3.1 Kết quả đánh giá nguyên liệu natri alginate
Đánh giá nguồn nguyên liệu natri alginate ban đầu xác định các thông số như trọng lượng phân tử (GPC), hàm lượng Na+ (ICP – MS), tỷ lệ GG so với MM (H1 – NMR).
3.1.1 Kết quả phân tích GPC mẫu natri alginate
Hình 3. 1: Kết quả phân tích GPC mẫu natri alginate trong dung môi nước
Trong lượng phân tử khối Mw = 9,62.106 g/mol.
Trọng lượng phân tử số Mn = 3,85.106 g/mol.
Độ đa phân tán D = 2,5.
HVTH: Lương Văn Hạnh 45 Nguyên liệu natri alginate dùng trong nghiên cứu là loại có trọng lượng phân tử cao (Mw = 9,62.106 g/mol), độ đa phân tán 2,5. Loại natri alginate sử dụng là loại có độ nhớt cao, tính chất của hydrogel tốt.
Hình 3. 2: Cấu trúc natri alginate
Quy trình tổng hợp natri alginate bằng cách cho calxi alginate phản ứng với acid và tạo thành acid alginic, tiếp tục xử lý lại bằng muối Na2CO3 nên trong cấu trúc của alginate ngoài lượng natri alginate thì vẫn còn một lượng acid alginic chưa phản ứng hết, dựa vào tỷ lệ trọng lượng phân tử của acid alginic so với trọng lượng phân tử nhóm natri alginate và trọng lượng phân tử. Kết quả tính toán số nhóm chức acid alginic và số nhóm alginate natri trong bảng 3.1
Bảng 3. 1: Số nhóm acid alginic trong mẫu natri alginate Malginic
g/mol
Mnatri alginate
g/mol
Mw
g/mol
Số nhóm acid alginic
Số nhóm natri alginate
175 197 9,62.106 24246 27294
Kết quả tính cho thấy rằng trong nguyên liệu natri alginate có một phần acid alginic chưa phản ứng hết kết quả bảng 3.1
HVTH: Lương Văn Hạnh 46 3.1.2 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (H – NMR) natri alginate
MMM
Hình 3. 3: Vị trí các peak của Hydro trong phổ H – NMR chemdraw [24]
- Peak đặc trưng H1 của cấu trúc G block tại vị trí 4,98 ppm.
- Peak đặc trưng H5 của cấu trúc M block tại vị trí 4,75 ppm.
HVTH: Lương Văn Hạnh 47 Hình 3. 4: H1 – NMR của natri alginate trong dung môi D2O [22]
Từ kết quả này có thể nhận thấy rằng cường độ peak G block thấp hơn so với peak M block chứng tỏ thành phần của natri alginate M block (MM) cao hơn G block (GG). Thành phần này ảnh hưởng đến khả năng khâu mạng của natri alginate bằng ion Ca2+ và Zn2+. Số lượng G block (GG) càng cao khả năng khâu mạng bằng ion kim loại theo cơ chế “egg box” cao nên tính chất hydrogel tốt hơn. Số lượng M block (MM) cao thì cơ chế khâu mạng của alginate ion kim loại Zn2+ và Ca2+ thay thế ion Na+.
HVTH: Lương Văn Hạnh 48 3.1.3 Đánh giá hàm lượng ion Na+ trong mẫu natri alginate
Hình 3. 5: Cấu trúc natri alginate nguyên liệu
Kết quả phân tích khối phổ cộng hưởng plasma cảm ứng (ICP – MS) cho thấy hàm lượng Na+ trong mẫu natri alginate nguyên liệu là 28432,35 ppm hay 28,43235g/kg. Hàm lượng ion Na+ này cùng với các ion tự do khác như Ca2+ dư, Zn2+
dư Cl-, và SO42-
ảnh hưởng đến độ dẫn điện của hydrogel.
3.2 Khảo sát quá trình khâu mạng của natri alginate bằng ion Ca2+, Zn2+
3.2.1 Hàm lượng chất khâu mạng Ca2+ (CaCl2) và Zn2+ (ZnSO4)
Chất khâu mạng là Ca2+ (CaCl2) và Zn2+ (ZnSO4), khối lượng nước cố định gấp 60 lần khối lượng natri alginate, thời gian ủ hỗn hợp 2 h trước khi sấy, nhiệt độ sấy 60 oC, thời gian sấy khoảng 5 h.
Hàm lượng chất khâu mạng: Zn2+ 1%, 2 %, 3 %, 4 %, 6 % và Ca2+ 2 %, 4 %, 6 %, 8 %, 10 %.
Dung dịch alginate sau khi trộn chất khâu mạng và sấy khô ở nhiệt độ 60 oC được ngâm trong nước nhằm loại bỏ các ion khâu mạng còn dư và các alginate chưa khâu mạng. Alginate trương và tạo thành cấu trúc hydrogel, tiến hành tách lấy hydrogel và sấy khô ở nhiệt độ 60 oC. Ion khâu mạng được giữ trong cấu trúc “egg box” của GG block và thay thế ion Na+. Khi rửa, các ion khâu mạng chưa phản ứng bị loại ra khỏi alginate. Mỗi mẫu được rửa hai lần để loại hết các ion dư, sau đó phân tích ICP – MS nhằm đánh giá hàm lượng ion khâu mạng có trong alginate và các thông số khác như độ trương khi ngâm trong nước 2 h, hàm lượng gel, hàm lượng nước chứa trong hydrogel ở trạng thái trương. Kết quả được trình bày trong bảng 3.3 và 3.4.
HVTH: Lương Văn Hạnh 49 Bảng 3. 2: Kết quả tính chất của natri alginate khâu mạng bằng CaCl2
Tính chất Hàm
lượng CaCl2 (%)
Hàm lượng ion Ca2+ thay thế Na+
(ppm)
Hiệu suất khâu mạng
Ca2+ (%)
Độ trương
Hàm lượng gel (%)
Hàm lượng nước của hydrogel
(%)
2 2138,72 – – – –
4 2308,93 3,02 38,04 66,25 97,37
6 3384,72 3,33 44,10 72,82 97,78
8 4134,63 3,20 45,04 74,50 97,73
10 5960,8
(Na+ 6990,98)* 4,12 50,74 81,24 98,03
* Hàm lượng Na+ còn lại chưa bị thay thế bằng ion Ca2+, Zn2+ trong cấu trúc alginate
Bảng 3. 3: Kết quả tính chất của natri alginate khâu mạng bằng ZnSO4
Tính chất Hàm