g/l, 30 g/l và 45g/l được
gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn 5oC so với nhiệt độ bão hòa của các nồng độ trên sao cho dung
dịch được hịa tan hồn tồn. Sau đó, các dung dịch được làm lạnh nhanh về 30oC với tốc độ
làm lạnh là 4oC/phút và quá trình kết tinh được giữ cố định ở nhiệt độ này, tốc độ khuấy trộn
41
dịch LGA theo từng thời điểm trong quá trình kết tinh. Mẫu tinh thể LGA theo từng thời điểm được lọc chân không thu mẫu rắn, sấy chân khơng để loại bỏ hồn tồn nước, sau đó được lưu mẫu tránh hút ẩm và tiến hành phân tích FT-IR, XRD, quan sát kính hiển vi và chụp SEM.
Bảng 2. 4. Các thông số kết tinh khảo sát ảnh hưởng của nồng độ của dung dịch LGA Thí
nghiệm LGA (g/l) Nồng độ Độ quá bãohòa (Sα) lạnh (Tốc độ làmoC/phút) khuấy (rpm) Tốc độ
1 18,5 0,48 4,0 360
2 30 1,40 4,0 360
3 45 2,60 4,0 360
2.3.2.2. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn
Tốc độ khuấy trộn được thay đổi trong các thí nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của thơng số kết tinh này đến q trình kết tinh LGA từ dung dịch bằng phương pháp làm lạnh. Các thông số kết tinh tiến hành theo bảng 2.5 trong đó các thông số khác cố định, chỉ thay đổi tốc độ khuấy trộn dung dịch trong quá trình kết tinh. Mẫu dung dịch LGA được ly tâm, pha loãng để xác định nồng độ LGA theo từng thời điểm trong quá trình kết tinh. Mẫu tinh thể LGA theo từng thời điểm được lọc, sấy chân không để loại bỏ hồn tồn nước, sau đó được lưu mẫu tránh hút ẩm và tiến hành phân tích FT-IR, XRD, quan sát kính hiển vi và chụp SEM.
Bảng 2. 5. Các thông số kết tinh khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn Thí
nghiệm LGA (g/l) Nồng độ Độ quá bãohòa (Sα) lạnh (Tốc độ làmoC/phút) Tốc độ khuấy (rpm)
1 30 1,40 4,0 360
2 30 1,40 4,0 600
42 2.3.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ làm lạnh
Tốc độ làm lạnh được thay đổi trong các thí nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của thơng số kết tinh này đến q trình kết tinh LGA từ dung dịch bằng phương pháp làm lạnh. Các thông số kết tinh tiến hànhtheo bảng 2.6 trong đó các thơng số khác cố định, chỉ thay đổi tốc
độ làm lạnh dung dịch trong quá trình kết tinh. Mẫu tinh thể LGA theo từng thời điểm được lọc, sấy chân khơng để loại bỏ hồn tồn nước, sau đó được quan sát dưới kính hiển vi điện tử.
Bảng 2. 6. Các thông số kết tinh khảo sát ảnh hưởng của tốc độ làm lạnh Thí
nghiệm LGA (g/l) Nồng độ Độ quá bãohòa (Sα) lạnh (Tốc độ làmoC/phút) Tốc độ khuấy (rpm)
1 18,5 0,48 4,0 360
2 18,5 0,48 4,5 360
3 18,5 0,48 5,5 360
2.3.2.4. Ảnh hưởng của phụ gia vô cơ
Q trình kết tinh LGA từ dung dịch có các phụ gia vô cơ với nồng độ và các thông số kết tinh trong bảng2.7. Mẫu dung dịch và tinh thể LGA cũng được tiến hành tương tự các thí
nghiệm trước để xác định nồng độ dung dịch, cấu trúc, hình thái và thành phần từng dạng tinh thể của LGA.
43
Bảng 2. 7. Các thông số kết tinh khảo sát ảnh hưởng của nồng độ các muối vô cơ Thí
nghiệm Phụ gia vơcơ
Nồng độ phụ gia (g/l) Nồng độ LGA (g/l) Độ quá bão hòa (Sα) Tốc độ làm lạnh (oC/phút) Tốc độ khuấy (rpm) 1 (NH4)2SO4 2 30 1,40 4,0 360 2 4 30 1,40 4,0 360 3 6 30 1,40 4,0 360 4 8 30 1,40 4,0 360 5 NH4Cl 2 30 1,40 4,0 360 6 4 30 1,40 4,0 360 7 6 30 1,40 4,0 360 8 8 30 1,40 4,0 360
2.3.2.5. Ảnh hưởng của phụ gia hữu cơ L- phenylalanine
Quá trình kết tinh LGA từ dung dịch có các phụ gia L-phe với nồng độ và các thông số kết tinh trong bảng 2.8. Mẫu tinh thể LGA cũng được tiến hành tương tự để xác định cấu trúc, hình thái và thành phần từng dạng tinh thể của LGA. Các thí nghiệm với nồng độ LGA là 30g/l được tiến hành đến 22 giờ.
Bảng 2. 8. Các thông số kết tinh khảo sát ảnh hưởng của nồng độ L - phenylalanine Thí
nghiệm LGA (g/l) Nồng độ Nồng độ L - phe (g/l) lạnh (Tốc độ làmoC/phút) Tốc độ khuấy (rpm) 1 30 0,01 4,0 360 2 0,02 4,0 360 3 0,05 4,0 360 4 0,1 4,0 360 5 0,2 4,0 360
44
Mẫu tinh thể sau khi kết tinh được lọc và rửa với ethanol (5 lần, mỗi lần 20 ml) sau đó sấy khơ và tiến hành hòa tan đo UV để xác định sự hấp phụ của các phân tử L - phe trên bề mặt các tinh thể LGA.
2.3.3. Kết tinh LGA bằng phương pháp sử dụng dung môi khơng hịa tan
Điều kiện thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ đến q trình kết tinh LGA bằng phương pháp làm lạnh được tiến hành với các thông số cố định như sau:
- Thể tích dung dịch LGA: 400 ml. - Nhiệt độ kết tinh: 30oC.
2.3.3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi Eth :LGA
Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ dung mơi Eth : LGA (theo thể tích) từ tỉ lệ 1 : 9, 2 : 8, 3 : 7, 4 : 6, 5 : 5, 6 : 4, 7 : 3, 8 : 2 và 9 : 1. Các thông số khác được cố định như nồng độ ban đầu của dung dịch LGA là 18,5 g/l; tốc độ khuấy ở 360 vòng/ phút; nhiệt độ kết tinh ở 30oC.
Dung dịch LGA được gia nhiệt để hịa tan hồn tồn các tinh thể. Ethanol được làm lạnh về nhiệt độ thích hợp (từ-20oC đến 10oC) để khi hòa trộn ethanol và dung dịch LGA thì nhiệt độ dung dịch kết tinh là 30oC. Dung dịch sau khi hịa trộn được tiếp tục duy trì và ổn định nhiệt ở 30oC, tốc độ khuấy là 360 vòng/ phút.
Mẫu tinh thể theo từng thời điểm được lọc, sấy chân khơng loại nước và lưu mẫu trong bình hút ẩm. Mẫu tinh thể được tiến hành phân tích FT-IR, XRD và SEM.
2.3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch LGA đến quá trình kết tinh LGA bằng phương pháp dung mơi khơng hịa tan
Dung dịch LGA với các nồng độ khác nhau được gia nhiệt để hịa tan hồn tồn các tinh thể. Ethanol được làm lạnh về nhiệt độ thích hợp (từ-20oC đến 10oC) để khi hịa trộn ethanol và dung dịch LGA thì nhiệt độ dung dịch kết tinh là 30oC.
Các nồng độ dung dịch LGA ban đầu bao gồm12 g/l, 18,5 g/l, 30 g/l và 35g/l được tiến hành kết tinh với ethanol theo hai tỉ lệEth : LGA là 2: 8 và 5 : 5. Những điều kiện kết tinh khác giữ không đổi bao gồm nhiệt độ quá trình kết tinh là 30oC, tốc độ khuấy là 360 vịng/ phút. Các thơng số kết tinh được thể hiện ở bảng 2.9.
45
Bảng 2. 9. Các thông số kết tinh khảo sát ảnh hưởng của nồng độ LGA bằng phương pháp
dung mơi khơng hịa tan Thí
nghiệm
Tỉ lệ Eth : LGA
Nồng độ
LGA (g/l) Ethanol (ml) Thể tích Tốc độ khuấy (rpm)
1 2 : 8 12 80 360 2 18,5 80 360 3 30 80 360 4 35 80 360 5 5 : 5 12 200 360 6 18,5 200 360 7 30 200 360 8 35 200 360
Trong từng thí nghiệm, mẫu tinh thể theo từng thời điểm được lọc, sấy chân không loại nước và lưu mẫu trong bình hút ẩm. Mẫu tinh thể được tiến hành phân tích FT-IR, XRD và
SEM.
2.3.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình kết tinh LGA bằng phương pháp dung mơi khơng hịa tan
Kết tinh bằng phương pháp sử dụng dung mơi khơng hịa tan, thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy tại các tốc độ: 360 vòng/phút, 500vòng/phút và 700 vịng/phút. Cố định các thơng số kết tinh khác như : tỉ lệ Eth : LGA là 2 : 8, nồng độ LGA ban đầu là 18,5
g/l, nhiệt độ kết tinh là 30oC.
Mẫu tinh thể theo từng thời điểm được lọc, sấy chân không loại nước và lưu mẫu trong bình hút ẩm. Mẫu tinh thể được tiến hành phân tích FT-IR, XRD và SEM.
2.3.4. Kết tinh LGA trong thiết bị Stirred tank dạng pilot Thiết bị Stirred tank dạng pilot Thiết bị Stirred tank dạng pilot
Thiết bị kết tinh Stirred Tank dạng Pilot bao gồm một bể (thùng) phản ứng có dung tích 10 lít, lớp vỏ áo có bọc lớp cách nhiệt có tác dụng trao đổi nhiệt với dung dịch làm lạnh thông
46
qua hai ống dẫn vào ở dưới và ra ở trên vỏ áo, hệ thống khuấy trộn bao gồm motor có gắn cánh khuấy và bộ điều khiển tốc độ motor. Các thông số thiết kế của thiết bị Stirred tank được thể hiện ở hình 2.6 và bảng 2.10.
Hình 2.6. Mơ hình thiết bị kết tinh Stirred tank dạng pilot Bảng 2. 10. Thông số thiết kế của thiết bị khuấy Stirred tank dạng pilot
Thông số Kí hiệu Kích thước (mm)
Bề rộng của bể khuấy T 245
Chiều cao của bể khuấy chứa
dung dịch phản ứng H 330
Bề dày vỏ áo chứa dung dịch
làm lạnh w 30
Bề rộng cánh khuấy D 80
Bề rộng tâm cánh khuấy Dc 55
Bề rộng cánh khuấy Ip 20
Chiều cao cánh khuấy Ia 15
Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình kết tinh LGA trên thiết bị Stirred tank dạng pilot
Khảo sát được tiến hành với các thông số được cố định như sau:
- Thể tích dung dịch LGA: 8000 ml.
47 - Nhiệt độ ban đầu của dung dịch: 70 oC. - Tốc độ làm lạnh: 5oC/ phút.
- Nhiệt độ bể điều nhiệt:10 oC. - Nhiệt độ kết tinh: 30 oC.
Tốc độ khuấy trộn được thay đổi trong các thí nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của thơng
số kết tinh này đến q trình kết tinh LGA từ dung dịch bằng phương pháp làm lạnh. Dung
dịch LGA được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn 5oC so với nhiệt độ bão hòa của các nồng độ trên trong vòng 2 giờ để đảm bảo dung dịch được hịa tan hồn tồn. Sau 2 giờ, các dung dịch được làm lạnh về 30 oC và quá trình kết tinh được giữ cố định ở nhiệt độ này, tốc độ khuấy trộn được khảo sát là 300, 500 và 700 rpm. Mẫu tinh thể LGA theo từng thời điểm được lọc, sấy chân không để loại bỏ hồn tồn nước, sau đó được quan sát dưới kính hiển vi điện tử.
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 2.4.1. Quang phổ UV 2.4.1. Quang phổ UV
Quang phổ UV nhằm xác định độ tan bão hòa theo nhiệt độ và nồng độ của dung dịch LGA tại các thời điểm tiến hành kết tinh dựa vào đường chuẩn được xây dựng từ nồng độ các
dung dịch LGA đã biết trước theo độ hấp thu quang. Dung dịch LGA được tiến hành đo hấp
thu trong khoảng bước sóng từ 190-400 nm. Thiết bị UV-Vis được sử dụng là máy UV-1800 SHIMADZU (Nhật Bản) của Viện Hàn Lâm Khoa Học & Công Nghệ Việt Nam.
2.4.2. Nhiễu xạ tia X
Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) giúp xác định được cấu trúc tinh thể thu được từ quá trình kết tinh. Ống phát tia X bằng Cu với bước sóng Kα = 1,540 Ǻ, điện áp 40 KW, cường độ dịng ống phát ra 0.01 A, góc qt 2θ từ 5-75o bước quét là 0.030o và bước thời gian là 0.8 s. Thiết bị chụp XRD sử dụng là máy XRD Ray Diffaction XD-5A Shimadzu (Nhật Bản) của Viện Hàn Lâm Khoa Học & Công Nghệ Việt Nam.
2.4.3. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Furier
Quang phổ hồng ngoại biến đổi Furier (FT-IR) giúp xác định cấu trúc tinh thể và thành phần khối lượng của từng loại cấu trúc tinh thể trong mẫu tinh thể rắn thu được từ quá trình kết tinh. Mẫu tinh thể dạng rắn được ép viên với KBr (viên nén gồm 2 g KBr và 10% phr
48
mẫu). Thiết bị chụp FT-IR là Tensor 27 Bruker của Viện Hàn Lâm Khoa Học & Cơng Nghệ Việt Nam.
2.4.4. Phân tích nhiệt qt vi sai
Phân tích nhiệt vi sai DSC làm việc dựa trên nguyên lý đo sự thay đổi nhiệt độ và nhiệt lượng tỏa ra từ mẫu khi bị đốt nóng và so sánh với thơng tin từ mẫu chuẩn được đặt trong cùng một điều kiện.
Cho phép xác định các tính chất chuyển pha nhiệt của mẫu thơng qua việc đo dịng nhiệt tỏa ra (hoặc thu vào) từ một mẫu được đốt nóng trong dịng nhiệt với nhiệt độ qt trong các tốc độ khác nhau. Kết quả được đo từ máy NETZSCHDSC 204F1 Phoenix 240-12-0087 tại Phịng Thí Nghiệm Cơng Nghệ Vật Liệu, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh.
2.4,5. Hiển vi điện tử quét
Hiển vi điện tử qt(SEM) cho phép quan sát được hình dạng, kích thước, độ đồng đều của các tinh thể thu được trong quá trình kết tinh. Mẫu tinh thể rắn được trải trên đế carbon và phủ plasma vàng trước khi tiến hành chụp mẫu. Ảnh SEM được ghi trên máy S-4800 Hitachi của Viện Hàn Lâm Khoa Học & Công Nghệ Việt Nam.
2.4.6. Kính hiển vi kỹ thuật số
Kính hiển vi kỹ thuật số sử dụng ánh sáng trắng, có độ phóng đại từ 40x đến 800x, cho phép quan sát được hình dạng, kích thước, độ đồng đều của các tinh thể thu được trong q trình kết tinh. Ảnh kính hiển vi được chụp từ máy THB-200 của Viện Hàn Lâm Khoa Học & Công Nghệ Việt Nam.
2.4.7. Sắc ký lỏng hiệu năngcao
Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) là phương pháp tách dựa trên các quá trình tương tác xảy ra liên tục giữa chất phân tích với pha tĩnh (rắn hoặc lỏng) và pha động (pha lỏng). Ứng dụng của sắc ký lỏng cao áp là định tính và định lượng. Q trình định lượng để xác định độ tinh khiết của nguyên liệu và sản phẩm được phân tích trên máy HPLC 1200 Agilent tại Viện Hàn Lâm Khoa Học & Cơng Nghệ Việt Nam.
49
2.4.8. Phân tích kích thước hạt
Phân tích kích thước hạt dựa trên nguyên lý tán xạ ánh sáng động học (DLS): trong dung dịch, các hạt kích thước nhỏ sẽ di chuyển nhanh hơn so với những hạt có kích thước lớn hơn. Khi ánh sáng đi qua mẫu và bị tán xạ bởi các hạt trong dung dịch mẫu và ánh sáng tán xạ được phát hiện và ghi nhận ở một góc độ nhất định. Sự phụ thuộc vào thời gian của cường độ tán xạ cho thấy các hạt đang chuyển động nhanh hay chậm, từ đó có thể tính tốn kích thước trung bình của hạt cũng như sự phân bố kích thước. DLS được tính tốn dựa trên chuyển động Brownian, khơng phụ thuộc vào trọng lượng hạt. Kích thước hạt được đo trên máy Horiba LA 960 tại trường Đại học Bách Khoa TP. HCM.
50
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. HIỆN TƯỢNG ĐA CẤU TRÚC CỦA TINH THỂ LGA 3.1.1. Kết tinh tăng độ tinh khiết của sản phẩm 3.1.1. Kết tinh tăng độ tinh khiết của sản phẩm
Tiến hành phân tích HPLC sử dụng dung mơi ethanol và đầu dị ELSD cho mẫu LGA
chuẩn (SigmaAlrich), mẫu nguyên liệu thô LGA (Vedan), mẫu sản phẩm LGA sau khi kết
tinh (tỉ lệ dung môi Eth : LGA là 5 : 5, nồng độ ban đầu của LGA là 30g/l, tốc độ khuấy 360
vịng/ phút).
Hình 3.1. Các loại mẫu LGA phân tích HPLC
Hình 3.1b cho thấy ngun liệu LGA thơ có màu vàng nhạt khơng đạt độ cảm quang cần thiết đối với một sản phẩm chất lượng cao, trong khi nguyên liệu chuẩn (hình 3.1a) và sản phẩm tinh thể LGA (hình 3.1c) của q trình kết tinh có màu trắng sáng, đạt độ cảmquang cao.
Theo hình 3.2,kết quả phân tích HPLC của các mẫu LGA cho thấy: các sắc đồ HPLC
đều có 1 peak tương ứng với thời gian lưutR là 5.1min, chứng tỏ rằng đây là peak của LGA.