- Phương pháp nghiên cứu: Chiếu xạ chitosan ở trạng thái khô, sử dụng tia gamma từ nguồn 60
Co có tổng hoạt độ phóng xạ khoảng 70kCi (2012), tại trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam. Liều hấp thụ được xác định theo phương pháp chuẩn tại Trung tâm.
- Thiết bị sử dụng: Thiết bị chiếu xạ bán công nghiệp RPP150 của Nga tại trung tâm Chiếu xạ Hà Nội thuộc Viện NLNTVN.
50
Hình 2.5: Bảng nguồn
Liều kế có thể được phân thành 2 loại: liều kế cấp I và liều kế cấp II. Liều kế cấp I sử dụng một phép đo mức độ ion hóa sinh ra trong chất khí. Liều kế cấp II là những liều kế phải sử dụng hệ liều kế cấp I để chuẩn liều. Việc lựa chọn liều kế để chiếu xạ trong thực tiễn phụ thuộc vào nhiều nhân tố, gồm bản chất của bức xạ và khoảng liều áp dụng. Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội hiện sử dụng liều kế Fricke làm liều kế chuẩn chính, liều kế ECB làm liều kế so sánh. Đây cũng là loại liều kế thường quy và được dùng để xác định liều hấp thụ của phần lớn các loại hàng hóa chiếu xạ do dải liều áp dụng rộng từ 1-100 kGy. Ngoài ra, một số liều kế khác có thể được sử dụng làm liều kế cá nhân, liều kế chỉ thị…
Việc sản xuất liều kế đòi hỏi sử dụng các hóa chất có độ tinh khiết cao, trong trường hợp liều kế ECB, các hóa chất gồm chlorobenzen (CB), acetone, benzene, ethanol 99,8%, được cung cấp từ hãng Merck, và nước cất 2 lần được sử dụng. Liều kế ECB được chuẩn bị như sau: đầu tiên chuẩn bị dung dịch ethanol 96% bằng cách thêm lượng ethanol chính xác vào bình tam giác chứa nước cất 2 lần theo tỷ lệ thích hợp. Dung dịch này được bổ sung vào bình tam giác chứa một lượng CB nhất định để chuẩn bị dung dịch liều kế. Dung dịch ECB được bảo quản trong tối và rót đầy vào am-pun thủy tinh sạch dung tích 2,5ml. Sục khí nitơ sạch vào dung dịch khoảng 1 phút với tốc độ 1 bọt khí mỗi giây qua ống mao quản 1 mm để loại bỏ oxy, hàn kín và bảo quản trong tối trước khi sử dụng.
Trong nghiên cứu này, liều kế ECB được dùng để xác định chính xác liều hấp phụ dựa trên quá trình phân ly axit hydrochloric (HCl) trong các dung dịch ethanol chứa chlorobenzene gây ra do bức xạ ion hóa. Khoảng liều hiệu dụng của ECB có thể đạt từ 10 Gy đến 2 MGy, trong thực tế áp dụng tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, liều kế ECB được sử dụng để đo liều trong khoảng 1-100kGy. Sau khi sản xuất, liều kế ECB được chuẩn bằng liều kế Fricke.
* Vật liệu và hóa chất
Trong nghiên cứu này đã sử dung 03 loại chitosan nguyên liệu, được ký hiệu là CTS01, CTS02, và CTS03, có các đặc tính kỹ thuật đã được nêu trong bảng 2.2.
Axit axetic 100% (loại glacial), ethanol (99,5%) được mua từ công ty hóa chất DeaJung (Gyonggi, Hàn Quốc). Các hóa chất tinh khiết dùng sản xuất liều kế ECB (ethanol chlorobenzene) gồm chlorobenzene (CB), acetone, benzen, ethanol 99,8% và một số hóa chất phân tích khác như kali bromua, natri acetat và amonium acetat được mua từ hãng Merck (Đức). Việc sản xuất liều kế được thực hiện theo chuẩn ASTM E 1538-99 tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội.
51
a) Chuẩn bị mẫu và chiếu xạ
Chitosan được nghiền nhỏ thành hạt mịn, đóng thành các túi mẫu PE có kích thước 10102.5 cm (dài, rộng, dày), mỗi túi chứa 200 gam chitosan, hàn kín bằng máy ép nhiệt. Mỗi mẫu chitosan được gắn kèm các liều kế ECB tại những vị trí quy định và đánh dấu theo liều chiếu xạ dự kiến. Các túi mẫu chitosan được đặt vào những vị trí có suất liều giống nhau trong buồng chiếu xạ thuộc trung tâm Chiếu xạ Hà Nội. Quá trình chiếu xạ được thực hiện trong môi trường không khí ở nhiệt độ phòng, thời gian chiếu được tính toán sao cho mẫu chiếu đạt được liều hấp thụ dự kiến từ 25 đến 500kGy. Sau khi chiếu xạ, liều kế được tách ra, bảo quản trong tối khoảng 10 giờ để đạt cân bằng và liều hấp thụ là giá trị liều trung bình xác định được từ các liều kế gắn kèm được xác định bằng máy đo độ dẫn cao tần Oscillotitrator, OK-302 của Hungary.
* Xác định đặc tính của mẫu chitosan
Hai đặc tính quan trọng liên quan đến khả năng ứng dụng của chitosan là khối lượng phân tử (MW) và mức độ deacetyl hóa (DD).
* Khối lượng phân tử của chitosan được xác định bằng phương pháp đo độ nhớt
Trong nghiên cứu này, phương pháp đo độ nhớt được sử dụng để xác định khối lượng phân tử trung bình nhớt của mỗi loại chitosan thu được.
Đầu tiên, chitosan được hòa tan trong hỗn hợp dung môi gồm axit axetic (CH3COOH 0,5 M) và sodium axetat (CH3COONa 0.2 M) thành các dung dịch có nồng độ từ thấp đến cao (0,05; 0,1; 0,2; 0,5%).
Thời gian chảy của các dung dịch chitosan (t) vừa đạt được và dung môi (to) trong mao quản của nhớt kế Ubbelodhe (Canon, Nhật Bản) được ghi lại ở nhiệt độ 25C ± 0,2oC và độ chính xác đến 1% giây.
Tất cả các phép đo đều được lặp lại tối thiếu 03 lần và kết quả là giá trị trung bình cộng của các lần đo.
Độ nhớt giới hạn của các dung dịch chitosan được vẽ theo nồng độ dung dịch và ngoại suy đến giá trị nồng độ bằng không để xác định độ nhớt thực [] của mẫu chitosan. Từ đó, khối lượng phân tử trung bình nhớt của nó được tính toán theo phương trình Mark - Howink [2, 57]:
[η] = k.Mα (2.1) Trong đó:
M: Khối lượng phân tử trung bình η: Độ nhớt thực
Các hệ số k và α là hằng số phụ thuộc bản chất của polyme, hệ dung môi và điều kiện thực nghiệm. Trong trường hợp này k và α tương ứng bằng 3.5 10-4 và 0.76.
* Mức độ deacetyl hóa của chitosan được xác định bằng phương pháp phân tích phổ FTIR Phương pháp phân tích phổ FTIR được sử dụng để chụp phổ hồng ngoại của các mẫu chitosan trước và sau xử lý chiếu xạ. Dựa trên các biểu đồ nhận được của các mẫu chitosan để đánh giá sự có mặt của nhóm chức từ đó có thể tính toán được mức độ DD của các mẫu chitosan. Trong nghiên cứu này, các mẫu chitosan khác nhau được sấy khô, nghiền nhỏ và được trộn đều cùng với KBr ép thành viên mỏng rồi được đo quang phổ FTIR. Phương pháp này được thực hiện trên thiết bị Thyrmo Nicolet 6700 - Mỹ (hình 2.6) tại phòng thí
52
nghiệm công nghệ lọc hóa dầu và vật liệu xúc tác - Phòng nghiên cứu công nghệ hóa dầu C4-312 trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Hình 2.6: Thiết bị chụp phổ hồng ngoại Nicolet 6700
Mức độ deacetyl hóa của mẫu được tính theo công thức 2.2 [1, 80, 85]:
(2.2) Trong đó:
S1650 và S3450 là diện tích các đỉnh phổ tại bước sóng 1655 và 3450cm-1 đặc trưng cho các nhóm chức –OH và –COCH3 trong phân tử chitosan,
Và a là hệ số thực nghiệm. Hệ số thực nghiệm này phụ thuộc vào loại thiết bị phân tích và phương pháp áp dụng. Trong nghiên cứu này, hệ số thực nghiệm được tính bằng 115.