Thế zeta củ
a hiện tượng điện di. Các hạt của hệ keo được pha lỗng trong dun độ th ợp và phân tán bằng siêu âm trước khi đ
x1000 300 x 300 x U x . 4.πη ε ξ= U = Trong đĩ :
ξ là thế Zeta (mV), η là độ nhớt mơi trường và ε là hằng số điện mơi.
v
: độ di chuyển của hạt trong điện trường
g cách giữa hai điện cực (cm)
L V/
+ v là tốc độ chuyển động của hạt (cm/giây) + V là điện thế của hệ đo (V)
Tốc độ chuyển động của hạt (v) trong điện trường được xác định nhờ thiết bị kính
2.3.7
ra sự va chạm với chất khí argon và chất phân tích. Lúc đĩ, nhiệt
ử. Khi mẫu được làm lạnh đến gần 6000-7000K, chúng trở về trạng thái cơ bản phát ra hát xạ nguyên tử IC
(ICP-O
cĩ hàm lượng bạc khác nhau được xác định trên máy đo phổ g plasma Perkin Elmer, optima 5300DV [2, 33].
2.3.8
guyên tắc: Khi chiếu xạ bạc trong lị phản
siêu vi được kết hợp cùng hệ đo.
+ Tiến hành thí nghiệm:
Bơm 10ml dung dịch keo bạc nano được pha lỗng đến nồng độ và pH khác nhau (pH 2-11) vào máy Zeta Phoremeter IV, CAD Instrumentation, vận hành ở điện thế 0-255V.
. Xác định hàm lượng bạc tổng số:
Hàm lượng bạc tổng số của keo bạc nano xác định bằng phương pháp ICP- AES, cơ sở phương pháp như sau:
Sự phĩng điện của điện áp cao trong luồng khí argon tạo ra plasma. Plasma cĩ thể tạo ra bằng sự phĩng điện hồ quang hoặc bằng sự nung nĩng cảm ứng trong đèn cảm ứng tổ hợp plasma (ICP).
Plasma cảm ứng được đưa vào trường điện từ cao tần, nĩ sẽ làm tăng tốc các ion và các electron gây
độ sẽ tăng lên gần 10.000K, mẫu được đưa vào vùng từ trường với tốc độ cao và được nung nĩng sẽ chuyển các nguyên tố hoặc ion phân tích thành nguyên t các vạch phổ đặc trưng của chúng. Kỹ thuật này được gọi là đo phổ p
P (ICP-AES = ICP Atomic Emission Spectrometry), cĩ khi cịn được gọi là phép đo phổ phát xạ quang học ICP ES = ICP-Optical Emission Spectrometry) [2, 12].
Keo bạc nano phát xạ nguyên tử cảm ứn
Phân tích lượng Ag+ vết bằng phương pháp kích hoạt nơtron
Phương pháp kích hoạt nơtron dựa trên n
cĩ chu kỳ bán rã T1/2 = 2,4 phút và cĩ thể sử dụng để phân tích hàm lượng bạc với lượng vết [10, 11].
+ Tiến hành thí nghiệm:
- Keo bạc nano được keo tụ bằng axeton, lọc bỏ kết tủa chứa bạc nano/polime, nước lọc đem phân tích xác định Ag+
ịch phân tích, tẩm lên giấy bọc khơng tàn sấy khơ, bỏ vào túi PE sạch, hàn kín túi mẫu. Pha mẫu chuẩn dung dịch AgNO3 nồng độ 1mg/ml. Lấy
10ml , hàn kín túi mẫu.
Chiếu xạ mẫu chuẩn và mẫu phân tích, thời gian 10giờ tại lị phản ứng hạt nhân Đà Lạt, cơng suất 50kW, thơng lượ tron 2,3x1012 n/cm2.giây. Để nguội mẫu rồi đo hoạt độ phĩng xạ của mẫu phân tích và mẫu chuẩn trên hệ đo gamma đa kênh sử dụng detector Ge inh khiết HPGe nối với bộ phận máy tính ghi kết quả. Lấy số ghi tại
+ Tính
K
- Lấy 1 ml dung d
mẫu chuẩn tẩm lên giấy lọc sấy khơ, bỏ vào túi PE sạch ng nơ
siêu t
đỉnh hoạt độ phĩng xạ.
kết quả:
ết quả tính theo phương pháp tương đối (so sánh chuẩn): Cx = n Mx As Cs Ax Ms . . . eλ (Tx-Ts) Trong đĩ:
Cx, Cs là hàm lượng của đồng vị cần xác định trong mẫu phân tích và mẫu
thời gian nguội của mẫu phân tích và mẫu chuẩn. chuẩn .
Mx, Ms là lượng cân mẫu phân tích và mẫu chuẩn.
Ax, As là số ghi tại đỉnh hoạt độ phĩng xạ cĩ trong mẫu cần phân tích và mẫu chuẩn.
Tx, Ts là
2.3.9 Xác định hàm lượng nitrat theo TCVN 4562-88
y cản trở việc xác định nitra với nhơm hydroxit, loại bỏ clorua bằng cách
ạc sunfat [14].
+ Cách ti
Lấy 10ml dung dịch thử, thêm vào 1ml dung dịch natri salixylat đậm đặc, tinh khơ, để nguội, thêm vào 1ml axít
bình định mức 50ml, thêm 7ml dung dịch NaOH 10N, thêm nước cất đến vạch mức, lắc nhẹ và đem so màu trên máy trắc quang.
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: nitrat phản ứng với natri salixylat trong mơi trường axít cho một phức cĩ màu vàng của muối axít nitrosalixylic, dung dịch so màu trên máy trắc quang, hàm lượng nitrat được tính tốn bằng cách so sánh với đường chuẩn.
Những chất hữu cơ ở dạng keo và cĩ màu mẫu thử gâ t được loại bỏ bằng cách keo tụ
cho kết tủa với b
ến hành:
khiết, cho hỗn hợp vào bát sứ đun cách thủy đến cạn
sunfuric 98%, để trong 10 phút. Cặn trong chén sứ pha lỗng bằng nước cất, chuyển vào
Làm song song một mẫu trắng.
+ Tính kết quả: Hàm lượng nitrat (mg/l) = .1000 (ml) tích đem phân dịch dung nước tích Thể (mg) chuẩn đường theo nitrat lượng Hàm
2.3.10 Xác định hàm lượng axetand y HO)
đầu tiên chuyển thành dạng hơi, sau đĩ chuyển thành ion bằng chùm electron cĩ năng lượng cao (50-60 kV). Các ion tạo thành đượ đưa vào
trong b ết
t, phâ
Phép phân tích định lượng dựa theo phương trình :
eh t (CH3C
Hàm lượng axetandehyt được xác định bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC-MS).
Các chất nghiên cứu
c ộ phận phân tích của khối phổ kế. Phương pháp khối phổ dùng để nhận bi chấ n tích cấu trúc phân tử, định lượng các chất.
IMS = K.C
Trong đĩ: IMS là cường độ phổ MS, C là nồng độ chất nghiên cứu, K là hệ số tỉ lệ ph
ượng axetandehyt sinh ra trong quá trình khử Ag+ thành Ag được xác định bằng bức xạ trên máy GC-MS, Aligent Technologies-5973, chạy trên c
t đến khoảng 450C, nồng độ keo bạc được tính dựa trên nồng độ ion bạc ban đầu, cấy 1ml dung d ẩn S.aureus và E.Coli sau khi hoạt hĩa (đạt ~107CFU/ml) và
dung d đổ 15ml
mơi tr ưỡng đối chứng
(mơi tr
Hiệu quả diệt khuẩn, (%) = (N0 - Nt) 100/N0 Trong đĩ:
- Hiệu lực trừ nấm C. salmonicolor của keo bạc nano được xác định theo
hương pháp gây độc mơi trường dinh dưỡng MEA (malt extract agar) [62]. Nuơi ụ thuộc vào chất phân tích và đã được xác định bằng thực nghiệm [2].
+ Tiến hành thí nghiệm:
Keo bạc nano, hàm l 0
ột HP5MS với dung mơi C2H5OH.
2.3.11 Khảo sát hiệu quả diệt vi khuẩn Staphylococcus aureus, E.Coli và hiệu lực kháng nấm Corticium salmonicolor của keo bạc nano:
Hiệu quả diệt vi khuẩn S. aureus và E.Coli của keo bạc nano được thực hiện theo phương pháp gây độc mơi trường nuơi cấy và đếm số khuẩn lạc (CFU/ml) [31, 80, 95]:
+ Tiến hành thí nghiệm:
Trộn keo bạc nano vào mơi trường LB agar sau khi hấp vơ trùng và hạ nhiệ ịch vi khu
ịch vi khuẩn pha lỗng bậc 10 trong nước muối sinh lý vào đĩa petri, ường dinh dưỡng cĩ chứa bạc nano hoặc mơi trường dinh d
ường LB agar hoặc LB agar - dung dịch chitosan) vào đĩa petri đã cấy vi khuẩn, lắc đều 30 giây, để đơng đĩa thạch, nuơi cấy ở 370C sau 48 giờ, đếm số lượng khuẩn lạc (CFU/ml) và xác định hiệu quả diệt khuẩn (%):
η ×
N0 là số khuẩn lạc đếm được của mẫu đối chứng (khơng cĩ bạc nano). Nt là số khuẩn lạc đếm được của mẫu khảo sát (cĩ bạc nano).
cấy nấm ở 270C, đo đường kính khuẩn lạc (d, cm) để đánh giá hiệu lực kháng nấm (% ức chế) và xác định nồng độ gây ức chế 50% (ED50 - effective dose 50).
2.3.12. Khảo sát hiệu lực diệt nấm bệnh trên cây trồng:
- Keo bạc nano/CTS tan trong nước được thử nghiệm trực tiếp trên ruộng lúa, lơ đối chứng khơng phun thuốc và các thuốc hố học khác. Thí nghiệm được thực hiện trên diện rộng, diện tích 1 ơ 200m2, thí nghiệm khơng lặp lại [7, 12].
Chương 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BẠC NANO BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỨC XẠ SỬ DỤNG POLYVINYL ANCOL VÀ POLYVINYL
PYROLIDON LÀM CHẤT ỔN ĐỊNH
Keo bạc nano chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ cĩ một số thơng số đặc trưng cơ bản như sau:
- Mật độ quang (E) và bước sĩng hấp thụ cực đại (λmax) trong phổ UV-vis dùng để xác định liều xạ bão hịa (Dbh), loại keo và phán đốn kích thước hạt.
- Liều xạ bão hồ là liều tại thời điểm phản ứng chuyển hố hồn tồn Ag+ thành Ag0.
- Kích thước hạt trung bình (dtb), phân bố kích thước hạt và độ bền keo bạc. Các yếu tốảnh hưởng tới những thơng số trên bao gồm: nồng độ Ag+ ban đầu, nồng độ-loại-KLPT polyme ổn định, nồng độ-loại chất bắt gốc tự do, suất liều bức xạ, pH dung dịch và một số các yếu tố khác.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố trên tới các thơng sốđặc trưng keo bạc nano trong chương này gồm các phần sau:
3.1 Phổ hấp thụ UV-vis của dung dịch ion bạc và polyme ổn định trước khi ion bạc và polyme ổn định trước khi chiếu xạ. 200 500 800 0.0 0.5 1.0 Bước sĩng, nm C ườ ng độ h ấ p th ụ , E a c b d e a) PVA 2(g/100ml)
b) PVA 2(g/100ml)/Etanol 10(ml/100ml)/Ag+ 10mM c) Ag+ 10mM
d) PVP-K90 2(g/100ml)
e)PVP-K902(g/100ml)/Etanol10(ml/100ml)/Ag+ 10mM
Hình 3.1: Phổ hấp thụ UV-vis của các dung dịch trước chiếu xạ.
Kết quả đo phổ UV-vis của các mẫu dung dịch trước chiếu xạ trình bày trên hình 3.1, cho thấy dung dịch PVA, PVP tinh khiết và PVA/Ag+- 0,1mM khơng hấp thụ ánh sáng trong dải bước sĩng 300 - 800nm. Dung dịch PVP/Ag+- 0,1mM cĩ đỉnh hấp thụ yếu tại 320nm (đường e). Kết quả này phù hợp với số
liệu của Zhang [96] và Temgire [85]. Dung dịch bạc nitrat cĩ đỉnh hấp thụ UV-vis tại 300nm (đường c), cũng phù hợp với kết quả của Shrivastava [76].
Nhiều số liệu trong các cơng trình nghiên cứu [22, 25, 39, 51, 53, 54, 68] về
bạc nano cho thấy, đỉnh hấp thụ UV-vis đặc trưng của bạc nano nằm trong vùng bước sĩng 390 - 440nm phụ thuộc vào kích thước hạt. Như vậy, kết quả trên hình 3.1 chứng tỏ, các mẫu dung dịch ion bạc trước chiếu xạ khơng chứa bạc kim loại ở
dạng nano. Hơn nữa, quá trình khử ion bạc thành bạc nguyên tử cịn quan sát được theo sự thay đổi màu của dung dịch. Trước khi khử, dung dịch ion bạc trong suốt, sau khi khử tạo bạc nguyên tử kim loại, dung dịch cĩ màu vàng nhạt đến nâu đỏ đậm [75].
3.2 Nghiên cứu sử dụng polyvinyl ancol (PVA) làm chất ổn định keo bạc nano.
3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ PVA đến các thơng sốđặc trưng của keo bạc nano.
.100% (100ml) dịch dung tích Thể (g) tan chất lượng Khối : (w/v) PVA độ Nồng .100% dịch dung tích Thể tan chất tích Thể : (v/v) etanol độ Nồng
Phổ UV-vis của keo bạc nano/PVA và mối tương quan giữa mật độ quang E, bước sĩng hấp thụ cực đại λmax vào nồng độ PVA; E phụ thuộc vào liều xạ và nồng
độ PVA như sau:
Hình 3.2:(A) : Phổ UV-vis của keo bạc nano (Ag 20mM/ PVA 2%) theo liều xạ khác nhau; (B): Sự phụ thuộc của mật độ quang (E) theo liều xạ của keo bạc
0 6 12 18 24 30 36 0 1 2 3 4 5 Nồng độ PVA, % dtb , n m Hình 3.3: Sự phụ thuộc kích thước hạt bạc trung bình (dtb)theo nồng độ PVA
(nồng độ Ag 20mM).
Hình 3.2 cho thấy, mật độ quang trong phổ UV-vis của các mẫu keo bạc nano tăng theo liều xạ và cùng đạt giá trị bão
hồ tại 16 kGy. Theo các tác giả, đĩ là liều xạ bão hịa (Dbh) được xác định dựa trên cường độ hấp thụ UV-vis của keo bạc nano [68, 81]. Đối với bức xạ
gamma, theo tính tốn lý thuyết thì hiệu suất khử bức xạ của quá trình khử
Ag+ thành Ag0 là G = 6×10-7mol/J, tương đương với 1kGy đủđể khử hồn tồn 5,7×10-4M Ag+. Remita [71] cũng
đã xác định Dbh của hệ keo bạc nano
10mM trong dung dịch axit linoleic là 16,67 kGy.
Tuy nhiên, trong thực tế gía trị Dbh thường khác biệt so với lý thuyết [25, 71, 72] do hiệu suất khử bức xạđối với dung dịch Ag+ phụ thuộc đáng kể vào suất liều hấp thụ, thành phần chất bắt gốc tự do, chất ổn định...
Hình 3.2 cho thấy, E tăng và bước sĩng hấp thụ cực đại λmax, giảm theo sự
tăng nồng độ PVA từ 0,5% đến 2% và khơng thay đổi đáng kể khi tăng nồng độ
PVA từ 2% lên 4%. Theo kết quả của Jiang [47], Grijalva [39], Zhang [96], Yu [95], khi keo bạc nano cĩ E tăng và λmax dịch chuyển về phía bước sĩng hấp thụ
ngắn hơn, tương ứng với hạt bạc cĩ kích thước nhỏ hơn. Điều này cũng phù hợp với kết quả nhận được trên bảng 1, hình 3 (Phụ lục1). Khi tăng nồng độ PVA từ 0,5%
đến 2% thì dtb giảm tương ứng từ 34,2 nm xuống cịn 10,7 nm. Khi tăng nồng độ
PVA từ 2% lên 4% thì dtb khơng thay đổi đáng kể. Vì vậy, nồng độ PVA 2% là thích hợp cho việc ổn định keo bạc nano.
Hiệu ứng ảnh hưởng của nồng độ PVA đến kích thước hạt bạc đã được đề cập trong cơng trình của Chou [33] khi khử bạc nitrat bằng focmandehyt trong PVA cĩ KLPT 31.000-50.000Da. Theo tác giả, tỉ lệ khối lượng thích hợp của PVA/Ag là
3,37, nhỏ hơn tỉ lệ khối lượng của kết quả này là 3 lần. Cĩ sự khác biệt là do nồng
độ AgNO3 của Chou sử dụng thấp hơn (5mM so với 20mM), mơi trường và tác nhân phản ứng khác nhau giữa hai phương pháp hĩa học và bức xạ. Mặt khác, các giá trị biên của hàm mục tiêu cũng khác nhau nhưđiều kiện phản ứng trong phương pháp khử hĩa học là cĩ khuấy trộn, cịn phương pháp bức xạ thì khơng cĩ nên nhận
được kết quả khác nhau.
Dưới đây là ảnh TEM và phân bố kích thước hạt ở một số nồng độ PVA khác nhau :
PVA 0,5 %/Ag - 20mM
PVA 2%/Ag - 20mM
PVA 4%/Ag - 20mM
Hình 3.4: Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano theo nồng
độ PVA khác nhau (mẫu Ag 20mM).
Quan sát ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt bạc (hình 3.4, hình 3 phụ lục 1) thấy rằng, hạt bạc nano thu được cĩ dạng gần như là hình cầu và phân bố
kích thước theo kiểu Gauss. Từ các kết quả trên cĩ thể kết luận nồng độ PVA ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất quang học, kích thước của hạt bạc được chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma. Nồng độ 2% được lựa chọn cho các khảo sát tiếp theo.
3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ ion bạc đến các thơng số đặc trưng của keo bạc nano /PVA.
Nội dung nghiên cứu của mục này gồm: Phổ UV-vis của keo bạc ở nồng độ
bạc khác nhau (hình 3.5), mối tương quan giữa E vào liều xạ (hình 3.6 ), Dbh và dtb phụ thuộc vào nồng độ ion bạc ban đầu (hình 3.7 và hình 3.8).
- 1 mM - 5 mM - 10 mM - 20 mM - 30 mM - 50 mM 320 0.0 1.4 C ườ ng độ h ấ p t h ụ , E 0.7 500 410 Bước sĩng, nm
Hình 3.5: Phổ UV-vis tại Dbh của keo bạc nano với nồng độ bạc khác nhau.
y = - 0.0041x2 + 0.8674x + 3.2262 R2 = 0.9799 Dbh , kGy 60 50 30 40 [Ag+], mM 20 10 0 40 32 24 16 8 0
Hình 3.7: Sự phụ thuộc giữa Dbh vào nồng độ ion bạc ban đầu.
y = 0.0016x2 + 0.136x + 7,068 R2 = 0.9736 dtb , nm 60 50 0 10 20 30 40 [Ag+], mM 20 16 12 8 4 0
Hình 3.8: Sự phụ thuộc giữa dtb của hạt bạc nano theo nồng độ ion bạc ban đầu.
Phổ UV-vis của các dung dịch keo bạc nano cĩ cùng nồng độ bạc (0,1mM) cho thấy: E giảm và λmax gia tăng khi tăng nồng độ ion bạc ban đầu. Dbh tăng khi nồng độ Ag+ tăng từ 1 đến 50mM (hình 3.7, bảng 2-phụ lục 1), cĩ giá trị từ 4- 48kGy và phụ thuộc vào phương trình hồi quy thực nghiệm bậc hai:
Dbh (kGy) = - 0,0041[Ag+]2 + 0,8674[Ag+] + 3,2262 (R2 = 0,9799)
Giá trị dtb tăng theo sự tăng nồng độ ion bạc ban đầu (hình 3.8) trong khoảng 9-19nm, phụ thuộc theo phương trình hồi quy thực nghiệm bậc hai:
Trong đĩ R là hệ số tương quan giữa hàm số và biến số
Việc tìm phương trình hồi quy để tính Dbh và dtb khi thay đổi biến số nồng độ