Hoạt tính sinh học của các phức chất nói chung được phát hiện từ đầu thế kỷ XIX. Phức chất của các aminoaxit được ứng dụng nhiều trong nông nghiệp và y học. Trong nông nghiệp, phân bón có thành phần phức vòng của các kim loại chuyển tiếp, NTĐH cho hiệu quả cao hơn nhiều so với các loại phân vô cơ, hữu cơ truyền thống, vì chúng có những đặc tính: dễ hấp thụ, bền trong khoảng pH rộng, không bị các vi khuẩn phá hủy trong thời gian dài, có thể loại được các tác nhân gây độc hại cho người, gia súc và môi trường như các kim loại nặng, ion NO3
-. Mặt khác, chúng bổ sung các nguyên tố cần thiết cho cây, mà các nguyên tố này trong đất càng nghèo đi do quá trình photphat hóa, sunfat hóa, trôi rữa,...
Trên thế giới, ở những nước phát triển như Anh, Mỹ, Liên Xô cũ đã sử dụng phức chất dạng vòng càng của các kim loại sinh học vào ngành
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
trồng trọt, nhằm làm tăng năng suất của mùa màng, chống bệnh vàng lá, rụng quả xanh,...
Các phức chất của DTPA, DTHA, EDTA, đặc biệt là phức đơn nhân của DTPA bền không bị thủy phân ở pH cao, được sử dụng có hiệu quả cho ngành công nghiệp hóa học phục vụ sản xuất nông nghiệp ở các nước thuộc Liên Xô cũ. Phức hỗn hợp của nhiều aminoaxit với các NTĐH bón cho cây trồng đã làm tăng độ mầu mỡ của đất, tăng sản lượng của cây trồng (lúa mì tăng 11,7%, chè tăng 21,53%).
Trong y học, các viên thuốc chứa lượng rất nhỏ các NTĐH đã được phát hiện và thử nghiệm trên thực tế lâm sàng. Phức của axit aspactic với các NTĐH hóa trị III và kẽm có tính chất làm giảm hàm lượng đường trong máu và nước tiểu. Sự hấp thụ và trao đổi chất của một vài α - aminoaxit có liên quan đến tế bào ung thư của cơ thể [11].
Ngày nay, phức chất của các NTĐH đã trở thành vật liệu chiến lược cho các ngành công nghệ cao như điện - điện tử, hạt nhân, quang học, vũ trụ, vật liệu siêu dẫn, siêu nam châm, xúc tác thủy tinh và gốm sứ kỹ thuật cao, phân bón vi lượng...
Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu phức chất của NTĐH như cụm công trình “Công nghệ đất hiếm phục vụ sản xuất, đời sống và bảo vệ môi trường” của nhóm tác giả thuộc Viện Khoa học vật liệu - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Nhóm tác giả này đưa ra những hướng ứng dụng sau: Sử dụng làm chế phẩm vi lượng ĐH 93 nhằm nâng cao năng xuất cây trồng, sử dụng trong xúc tác lọc khí độc từ lò đốt rác thải, sử dụng chế tạo nam châm trong các máy phát thủy điện cực nhỏ [11].
Đã có nhiều công trình nghiên cứu, làm rõ hoạt tính sinh học phức chất của một số NTĐH với các aminoaxit như: Phức chất của một số NTĐH với L- aspactic có tác dụng ức chế sự nảy mầm của hạt đỗ tương, đỗ xanh [11]. Phức chất chất của một số NTĐH với axit glutamic có tác dụng ức chế
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
sự phát triển chiều cao thân, chiều dài rễ, tăng số cành trên mỗi cây, điều này có tác dụng làm tăng khả năng hút nước, ra hoa và đậu quả ở nồng độ 120 ppm sau 6 tuần tuổi. Khi dùng phức ở nồng độ 120 ppm ngâm tẩm hạt và phun vào thời kì sinh trưởng thì năng suất cây lạc tăng từ 5,64 ÷ 5,72 % [11].
Phức chất H3[La(Trp)3(NO3)3].2H2O có tác dụng ức chế sự phát triển mầm của hạt đỗ xanh. Nồng độ có tác dụng ức chế rõ rệt là 100 ppm. Mức độ ức chế của phức chất lớn hơn ion kim loại (Ln3+) và phối tử (Trp) [10]. Phức chất H3[La(Trp)3(NO3)3].3H2O trong khoảng nồng độ 15÷18 ppm kích thích sự sinh khối, tăng hoạt độ của amilaza của chủng nấm mốc Aspergillyus Niger. Sự kích thích này thể hiện rõ nhất ở nồng độ 60 ppm [14]. Các phức chất La(HPhe)3(NO3)3.3H2O, Eu(HPhe)3(NO3)3.3H2O đều có hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn Sta và vi khuẩn E.coli. Phức chất của La(HPhe)3(NO3)3.3H2O có hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn Sta và vi khuẩn Ecoli tương ứng với nồng độ tối thiểu là 1,25% và 2,5%, phức Eu(HPhe)3(NO3)3.3H2O là 2,5% và 5% [14].
Nhìn chung phức chất của NTĐH với các aminoaxit có biểu hiện hoạt tính sinh học trên nhiều đối tượng khác nhau, có thể gây ra sự ức chế hoặc kích thích một số yếu tố sinh học nào đó. Vì vậy, việc nghiên cứu các phức chất của NTĐH với các aminoaxit để tìm ra những ứng dụng có ích nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao cho con người là một hướng đi đúng đắn. Bên cạnh các thành tựu đạt được trong các lĩnh vực nông nghiệp và y học, người ta lo lắng muốn biết NTĐH có độc hại đối với con người hay không ? Kết quả nghiên cứu của nhiều công trình cho thấy hàm lượng đất hiếm oxit trung bình trong vỏ trái đất và trong trái đất là 0,015-0,02%. Tất cả các cây đều chứa đất hiếm, trung bình 0,003% khối lượng sạch. Hàm lượng NTĐH trong ngũ cốc là 0,1÷ 0,15ppm, trong tro động vật là 0,8%. Đất hiếm tham gia vào chu trình thức ăn sinh học trong tự nhiên.
Cơ thể con người trong điều kiện bình thường hấp thụ khoảng 2mg NTĐH trong mỗi ngày từ thức ăn và nước uống. Phân tích trong cây ngô
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
được xử lý bằng NTĐH cho thấy giữa mẫu nghiên cứu và mẫu so sánh không có sự thay đổi đáng kể về hàm lượng các NTĐH. Việc sử dụng lượng nhỏ các NTĐH làm thức ăn cho gia cầm cho thấy chúng vô hại đối với môi trường và chất lượng thịt, không thấy dấu hiệu của sự tích luỹ đất hiếm trong thịt của cá và gia cầm. Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra việc sử dụng một liều lượng nhất định các NTĐH là an toàn cho người và động vật [11].
Vấn đề nghiên cứu tìm kiếm và tổng hợp các chất có hoạt tính sinh học ít độc, có tác dụng chọn lọc cao đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Tuy nhiên số công trình nghiên cứu về vấn đề này đã công bố còn ít. Vì vậy chúng tôi tiến hành thăm dò hoạt tính của H3[Tm(His)3Cl3].3H2O đã tổng hợp được trên một số đối tượng khác nhau. Đối tượng vi sinh vật khảo sát hoạt tính của phức chất H3[Tm(His)3Cl3].3H2O là vi khuẩn, sự nẩy mầm và phát triển mầm của hạt ngô.
1.5. Một số phƣơng pháp nghiên cứu phức chất
1.5.1. Phương pháp phân tích nhiệt
Đây là phương pháp hóa lý hiện đại để nghiên cứu phức rắn, áp dụng phương pháp này cho ta nhiều thông tin về phức chất.
Cơ sở của phương pháp phân tích nhiệt là: dựa vào các hiệu ứng nhiệt để nghiên cứu những quá trình phát sinh ra khi đun nóng hoặc làm nguội chất. Xây dựng giản đồ biểu thị sự biến đổi tính chất theo thời gian, dựa vào các giản đồ này có thể suy luận được thành phần và nhiều dữ kiện khác của các chất khi xảy ra các hiệu ứng nhiệt. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi tính chất của một chất trong hệ tọa độ: nhiệt độ - thời gian gọi là giản đồ nhiệt. Thông thường giản đồ nhiệt có ba đường:
Đường T chỉ sự biến đổi đơn thuần của mẫu nghiên cứu theo thời gian. Đường này cho biết nhiệt độ xảy ra sự biến hóa.
Đường DTA cũng chỉ ra sự biến đổi của nhiệt độ nhưng so với mẫu chuẩn (đường phân tích nhiệt vi phân). Đường này cho biết hiệu ứng nào là
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
hiệu ứng thu nhiệt, hiệu ứng nào là hiệu ứng tỏa nhiệt. Hiệu ứng thu nhiệt ứng với pic cực tiểu, hiệu ứng tỏa nhiệt ứng với pic cực đại trên đường DTA.
Đường TGA (đường phân tích trọng lượng nhiệt) cho biết biến thiên khối lượng của mẫu nghiên cứu trong quá trình đun nóng. Nhờ đường này có thể suy luận thành phần của phức chất căn cứ vào độ giảm của khối lượng khi xảy ra các hiệu ứng nhiệt.
Dựa vào phương pháp phân tích nhiệt, cho phép chúng ta thu được những dữ kiện về tính chất của phức rắn như:
Độ bền nhiệt của phức và các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền nhiệt.
Xác định được phức có chứa nước hay không chứa nước, đó là nước phối trí hay nước kết tinh. Phức chứa nước thì hiệu ứng mất nước là hiệu ứng thu nhiệt. Nhiệt độ của hiệu ứng mất nước kết tinh thường thấp hơn nhiệt độ của hiệu ứng mất nước phối trí.
Hiện tượng đồng phân hình học, hiện tượng đa hình của phức thường kèm theo hiệu ứng tỏa nhiệt [6]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.5.2. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
Phổ hấp thụ hồng ngoại là phương pháp vật lý hiện đại cho nhiều thông tin quan trọng về thành phần và cấu tạo của phức chất.
Cơ sở của phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại là: chiếu mẫu nghiên cứu bằng bức xạ hồng ngoại có thể làm dịch chuyển mức năng lượng dao động quay của các phân tử. Mỗi nhóm nguyên tử trong phân tử được đặc trưng bằng một số dải hấp thụ nhất định trong phổ hồng ngoại. Do ảnh hưởng của các nhóm khác nhau trong phân tử, các dải hấp thụ thuộc nhóm đang xét sẽ bị dịch chuyển về vị trí hay thay đổi về cường độ. Dựa trên chiều hướng dịch chuyển, mức độ thay đổi vị trí các dải hấp thụ có thể thu được những thông tin quan trọng về cấu tạo của các hợp chất.
Khi phối tử tham gia vào cầu phối trí của phức chất thì phổ hấp thụ hồng ngoại của chúng bị thay đổi, sự thay đổi này có liên quan đến sự thay
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
đổi kiểu liên kết giữa ion kim loại và phối tử. Để phát hiện kiểu thay đổi đó, người ta so sánh phổ hấp thụ hồng ngoại của những hợp chất chứa phối tử mà các dạng liên kết trong những hợp chất này đã được xác định rõ. Việc nghiên cứu phức chất bằng phương pháp này còn cho biết kiểu liên kết trong phức chất.
Việc gán ghép các dải hấp thụ được thực hiện trên cơ sở tính toán các dao động chuẩn (đối xứng hoặc bất đối xứng) của các nhóm nguyên tử. Để nhận biết các nhóm nguyên tử hoặc các nhóm đặc trưng trong phân tử hợp chất nghiên cứu, tra bảng các tần số đặc trưng trong tài liệu tra cứu.
Việc phân tích phổ hồng ngoại của các phức aminoaxit với kim loại không phải dễ dàng. Bởi sự hấp thụ của nhóm amin bị xen phủ bởi sự hấp thụ của nhóm nước kết tinh, còn tần số dao động của nhóm - COO-
thì không những chịu ảnh hưởng của sự tạo phức mà còn chịu ảnh hưởng của liên kết hiđro giữa nhóm -C=O với nhóm -NH2 của phân tử khác. Mặt khác tần số dao động bất đối xứng của nhóm - COO-
và tần số dao động biến dạng của nhóm NH2 trong phức của aminoaxit cùng nằm trong vùng gần 1600 cm-1 càng làm khó khăn cho việc qui gán các tần số hấp thụ. Do đó việc gán các dải hấp thụ cho các dao động xác định nhiều khi không thống nhất [6].
1.5.3. Phương pháp đo độ dẫn điện
Đây cũng là phương pháp thuận tiện, được áp dụng rộng rãi để nghiên cứu phức chất. Nguyên tắc của phương pháp là: xác lập một số trị số trung bình mà độ dẫn điện mol (μ) hoặc độ dẫn điện đương lượng (λ) của dung dịch phức chất dao động xung quanh chúng. Các giá trị này sẽ đặc trưng cho tính chất điện li của các phân tử phức chất trong dung dịch.
Khi nghiên cứu phức chất bằng phương pháp này, trước tiên ta xác định độ dẫn điện riêng χ của dung dịch cần nghiên cứu ở một nhiệt độ nhất định, từ đó ta tính được độ dẫn điện mol phân tử μ hoặc độ dẫn điện đương lượng λ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Đo độ dẫn điện mol là độ dẫn điện của dung dịch chứa một mol hợp chất phức chất, đặt giữa hai điện cực song song cách nhau 1 cm. Còn gọi là độ dẫn điện mol phân tử và được tính theo công thức:
= .1000
M C
(Ω-1.cm2.mol-1 ) Độ dẫn điện đương lượng λ (Ω-1
.cm2. đlg-1) tính theo công thức: λ = .1000 N C (Ω-1.cm2. đlg-1 ) Trong đó:
: độ dẫn điện riêng của dung dịch (Ω-1.cm-1) CM : nồng độ mol/l của dung dịch (M)
CN: nồng độ đương lượng của dung dịch (N)
Nhờ phép đo độ dẫn điện dung dịch có thể tìm được số lượng ion mà phức chất phân li ra, từ đó giới hạn số lượng công thức giả định khi nghiên cứu cấu trúc của một phức chất mới.
Khi áp dụng các định luật đặc trưng của chất điện li mạnh thông thường cho phức chất có sự tương ứng gần đúng là cùng nồng độ dung dịch 10-3mol/l ở 250C những phức chất phân li thành hai ion trong dung dịch sẽ có độ dẫn điện mol gần 100 (Ω-1
.cm2.mol-1), những phức chất phân li thành 3, 4 và 5 ion sẽ có độ dẫn điện mol khoảng 250, 400 và 500 (Ω-1
.cm2.mol-1). Đối với phức chất có bản chất trung hoà điện thì độ dẫn điện rất bé [6].
Độ dẫn điện của dung dịch phức chất phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Bản chất của ion trung tâm
Bản chất của phối tử
Cấu tạo của ion phức (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dung lượng phối trí của các phối tử
Các phức chất mà phân tử của chúng có các vòng 5 hoặc 6 cạnh đều rất bền. Vì vậy độ dẫn điện của dung dịch của chúng thực tế không thay đổi theo thời gian và nhỏ hơn độ dẫn điện của dung dịch phức chất không vòng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Dựa theo kết quả đo độ dẫn điện ở một chừng mực nào đấy có thể suy đoán về độ bền tương đối của các phức chất có cùng kiểu cấu tạo với nhau. Đối với các phức chất có cùng kiểu cấu tạo thì dung dịch của phức chất nào có độ dẫn điện lớn hơn sẽ kém bền hơn [6].
1.6. Đối tƣợng thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất
1.6.1. Giới thiệu về vi khuẩn Salmonella, vi khuẩn Shigella, vi khuẩn Escherichia coli và vi khuẩn Staphylococcus aureus
Vi khuẩn (bacterium, bacteria) đôi khi còn được gọi là vi trùng, nó thuộc loại ký sinh trùng. Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ và thường có cấu trúc tế bào đơn giản không có nhân, bộ khung tế bào và các bào quan như ty thể và lục lạp.
Salmonella là loại trực khuẩn gram âm (hình 1.1), có lông, có sức đề kháng tốt ở ngoại cảnh. Trong đất sống được vài tháng, trong nước sống được vài tuần, trong thực phẩm đông lạnh được 2 - 3 tháng và sống cả ở những thực phẩm có nồng độ muối cao, ở 1000oC phải hơn 5 phút mới diệt được.
Shigella là trực khuẩn gram âm (hình 1.2), không di động. Đây là giống vi khuẩn có tế bào chủ đặc biệt, chúng chỉ thích nghi và phát triển trong tế bào chủ là người và các loài linh trưởng. Chúng có thể tồn tại 6 tháng trong môi trường nước.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Vi khuẩn có thể có ích hoặc có hại cho môi trường, động vật, cả con người. Vai trò của vi khuẩn trong gây bệnh và truyền bệnh rất quan trọng. Một số là tác nhân gây bệnh (pathogen) và gây ra bệnh uốn ván (tetanus), sốt thương hàn (typhoid fever), giang mai (syphilis), tả (cholera), bệnh lây qua thực phẩm (foodborne illness) và lao (tuberculosis). Ở thực vật, vi khuẩn gây mụn lá, và héo cây. Các hình thức lây nhiễm gồm qua tiếp xúc, không khí, thực phẩm, nước và côn trùng.
Salmonella xâm nhập cơ thể qua đường miệng và hầu hết là do ăn phải thức ăn bị nhiễm như thực phẩm, sữa, nước uống. Nhiễm Salmonella có thể