Methyl orange được dùng như một chất chỉ thị màu trong các lĩnh vực phân tích khác nhau. Methyl Orange thường được sử dụng rộng rãi trong phịng thí nghiệm, các ngành dệt may, in ấn, sản xuất giấy,... Chúng có tính độc hại và nguy hiểm đối với mơi trường nước.
Hình 1.4. Công thức cấu tạo của rhodamine B
Rhodamine B được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp dệt may với các mục đích khác nhau và trở thành một chất ô nhiễm nguy hiểm.
Khi tiếp xúc với Rhodamine B sẽ gây dị ứng, làm mẩn ngứa da, mắt, ảnh hưởng đến đường hơ hấp gây ho, ngứa cổ và khó thở. Do đó, các hạt nano kim loại như vàng, bạc, palladium được lựa chọn làm chất xúc tác để phân huỷ thuốc nhuộm hữu cơ này [51,52].
4-Nitrophenol (còn được gọi là p-nitrophenol hoặc 4-hydroxynitrobenzen) là một hợp chất phenolic có nhóm nitro ở vị trí đối diện của nhóm hydroxyl trên vịng benzen.
Hình 1.5. Cơng thức cấu tạo của 4-nitrophenol
Trong những năm gần đây, hợp chất nitro thơm được sử dụng rộng rãi trong ngành cơng nghiệp hóa chất. Đây là những chất lạ sinh học (xenobiotics), được sử dụng trong sản xuất thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc nhuộm, chất làm dẻo, thuốc diệt nấm và thuốc nổ. Những hợp chất này rất nguy hiểm khi thải ra môi trường. Đặc biệt, 4-nitrophenol đã được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (United States Environmental Protection Agency, viết tắt là EPA) liệt kê là chất gây ơ nhiễm ưu tiên vì tính hịa tan và sự ổn định cao trong nước. 4-nitrophenol còn tồn tại thời gian dài trong nước và bề mặt đất mà khơng bị phân hủy và tích tụ trong đất sâu vô thời hạn [53].
4-nitrophenol , là một hợp chất độc hại và khó phân hủy sinh học có thể làm tổn thương hệ thần kinh trung ương, gan, thận và máu của người và động vật. Hơn nữa, nó có thể làm hỏng ty thể và ức chế chuyển hóa năng lượng ở người và động vật [13].
Do đó, việc khử hoặc chuyển đổi 4-NP trở nên rất quan trọng cả về môi trường và công nghiệp. Hạt nano kim loại đã nhận được sự quan tâm lớn do vai trò xúc tác của chúng trong việc khử và phân hủy thuốc nhuộm. Trong số các kim loại quý, AgNPs và AuNPs đã trở thành tâm điểm của các nghiên cứu chun sâu, bởi vì có nhiều ứng dụng có tiềm năng và hiệu quả về chi phí. AgNPs cũng đã có ứng dụng rộng rãi trong việc xúc
tác các phản ứng như oxy hóa ethylene thành ethylene oxide và methanol thành formaldehyde.
Khả năng xúc tác của nano bạc rất hiệu quả, ổn định, dễ chuẩn bị, thân thiện với môi trường và hiệu quả về chi phí, và chúng có tiềm năng cho các ứng dụng cơng nghiệp. Q trình khử với sự hiện diện của các hạt nano kim loại và NaBH4 là một kỹ thuật mới và nhanh chóng để loại bỏ các chất gây ơ nhiễm khỏi nguồn nước. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là có thể xác định được 4-nitrophenol đã được khử thành 4-aminophenol bằng mắt thường dựa vào sự thay đổi màu của dung dịch từ vàng sang không màu.
Khả năng phản ứng của nano kim loại mạnh hơn kim loại hạt tương ứng vì kích thước nhỏ và diện tích bề mặt lớn của chúng. Trong số các hạt nano kim loại, các hạt nano bạc và nano vàng đã thu hút được sự chú ý đặc biệt do tính ổn định, tính dẫn điện tốt, hoạt tính xúc tác cao, kháng khuẩn, chống virus và kháng nấm [54].
1.10. TỔNG QUAN VỀ NGƯU BÀNG
• Lồi: A. lappa • Chi: Arctium
• Họ: Cúc (Asterraceae hay Compositae)
• Bộ: Asterales • Lớp: Eudicots • Ngành: Angiospermae • Giới: Plantae.
1.10.1.Đặc điểm của ngưu bàng
Tên khoa học: Arctium lappa Linn
Hình 1.6. Cây ngưu bàng
Cây ngưu bàng là cây thân thảo, cây sống hàng năm, lưu trữ hầu hết các chất dinh dưỡng của nó trong năm đầu tiên. Cây cao khoảng từ 1 – 1.5 m. Phía trên phân nhiều cành. Lá hình trái xoan mọc thành hoa thị ở gốc và mọc so le ở trên thân. Phiến lá to rộng, hình tim, đường kính 40 – 50 cm, đầu lá tù hay nhọn, cuống lá dài, mặt dưới lá mang nhiều lơng trắng. Hoa hình đầu, mọc ở đầu cành, đường kính 2 – 4 cm, cánh hoa màu hơi tím. Quả bé màu xám nâu. Tiếng Anh gọi củ ngưu bàng là burdock, tiếng Nhật gọi là củ gobo.
Hình 1.7. Củ ngưu bàng
Củ ngưu bàng là thảo dược có vơ số những cơng dụng đối với sức khỏe. Củ ngưu bàng có mùi vị đặc trưng đi từ nhạt sang ngọt và hơi hăng tuỳ thuộc vào tuổi và chất lượng của củ, trong củ ngưu bàng còn một vị hơi đắng rất khó nhận ra. Người ta cho
rằng mùi vị ngon nhất nằm ngay bên dưới lớp vỏ. Củ mềm nhất khi còn non tươi; dễ gãy khi bị uốn cong, củ ngưu bàng mềm hơn củ cà rốt. Củ già mỏng hơi khơ và hơi hố gỗ, có mùi như mùi đất.
1.10.2.Thành phần hóa học
Với sự tiến bộ của các kỹ thuật phân tích hiện đại khác nhau, các thành phần chủ yếu của cây ngưu bàng đã được xác định trong thập kỷ qua [55]. Các thành phần chủ yếu được phân lập từ cây thảo mộc này là: tannin, arctigenin, arctiin, acid caffeic, acid chlorogenic, inulin, sitosterol-beta-D-glucopyranoside và diarctigenin. Ngoài các hợp chất này, cây ngưu bàng cũng chứa nhiều chất dinh dưỡng thông thường như acid amin thiết yếu, aspartic acid (25–28%), arginine (18–20%), vitamin B1, B2, C, A [12].
1.10.3.Tác dụng dược lý và công dụng
Các hoạt tính sinh học và các chức năng dược lý của cây ngưu bàng bao gồm các hoạt tính kháng viêm, chống ung thư, chống tiểu đường và kháng virus [56].
- Tác dụng chống viêm
Diarctigenin và arctigenin được tìm thấy trong hạt, củ hoặc lá của cây ngưu bàng có tác dụng trong điều trị các bệnh viêm khác nhau như viêm khớp dạng thấp, viêm mãn tính và xơ vữa động mạch [57].
- Hoạt động chống ung thư
Bảo vệ tế bào khỏi các chất độc hại có thể làm giảm đáng kể cơ hội hình thành khối u và do đó ngăn chặn sự tăng sinh tế bào ung thư. Các chất chống oxy hoá flavoniod và một số chất chống oxy hóa polyphenol hoạt động khác có trong củ của cây ngưu bàng có thể là nguyên nhân của những tác động ức chế di căn ung thư [58].
- Hoạt tính chống bệnh tiểu đường
Một số nghiên cứu đã cho thấy củ và quả là những bộ phận có thể có hiệu quả hạ đường huyết. Sitosterol-beta-Dglucopyranoside được coi là chất có hoạt tính mạnh và có
hiệu quả nhất trong số các thành phần hoạt chất có trong củ của cây ngưu bàng. Có tác dụng ức chế glycosidase là chất có tiềm năng trong điều trị tiểu đường và bệnh béo phì [59].
- Hoạt tính kháng virus
Các thành phần phenolic như acid caffeic và acid chlorogenic có trong củ ngưu bàng có tác dụng ức chế mạnh lên herpesvirus (HSV-1, HSV-2) và adenovirus (ADV-3, ADV-11) [60].
Ngoài ra, củ ngưu bàng có tác dụng thanh lọc cơ thể, bồi bổ sức khỏe phịng chống các bệnh mãn tính, tăng sức đề kháng, ăn ngon ngủ tốt, giảm đường huyết và một số công dụng khác.
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1.1. Tổng hợp hệ nanocomposite bạc 2.1.1. Tổng hợp hệ nanocomposite bạc
Khảo sát các điều kiện tối ưu để tổng hợp nanocomposite bạc:
- Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến tỉ lệ khối lượng hệ gel lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc
- Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến nhiệt độ phản ứng lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc.
- Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến thời gian phản ứng lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc.
2.1.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) là sự chuyển dịch điện tử trong phân tử từ mức năng lượng cơ bản lên mức năng lượng kích thích, chỉ khác nhau về độ lớn của năng lượng hấp thụ.
Vùng sóng tử ngoại UV: 200 – 400 nm và vùng khả kiến Vis: 400 – 800 nm. Khi tương tác với các bức xạ điện từ, các phân tử có cấu trúc khác nhau sẽ hấp thụ và phát xạ năng lượng khác nhau, kết quả của sự hấp thụ và phát xạ năng lượng này chính là phổ, từ phố có thể xác định ngược lại cấu trúc phân tử.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là định luật Lambert - Beer: Độ lớn của độ hấp thụ mật độ quang A phụ thuộc vào bản chất của vật chất, độ dày truyền ánh sáng và nồng độ của dung dịch.
Công thức: A = εlC
Trong đó: A: mật độ quang (độ hấp thụ) ε: hệ số hấp thụ phân tử
Khi tia đơn sắc chiếu vào dung dịch cho giá trị mật độ quang đo được là lớn nhất thì kết quả phân tích có độ nhạy và độ chính xác tốt nhất.
Dựa trên kết quả cường độ hấp thụ và bước sóng hấp thụ cực đại (λmax) của dung dịch nanocomposite bạc trong dải bước sóng từ 200-800 nm, dự đốn sự thay đổi kích thước và hình dạng của nanocomposite bạc.
2.1.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM
Kính hiển vi điện tử truyền qua là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.
Sự phân bố, hình dạng và kích thước của các hạt nanocomposite bạc sau khi tổng đã được đo bằng kính hiển vi điện tử truyền qua JEM-1400 được đặt ở thế gia tốc 100kV.
2.1.4. Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM)
Hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao là một chế độ ghi ảnh của kính hiển vi điện tử truyền qua cho phép quan sát ảnh vi cấu trúc của vật rắn với độ phân giải rất cao, đủ quan sát được sự tương phản của các lớp nguyên tử trong vật rắn có cấu trúc tinh thể. HRTEM là một trong những công cụ mạnh để quan sát vi cấu trúc tới cấp độ nguyên tử.Phân tích cấu trúc tinh thể của nguyên tử được thực hiện trên kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM), Tecnai G2 20 S-TWIN, FEI thế gia tốc đặt ở 200 kV.
2.1.5. Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR)
Phổ hồng ngoại là phổ hấp thụ của hai dạng năng lượng: năng lượng quay và năng lượng dao động, khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên ngồi có thể dẫn đến q
trình quay hoặc dao động hay cả quay và dao động đồng thời, để kích thích q trình trên có thể dùng tia sáng vùng hồng ngoại.
Các chất hữu cơ hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở ngững tần số trong vùng từ 10000 đến 100cm-1 và biến thành năng lượng của dao động phân tử.
Sự hấp thụ được ứng dụng trong phổ hồng ngoại để phân tích cấu trúc hợp chất là sự hấp thụ nằm trong vùng 4000 đến 600cm-1.
Để nghiên cứu các nhóm chức có tác dụng khử và ổn định hạt nano tổng hợp được. Các mẫu nano blank, nanocomposite bạc đã được sấy khô và dịch chiết củ ngưu bàng sau khi cô quay loại bỏ nước bằng máy cô quay (Heidolph, LABOROTA 4000eco, Đức) đã được sử dụng để phân tích bằng bức xạ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Phổ FTIR được ghi trên máy quang phổ Bruker, Tensor 27 FTIR (Đức) với vùng bước sóng từ 4000 đến 500 cm-1 cùng độ phân giải 0,5 cm-1 và được vẽ với trục tung biểu thị cường độ hấp thụ qua độ truyền qua (%) và trục hồnh biểu thị số sóng (cm-1).
2.1.6. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX hay EDS, tên gọi tiếng Anh Energy- dispersive X-ray spectroscopy) là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ. Chủ yếu là do sự tương tác của chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử, ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại.
Khi chùm điện tử có năng lượng cao được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thơng tin về các ngun tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ lệ phần trăm các nguyên tố này.
Các mẫu rắn nano bạc được sử dụng để đo EDX bằng máy phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X EMAX ENERGY EX-400, Horiba tại Phịng thí nghiệm siêu cấu trúc,
Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương.
2.1.7. Phương pháp phân tích nhiệt TG-DTA
Phân tích nhiệt trọng (TG) là phương pháp phân tích trong đó sự thay đổi khối lượng của mẫu dưới sự thay đổi của nhiệt độ theo một chương trình được ghi lại như là một hàm số của nhiệt độ hoặc thời gian. Dựa trên cơ sở ghi lại liên tục sự thay đổi khối lượng của mẫu trong quá trình gia nhiệt hoặc làm lạnh, và hữu ích khi phân tích định lượng các thay đổi vật lý hoặc hoặc hóa học với sự thay đổi về khối lượng. Ví dụ các biến đổi về hóa học do sự mất nước, phân hủy, oxy hóa, và sự khử…hoặc các thay đổi vật lý như thăng hoa, bay hơi, hấp thụ và khử hấp thụ.
Phân tích nhiệt vi sai (DTA) là kỹ thuật đo phát hiện sự chênh lệch nhiệt độ của mẫu đo và mẫu chuẩn (mẫu so sánh) để xác định các biến đổi nhiệt bên trong mẫu đang diễn ra sự thay đổi vật lý hoặc hóa học khi mẫu được gia nhiệt hoặc làm lạnh. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu đo và mẫu chuẩn được phát hiện bởi cặp nhiệt điện đặt tại tấm đế kim loại của giá đỡ mẫu và được ghi lại theo thời gian, nó được coi như đường đặc trưng DTA để khảo sát các phản ứng thu nhiệt và phản ứng tỏa nhiệt.
Sử dụng máy phân tích nhiệt LabSys evo S60/58988 (Setaram, Pháp) để phân tích nhiệt trọng đồng thời kết hợp phân tích nhiệt vi sai (DTA) các mẫu nanocomposite bạc rắn sau khi tổng hợp đã được làm nóng từ nhiệt độ phịng đến 800oC với tỉ lệ nhiệt 10oC/phút, nhằm xác định độ tinh khiết và nhiệt độ phân hủy của các hợp chất có trong mẫu, tại Phịng Hóa vơ cơ - Viện Hóa học -Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam.
2.1.8. Thế zeta, kích thước hạt
Đo kích thước hạt, thế zeta nhằm xác định kích thước trung bình của hạt nano, sự phân bố kích thước hạt, và điện thế zeta của dung dịch nano là điện thế sinh ra trong q trình chuyển động của các hạt keo có mặt trong hệ phân tán, liên quan đến tính ổn định
của những chất phân tán keo. Dung dịch nanocomposite bạc được đo bằng máy phân tích nano, nanoPartica Horiba SZ-100, Nhật Bản, ở 25oC và tán xạ ánh sáng động ở góc 173oC tại Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng.
2.2. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ NGUYÊN LIỆU2.2.1. Thiết bị 2.2.1. Thiết bị
Sử dụng các thiết bị có sẵn tại các phịng thí nghiệm phịng Cơng nghệ Hóa dược, Viện Cơng nghệ Hóa học như sau:
- Cân phân tích vi lượng (Micro Balance).
- Máy khuấy từ gia nhiệt (Heating Magnetic Stirrer-VELP Scientifica). - Máy ly tâm (Centrifuge Machine-Model EBA 20-Hettich, Đức). - Máy cô quay (Heidolph, LABOROTA 4000eco, Đức).
- Bể rửa siêu âm (Ultrasonic Steri-Cleaner) - Máy bơm lọc hút chân không
- Tủ sấy, tủ hút, tủ lạnh 2.2.2. Dụng cụ - Erlen loại 50 mL, 100 mL. - Becher 25 mL, 50mL, 100mL. - Pipet 1mL, 2mL, 5mL, 10mL. - Ống đong 50 mL - Bình cơ quay 100 mL, 250 mL. - Ống ly tâm 15mL.
- Ống sinh hàn, ống nhỏ giọt thủy tinh, phễu, giấy lọc, đĩa petri nhựa, muỗng