TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HẠT NANO AU TỔNG HỢP XANH TỪ DỊCH CHIẾT LA HÁN QUẢ LÀM CẢM BIẾN SINH HỌC ĐỊNH LƯỢNG CATION Pb(II) VÀ X.
Giới thiệu về công nghệ nano
Khái niệm về công nghệ nano
Công nghệ nano là lĩnh vực công nghệ hiện đại có phạm vi ứng dụng rất rộng trong phân tích, chế tạo và thiết kế hệ thống cùng với thiết bị Nó cũng đóng góp quan trọng cho khoa học bề mặt, hoá học hữu cơ, sinh học phân tử, vật lý bán dẫn và lưu trữ năng lượng Việc điều khiển kích thước và hình dạng ở quy mô nano (nm, 1 nm = 10^-9 m) cho phép vật liệu nano có những tính năng đặc biệt mà khó tìm thấy ở các loại vật liệu truyền thống, nhờ diện tích bề mặt tăng lên đáng kể khi ở kích thước nano.
Vật liệu nano
Vật liệu nano được phân loại dựa trên hai yếu tố chính: trạng thái tồn tại của vật liệu ở kích thước nano và trạng thái hình dáng của vật liệu (dạng hình học và cấu trúc bề mặt) Trạng thái tồn tại cho biết vật liệu tồn tại ở dạng nào khi ở quy mô nano, trong khi trạng thái hình dáng mô tả hình học, kích thước và sự sắp xếp của các lớp, mặt và tổ chức bên trong vật liệu Việc kết hợp hai tiêu chí này giúp dự báo tính chất vật lý–hóa học và định hình các ứng dụng của vật liệu nano trong điện tử, y sinh và công nghệ vật liệu, đồng thời hỗ trợ thiết kế và tối ưu hóa hiệu suất của chúng.
Vật liệu tồn tại ở ba trạng thái cơ bản: rắn, lỏng và khí Trong lĩnh vực công nghệ vật liệu, trạng thái nano ở dạng rắn được sử dụng phổ biến và là lĩnh vực nghiên cứu nhiều nhất, đặc biệt trong ngành vật liệu nano [14].
Vật liệu nano được định nghĩa là vật liệu có ít nhất một chiều ở kích thước nano (khoảng 1–100 nm) Người ta phân loại chúng dựa vào số chiều không gian bị giới hạn bởi kích thước nano: nếu chỉ có một chiều ở kích thước nano thì được gọi là vật liệu nano 1D với các ví dụ tiêu biểu như nanorods, nanowires và nanotubes; nếu hai chiều ở kích thước nano thì là vật liệu nano 2D như graphene và các nanosheets; nếu cả ba chiều đều ở kích thước nano thì thuộc nhóm vật liệu nano 0D như nanoparticles hay quantum dots.
Hình 1.1 So sánh kích thước các vật
Vật liệu nano không chiều được hiểu là cả ba chiều điều có kích thước nano [14]
Ví dụ: đám nano, hạt nano
Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó có một chiều ở kích thước nano [14]
Ví dụ: dây nano, ống nano
Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano [14]
Vật liệu nanocomposite là hệ vật liệu có một phần của nó ở kích thước nano hoặc có cấu trúc nano bao gồm các dạng 0D, 1D và 2D đan xen với nhau, tạo ra các đặc tính đa chức năng [14] Sự kết hợp của các nano ở nhiều chiều giúp tăng cường cơ tính, độ bền và khả năng tương tác với môi trường, mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu này trong các ngành công nghiệp hiện đại Nhờ cấu trúc nano đa chiều, vật liệu nanocomposite có thể được tùy biến để tối ưu hóa tính dẫn điện, nhiệt và khả năng chịu tải, mang lại hiệu quả và hiệu suất cao cho các sản phẩm và giải pháp công nghệ.
Nguồn gốc của công nghệ nano
1959, nhà vật lý tài ba Richard Feynman đã nêu ra nhiều ý tưởng táo bạo về việc thu nhỏ vật liệu, làm nền móng cho công nghệ nano Đến 1974, nhà nghiên cứu người Nhật Nario Taniguchi mới dùng thuật ngữ công nghệ nano để nói về khả năng chế tạo các cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử, dù khái niệm này lúc ấy chưa được nhiều người chú ý Sau các công bố thuyết phục của Feynman, giới khoa học bắt đầu mở rộng và triển khai ý tưởng của ông Năm 1981, hai nhà nghiên cứu của IBM, G Binning và H Rohrer, tuyên bố với thế giới rằng họ đã nhìn thấy nguyên tử bằng kính hiển vi quét đường hầm (STM), do chính họ phát minh Năm 1990, công nghệ nano tiếp tục ghi nhận nhiều tiến bộ và định hình các ứng dụng trong vi điện tử và vật liệu.
D Eigler và E Schweizer cũng tại IBM lần đầu tiên cảm được nguyên tử Hai ông sử dụng đầu dò của STM để di chuyển từng đơn vị nguyên tử theo ý của mình [15] Đầu những năm 2000, chính phủ của một số nước tiên tiến đầu tư, thúc đẩy mạnh khoa học và công nghệ, trong đó ngành công nghệ nano đặc biệt được chú trọng, các cuộc tranh luận xung quanh thuật ngữ công nghệ nano ngày càng sôi nổi hơn và có nhiều bước tiến vượt bậc
[16] Và hiện nay, ngành công nghệ nano cũng chưa có dấu hiệu suy giảm, được ứng dụng nhiều lĩnh vực trong cuộc sống như: vật liệu, mỹ phẩm, y sinh,…
Các phương pháp tổng hợp nano kim loại
Phương pháp ăn mòn laser:
Chúng ta tiến hành chiếu một chùm laser có bước sóng 532 nm, kèm theo các thông số độ rộng xung 10 ns, tần số 10 Hz và năng lượng mỗi xung 90 mJ, lên mục tiêu trong thí nghiệm.
Hình 1.2 cho thấy đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ khoảng 1–3 mm Dưới tác dụng của chùm laser, các hạt có kích thước nano khoảng 10 nm được hình thành [17].
Phương pháp khử hoá lý:
Đây là một phương pháp kết hợp giữa vật lý và hoá học nhằm tạo hạt nano bằng cách kết hợp điện phân với siêu âm Nguyên lý của phương pháp là trong quá trình điện phân, các hạt nano bám lên điện cực âm; sau đó, một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân được áp dụng để làm cho các hạt nano rời khỏi điện cực và hòa tan vào dung dịch, giúp chúng phân tán đều và tạo dung dịch nano đồng nhất.
Phương pháp từ dưới lên:
Các hạt nano hình thành từ sự hợp nhất của nguyên tử hoặc phân tử Phương pháp này cho phép dễ dàng điều chỉnh các tham số và hệ phản ứng trong quá trình tổng hợp, từ đó kiểm soát được kích thước, hình dạng và cấu tạo của sản phẩm, giúp tăng chất lượng và khả năng ứng dụng của chúng [20].
Phương pháp này yêu cầu sử dụng các tác chất là phức cơ kim hoặc muối kim loại phù hợp với quy trình tổng hợp, giúp tối ưu quá trình và tăng tính tương thích của phản ứng Phương pháp có thể áp dụng được ở cả ba trạng thái tồn tại của vật liệu là rắn, lỏng và khí, đồng thời cho phép kiểm soát kích thước hạt thông qua quá trình hình thành mầm và sự phát triển của hạt, từ đó điều chỉnh tính chất và hiệu quả của sản phẩm cuối cùng.
Phương pháp từ trên xuống:
Các quá trình nghiền cơ học được sử dụng để chia nhỏ vật liệu khối thành kích thước nano, từ đó Mang lại giải pháp hiệu quả cho chế tạo nano So với phương pháp từ dưới lên, nghiền cơ học có ưu điểm là thao tác đơn giản, hạn chế bay hơi và chất thải độc hại, góp phần bảo vệ môi trường Tuy nhiên nhược điểm chính là chất lượng hạt nano từ phương pháp này thường thấp hơn so với phương pháp từ dưới lên, do sản phẩm dễ bị nhiễm tạp chất từ thiết bị nghiền, diện tích bề mặt thấp và phân bố hình dạng, kích thước không đồng đều, đồng thời tiêu thụ nhiều năng lượng [20].
Ứng dụng của nano kim loại
Vì đây là một công nghệ đã được nghiên cứu từ nhiều năm trước, bề dày ứng dụng của vật liệu nano vô cùng đồ sộ, có thể kể đến nhiều lĩnh vực như y sinh, điện tử, năng lượng, môi trường và công nghiệp chế biến Nhờ kích thước ở mức nano, tính linh hoạt và khả năng tích hợp với các hệ thống khác nhau, vật liệu nano mở ra các giải pháp đột phá: cảm biến nhạy và chất xúc tác hiệu quả, hệ thống vận chuyển và phát triển thuốc tối ưu, lưu trữ năng lượng và pin tiên tiến, màng lọc nước và không khí ngày càng phổ biến, cùng với các vật liệu composite nhẹ bền và lớp phủ bảo vệ tiên tiến Các ứng dụng này cho thấy tiềm năng to lớn của vật liệu nano trong phát triển công nghệ và tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Trong ngành công nghiệp điện tử và cơ khí ngày nay, vật liệu nano được ứng dụng nhằm tăng tốc xử lý và cải thiện hiệu suất của các hệ thống Các ứng dụng nổi bật gồm chế tạo máy tính nano, các thiết bị lưu trữ và ghi thông tin có kích thước cực kỳ nhỏ, cũng như màn hình cho điện thoại với độ phân giải và tiết kiệm diện tích vượt trội Vật liệu nano còn được dùng làm lớp phủ cho nhiều thiết bị và linh kiện, như bàn phím, chuột, và các hệ thống trong ô tô, máy bay và tàu vũ trụ, giúp bảo vệ và nâng cao độ bền Nhờ công nghệ nano, các bộ phận có thể hoạt động với tốc độ cao đồng thời thu nhỏ kích thước và trọng lượng.
Trong công nghệ chuyển đổi và phân phối năng lượng, các chất siêu dẫn nhiệt độ cao được tối ưu hóa ở thiết kế bề mặt nano để tăng hiệu năng truyền tải Dây truyền tải năng lượng sử dụng ống nano carbon (CNT) nhằm cải thiện khả năng dẫn và giảm tổn thất trên mạng lưới CNT cũng được ứng dụng để chế tạo các loại pin nhiên liệu, mở rộng tiềm năng lưu trữ và cấp nguồn cho các hệ thống năng lượng tiên tiến.
Trong lĩnh vực xử lý nước thải, vật liệu nano kim loại đang được nghiên cứu và phát triển để ứng dụng cho nhiều quy trình công nghiệp và cho việc phát hiện, xử lý các ion kim loại nặng trong nước thải Các ứng dụng làm sạch và bảo vệ môi trường bao gồm khử muối nước, lọc nước, xử lý nước thải và xử lý nước ngầm Trong công nghiệp, các ứng dụng này có thể triển khai ở các lĩnh vực như vật liệu xây dựng, hàng hóa quân sự, gia công dây nano và thanh nano, và có thể kết hợp với graphene ở cấu hình đa lớp.
Ngoài các ứng dụng nổi bật đã được đề cập trước đó, công nghệ nano mang lại vô số ứng dụng và tiện ích cho ngành y tế, từ chẩn đoán nhạy bén và phát hiện sớm bệnh lý đến điều trị nhắm mục tiêu và phát triển thuốc mới Những tiến bộ này giúp tăng độ nhạy của xét nghiệm, tối ưu hóa liều thuốc, giảm tác dụng phụ và cải thiện chất lượng cuộc sống cho người bệnh Với khả năng can thiệp ở mức nano, công nghệ nano được xem là một trong những ứng dụng lớn nhất và có tác động to lớn đối với y học hiện đại.
Ví dụ về điều trị ung thư cho thấy nhiều phương pháp điều trị khác nhau đã được thử nghiệm nhằm hạn chế sự phát triển của khối u và tiêu diệt tế bào ung thư ở cấp độ tế bào.
Một nghiên cứu cho thấy hạt nano vàng có thể được vận chuyển và tích tụ tại các khối u bên trong cơ thể Khi đã tập kết tại khối u, các tia như siêu âm, laser và hồng ngoại có thể kích thích làm nóng các hạt nano vàng, tạo nhiệt độ cao cục bộ tại khối u Nhiệt sinh ra từ quá trình này có thể tiêu diệt tế bào ung thư mà vẫn an toàn cho tế bào lành ở vùng lân cận [23].
Giới thiệu về La Hán Quả (SG)
Sơ lược về La Hán Quả (SG)
Tên khoa học Siraitia grosvenorii
La hán quả, hay tên khoa học Siraitia grosvenorii (SG), là một loài thuộc họ Cucurbitaceae và quả của nó được gọi là Luo Han Guo (LHG) SG được trồng rộng rãi ở Quảng Tây (Trung Quốc), Indonesia, Việt Nam và Thái Lan LHG đã được sử dụng từ nhiều thập kỷ như một chất làm ngọt tự nhiên và là một loại thuốc truyền thống để điều trị các bệnh như tắc nghẽn phổi, cảm lạnh và đau họng Năm 1987, LHG được công nhận là một loại quả ăn được và có tính dược học phong phú cho sức khỏe con người Đến nay, sau nhiều nghiên cứu dược tính, LHG được khẳng định có tác dụng điều trị các loại bệnh như ho, các bệnh liên quan đến hô hấp, bảo vệ gan, giảm glucose, tăng cường miễn dịch và chống ung thư Do đó các sản phẩm từ LHG đã được phê duyệt như thực phẩm chức năng bổ sung vào chế độ ăn uống ở một số quốc gia lớn như Nhật Bản, Hoa Kỳ, New Zealand và Úc.
Nhờ các đặc tính dược học quý giá của LHG, giá trị kinh tế của cây ngày càng cao Để tối đa hóa các thành phần dược học và mở rộng quy mô sản xuất, SG được nhân giống và lai tạo thành nhiều giống cây mới, nhằm phát huy tối đa các thành phần dược học và đẩy mạnh trồng trọt quy mô lớn [30].
Mô tả về La Hán Quả
Các bài báo đã nghiên cứu về hình dáng và màu sắc của La hán quả cho ta được những nhận định sau đây:
SG là thực vật dạng lưỡng niên và có thân leo [31]
Chiều dài thân cây dao động từ một đến ba mét Theo chiều dài của thân, các tua cuốn xuất hiện và có chức năng chính là bám vào các cây khác để leo lên và phát triển Những tua cuốn này giúp cây bám chắc vào cấu trúc thực vật xung quanh, hỗ trợ quá trình leo lên và mở rộng khu vực sinh trưởng [31].
Lá của SG có hình dáng như hình trái tim, một đầu nhọn Lá thường có chiều dài là 10-20 cm, và bề rộng khoảng 3.5-12 cm, lá rụng theo mùa [31]
Hoa của SG có dạng chùm Cánh hoa thường có màu vàng nhạt, mỏng và có cuốn dài từ 3-5 cm [31]
LHG có quả hình cầu, kích thước 5–8 cm và màu xanh lục khi chưa chín; sau khi phơi hoặc sấy khô quả chuyển từ xanh lục sang vàng nâu hoặc nâu sẫm, vỏ ngoài bóng và được phủ một lớp lông nhung mỏng Vỏ khô rất giòn và có thể bóp bằng tay để thu thập các hạt ở bên trong; hạt hình tròn bẹt nhiều thịt, ở giữa hơi trũng tạo thành các rãnh nhỏ Đây là phần được sử dụng nhiều nhất của SG trong thực phẩm và trong các lĩnh vực ứng dụng khác của cây.
Thành phần hoá học của SG
Các bài báo đã nghiên cứu về SG trước đây thông qua các phương pháp phân tích hiện đại như:
Sắc ký lớp mỏng (TLC) [32]
Sắc ký lỏng hiệu suất cao sắc ký kết hợp với đầu dò tia cực tím nhìn thấy được (HPLC-UV) [33][34]
HPLC kết hợp với khối phổ (HPLC-MS) [35-37]
Ta xác định được các hợp chất chính trong LHG gồm cucurbitane glycoside, axit amin tự do, peptide, triterpenoid, flavonol, đường fructose và glucose, glycoside; đặc biệt LHG chứa lượng vitamin C rất cao cùng với nhiều chất dinh dưỡng khác [30][31].
Vào năm 1983, ông Takemoto cùng các cộng sự đã thành công trong việc chiết xuất các hợp chất Mogroside IV, Mogroside V và Mogroside VI, đồng thời thu được hơn 30 hợp chất tương tự mang cấu trúc Mogrolaglycone từ cây La hán quả.
Mogroside là một hợp chất tạo ngọt kết hợp với các loại đường như Fructose và Glucose trong SG để làm tăng vị ngọt và hoạt tính của nó
Công dụng của La Hán Quả
Chống ho, long đờm và giảm khó thở:
Mogroside có hoạt động chống ho ở chuột thông qua thử nghiệm tần số ho do amoni hydroxide gây ra và hoạt động long đờm được đánh giá bằng lượng đờm tiết ra từ chuột Liều uống Mogroside cao hơn 15 g/kg làm giảm cơn ho và làm tăng tiết Phenol đỏ từ khí quản chuột Theo phương pháp tuần tự và nguyên tắc liều lượng hiệu quả trung bình, tác dụng chống ho của Mogroside được công nhận [38], cùng với tác dụng giảm đờm bằng cách tăng tiết Phenol đỏ và đờm từ khí quản chuột [31].
Khả năng kích thích hệ miễn dịch:
Hoạt chất polysaccharide chiết xuất từ Mogrosides trong LHG được tinh chế từ nguyên liệu khô và có tác dụng làm tăng trọng lượng của lá lách và các cơ quan miễn dịch, tăng tỷ lệ tế bào thực bào, nâng mức Hemolysin huyết thanh, đồng thời tăng tốc độ biến đổi của tế bào lympho và cải thiện chức năng của hệ miễn dịch Nghiên cứu cho thấy uống nước LHG ở mức 1200 mg/kg và 100 mg/kg làm tăng Hemolysin huyết thanh, thúc đẩy quá trình biến đổi tế bào lympho và nâng cao các chỉ số của tuyến ức và lá lách.
Kết quả chỉ ra rằng LHG rõ ràng là tăng cường miễn dịch thể dịch và miễn dịch không đặc hiệu [31]
Chiết xuất từ lá, quả và thân của S grosvenorii cho thấy tác dụng ức chế mạnh đối với Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli và Streptococcus mutans Để đánh giá khả năng kháng khuẩn của quả S grosvenorii, người ta chuẩn bị dịch chiết thô từ quả khô và tiến hành phân tích các thành phần bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Kết quả phân tích cho thấy nhiều hợp chất có hoạt tính ức chế mạnh, trong khi một số hợp chất khác không thể hiện hoặc chỉ có hoạt tính yếu.
Tác dụng bảo vệ gan:
Mogroside V là Glycosyd chính trong S grosvenorii [29,30] Mogrosides được xác định có tác động đối với tổn thương gan do Carbon tetrachloride gây ra ở chuột Côn Minh, và Bacillus Calmette – Guerin và Lipopolysaccharide gây ra tổn thương gan Mogrosides không có tác dụng lên các hoạt động của enzym ở gan bình thường nhưng làm giảm nồng độ trong huyết thanh của Alanin aminotransferase, Aspartate transaminase và Malondialdehyde [31]
Trong mô gan của chuột bị tổn thương gan cấp tính, Mogrosides làm giảm các tổn thương một cách đáng kể, cho thấy tác dụng bảo vệ gan mạnh mẽ Vì vậy, chiết xuất từ S grosvenorii được chứng minh có tác dụng bảo vệ đáng kể chống lại tổn thương gan.
Tác dụng chống oxy-hoá:
Hossen reported that SG extract inhibits the production of superoxide anion and suppresses histamine release from mast cells, thereby reducing histamine-induced sneezing behavior in ICR mice [31] These findings suggest potential anti-inflammatory and anti-allergic effects of SG extract in vivo.
Khả năng thu gom các Mogroside trên các loại Oxy phản ứng đã được nghiên cứu bằng phương pháp phát quang hóa học Kết quả cho thấy chiết xuất thô của SG có tác dụng chống oxy hóa gần giống như tác dụng của Axit ascorbic [31].
Bốn loại chiết xuất của S grosvenorii đã được bào chế thành công và hoạt tính chống oxy hóa của chúng được xác định Kết quả cho thấy thứ tự hoạt tính chống oxy hóa từ cao đến thấp là chiết xuất Etyl Axetat, chiết xuất nước, chiết xuất Metanol và chiết xuất Etanol.
Do đó, bằng chứng này chỉ ra rằng S grosvenorii có thể có giá trị như một loại thực phẩm và thuốc chữa bệnh [31]
Tác dụng hạ đường huyết
Chiết xuất SG có thể sửa chữa các tế bào β đảo nhỏ để làm giảm các triệu chứng của bệnh tiểu đường ở chuột Ngoài ra, các hoạt chất của SG có tác dụng hạ đường huyết bao gồm Flavonoid và Polysaccharid Hiện nay, cơ chế hạ đường huyết chính của SG liên quan đến việc sửa chữa tổn thương tuyến tụy, thúc đẩy bài tiết Insulin, loại bỏ các gốc tự do và chống Peroxy hóa Lipid, và ức chế hoạt động của α-Glucosidase ở ruột [31] Ứng dụng khác
Bên cạnh các tác dụng dược lý nêu trên, S grosvenorii còn có các hoạt tính khác, chẳng hạn như tác dụng chống ung thư và chống mệt mỏi [31]
Nó còn được ứng dụng để làm cảm biến sinh học một lĩnh vực mới phục vụ cho các công tác nhận biết sớm các kim loại nặng hay các tạp chất khác có nguy cơ ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ của con người [29][31].
Kim loại vàng
Giới hiệu về kim loại vàng
1.3.1.1 Tính chất hoá học của kim loại vàng
Kim loại vàng có ký hiệu hoá học là Au, có nguồn gốc từ chữ Aurum trong tiếng Latinh Một số thông số của kim loại Au như [38][39]:
Số hiệu nguyên tử bằng: 79
Vàng thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp (nhóm 11, phân lớp d, chu kỳ 6, cấu hình electron là: [Xe] (4f 14 5d 10 6s 1 ), mềm, dễ uốn, dễ lát mỏng, màu vàng và chiếu sáng [38][39]
Vàng hầu như trơ với các hoá chất, nhưng lại phản ứng với nước cường toan (aqua regia) để tạo thành axit cloroauric, và vàng cũng chịu tác động của dung dịch xyanua do các kim loại kiềm tạo ra [38][39].
Trong môi trường tự nhiên, vàng tồn tại chủ yếu ở dạng quặng và hạt vàng trong đá, có mặt tại các mỏ bồi tích và là một kim loại quý dùng làm tiền đúc Vàng có đồng vị bền 197Au và cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (FCC) Các trạng thái oxy hóa phổ biến của vàng là Au(I) (hợp chất aurous) và Au(III) (hợp chất auric).
1.3.1.2 Tính chất vật lý của kim loại vàng
Bảng 1.1 Tính chất vật lý của kim loại vàng
Tính chất vật lý của kim loại vàng
Màu sắc Ánh kim vàng
Mật độ (g.cm -3 tại 0℃ và 101 kPa) 19,3
Hình 1.5 Cấu trúc tinh thể của vàng
Nhiệt lượng nóng chảy (K.J.mol − ) 12,55
Các hạt nano vàng thường có độc tính thấp hoặc không độc tính trong sinh học, cho phép chúng dễ tương tác với các hệ sinh học và thể hiện các tính chất quang học và điện tử đặc trưng nhờ hiệu ứng kích thước lượng tử Nhờ những đặc tính này, hạt nano vàng đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước để nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực y sinh học như chẩn đoán, cảm biến và lâm sàng.
Khả năng xúc tác của nano vàng
Quá trình oxy hoá CO là một đề tài được rất nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm, và nano vàng đã được ứng dụng rất nhiều trong nghiên cứu của họ với vai trò như một chất xúc tác vô cùng hiệu quả Các đặc tính của nano vàng cho phép tăng tốc các phản ứng oxy hoá CO và mang lại hiệu suất xúc tác cao trong nhiều hệ thống khác nhau, mở ra triển vọng ứng dụng rộng trong xử lý khí thải và công nghiệp hóa chất.
Vào năm 1980, Huruta và cộng sự của mình là một trong những người đầu tiên nhận ra khả năng xúc tác của hạt nano vàng thông qua quá trình xúc tác của nano vàng trong phản ứng oxi-hoá CO Họ cho thấy phản ứng này có thể diễn ra không chỉ ở nhiệt độ bình thường 20–30 °C mà còn ở nhiệt độ –70 °C Đây là phản ứng quan trọng để khử độc và chống cháy nổ trong các không gian kín, không thoáng khí như dưới hầm mỏ, trong các thiết bị lặn, tàu, ngầm, tàu vũ trụ hoặc để tái tạo lượng CO2.
Cùng với Huruta, Hutching đã dự đoán đúng và chứng minh được rằng vàng là chất xúc tác hiệu quả nhất cho quá trình hydro hoá acetylene với sự có mặt của HCl, từ đó điều chế thành công polyvinylclorua và đặt nền móng cho sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp nhựa ngày nay.
Daniells và cộng sự đã tiến hành thí nghiệm oxy hóa CO bằng xúc tác Au/Fe2O3 [46] Cùng với đó là một loạt nghiên cứu làm giàu khả năng xúc tác mạnh của nano vàng, tiêu biểu như các công trình của Raphulu và đồng sự [46], Bollinger và Vannice [46], Raphulu và cộng sự, Daté và cộng sự [46], Costello và cộng sự [46], Bond và Thompson [46] và nhiều nhóm nghiên cứu khác.
Các nghiên cứu này làm tăng khả năng xúc tác của hạt nano vàng và cho thấy chúng ngày càng hoàn thiện Thông qua những nghiên cứu ấy, hạt nano vàng đã khắc phục nhược điểm gặp phải khi tổng hợp, bảo quản và sử dụng Đồng thời, kết quả còn cho thấy những biến đổi về công năng khi gắn hạt nano vàng lên các chất mang khác nhau như Fe2O3, Co3O4, MnOx, mở ra các hướng ứng dụng xúc tác đa dạng và tiềm năng cho các quá trình tổng hợp và sản xuất công nghiệp.
Khả năng kháng khuẩn của nano vàng
Sự phát triển vượt bậc của công nghệ nano đã mở ra nhiều dạng vật liệu nano có giá trị ứng dụng đa dạng, trong đó nano vàng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực trị liệu y tế, chuẩn đoán và sinh học Qua các nghiên cứu được công bố gần đây, nano vàng cho thấy có nhiều ứng dụng trong kháng khuẩn, với các bài báo đề cập đến khả năng chống nhiễm trùng do vi khuẩn và kháng độc tính ở cấp tế bào ở động vật có vú [47] Những phát hiện này cho thấy tiềm năng của nano vàng trong ứng dụng y sinh nhằm cải thiện hiệu quả điều trị và an toàn sinh học.
Nano vàng ứng dụng ức chế đối với hai loại vi khuẩn E coli và S aureus [48][49].
Khả năng ứng dụng làm cảm biến sinh học
Hiện nay, sự ảnh hưởng của chất hữu cơ và kim loại nặng từ chất thải trong các quá trình sản xuất công nghiệp được xem là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường nước, làm suy giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến sức khỏe con người Đặc biệt, kim loại nặng dù ở dạng vi lượng cũng được xem là chất gây ô nhiễm ẩn và nguy hiểm Mặc dù đã có nhiều phương pháp nhận biết, chúng vẫn gặp hạn chế do giai đoạn chuẩn bị mẫu phức tạp và thiết bị đắt tiền Vì vậy, cảm biến sinh học dựa trên vật liệu quý và vật liệu nano đang được nghiên cứu rộng rãi để ứng dụng trong lĩnh vực này, mang đến triển vọng khả thi và khắc phục phần lớn nhược điểm của các phương pháp trước Ví dụ, ứng dụng vật liệu nano vàng kết hợp với ZnO (NR Au-ZnO) vào chế tạo cảm biến sinh học nhận biết glucose trong máu người có vai trò quan trọng trong chẩn đoán và phòng ngừa bệnh tiểu đường.
Trong một nghiên cứu khác, hạt nano vàng được ứng dụng làm cảm biến sinh học, nhưng ở đây chúng được tổng hợp thành một lớp màng và có tác dụng tăng cường vùng nhận biết cũng như nâng cao hiệu suất của cảm biến SERS trong việc phát hiện Glutathione (GSH) có trong huyết thanh của người.
Nó có ý nghĩa quan trọng trong việc chuẩn đoán các bệnh lâm sàng như Alzheimer và các loại ung thư như dạ dày, gan và trực tràng Giới hạn phát hiện và phạm vi tuyến tính của cảm biến SERS trong nghiên cứu này được xem là vượt trội so với các phương pháp đã phát triển để phát hiện Glutathione Với nền tảng cảm biến có dải động rộng từ nanomolar đến millimolar, quá trình phát hiện diễn ra đơn giản và cho kết quả có độ nhạy rất cao, cho thấy tiềm năng ứng dụng của hạt nano vàng trong lĩnh vực cảm biến sinh học.
Ứng dụng của nano vàng
Các nhà khoa học đang nghiên cứu cách phá hủy mô ung thư bằng thuốc nhộng nano được đưa vào khối u Những viên nhộng siêu nhỏ, kích thước vài nanomet, có vỏ ngoài làm từ nhiều lớp polymer m thin ghép lên nhau để vượt qua lớp màng tế bào Trên bề mặt viên nhộng có các hạt nano vàng Khi được hấp thụ vào tế bào trong khối u, viên nhộng sẽ bị kích hoạt bằng tia hồng ngoại, nhiệt từ tia hồng ngoại làm nóng các hạt vàng và đẩy chúng di chuyển, khiến viên nhộng vỡ ra và phá hủy cấu trúc tế bào ung thư.
Vàng ăn được ngày nay được dùng trong thực phẩm và có mã số phụ gia thực phẩm E-175 Vàng lá, vàng bông và bụi vàng thường được phủ lên trên thực phẩm nhằm trang trí, đặc biệt trên bánh kẹo và đồ uống để tạo vẻ sang trọng cho các sản phẩm dành cho giới thượng lưu.
Trong nhiếp ảnh, chất liệu màu vàng được dùng để chuyển đổi màu của các điểm trắng và đen trên giấy ảnh thành màu xám và xanh, hoặc để tăng sự ổn định của chúng Khi in tông nâu đỏ, vàng tạo ra các tông đỏ đặc trưng Kodak đã công bố nhiều công thức cho các kiểu tông màu từ vàng, trong đó có phương pháp dùng vàng từ muối clorua.
Nano vàng được ứng dụng trong mỹ phẩm như tinh chất làm đẹp có khả năng xóa nhăn, xóa nám, tăng sinh collagen, tăng cơ và se khít lỗ chân lông Trong bảo vệ môi trường, xử lý nước thải bằng màng thẩm thấu ngược cho phép phát hiện các ion kim loại độc hại như Pb2+, Cr2+, Hg2+; đầu cảm thụ sắc kế sử dụng nano vàng có độ nhạy cao và dễ nhận diện các ion kim loại này.
Ô nhiễm nước do kim loại Pb 2+
Khái quát về kim loại Chì (Pb 2+ )
1.4.1.1 Tính chất hoá học của kim loại Chì
Kim loại chì có kí hiệu hoá học là Pb, phiên âm theo tiếng Latin của chì là Plumbum
Có số hiệu nguyên tử là: 82
Có hai dạng hoá trị phổ biến là hoá trị II và IV
Chì có cấu trúc tinh thể là lập phương tâm mặt
Chì là một kim loại nặng thuộc nhóm 14, phân lớp p và nằm ở chu kỳ 6 của bảng tuần hoàn, với cấu hình electron là [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 Chì mềm, độc hại và có thể được rèn dũa thành hình; nó dễ bị oxy hóa trong không khí, hình thành lớp oxit màu trên bề mặt kim loại Pb có số nguyên tố cao nhất trong các nguyên tố bền.
Chì là kim loại tồn tại trong tự nhiên chủ yếu ở dạng quặng và hiếm khi xuất hiện ở dạng kim loại tinh khiết Nó thường được tìm thấy ở các quặng cùng với kẽm, bạc và đồng và được khai thác chung với các kim loại này.
Hình 1.7 Navacos ứng dụng nano vàng trong trị mụn dưỡng da
Hình 1.8 Cấu trúc tinh thể của Chì
Khoáng chì chủ yếu là Galena (PbS), chiếm khoảng 86,6% khối lượng của quặng chì Các dạng khoáng chứa chì khác như Cerussite (PbCO3) và Anglesite (PbSO4) cũng được tìm thấy Đồng vị phóng xạ phổ biến của chì là 202Pb, có chu kỳ bán rã khoảng 53.000 năm Thông qua quá trình phân rã phóng xạ của các nguyên tố nặng hơn như Uranium (U) và Thorium (Th), ta có thể xác định hầu hết các đồng vị chì, trừ đồng vị 204Pb.
1.1.1.1 Tính chất vật lý của chì
Bảng 1.2 Tính chất vật lý của chì
Tính chất vật lý của chì
Màu sắc Ánh kim xám
Trạng thái vật lý Chất rắn Độ âm điện (Theo thang Pauling) 2,33
Mật độ (g.cm -3 tại 0℃ và 101 kPa) 11,34 Độ giản nở nhiệt (àm.m −1 K −1 )
Độc tính của kim loại chì
Chì (Pb) là một chất gây ô nhiễm môi trường độc hại thường xuất hiện trong nước thải đô thị, trong hoạt động khai thác mỏ và các nguồn công nghiệp Dù là một trong những kim loại nặng độc hại nhất, chì vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và tham gia sản xuất nhiều sản phẩm phổ biến như son môi, xăng, mỹ phẩm, gốm sứ và thiết bị điện tử.
Chì xả thải vào môi trường là chất không dễ phân hủy, khiến nước bị ô nhiễm và làm suy giảm chất lượng nước ở nhiều nơi Ô nhiễm chì ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, môi trường sống của sinh vật và sự phát triển của chúng, gây hậu quả lâu dài cho hệ sinh thái Để giảm thiểu tác động, cần kiểm soát nguồn thải chì, áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến và tăng cường giám sát môi trường.
Ngộ độc chì gây ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người, làm thay đổi sự phát triển của tế bào thần kinh, rối loạn chuyển hóa gan và có thể gây sẩy thai, thai lưu hoặc thai nhi bị dị tật Khi ngộ độc ở mức độ nghiêm trọng có thể gây bệnh não ở trẻ em, đồng thời ảnh hưởng đến hệ thần kinh và các giác quan; chấn thương thận cũng được ghi nhận khi tiếp xúc với chì Những ảnh hưởng nghiêm trọng này đã thúc đẩy các nhà khoa học đặt ra các nghiên cứu lớn về phát hiện và xử lý ngộ độc chì Hiện nay có nhiều phương pháp để xác định chì trong môi trường, nhưng nhược điểm chung là quá trình chuẩn bị mẫu phức tạp và thời gian phân tích kéo dài, dù độ chính xác cao Vì vậy ứng dụng cảm biến sinh học trong phát hiện chì được xem là một phương pháp đáng chú ý, với nhiều báo cáo và triển khai, mở ra hướng nghiên cứu mới nhằm khắc phục những thiếu sót của các phương pháp hiện tại và bảo vệ môi trường trước sự ảnh hưởng của công nghiệp hóa ngày nay.
Nguyên liệu, thiết bị và hoá chất được sử dụng trong bài nghiên cứu
Nguyên liệu
Quả SG được thu hái từ vùng cao nguyên phía Bắc Việt Nam vào tháng 9 và trải qua quá trình sấy khô tự nhiên dưới ánh nắng mặt trời cho đến khi độ ẩm đạt khoảng 12%.
Nước cất siêu sạch được sử dụng làm dung môi cho mọi thí nghiệm, đảm bảo độ tinh khiết và cho kết quả chính xác Đồng thời, các dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm được rửa sạch bằng nước cất và sấy khô trước khi sử dụng để duy trì điều kiện vô khuẩn và tối ưu hóa độ lặp lại của phép đo.
Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
Bảng 2.1 Danh sách thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
STT Tên thiết bị Hãng sản xuất Ghi chú
1 Bếp điện, tủ sấy, tủ hút
Phòng thí nghiệm Khoa Công Nghệ Hoá Học Trường ĐH Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí MInh
3 Máy quang phổ UV-VIS
Máy Metash UV5100 UV-Vis spectrophotometfr
4 Máy đo phổ FT-IR Máy Tensor 27,
5 Nhiễu xạ tia X (XRD) Máy Shimadzu
Thiết bị phân tích kích thước hạt
7 Kính hiển vi điện tử truyền qua
HR-TEM Máy Jem Jeol 2100
Phòng hiển vi điện tử - Viện khoa học Vật liệu Hà Nội
Dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu
Bảng 2.2 Danh sách dụng cụ sử dụng trong thí nghiệm
8 Bình tia, ống nghiệm, phễu, giấy lọc, muỗng cân, đủa thuỷ tinh, bóp cao su
Hoá chất sử dụng trong nghiên cứu
Bảng 2.3 Danh sách hoá chất sử dụng trong nghiên cứu
STT Hoá Chất Công Thức Xuất Xứ
Nitrophenol (2NP) 2-NP, C6H5NO3 ≥ 98.0% Merck
Nitrophenol(3NP) 3-NP, C6H5NO3 ≥ 98.0% Merck
Chuẩn bị hoá chất và dung dịch chiết sử dụng trong nghiên cứu
Pha hoá chất sử dụng trong nghiên cứu
Pha 100 mL dung dịch HAuCl4.3H2O 10mM:
Để chuẩn bị dung dịch HAuCl4.3H2O, cân chính xác 0,394 g HAuCl4.3H2O và cho vào bình định mức 100 mL, sau đó hiệu chỉnh thể tích bằng nước siêu tinh khiết đến vạch và cho vào bể đánh siêu âm để tạo sự đồng nhất trong dung dịch Để sử dụng ở nồng độ thấp hơn, ta có thể pha loãng từ dung dịch HAuCl4.3H2O 10 mM này.
Pha 100 mL dung dịch NaBH4 1 M:
Cân 3.8 g NaBH4 rắn cho vào becker 100 mL, sau đó định mức bằng nước cất 10 mL trong ống đong, lắc đều thu được dung dịch NaBH4 1 M, sử dụng trong vòng 1 tuần
Pha 100 mL dung dịch 2-NP 1 mM:
Cân 0,0139 g 2-NP rắn cho vào becker 100 mL, sau đó định mức bằng nước cất 20 mL trong ống đong, lắc đều thu được dung dịch 2-NP 1 mM
Pha 100 mL dung dịch 3-NP 1 mM:
Cân 0,0139 g 3-NP rắn cho vào becker 100 mL, sau đó định mức bằng nước cất 20 mL trong ống đong, lắc đều thu được dung dịch 3-NP 1 mM
Pha 500 ml dung dịch AgNO3 10 mM:
Để pha dung dịch AgNO3 10 mM, cân chính xác 0,85 g AgNO3 bỏ vào bình định mức 500 mL, sau đó thêm nước siêu tinh khiết đến vạch và khuấy đều cho đến khi dung dịch đồng nhất Đưa dung dịch vào bể đánh siêu âm ở nhiệt độ phòng để đảm bảo sự đồng nhất hoàn toàn Quy trình được thực hiện ở nhiệt độ phòng Khi cần nồng độ thấp hơn, pha loãng dung dịch gốc AgNO3 10 mM bằng nước tinh khiết để đạt nồng độ mong muốn.
Chuẩn bị dịch chiết sử dụng trong nghiên cứu
Hình 2.1 La hán quả trước và sau khi xử lý
LHG được sấy khô dưới ánh nắng mặt trời, sau đó ta tiến hành bỏ vỏ và loại bỏ hạt để thu được phần thịt quả Phần thịt quả thu được sẽ được tiếp tục xử lý theo các bước trong quy trình chế biến nhằm hoàn thiện sản phẩm.
Lấy khoảng 5 g LHG trên cân với bốn chữ số thập phân để hạn chế sai số cân khi thực nghiệm, sau đó chuyển toàn bộ lượng LHG đã cân vào becher 500 ml và đun sôi nhẹ trên máy khuấy từ có gia nhiệt trong một giờ đồng hồ Trong giai đoạn này, để ở mức nhỏ nhằm bảo toàn lượng chất hữu cơ trong LHG được chiết ra nhiều nhất và duy trì trạng thái của các hợp chất hữu cơ kém bền nhiệt sau chiết Phần dịch chiết màu nâu nhạt thu được sẽ được làm nguội ở nhiệt độ phòng, còn các chất cặn có trong dịch chiết SG được làm sạch bằng cách lọc qua giấy lọc Whatman số 1, và phần dung dịch trong suốt cuối cùng là phần dịch chiết mang đi tổng hợp nano vàng SG-AuNPs.
Cân 5g LHG Đun T= 100oC T` phút
Sơ đồ 2.1 Quy trình tổng hợp dịch chiếc LHG
2.3 Tổng hợp nano vàng (SG-AuNPs) và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp
Quá trình tổng hợp nano vàng (SG-AuNPs)
Quá trình tổng hợp nano vàng được diễn ra chi tiết như sau:
Dịch chiết thu được sau quá trình xử lý được đưa vào ống nghiệm; tương tự, dung dịch HAuCl4 cũng được hút vào ống nghiệm và đặt vào bể điều nhiệt để đồng nhất nhiệt độ của hai dung dịch với nhau Sau khoảng năm phút duy trì sự đồng nhất về nhiệt độ, tiến hành trộn hai dung dịch với tỷ lệ dịch chiết so với HAuCl4 là 1:10.
Trong quá trình tổng hợp nano vàng, hỗn hợp được đun và khuấy liên tục để đảm bảo đồng nhất và kiểm soát sự hình thành hạt Toàn bộ quá trình diễn ra trong bóng tối nhằm hạn chế tối đa sự biến đổi của các hạt nano do các phản ứng quang hoá Ban đầu dung dịch có màu nâu vàng từ dịch chiết SG, sau đó dần chuyển sang màu đỏ ruby; nếu tiếp tục đun, dung dịch sẽ chuyển thành màu tím, cho thấy hiện tượng SPR và sự hình thành các hạt SG-AuNPs đang diễn ra.
Dung dịch SG-AuNPs được tổng hợp ở các điều kiện tối ưu và được đưa vào nghiên cứu để xác định trạng thái và cấu trúc của vật liệu bằng kỹ thuật nhiễu xạ tia X ở dạng bột (XRD) Nghiên cứu XRD được thực hiện trên máy nhiễu xạ tia X Shimadzu 6100 (Nhật Bản) với bức xạ CuKα có bước sóng 1,5406 Å, điện áp gia tăng 40 kV và dòng điện 30 mA, quét với tốc độ 0,05°/s, bước 0,02° và phạm vi 2θ từ 10° đến 80°, nhằm xác định cấu trúc tinh thể của nano vàng.
Dung dịch Au 3+ Dịch chiết LHG
Dung dịch SG-AuNPs Đo XRD, FT-IR, HR-TEM, SAED, EDX, DLS
Sơ đồ 2.2 Quy trình tổng hợp nano vàng
Phương pháp FT-IR (quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier) được tiến hành đo trên máy quang phổ Bruker Tensor 27 (Đức) nhằm phát hiện các nhóm chức năng có trong chiết xuất khô trái cây, từ đó xác định thành phần và đặc tính hóa học của mẫu Quang phổ FT-IR cho phép nhận diện các liên kết và nhóm chức năng chính như C=O, C–O, O–H và C–H, cung cấp dữ liệu giúp đánh giá chất lượng và độ tinh khiết của chiết xuất Việc sử dụng Bruker Tensor 27 đảm bảo độ nhạy và độ phân giải cao cho phân tích quang phổ hồng ngoại của mẫu chiết xuất khô trái cây.
HR-TEM (kính hiển vi điện tử truyền dẫn độ phân giải cao) được thực hiện trên hệ JEM-2100 của JEOL (Nhật Bản) nhằm nghiên cứu hình thái và kích thước của SG-AuNPs ở dạng dung dịch keo Phương pháp này cho phép quan sát chi tiết hình dáng hạt, xác định đường kính và phân bố kích thước của SG-AuNPs, từ đó đánh giá độ đồng nhất và tiềm năng ứng dụng của chúng trong dung dịch keo.
Nhiễu xạ điện tử (SAED) được trang bị trên HR-TEM đã được áp dụng để xác nhận bản chất tinh thể của SG-AuNPs
Quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDX) tích hợp với HR-TEM cũng được sử dụng để có được quang phổ EDX và hình vật liệu
Cuối cùng, chúng tôi tiến hành đo Dynamic Light Scattering (DLS) và zeta (zeta potential) của SG‑AuNPs bằng thiết bị Horiba SZ‑100 (Nhật Bản) nhằm xác định đặc tính bề mặt và mức độ bám dính của hạt nano vàng Phương pháp này được ứng dụng để suy giảm nồng độ Nitrophenol và phát hiện Pb(II), từ đó đánh giá hiệu quả của vật liệu nano vàng trong các ứng dụng môi trường Để đảm bảo hạt nano vàng được tạo ra ở trạng thái tối ưu, chúng tôi khảo sát ba tham số tối ưu gồm thời gian tổng hợp, nhiệt độ tổng hợp và nồng độ dung dịch HAuCl4 sử dụng trong quá trình tổng hợp.
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tổng hợp nano vàng
Chúng tôi bắt đầu thực nghiệm nhằm khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tổng hợp hạt nano vàng bằng cách cho dung dịch Au3+ và dịch chiết La Hán Quả phản ứng trực tiếp với nhau ở các điều kiện phản ứng khác nhau, nhằm làm rõ vai trò của thời gian trong quá trình khử và hình thành hạt vàng ở quy mô nano Các tham số được điều chỉnh gồm thời gian phản ứng, nhiệt độ, nồng độ Au3+ và nồng độ chiết xuất để đánh giá sự thay đổi về kích thước, phân bố kích thước và độ ổn định của hạt, cũng như sự chuyển màu và đặc trưng phổ hấp thụ UV-Vis trở về SPR ở khoảng 520–550 nm Qua đó, chúng tôi xác định được thời điểm tối ưu cho tổng hợp hạt nano vàng sinh học từ chiết quả La Hán Quả và cung cấp các thông tin có ý nghĩa cho ứng dụng cảm biến, y sinh và các vật liệu nano.
Tỉ lệ dịch chiết: Au 3+ : 1:1
Và tương ứng với thời gian lần lượt là: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 phút
Các mẫu này sẽ được mang đi quét UV-VIS theo thời gian tương ứng trên để xác định xem có sự hình thành của nano vàng hay không
Phổ UV-Vis của nano vàng có peak đặc trưng nằm trong khoảng 500–570 nm Vì vậy, kết quả thực nghiệm cho phổ nằm trong khoảng 500–570 nm cho phép kết luận rõ ràng rằng nano vàng đã hình thành Việc nhận diện sự hình thành nano vàng dựa trên đặc trưng phổ UV-Vis giúp đánh giá nhanh quá trình tổng hợp và tối ưu điều kiện để đạt được kích thước, hình dạng và tính chất mong muốn của nano vàng.
Bảng 2.4 Thông số các giá trị khảo sát thời gian của phản ứng tạo nano vàng
STT Thời Gian (phút) Nồng độ
Tỉ lên dịch chiết SG:Au 3+
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Au 3+ đến quá trình tổng hợp nano vàng
Chúng tôi bắt đầu khảo sát ảnh hưởng của thời gian đối với quá trình tổng hợp hạt nano vàng bằng cách cho dung dịch Au3+ và dịch chiết quả La Hán Quả phản ứng trực tiếp với nhau ở các điều kiện phản ứng khác nhau Nghiên cứu nhằm xác định mối quan hệ giữa thời gian phản ứng và các đặc tính của hạt nano vàng như kích thước, hình dạng và phân bố kích thước, từ đó đánh giá tiềm năng tối ưu hóa việc tạo ra hạt vàng có tính đồng nhất cao Kết quả dự kiến cho thấy thời gian và các điều kiện phản ứng có thể ảnh hưởng đến chất lượng và ứng dụng của hạt nano vàng trong cảm biến, chẩn đoán y sinh và các ứng dụng sinh học khác.
Tỉ lệ dịch chiết: Au 3+ : 1:1
Và tương ứng với nồng độ của Au 3+ lần lượt là: 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25 mM
Các mẫu này sẽ được mang đi quét UV-Vis theo thời gian tối ưu đã xác định Để xác định nồng độ Au 3+ tối ưu cho nghiên cứu
Ta vẫn quét phổ UV-Vis ở khoảng bước sóng đặc trưng của hạt nano vàng là từ 500-
Để xác định nồng độ tối ưu cho quá trình tổng hợp hạt nano vàng, ta dựa vào sự thay đổi của các peak quan sát được trong phép đo UV-Vis tại 570 nm Nhờ sự biến thiên của các peak này, ta có thể xác định nồng độ tối ưu cần dùng để tối ưu hóa quá trình tổng hợp và đạt được hạt nano vàng có kích thước và tính chất mong muốn.
Bảng 2.5 Thông số các giá trị khảo sát nồng độ Au 3+ của phản ứng tạo nano vàng
STT Thời Gian (phút) Nồng độ
Tỉ lên dịch chiết SG:Au 3+
Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tổng hợp nano vàng
Chúng tôi bắt đầu thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tổng hợp hạt nano vàng bằng cách cho dung dịch Au3+ và dịch chiết quả La Hán Quả phản ứng trực tiếp với nhau ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau, nhằm xác định cách nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng và kích thước của hạt vàng nano được hình thành Mục tiêu là làm rõ mối liên hệ giữa nhiệt độ và đặc tính vật lý - hóa học của sản phẩm, từ đó tối ưu hóa quy trình tổng hợp xanh Các chỉ tiêu được theo dõi gồm sự thay đổi màu dung dịch, phổ UV-Vis và các đặc tính hình thái, kích thước của hạt vàng nano, nhằm xây dựng mô hình ảnh hưởng của nhiệt độ lên cơ chế khởi phát và tăng trưởng của hạt. -**Support Pollinations.AI:** -🌸 **Ad** 🌸Powered by Pollinations.AI free text APIs [Support our mission](https://pollinations.ai/redirect/kofi) to keep AI accessible for everyone.
Tỉ lệ dịch chiết: Au 3+ : 1:1
Và tương ứng với nhiệt độ lần lượt là: 50, 60, 70, 80, 90, 100℃
Các mẫu này sẽ được đo quang phổ UV-Vis theo thời gian với nồng độ Au3+ tối ưu đã được xác định Để xác định nhiệt độ tối ưu cho nghiên cứu, dữ liệu từ các phép đo UV-Vis ở các thời điểm khác nhau sẽ được phân tích.
Những mẫu này được cố định với các tham số tối ưu đã được xác định từ các lần thử nghiệm trước, nhằm đảm bảo tính ổn định và lặp lại cho các thí nghiệm tiếp theo Ta vẫn sử dụng máy UV-Vis để quét phổ và giữ nguyên vùng đỉnh phổ đặc trưng của nano vàng ở khoảng 500–570 nm Dựa vào hình dạng và vị trí của đỉnh phổ, ta xác định được nhiệt độ tối ưu làm tham số cuối cùng cho quy trình.
Bảng 2.6 Thông số các giá trị khảo nhiệt độ của phản ứng tạo nano vàng
STT Thời Gian (phút) Nồng độ
Tỉ lên dịch chiết SG:Au 3+
Đặc trưng của các phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu
Phương pháp trắc quang UV-Vis
Quang phổ UV-Vis (UV-Visible) là kỹ thuật phân tích hữu ích để xác định các đặc tính hấp thụ của vật liệu Đặc biệt, trong trường hợp chất bán dẫn, các phép đo phản xạ khuếch tán cho phép ước tính giá trị năng lượng của dải tần, một tham số quan trọng trong xúc tác quang vì nó xác định năng lượng ánh sáng được sử dụng để kích hoạt chất rắn bán dẫn Quang phổ hấp thụ, hay phép đo quang phổ, là phép đo định lượng lượng ánh sáng được hấp thụ hoặc truyền qua bởi một vật liệu nhất định dưới dạng hàm của bước sóng [60][61] Để phân tích phổ hấp thu của các mẫu nano vàng bạc, các mẫu này được đo bằng phương pháp UV-Vis trên máy Cary 60 UV-Vis Spectrophotometer (Agilent, USA) tại phòng thí nghiệm D14, trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh, số 12 Nguyễn Văn Bảo, P.
4, Q Gò Vấp, TP Hồ Chí Minh.
Phương pháp XRD
Nhiễu xạ tia X (XRD) là một kỹ thuật được sử dụng để xác định các pha tinh thể có trong vật liệu và để đo các đặc tính cấu trúc (trạng thái biến dạng, kích thước hạt, thành phần pha, hướng ưu tiên và cấu trúc khuyết tật) của các pha này XRD cũng được sử dụng để xác định độ dày của màng mỏng và sự sắp xếp nguyên tử trong vật liệu vô định hình
[62] Để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của các mẫu nano vàng, các mẫu này được đo bằng phương pháp XRD trên máy Shimadzu 6100 (Japan) với hiệu thế gia tốc = 40 kV, cường độ dòng điện 30 mA, góc quét từ 10 - 80 o , bước quét 2 o /phút, tại trường đại học Công nghiệp TP HCM, số 12 Nguyễn Văn Bảo, phường 4, quận Gò Vấp, thành phố Hồ Chí Minh.
Phương pháp FT-IT
Vào năm 1950, ngành quang phổ hồng ngoại chứng kiến nhiều cải tiến mới, như bổ sung lăng kính và detector nhằm tăng hiệu suất phương pháp Đáng chú ý nhất là sự ra đời của máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) Không như các thiết bị trước đó, FT-IR có thể thu thập đồng thời toàn bộ phổ bước sóng, giúp phân tích nhanh hơn, đồng thời nâng cao độ nhạy và hiệu quả thu nhận năng lượng quang học Bên cạnh đó, nhờ sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ máy tính, các phương pháp FT-IR đã có thêm nhiều bước tiến đáng kể.
FT-IR đã thu hút ngày càng nhiều sự chú ý suốt nhiều thập kỷ qua nhờ tiềm năng của nó trong nhiều ứng dụng, bao gồm cả nghiên cứu xúc tác Máy quang phổ FT-IR đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn trong các phòng thí nghiệm khoa học, phần lớn nhờ chi phí tương đối thấp so với các thiết bị hiện đại khác để xác định đặc tính hóa lý của bề mặt vật liệu.
Trong luận văn này, để xác định các nhóm liên kết khác nhau trên mẫu nano vàng, các mẫu được đo bằng phương pháp FT-IR trên máy 55 EQUINOX Bruker (Đức) đặt tại Khoa Công nghệ Hóa học – Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Phép đo FT-IR cho phép nhận diện các nhóm liên kết trên bề mặt và giữa các thành phần của mẫu, từ đó xác định đặc tính cấu trúc và mức độ tương tác của nano vàng với các chất nền và phụ gia Kết quả phân tích FT-IR cung cấp dữ liệu có giá trị cho các ứng dụng của mẫu nano vàng trong cảm biến, y sinh và công nghệ vật liệu, đồng thời hỗ trợ mục tiêu nghiên cứu và định hướng tối ưu hóa thiết kế mẫu.
12 Nguyễn Văn Bảo, phường 4, quận Gò Vấp, thành phố Hồ Chí Minh.
Phương pháp DLS
Tán xạ ánh sáng động (DLS), còn được biết đến như Quasi-elastic light scattering hoặc Photon correlation spectroscopy, đánh giá các dao động tần số cao trong ánh sáng tán xạ để phản ánh động lực của quá trình cấu trúc vi mô, chẳng hạn dao động đàn hồi trong gel, biến đổi Sol-gel hoặc kết tụ các hạt; từ đó phân tích kích thước của các hạt nano với độ phân tán thấp, đánh giá tiến trình phân tán và xác định đồng thời kích thước và nồng độ hạt DLS là kỹ thuật phổ biến nhất để phân tích kích thước hạt trong phạm vi submicrometre (1 nm – 1 μm) và đi kèm với quá trình phân tích nhanh, chi phí cho mỗi phép đo không quá cao, đồng thời thiết bị phân tích không quá đắt so với các phương pháp khác, mặc dù kỹ thuật này có những hạn chế so với một số phương pháp khác.
Các mẫu lỏng nano vàng đã tổng hợp được đo bằng phương pháp DLS trên máy Horiba SZ‑100, thiết bị xuất xứ từ Nhật Bản Quá trình đo nhằm xác định kích thước và phân bố kích thước hạt của các mẫu nano vàng lỏng, cung cấp dữ liệu quan trọng cho nghiên cứu và ứng dụng của nano vàng Máy Horiba SZ‑100 được đặt tại Khoa Công nghệ Hóa học – Đại học Công nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh, số 12 Nguyễn Văn Bảo, phường 4, quận Gò Vấp, TP Hồ Chí Minh.
Phương pháp thế zeta
Điện thế Zeta là một chỉ số quan trọng đánh giá mức độ ổn định của sự phân tán hạt ở dạng keo Thế Zeta cho biết mức độ lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt mang điện tích tương tự nằm kề nhau trong hệ phân tán Với các hạt và phân tử có kích thước nhỏ, thế Zeta cao đồng nghĩa với sự ổn định, giúp dung dịch chống lại hiện tượng keo tụ Ngược lại, thế Zeta thấp có thể cho phép lực hấp dẫn vượt qua lực đẩy tĩnh điện và khiến sự phân tán bị phá vỡ, dẫn đến keo tụ Do vậy, đánh giá thế Zeta là yếu tố quan trọng trong các phương pháp đánh giá đặc trưng hóa lý của vật liệu nano.
Các mẫu lỏng nano vàng được tổng hợp và sau đó đo bằng phương pháp thế zeta tại Viện Khoa Học Vật Liệu – Viện Hàn Lâm Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam Địa điểm thực hiện đo là số 18 Hoàng Quốc Việt, quận Cầu Giấy, Hà Nội Kết quả đo cung cấp thông tin về tính chất điện và độ ổn định của dung dịch nano vàng, phục vụ cho các nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu nano vàng trong nhiều lĩnh vực.
Phương pháp HR-TEM
Hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR-TEM) là thiết bị hiệu quả nhất trong lĩnh vực nghiên cứu về nano HR-TEM cho phép xác định hình thái cấu trúc bên trong của vật liệu nano với độ phân giải có thể lên tới 0,1 mm, từ đó khảo sát chi tiết cấu trúc và đặc tính của các hạt nano Nhờ phương pháp này, hình dạng và kích thước của các hạt nano có thể được xác định một cách chính xác, phục vụ cho phân tích và thiết kế vật liệu nano có hiệu suất cao [64].
Phương pháp này cho được hình ảnh với độ phóng đại cao hơn phương pháp TEM thông thường và sử dụng mẫu lỏng
Các mẫu lỏng nano vàng sau khi tổng hợp được đo bằng phương pháp HR-TEM tại Viện Khoa Học Vật Liệu, Viện Hàn Lâm Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam, địa chỉ 18 Hoàng Quốc Việt, quận Cầu Giấy, Hà Nội Phương pháp HR-TEM cho phép quan sát cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và phân bố của nano vàng ở mức vi mô, từ đó đánh giá chất lượng tổng thể của mẫu Những dữ liệu thu được cung cấp nền tảng cho nghiên cứu và ứng dụng của nano vàng trong công nghệ vật liệu, y sinh và điện tử.
Phương pháp EDX
Phương pháp phân tích thành phần hoá học được phát triển bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) kết hợp với phân tích phổ tia X phát bạc (EDX) để đánh giá và xác định vật liệu, nhận diện ô nhiễm, sàng lọc và kiểm soát chất lượng ở nhiều lĩnh vực EDX có thể phát hiện các nguyên tố có số nguyên tử lớn hơn Boron với ngưỡng phát hiện tối thiểu là 0,1% trọng lượng Để xác định thành phần hoá học của mẫu nano vàng và nano bạc, các mẫu được đo bằng phương pháp EDX tại Nanotechnology Lab, SHTP labs, Lô I3, đường N2, khu Công nghệ cao, quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh.
Khảo sát hoạt tính xúc tác của nano vàng
Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và 2-NP có nano vàng làm xúc tác, khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác
2.5.1.1 Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và 2-NP có nano vàng làm xúc tác Để đánh giá hoạt tính xúc tác của nano vàng, ta khảo sát phản ứng khử 2-Nitrophenol (2-NP) bằng NaBH4 với sự có mặt của nano vàng, phản ứng này thường được sử dụng như một phản ứng đặc trưng
Quá trình thực nghiệm được diễn ra như sau: Trộn 2,5 mL 2-Nitrophenol ở nồng độ 1,0 mM với 0,5 mL NaBH4 0,1 M (được chuẩn bị mới tại phòng thí nghiệm ở 25 ± 1 °C) Hai dung dịch sau đó được hòa trộn và đưa vào cuvet chuẩn có chiều dài quang học 1,0 cm Quét phổ UV-Vis lần đầu tiên khi chưa có xúc tác SG-AuNPs Tiếp theo, thêm 3 mg SG-AuNPs vào cuvet và tiến hành quét UV-Vis theo thời gian ở 2, 4, 6, 8, 10, 12 và 14 phút để thu được kết quả khảo sát xúc tác của SG-AuNPs.
Khi tiến hành quét phổ UV-Vis, ta thiết lập khoảng bước sóng để quét từ 250 đến 550 nm trên máy Cary 60 UV-Vis spectrophotometer (Agilent, USA) Máy Cary 60 đảm bảo thu nhận phổ UV-Vis với độ nhạy và độ tin cậy cao, phục vụ phân tích quang phổ hấp thụ của mẫu trong dải nhìn thấy.
2.5.1.2 Khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác
Xúc tác nano vàng sau khi thực hiện phản ứng được thu hồi bằng cách ly tâm, rửa nhiều lần bằng ethanol, sau đó chưng cất nhiều lần với nước cất và ly tâm để thu hồi xúc tác; sau lần chưng cất cuối cùng, xúc tác được sấy khô và tiếp tục tham gia phản ứng với các điều kiện như phần khảo sát phản ứng ở trên Việc tái sử dụng xúc tác được thực hiện lặp lại 3 lần để đánh giá khả năng tái sử dụng của xúc tác nano vàng trong chu trình phản ứng.
Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và 3-NP có nano vàng làm xúc tác, khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác
2.5.2.1 Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và 3-NP có nano vàng làm xúc tác Để đánh giá hoạt tính xúc tác của nano vàng, ta khảo sát phản ứng khử 3-Nitrophenol (3-NP) bằng NaBH4 với sự có mặt của nano vàng, phản ứng này thường được sử dụng như một phản ứng đặc trưng
Quá trình thực nghiệm được diễn ra như sau:
Trong thí nghiệm này, 2,5 ml 3-Nitrophenol ở nồng độ 1,0 mM được trộn với 0,5 ml NaBH4 0,1 M được chuẩn bị mới tại nhiệt độ phòng (25 ± 1 °C) Hai dung dịch trên được hòa trộn với nhau trong cuvet tiêu chuẩn có chiều dài quang học 1,0 cm Ta tiến hành đo phổ UV-Vis lần 1 khi chưa có xúc tác SG-AuNPs Tiếp đó, ta thêm 3 mg SG-AuNPs vào cuvet và tiếp tục quét phổ UV-Vis theo thời gian tại các mốc 2, 4 và các thời điểm tiếp theo.
6, 8, 10, 12, 14 phút để thu được kết quả cho quá trình khảo sát xúc tác SG-AuNPs
Trong quá trình quét phổ UV-Vis, ta thiết lập khoảng bước sóng từ 250–550 nm và tiến hành đo trên máy Cary 60 UV-Vis spectrophotometer (Agilent, USA).
2.5.2.2 Khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác
Xúc tác nano vàng sau khi thực hiện phản ứng được thu hồi bằng cách ly tâm Xúc tác được rửa nhiều lần với ethanol, sau đó chưng cất với nước cất nhiều lần và ly tâm để thu hồi Sau lần chưng cất cuối cùng, xúc tác được sấy khô và tiếp tục thực hiện phản ứng với các điều kiện như phần khảo sát phản ứng ở trên Quá trình tái sử dụng được lặp lại 3 lần để đánh giá khả năng tái sử dụng của xúc tác.
Khảo sát năng lượng hoạt hoá trong phản ứng giữa NaBH 4 và Nitrophenol có sự tham gia của xúc tác SG-AuNPS
Khảo sát năng lượng hoạt hoá trong phản ứng giữa 2-Nitrophenol và NaBH 4 có sự tham gia của xúc tác SG-AuNPs
sự tham gia của xúc tác SG-AuNPs
2.6.1.1 Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và 2-NP
Quá trình thực nghiệm được tiến hành theo phương pháp tương tự như khảo sát hoạt tính xúc tác của hệ hỗn hợp, bằng cách hòa trộn 2,5 ml dung dịch 2-Nitrophenol ở nồng độ 1,0 mM với 0,5 ml dung dịch NaBH4 để đánh giá khả năng xúc tác và đặc tính của phản ứng khử nitro.
Ở nồng độ 0,1 M, điểm khác biệt khi khảo sát hoạt tính xúc tác là phản ứng giữa hai dung dịch diễn ra ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau, bắt đầu từ nhiệt độ phòng Việc thử nghiệm ở nhiều mức nhiệt độ cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng và hiệu quả của xúc tác, từ đó hỗ trợ tối ưu điều kiện vận hành và cải thiện kết quả nghiên cứu.
30 o C rồi đến 40, 50, 60, 70 o C Ứng với từng mức nhiệt độ trên thì ta tiến hành quét phổ
Đầu tiên đo phổ hấp thụ bằng UV-Vis để ghi nhận phổ trước khi bổ sung xúc tác SG-AuNPs vào hệ phản ứng Sau đó, ở từng mức nhiệt độ, thêm 3 mg xúc tác SG-AuNPs vào hỗn hợp dung dịch đang phản ứng và tiếp tục đo UV-Vis để theo dõi sự biến đổi của phổ hấp thụ khi có xúc tác.
Thực hiện do UV-Vis trên máy Cary 60 UV-Vis spectrophotometer (Agilent, USA), bước sóng để quét từ 250 đến 550 nm
2.6.1.2 Khả năng hoạt hoá của xúc tác SG-AuNPs với 2-NP
Năng lượng hoạt hóa của phản ứng giữa 2-Nitrophenol và NaBH4, khi được xúc tác bởi SG-AuNPs, được đánh giá thông qua hằng số tốc độ k trong quá trình phân hủy Nghiên cứu được thực hiện ở các mức nhiệt độ khác nhau từ 30 °C đến 70 °C, với các điểm đo tại 30, 40, 50, 60 và 70 °C, nhằm làm sáng tỏ ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng và ước lượng năng lượng hoạt hóa.
Năng lượng hoạt hoá dười sự ảnh hưởng của nhiệt độ tuân theo phương trình Arhenrius [66] dlnk dT = E a
Khảo sát năng lượng hoạt hoá trong phản ứng giữa 3-Nitrophenol và NaBH 4 có sự tham gia của xúc tác SG-AuNPs
sự tham gia của xúc tác SG-AuNPs
2.6.2.1 Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và 3-NP
Quá trình thực nghiệm được thực hiện theo quy trình tương tự như khảo sát hoạt tính xúc tác: hòa 2,5 ml 2-Nitrophenol ở nồng độ 1,0 mM và trộn với 0,5 ml NaBH4 để tiến hành phản ứng.
Ở nồng độ 0,1 M, điểm khác biệt khi khảo sát hoạt tính xúc tác là phản ứng giữa hai dung dịch trên diễn ra ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau, cụ thể từ nhiệt độ phòng trở đi và được đánh giá theo từng mức nhiệt độ để xác định ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình xúc tác.
Ở các mức nhiệt từ 30°C đến 70°C, ta tiến hành quét phổ UV-Vis để thu được phổ hấp thụ của mẫu ở điều kiện chưa thêm xúc tác SG-AuNPs Sau đó, ở từng mức nhiệt, bổ sung 3 mg xúc tác SG-AuNPs vào hỗn hợp dung dịch đang phản ứng và tiếp tục đo UV-Vis để quan sát sự biến đổi của phổ hấp thụ khi có xúc tác.
Thực hiện do UV-Vis trên máy Cary 60 UV-Vis spectrophotometer (Agilent, USA), bước sóng để quét từ 250 đến 550 nm
2.6.2.2 Khả năng hoạt hoá của xúc tác SG-AuNPs với 3-NP
Đây là một nghiên cứu đánh giá năng lượng hoạt hoá của phản ứng giữa 2-Nitrophenol và NaBH4 khi có xúc tác SG-AuNPs, thông qua giá trị hằng số tốc độ k của quá trình phân huỷ ở các nhiệt độ 30, 40, 50, 60 và 70 °C Việc xác định hằng số tốc độ ở từng mức nhiệt độ cho phép ước lượng năng lượng hoạt hoá và phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng với sự có mặt của SG-AuNPs Kết quả cho thấy hằng số tốc độ k tăng khi nhiệt độ tăng, cho thấy tác động tích cực của nhiệt độ và xúc tác SG-AuNPs lên quá trình phân huỷ của 2-Nitrophenol bằng NaBH4 Những thông tin này có thể dùng để tối ưu hoá điều kiện phản ứng, đánh giá hiệu quả của SG-AuNPs như xúc tác và phục vụ cho các ứng dụng xử lý nước hoặc tổng hợp hữu ích.
Năng lượng hoạt hoá dười sự ảnh hưởng của nhiệt độ tuân theo phương trình Arhenrius [66] dlnk dT = E a
Khảo sát ứng dụng làm cảm biến sinh học của SG-AuNPs
Khảo sát ứng dụng của SG-AuNPs dùng để làm cảm biến so màu phát hiện kim loại nặng
Chúng tôi tiến hành thực nghiệm nhằm xác định SG-AuNPs có thể ứng dụng để làm cảm biến sinh học hay không bằng cách cho tiếp xúc với một dãy ion kim loại gồm Pb2+, Ni2+, Cd2+, Ba2+, Cr3+, Na+ Sự tương tác giữa SG-AuNPs và từng ion được đánh giá ở mức độ quang học và điện hóa để xác định độ nhạy, tính đặc hiệu và khả năng phân biệt giữa các ion kim loại Kết quả cho thấy mức độ biến đổi tín hiệu của SG-AuNPs khi gặp từng ion, từ đó làm sáng tỏ tiềm năng của cảm biến dựa trên SG-AuNPs để nhận diện và đo lường các ion kim loại trong mẫu sinh học hoặc môi trường.
Mg 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ và Fe 3+ với lượng thể tích và nồng độ là 200 μL, 1000 μM vào vial chứa
Qua đo UV-Vis ở vùng bước sóng 400–700 nm và sự thay đổi của dung dịch khi đã xuất hiện keo tụ, ta nhận thấy hiện tượng quang học liên quan đến quá trình tụ của SG-AuNPs Từ đó có thể kết luận SG-AuNPs có khả năng ứng dụng làm cảm biến màu (colorimetric sensor) cho ion kim loại Pb2+.
Khảo sát khả năng ứng dụng SG-AuNPs để làm cảm biến so màu phát hiện kim loại Chì (Pb 2+ ) trong nước ao
Để khảo sát khả năng ứng dụng làm cảm biến so màu của hạt nano SG-AuNPs, chúng tôi sử dụng phương pháp trắc quang với thiết bị UV-Vis và kỹ thuật đường chuẩn Sau khi dựng được đường chuẩn có độ tuyến tính phù hợp cho nghiên cứu, chúng tôi sẽ tính toán các tham số LOD và LOQ và dùng mẫu giả lập để kiểm tra lại độ chính xác của đường chuẩn nhằm tăng độ tin cậy trước khi áp dụng nó vào quy trình cảm biến nhận biết ion.
Trong thí nghiệm này, chúng ta khảo sát quy trình dựng đường chuẩn Đầu tiên, ta chuẩn bị đầy đủ hoá chất và dụng cụ cần thiết, đặc biệt là 17 lọ vial được làm sạch bằng Ethanol và nước cất nhiều lần, sau đó sấy khô trước khi sử dụng Tiếp theo, ta pha một dãy dung dịch Pb2+ từ Pb(NO3)2 ở nhiệt độ phòng với các mức nồng độ lần lượt là 0, 40, 80, nhằm xây dựng đường chuẩn phục vụ cho phân tích.
Danh sách nồng độ (μM) được sử dụng lần lượt là 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 2000, 3000, 4000 và 5000 Đồng thời, mẫu SG-AuNPs được tổng hợp ở các điều kiện tối ưu đã được khảo sát trước đó để đảm bảo tính tối ưu của quá trình tổng hợp Khi đã chuẩn bị xong, tiến hành thí nghiệm đồng loạt với một lượng 400 để đánh giá sự lặp lại và độ tin cậy của kết quả.
Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của đường chuẩn
Tiến hành đo UV-Vis trên máy Cary 60 UV-Vis spectrophotometer (Agilent, USA), đo lần lượt từng mẫu theo thời gian Đỉnh phổ hấp thụ của mỗi vial được ghi nhận để tính toán và dựng đường chuẩn với hai đại lượng là nồng độ và giá trị hấp thụ tại đỉnh phổ.
Pb 2+ , và độ nhạy tương đối (S) [67] Từ đường chuẩn vừa lặp được ta tính các giá trị LOD, LOQ của đường chuẩn ấy
A 0 là đỉnh phổ hấp thu của nano vàng ban đầu
A là đỉnh phổ hấp thu khi nano vàng phản ứng với dung dịch Pb ở từng mức nống độ khac nhau
2.7.3 Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của đường chuẩn Để tiến hành khảo sát xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của bài nghiên cứu này ta sử dụng phương pháp xác định dựa trên độ lệch chuẩn
Trong thí nghiệm này, chuẩn bị 11 ống nghiệm chứa dung dịch Pb2+ ở nồng độ nhỏ nhất bắt đầu hiện tượng keo tụ; mỗi ống được bổ sung một lượng bằng nhau dung dịch SG-AuNPs tổng hợp ở điều kiện tối ưu với tỉ lệ thể tích giữa SG-AuNPs và Pb2+ là 2:1, sau đó lắc đều để đảm bảo phản ứng đạt hiệu suất cao nhất Sau khi phản ứng đạt thời gian tối ưu là 5 phút, tiến hành đo UV-Vis để thu được tín hiệu hấp thụ; từ đỉnh phổ hấp thụ xác định được độ lệch chuẩn và từ đó xác định LOD và LOQ theo công thức chuẩn: LOD = 3.3 × SD / S và LOQ = 10 × SD / S, với S là độ dốc (slope) của đường chuẩn.
Khảo sát khả năng áp dụng của đường chuẩn trong thực tế
Ta chuẩn bị một mẫu nước ao giả lập từ các dung dịch như NaCl (0,9%), BaCl2
Trong nước ao giả lập chứa 0,4% và FeCl3 0,6%, ta cho dung dịch muối Pb(NO3)2 ở hai mức nồng độ lần lượt là 20 μM (lần thực nghiệm thứ nhất) và 350 μM (lần thực nghiệm thứ hai) Lượng Pb2+ trong nước ao giả lập được nhận biết bằng dung dịch SG-AuNPs tối ưu kết hợp với phép đo UV-Vis, nhằm đưa ra kết quả có độ chính xác cao nhất.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Kết quả khảo sát nano vàng
3.1.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng khử của dịch chiết của phản ứng tạo nano vàng
Phổ hấp thụ UV-Vis cho thấy các đỉnh hấp phụ hầu như nằm trong khoảng 520–580 nm, chứng tỏ dung dịch chứa nano vàng Cường độ hấp phụ của mẫu tăng theo thời gian phản ứng và đạt giá trị tối ưu tại 50 phút Từ 50 phút trở đi, độ hấp thu giảm do hệ nano trở nên kém bền và kết tụ thành các hạt nano lớn hơn, làm cho độ hấp thu giảm và cho thấy không còn hình thành thêm nano vàng trong dung dịch Vì vậy, thời gian tối ưu được chọn là 50 phút.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Au 3+ đến khả năng khử của dịch chiết của phản ứng tạo nano vàng
Hình 3.1 Dung dịch SG-AuNPs ứng với từng mức thời gian khảo sát
Hình 3.2 Phổ UV-Vis về sự ảnh hưởng của thời gian tới phản ứng tạo nano vàng
Phân tích phổ UV-Vis cho thấy các đỉnh hấp phụ hầu hết nằm trong khoảng 510–600 nm, xác nhận sự có mặt của nano vàng trong dung dịch Cường độ hấp phụ của mẫu tăng dần theo nồng độ từ 0.25, 0.5 đến 0.75 mM, và tại nồng độ 0.75 mM đạt giá trị hấp phụ tối đa (Amax) Ở các nồng độ 1.0 và 1.25 mM, độ hấp thu giảm và đỉnh peak lệch so với các đỉnh trước, do các hạt nano vàng kết tụ thành kích thước lớn hơn và lắng xuống Vì vậy, trong khảo sát này chọn giá trị nồng độ Au3+ là 0.75 mM để khảo sát các điều kiện tiếp theo.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng khử của dịch chiết của phản ứng tạo nano vàng
Hình 3.3 Dung dịch SG-AuNPs ứng với từng mức nồng độ
Hình 3.4 Phổ UV-Vis về sự ảnh hưởng của nồng độ Au 3+ tới phản ứng tạo nano vàng
Hình 3.5 Dung dịch SG-AuNPs ứng với từng mức nhiệt độ
Hình 3.7 Mẫu lỏng (trái) và rắn (phải) của nano vàng sau khi tổng hợp theo các điều kiện tối ưu
Qua phổ UV-Vis, các đỉnh hấp phụ hầu như nằm trong khoảng 520–570 nm, chứng minh dung dịch có chứa nano vàng Theo khảo sát, cường độ hấp phụ của mẫu dung dịch tăng dần theo các mức nhiệt độ 50, 60, 70 và 80°C.
Ở nhiệt độ 80℃, cường độ hấp thu của nano vàng đạt mức cao nhất Tăng nhiệt độ lên 90℃ và 100℃ khiến cường độ hấp thu giảm do hệ nano không bền, hình thành các hạt có kích thước lớn hơn và bắt đầu lắng xuống Do đó, nhiệt độ tổng hợp nano vàng tối ưu được chọn là 80℃.
Từ các kết quả khảo sát trên ta tổng hợp được các thông số và điều kiện tối ưu để tổng hợp nano vàng:
Bảng 3.1 Thông số tối ưu khi tổng hợp SG-AuNPs
Thông số và điều kiện Giá trị
Thời gian phản ứng (phút) 50 phút
Nồng độ Au 3+ (mM) 0.75 mM
Hình 3.6 Phổ UV-Vis về sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới phản ứng tạo nano vàng