Nghiên cứu khả năng tạo các phân đoạn Chitosan khác nhau bằng xử lý chiếu xạ trên nguồn Gamma

[Đồ án] Nghiên cứu khả năng tạo các phân đoạn Chitosan khác nhau bằng xử lý chiếu xạ trên nguồn Gamma

LỜI CẢM ƠN

Hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, trước tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắctới TS Trần Minh Quỳnh, thầy giáo hướng dẫn trực tiếp Thầy đã đã tạo điềukiện rất thuận lợi cho em được thực hành tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội Thầyliên tục chỉ bảo về phương pháp thực nghiệm và truyền đạt cho em nhiều kiếnthức bổ ích trong thời gian làm thực tập tại đây Em xin cảm ơn thầy rất nhiều

Em cảm ơn tới Thạc sỹ Nguyễn Văn Bính đã hướng dẫn em làm các thínghiệm và nhiều kỹ năng rất bổ ích Em xin cảm ơn các cô chú, các anh chị tạiphòng nghiên cứu Công nghệ bức xạ – Trung tâm chiếu xạ Hà Nội đã quan tâm

và giúp đỡ em rất nhiệt tình

Em xin cảm ơn cô Hoàng Ngọc Liên, người đã luôn quan tâm, giúp đỡ,động viên em những lúc khó khăn Em cũng xin cảm ơn các thầy cô và các bạn

trong Viện đã giúp đỡ và động viên em rất nhiều trong thời gian qua

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Chitosan là polyme sinh học được chiết xuất từ vỏ tôm, cua và vỏ cácloài giáp xác Do tính tương hợp sinh học và các tính chất cơ lý nổi bật nênchúng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như sinh học, nông nghiệp, y tế Vấn đề của chúng là trọng lượng phân tử lớn làm hạn chế khả năng hòa tantrong các dung môi hữu cơ nên hạn chế khả năng ứng dụng của chúng Có nhiềuphương pháp xử lý biến tính chitosan nhằm làm tăng khả năng hòa tan và cảithiện các tính chất cơ lý của chitosan như xử lý hóa học, biến tính enzym và xửlý chiếu xạ Xử lý chiếu xạ là một phương pháp đơn giản, hiệu quả và có nhiều

ưu điểm so với các phương pháp khác trong việc thay đổi tính chất hóa lý củachúng Trong đồ án của tôi, một quy trình chiếu xạ được xây dựng tại Trung tâmchiếu xạ Hà Nội để giúp cho các nhà sản xuất có một quy trình cụ thể để lựachọn như đây là một phương pháp cụ thể áp dụng cho những mục đích ứng dụng

cụ thể Chitosan sản xuất tại Viện hóa − Viện Khoa học và Công nghệ Việt namđược xác định trọng lượng phân tử ban đầu sau đó được đưa vào chiếu xạ trênnguồn gamma theo dải liều hấp thụ đã tính toán trên lý thuyết Sau khi chiếu xạchitosan được xác định liều hấp thụ thực tế, xác định trọng lượng phân tử và xâydựng đồ thị sự phụ thuộc trọng lượng phân tử theo liều chiếu xạ, sau đó xác địnhảnh hưởng của liều chiếu đến phân bố trọng lượng phân tử và ảnh hưởng của xửlý chiếu xạ đến độ deacetyl hóa của chitosan Từ những kết quả trên tôi xây dựngđược một quy trình xử lý chiếu xạ phân đoạn chitosan có trọng lượng phân tửkhác nhau

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1 Hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, trước tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Trần Minh Quỳnh, thầy giáo hướng dẫn trực tiếp Thầy đã đã tạo điều kiện rất thuận lợi cho em được thực hành tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội Thầy liên tục chỉ bảo về phương pháp thực nghiệm và truyền đạt cho em nhiều kiến thức bổ ích trong thời gian làm thực tập tại đây Em xin cảm ơn thầy rất nhiều 1

Em cảm ơn tới Thạc sỹ Nguyễn Văn Bính đã hướng dẫn em làm các thí nghiệm và nhiều kỹ năng rất bổ ích Em xin cảm ơn các cô chú, các anh chị tại phòng nghiên cứu Công nghệ bức xạ – Trung tâm chiếu xạ Hà Nội đã quan tâm và giúp đỡ em rất nhiệt tình 1

Em xin cảm ơn cô Hoàng Ngọc Liên, người đã luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên em những lúc khó khăn Em cũng xin cảm ơn các thầy cô và các bạn trong Viện đã giúp đỡ và động viên

em rất nhiều trong thời gian qua 1 TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN 2 Chitosan là polyme sinh học được chiết xuất từ vỏ tôm, cua và vỏ các loài giáp xác Do tính tương hợp sinh học và các tính chất cơ lý nổi bật nên chúng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như sinh học, nông nghiệp, y tế Vấn đề của chúng là trọng lượng phân tử lớn làm hạn chế khả năng hòa tan trong các dung môi hữu cơ nên hạn chế khả năng ứng dụng của chúng Có nhiều phương pháp xử lý biến tính chitosan nhằm làm tăng khả năng hòa tan và cải thiện các tính chất cơ lý của chitosan như xử lý hóa học, biến tính enzym và xử lý chiếu xạ Xử lý chiếu xạ là một phương pháp đơn giản, hiệu quả và có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác trong việc thay đổi tính chất hóa lý của chúng Trong đồ án của tôi, một quy trình chiếu xạ được xây dựng tại Trung tâm chiếu xạ Hà Nội để giúp cho các nhà sản xuất có một quy trình cụ thể để lựa chọn như đây là một phương pháp cụ thể áp dụng cho những mục đích ứng dụng cụ thể Chitosan sản xuất tại Viện hóa  Vi  ̣n Khoa học và Công nghệ Việt nam

hấp thụ thực tế, xác định trọng lượng phân tử và xây dựng đồ thị sự phụ thuộc trọng lượng phân tử theo liều chiếu xạ, sau đó xác định ảnh hưởng của liều chiếu đến phân bố trọng lượng phân tử và ảnh hưởng của xử lý chiếu xạ đến độ deacetyl hóa của chitosan Từ những kết quả trên tôi xây dựng được một quy trình xử lý chiếu xạ phân đoạn chitosan có trọng lượng phân

tử khác nhau 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THI 6

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 12

1.1.Tổng quan về chitin, chitosan và các dẫn xuất 12

1.1.1.Cấu tạo hóa học và mức độ deacetyl hóa 13

1.1.2 Một số tính chất hóa lý của chitosan 15

1.1.2.1 Tính tan 15

1.1.2.2 Độ nhớt 16

1.1.2.3 Trọng lượng phân tử 17

1.1.2.4 Tỷ trọng 17

1.1.3 Hoạt tính sinh học 18

1.1.3.1 Tính kháng vi sinh vật 18

1.1.3.2 Kích thích đáp ứng miễn dịch thực vật 20

1.1.4 Khả năng ứng dụng của chitin, chitosan và các dẫn xuất 20

1.1.4.1 Trong nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm 20

1.1.4.2 Trong y dược và mỹ phẩm 21

1.2 Tổng quan về xử lý chiếu xạ 24

1.2.1 Khả năng ion hóa vật chất của các loại bức xạ 24

1.2.1.1 Bức xạ alpha 25

1.2.1.2 Bức xạ beta 26

1.2.1.3 Bức xạ notron 26

1.2.1.4 Bức xạ Tia X và tia gamma 26

1.2.2 Tổng quan về các thiết bị chiếu xạ 30

1.2.3 Thiết bị chiếu xạ gamma của trung tâm chiếu xạ Hà Nội 31

1.2.4 Ứng dụng của bức xạ gamma trong xử lý chiếu xạ 34

1.3 Xử lý chiếu xạ các polyme 34

1.3.1 Tổng hợp các polyme bằng kỹ thuật khơi mào bức xạ 34

1.3.2 Phân hủy và khâu mạch các polyme bằng xử lý chiếu xạ 35

1.3.3 Ghép mạch bức xạ 36

1.4 Phân đoạn chitosan bằng chiếu xạ 36

1.4.1 Ảnh hưởng của điều kiện chiếu xạ 36

1.4.1.1 Chiếu xạ chitosan ở trạng thái khô 36

1.4.1.2 Chiếu xạ chitosan ở trạng thái dung dịch 38

1.4.2 Ảnh hưởng của điều kiện và liều chiếu xạ 39

1.4.3 Ưu điểm của xử lý chiếu xạ 39

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 41

2.1 Vật liệu 41

2.2 Phương pháp chiếu xạ 41

2.2.1 Chuẩn bị và đặt mẫu 41

2.2.2 Tính toán liều hấp thụ và xử lý chiếu xạ 42

2.3 Phương pháp đo liều hấp thụ thực tế 43

2.4 Phương pháp xác định trọng lượng phân tử 43

2.4.1 Xác định trọng lượng phân tử bằng phương pháp đo độ nhớt 44

2.4.2 Xác định trọng lượng phân tử bằng phương pháp sắc ký 46

2.5 Phương pháp phổ hổng ngoại 48

49

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50

3.1 Liều hấp thụ thực tế của các mẫu chitosan chiếu xạ 50

3.2 Ảnh hưởng của liều chiếu đến trọng lượng phân tử chitosan 51

3.3 Ảnh hưởng của liều chiếu đến phân bố trọng lượng phân tử 53

3.4 Ảnh hưởng của xử lý chiếu xạ đến DD của chitosan 54

3.5 Quy trình xử lý chiếu xạ 55

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THI

Hình 1 Sản xuất chitin, chitosan từ vỏ tôm, cua 8

Hình 2 Cấu trúc của các đại phân tử 9

Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của chitin, chitosan đặc trưng bởi độ acetyl hóa (DA) 13

Hình 1.2 Cơ chế gây ion hóa vật chất của bức xạ 25

Hình 1.3: Sự phụ thuộc xác xuất tương tác của tia gamma theo năng lượng 29

Hình 1.4 Bên trong buồng chiếu xạ đang vận hành 31

Hình 1.5 Sơ đồ phân rã của 60Co 32

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí mẫu theo liều chiếu 32

Hình 1.7 Sự thay đổi trọng lượng phân tử của chitosan theo liều chiếu trong các môi trường khác nhau 39

Hình 2.1 Vị trí chiếu xạ trên bảng nguồn 40

Hình 2.2 Tính vị trí đặt mẫu theo các trục tọa độ 41

Hình 2.3 Nhớt kế 44

Hình 3.1 Sự phụ thuộc của độ nhớt dung dịch vào liều chiếu 49

Hình 3.2 Ảnh hưởng của liều chiếu đến trọng lượng phân tử 50

Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của chitosan (A) và chitosan chiếu xạ liều 200 kGy (B) 53

Hình 3.4 Quy trình xác định liều chiếu tạo các phân đoạn chitosan có trọng lượng phân tử 55

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Bảng 2.1 Vị trí đặt mẫu và thời gian chiếu xạ 42Bảng 3.1 Liều chiếu xạ hấp thụ của các mẫu chitosan chiếu xạ 48

MỞ ĐẦU

Chitin là một trong các polysacchride bắt gặp nhiều trong tự nhiên, chỉđứng sau cellulose Chitin được tách ra lần đầu tiên vào năm 1811 bởi nhà hóahọc kiêm thực vật học Henry Braconnot Nó chủ yếu được tìm thấy trong bộxương ngoài của côn trùng, vỏ cứng của động vật giáp xác như vỏ tôm, cua,thành tế bào vi nấm với cấu trúc tương đối đồng nhất (Hình 1) Chitin có tính kỵnước cao, không tan trong nước cũng như hầu hết các dung môi hữu cơ, trừnhững dung môi rất mạnh như hexafluoroisopropanol, hexafluoroacetone,

chloroalcohols với sự có mặt củacác dung dịch axit khoáng và

lithium chloride [23] Tuy nhiên,nhờ có khả năng tương hợp sinhhọc tốt, nó đã được tận dụng trongnhiều ngành công nghiệp khácnhau Cho đến nay, hàng năm cótrên 100 triệu tấn chitin được sảnxuất trên toàn thế giới [11,24,31].Chitosan là một sản phẩm deacetyl hóa của chitin, gồm rất nhiều các tiểuphần glucosamine và N-acetylglucosamine liên kết với nhau thông qua liên kết1-4 glucoside Cả hai đều có cấu trúc hóa học gần giống như cellulose, nhưng sựkhác biệt duy nhất giữa các nhóm chức ở vị trí C2 làm cho chúng có khả năngtích điện dương khác với cellulose (Hình 2)

Hình 1 Sản xuất chitin, chitosan từ vỏ tôm, cua

Chitosan có một số tính chất sinhhọc đặc biệt và không độc đối với conngười và môi trường nên đã được xem lànhững vật liệu tiềm năng cho tương lai vớicác đặc tính cấu trúc có thể được cải biếnđể ứng dụng cho các lĩnh vực khác nhau từnông nghiệp [11], công nghiệp thực phẩm[12,13,19], đến y tế và dược phẩm[8,13,23,26,29,32].

Phụ thuộc vào nguồn gốc, phươngpháp tách chiết và sản xuất mà chitin,chitosan sẽ có các tính chất hóa lý và sinh học khác nhau Khả năng ứng dụngcủa chúng thường phụ thuộc vào khối lượng phân tử, khả năng hòa tan và một sốđặc tính sinh học quan trọng khác như tính kháng vi sinh vật, đáp ứng miễn dịch

Đi sâu về các ứng dụng tiềm năng của chitin và chitosan, dường như cácnhà khoa học đều thống nhất rằng cần phải xem xét tính chất hóa học, tính tan vàkhả năng tạo sợi của chúng Sợi chitin đứng ngoài tất cả các loại sợi phân hủysinh học tự nhiên khác trong nhiều đặc tính cố hữu như tương hợp sinh học,không độc, phân hủy sinh học, đáp ứng miễn dịch thấp… Những đặc tính nàycùng với những đặc tính cơ lý tốt làm cho chúng trở thành ứng cử viên tuyệt vờilàm chỉ khâu phẫu thuật [31] Sử dụng lâm sàng trên 132 bệnh nhân đã chứng tỏthích ứng cho phản ứng mô và lành vết thương thỏa mãn tính tương hợp sinhhọc Các thử nghiệm độc học bao gồm độc học cấp tính, gây viêm và gây độtbiến là không có ảnh hưởng bất lợi trong mọi lĩnh vực Tính bền cơ học của sợi

1 Chitin, 2 Chitosan, 3 Cellulose

Hình 2 Cấu trúc của các đại phân tử

1 Chitin, 2 Chitosan, 3 Cellulose

Hình 2 Cấu trúc của các đại phân tử

chitin là tốt hơn sản phẩm DexonTM hay chỉ ruột mèo trong mật, nước tiểu, dịchtụy nhưng kém hơn trong dịch axit dạ dày [20].

Các tính chất hóa lý và sinh học của chitin, chitosan có thể được “cảibiến” bằng các phương pháp vật lý, hóa học hay sinh học Mặc dù phương pháphóa học là một kỹ thuật hiệu quả có thể tạo ra một số dẫn xuất với tính năng mới,song các hóa chất phụ gia rất khó loại bỏ hoàn toàn khỏi sản phẩm, có thể làmảnh hưởng đến khả năng sử dụng nó trong thực tế, nhất là trong các ứng dụng ydược Phương pháp sinh học thông qua biến tính bằng enzyme có thể tạo ra sảnphẩm với độ tinh sạch cao và rất đặc hiệu, song hiệu suất phản ứng thườngkhông cao Phương pháp vật lý trong đó xử lý chiếu xạ là một kỹ thuật tương đốimới và đã chứng tỏ được hiệu quả trong việc cải biến tính chất của nhiều loạipolymer khác nhau Chiếu xạ bằng nguồn gamma hay chùm điện tử có khả năngphân hủy, khâu mạch hoặc ghép mạch polymer tạo ra các dẫn xuất có cấu trúc vàchức năng mới phù hợp với mục đích ứng dụng Trong quá trình này, một sốphân đoạn polymer có trọng lượng phân tử khác nhau có thể đồng thời được tạo

ra trong cùng một lần xử lý

Ở Việt Nam, nghiên cứu về chitosan cũng đã được đẩy mạnh trong thờigian gần đây Một số viện nghiên cứu chuyên ngành như Viện Hóa học các hợpchất thiên nhiên, Viện Hóa học công nghiệp, Viện Công nghiệp thực phẩm, Viện

Cơ điện và Công nghệ sau thu hoạch và các trường đại học đã thực hiện nhiềunghiên cứu liên quan đến việc tận dụng chitosan cho các ứng dụng khác nhau.Chitosan có thể được sử dụng làm màng bao gói bảo quản, hoặc làm chất phụ giađể mang lại hoạt tính kháng vi sinh vật cho màng nhúng, màng bọc trong côngnghệ bảo quản thực phẩm Tại Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, nghiêncứu xử lý chiếu xạ chitosan cũng đã được thực hiện trong những năm gần đây,

không những để tạo các phân đoạn chitosan có hoạt tính kháng khuẩn cao, màcòn khâu mạch dẫn xuất carboxymethylchitosan và ghép chitosan với một sốpolymer khác Tuy nhiên các nhà khoa học vẫn chưa xây dựng được quy trình cụthể để tạo ra phân đoạn chitosan có trọng lượng phân tử cụ thể từ nguồn chitosanđiều chế công nghiệp ban đầu.

Trong phạm vi đồ án này, chúng tôi nghiên cứu việc phân hủy chitosanbằng xử lý chiếu xạ tại các liều hấp thụ khác nhau đối với chitosan được sản xuấttại Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam với mục đích xâydựng quy trình chiếu xạ tạo các phân đoạn chitosan có trọng lượng phân tử xácđịnh, giúp cho các nhà sản xuất có thể lựa chọn chiếu xạ như một biện pháp hiệuquả để tạo ra các phân đoạn chitosan có trọng lượng phân tử nằm trong giới hạn

cụ thể theo mục đích ứng dụng cụ thể

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về chitin, chitosan và các dẫn xuất

Trong nhiều năm qua, nhiều quy trình sản xuất chitin và chitosan khácnhau đã được phát triển Tính chất hóa lý, đặc tính sinh học và khả năng ứngdụng của chitin và chitosan phụ thuộc rất nhiều vào nguyên liệu ban đầu, phươngpháp điều chế và mức độ acetyl hóa (DA), deacetyl hóa (DD) của chúng Do đó,việc tách chiết chitin và tạo sản phẩm chitosan có tính chất phân tử và độ DD xácđịnh là một trong những yêu cầu quan trọng để đánh giá khả năng ứng dụng củasản phẩm

1.1.1 Cấu tạo hóa học và mức độ deacetyl hóa

Deacetyl hóa là quá trình chuyển chitin thành chitosan bằng cách khử

nhóm acetyl (COCH3) trong phân tử chitin, chuyển hóa chúng thành nhóm amin(NH2) trong phân tử chitosan như trên hình 2 Quá trình này thường được thựchiện bằng xử lý chitin trong dung dịch kiềm nóng, KOH hoặc NaOH 40-50% ở

100 °C hoặc cao hơn trong 30 phút hay lâu hơn nữa để khử một phần hoặcchuyển hóa hoàn toàn nhóm acetyl Đại phân tử chitosan gồm các đơn vịglucosamin và các đơn vị N-axetil glucosamin được kết nối với nhau thông qualiên kết β-(1→4)-D-glucoside Trong khi cenlulose gồm các đơn vị β-(1→4)-D-glucopyranose Còn các đơn vị cấu trúc của chitin là β-(1→4)-N-axetil-D-glucosamin Như có thể thấy (hình 1.1), nhóm N-acetyl của chitin đã được thaythế bằng nhóm amin NH2 ở nhiều mức độ khác nhau, tức là mức độ deacetyl hoá

Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của chitin, chitosan đặc trưng bởi độ acetyl hóa (DA)

Mức độ acetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuấtchitosan bởi vì nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và sinh học của chitosan saunày Mức độ acetyl hóa của chitosan vào khoảng 56%-99% (phần lớn vàokhoảng 80%) phụ thuộc vào loài giáp xác và phương pháp sử dụng Chitin cómức độ acetyl hóa khoảng 75% trở lên thường được gọi là chitosan Một số nhân

tố chính ảnh hưởng đến tính chất của chitosan thu được:

- Nhiệt độ: Nhiệt độ cao sẽ làm tăng mức độ deacetyl hóa nhưng lại làmgiảm kích thước phân tử

- Thời gian deacetyl hóa và nồng độ kiềm: Nghiên cứu chỉ ra rằng quátrình deacetyl sẽ diễn ra nhanh hơn trong 1 giờ đầu ở dung dịch NaOH 50% tại

100 °C Tuy nhiên sau đó quá trình phản ứng sẽ từ từ lên đến 78% trong 5h Do

đó, xử lý bằng kiềm hơn 2h sẽ không deacetyl hóa chitin một cách đáng kể, màcòn làm phân hủy các chuỗi chitosan hình thành

- Nồng độ các chất phản ứng: Kích thước của các phân tử chitosan bị ảnhhưởng mạnh bởi quá trình khử khoáng nguồn chitin ban đầu Nồng độ kiềm dùngkhử protein, nồng độ axit dùng khử khoáng và tẩy trắng đều có ảnh hưởng đếnđộ nhớt của sản phẩm, nghĩa là ảnh hưởng đến cấu trúc và kích thước chuỗi phântử chitosan thu được

- Không khí: Chitosan dễ bị phân hủy khi có mặt oxy trong quá trìnhdeacetyl hóa Mặt khác nếu tiến hành trong môi trường chứa Nitơ mà không cóoxy thì sản lượng cũng như độ nhớt, trọng lượng phân tử lượng của chitosan đềutăng hơn so với trong không khí

- Tỉ lệ chitin và dung dịch kiềm: Tỉ lệ này đóng một vai trò lớn để xácđịnh tính chất của chitosan trên cơ sở xác định độ nhớt của dung dịch, tỷ lệ nàythường 1:10 đến 1:100.

- Kích thước hạt: Kích thước hạt nguyên liệu thô ban đầu càng nhỏ, sảnphẩm chitosan hình thành có độ nhớt và trọng lượng phân tử càng cao

1.1.2 Một số tính chất hóa lý của chitosan

Tỉ lệ nồng độ giữa chitosan và axit rất quan trọng Ở nồng độ dung môihữu cơ cao hơn 50%, chitosan vẫn hoạt động như là một chất gây nhớt giúp chodung dịch mịn Có một vài nhân tố ảnh hưởng đến dung dịch chitosan bao gồmnhiệt độ và thời gian deacetyl hóa, nồng độ các chất kiềm, quy trình xử lý sơ bộ,kích thước các hạt chứa chitin Tuy nhiên tính tan của dung dịch còn bị ảnhhưởng của mức độ deacetyl hóa, các mẫu chitosan có mức độ deacetyl hóa trên85% có tính tan tốt trong môi trường axit.

1.1.2.2 Độ nhớt

Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử củachitosan Chitosan phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ nhớt cao,điều này có thể không phù hợp cho công nghiệp đóng gói Nhưng chitosan có độnhớt cao được sản xuất từ vỏ của các loài giáp xác có thể dùng cho đóng gói

Một số nhân tố trong quá trình sản xuất chitosan như mức độ deacetyl hóa,khối lượng nguyên tử, nồng độ dung dịch, cường lực ion, pH và nhiệt độ khôngchỉ ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm chitosan, mà còn ảnh hưởngđến tính chất của nó Ví dụ, độ nhớt của chitosan tăng khi thời gian khử khoángtăng Độ nhớt của chitosan trong dung dịch axit acetic tăng khi pH của dung dịchnày giảm, tuy nhiên nó lại giảm khi pH của dung dịch HCl giảm, việc tăng nàyđưa đến định nghĩa về độ nhớt trong của chitosan, đây là một hàm phụ thuộc vàomức độ ion hóa cũng như lực ion Quá trình loại protein trong dung dịch NaOH3% và sự khử khoáng làm giảm độ nhớt của dung dịch chitosan Tương tự nhưvậy, độ nhớt của chitosan bị ảnh hưởng đáng kể bởi các biện pháp xử lý vật lý(nghiền, gia nhiệt, hấp khử trùng, siêu âm) và hóa học (xử lý bằng ozon) Nhìn

chung, độ nhớt của chúng bị giảm xuống khi thời gian và nhiệt độ xử lý tăng lêntrừ quá trình làm lạnh.

1.1.2.3 Trọng lượng phân tử

Chitosan là polyme sinh học có khối lượng phân tử cao Khối lượng phântử của chitin thường lớn hơn 1 triệu Dalton trong khi các sản phẩm chitosanthương phẩm có khối lượng khoảng 100,000-1,200,000 Dalton, phụ thuộc quátrình chế biến và loại sản phẩm Thông thường, nhiệt độ cao, sự có mặt của oxy

và sức kéo cơ học có thể làm phân hủy chitosan Quá trình nhiệt phân hủychitosan có thể xảy ra trên nhiệt độ giới hạn là 280°C, và mạch polyme nhanhchóng bị phá vỡ, làm giảm trọng lượng phân tử của nó Việc sử dụng nhiệt độcao và axit mạnh như HCl, H2SO4 trong quá trình sản xuất cũng có thể gây ra sựkhử polyme hóa làm giảm trọng lượng phân tử Khối lượng phân tử chitosan cóthể được xác định bằng phương pháp sắc ký, tán xạ ánh sáng hoặc thông qua độnhớt

1.1.2.4 Tỷ trọng

Tỷ trọng của chitin từ tôm và cua thường là 0.06 và 0.17 g/ml, điều nàycho thấy chitin từ tôm xốp hơn từ cua Chitin từ thể nhuyễn xốp hơn từ cua 2.6lần Trong một nghiên cứu về dẫn nhiệt cho thấy tỷ trọng của chitin và chitosantừ giáp xác rất cao (0.39 g/ml) Sự so sánh giữa tỷ trọng của giáp xác và chitin,chitosan thương phẩm cũng chỉ ra một vài sự khác biệt, điều này có thể do loàigiáp xác hoặc phương pháp chế biến, ngoài ra, mức độ deacetyl hóa cũng làmtăng tỷ trọng của chúng

1.1.3 Hoạt tính sinh học

1.1.3.1 Tính kháng vi sinh vật

Chitosan có hoạt tính sinh học cao, độc tính thấp (LD50 = 16 g/kg trọnglượng cơ thể) và có khả năng tương hợp cao với cơ thể sống Chitosan có hoạttính kháng khuẩn, kháng nấm rất đặc hiệu Một số nhà khoa học đã chỉ rõ tính

kháng khuẩn của chitosan đối với một số vi khuẩn như E.coli, Bacillus cereus,

Staphylococus aureus, Salmonella typhymurium, và cho rằng hiệu ứng ức chế sự

phát triển của chitosan là do khả năng ngăn cản quá trình vận chuyển các chấtdinh dưỡng qua thành tế bào vi khuẩn của các chuỗi chitosan có trọng lượngphân tử nhất định Nghiên cứu cũng chỉ ra cơ chế ức chế vi khuẩn của chitosan là

do liên kết giữa chuỗi polyme tích điện dương của chitosan với màng tế bào vikhuẩn tích điện âm, làm thay đổi tính thấm của màng tế bào Khi bổ sungchitosan vào môi trường, tế bào vi khuẩn sẽ chuyển từ tích điện âm sang tíchđiện dương Tính kháng khuẩn của chitosan thể hiện rõ nhất đối với các vi khuẩn

Gram âm như Salmonella typhy và E.coli, điều này thậm chí có thể xuất hiện

ngay cả ở các mẫu chitosan có độ deacetyl hóa thấp Chitosan cũng ức chế sựphát triển một số chủng nấm mem và nấm mốc Tuy phần lớn các nấm mốckhông nhạy cảm với chitosan vì bản thân chitin hay chitosan là một thành phầncấu trúc của thành tế bào nấm Chitosan N-carboxybutyl, một polycation tựnhiên, có thể tương tác và hình thành các ion đa điện tích polyelectrolyte với cácpolymer có tính axit có trên bề mặt vi khuẩn, do đó làm dính kết nhiều tế bào vikhuẩn với nhau

Cũng từ thí nghiệm này người ta thấy rằng có rất nhiều ion kim loại có thểảnh hưởng đến đặc tính kháng khuẩn của chitosan như K+, Na+, Mg2+ và Ca2+

Nồng độ lớn các ion kim loại có thể khiến mất tính chất này, ngoại trừ ảnhhưởng của Na+ đối với hoạt động kháng Staphylococcus aureus Người ta cũng

thấy rằng chitosan có thể làm yếu đi chức năng bảo vệ của thành tế bào nhiều vikhuẩn Khi sử dụng chitosan, thì một lượng lớn các ion K+ bị thoát ra từ vi khuẩn

Staphylococcus aureus và nấm Candida albicans Cả chitosan phân tử lượng 50

kDa và 5 kDa đều kháng tốt hai loại trên nhưng chitosan phân tử lượng 50 kDalàm mất nhiều ion K+ gấp 2-4 lần so với chitosan 5 kDa Điều này thể hiện cơchế kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc vào trọng lượng phân tử của nó Hoạtđộng kháng khuẩn của chitosan phân tử lượng khác nhau đã được nghiên cứutrên 6 loài vi khuẩn Và cơ chế kháng khuẩn này đã được chứng minh đựa trênviệc đo tính thấm của màng tế bào vi khuẩn và quan sát sự nguyên vẹn của tếbào Kết quả chỉ ra rằng khả năng này giảm khi khối lượng nguyên tử tăng Và

nó tăng cao ở nồng pH thấp, giảm rõ rệt khi có mặt ion Ca2+, Mg2+ Nồng độ ứcchế thấp nhất khoảng 0.03-0.25%, thay đổi tùy từng loài vi khuẩn và khối lượngphân tử của chitosan Chitosan cũng là nguyên nhân làm thoát các chất trong tếbào và phá hủy thành tế bào [2,3,4]

Tính kháng khuẩn này phụ thuộc vào khối lượng phân tử và loại vi khuẩn.Đối với vi khuẩn Gram dương, chitosan 470 kDa có ảnh hưởng đến hầu hết các

loài trừ Lactobacillus sp., trong khi với vi khuẩn Gram âm chitosan có khối

lượng 1106 kDa mới có ảnh hưởng Nhìn chung, chitosan ở nồng độ 0.1% có

ảnh hưởng mạnh hơn đến vi khuân Gram dương như Listeria monocytogenes,

Bacillus megaterium, B.cereus, Staphylococcus aureus, lactobacillus plantarum,

L brevis và L bulgaris hơn là vi khuẩn Gram âm như E coli, Psedomonas fluorescens, Salmonella typmurium và Vibrio parahaemolyticus.

1.1.3.2 Kích thích đáp ứng miễn dịch thực vật

Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy không những chitosan mà cả một số dẫnxuất của nó cũng có khả năng ức chế sự phát triển của các vi sinh vật gây bệnh,chẳng hạn N-carboxybutyl chitosan có tác dụng kìm hãm và tiêu diệt 298 loài visinh vật gây bệnh Hoạt tính kháng nấm của chitosan cũng phụ thuộc vào nồngđộ và độ lớn của các chuỗi chitosan cũng như độ pH của môi trường Và hoạttính này giảm đáng kể đối với những vi sinh vật mà trên thành tế bào của chúng

có chứa chitin, chitosan hoặc chitin-ß-glucan Ngoài ra, chitosan và một số dẫnxuất của nó còn thể hiện khả năng kích thích hình thành các hormon thực vậtnhư phytoalexin, giúp hoạt hóa cơ chế bảo vệ sinh học và thúc đẩy tốc độ sinhtrưởng của thực vật Sự có mặt của chitosan trong cây có thể kích thích các genkháng bệnh, làm tăng khả năng chống chịu của cây đối với các nấm gây bệnh

Cơ chế đáp ứng miễn dịch của thực vật đang được nghiên cứu, và người ta nhậnthấy có sự kết hợp giữa ADN cây chủ với chitosan do tương tác anion-cation

1.1.4 Khả năng ứng dụng của chitin, chitosan và các dẫn xuất

Nhờ có hoạt tính sinh học đặc biệt gồm tính kháng khuẩn và miễn dịch,cộng với tính không độc, khả năng phân hủy và tương hợp sinh học cao làm chochitosan và các dẫn xuất đã được nghiên cứu rộng rãi và ứng dụng trong nhiềulĩnh vực khác nhau

1.1.4.1 Trong nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm

Trong lĩnh vực này, chitosan có thể dùng như một thành phần chính trongthuốc trừ nấm bệnh để bảo quản quả, hạt giống chống lại sâu bệnh cho cây haysản xuất các chế phẩm kích thích sinh trưởng cây trồng cho lúa, cây công nghiệp,

cây ăn quả, cây cảnh Chitosan và dẫn xuất của nó còn được dùng để làm trongnước giải khát và bia trong công nghiệp chế biến đồ uống, làm thành phần củathực phẩm, thực phẩm chức năng, tách hỗn hợp rượu và nước, làm chất xúc tácđể thu hồi protein hay các ứng dụng làm màng bao trong bảo quản thực phẩm.

1.1.4.2 Trong y dược và mỹ phẩm

Chitin và chitosan có nhiều đặc tính y sinh tuyệt vời nên chúng có thểđược ứng dụng rộng rãi trong y dược và mỹ phẩm Đặc tính kháng khuẩn và khảnăng lành vết thương của chitosan cùng với khả năng tạo màng tuyệt vời làm chochitosan phù hợp để dùng làm kính áp tròng Nó cũng được dùng như tác nhângiảm béo trong thuốc giảm béo phì và chất chống tăng cholesterol máu Tácdụng giảm béo của chitosan có thể là do nó có khả năng tạo phức với lipit trongđường tiêu hoá và sau đó bài tiết ra khỏi cơ thể Cho đến nay, một số loại thuốcgiảm béo cho người với thành phần chính là chitosan và vitamin C đã được thửnghiệm thành công

Vì chitosan có cấu trúc hoá học giống Heparin (thuốc chống đông máu)nên người ta đã sử dụng nó để sản xuất các chất chống đông máu thay thếHeparin Chitosan N- và O- sulfat hoá có thể có hoạt tính chống đông bằng

khoảng 45% hoạt tính của Heparin [7,28] Chitin và chitosan dễ dàng bị phân

huỷ bởi lysozym tạo thành các oligome trọng lượng phân tử thấp Một sốoligome này có tác dụng chống ung thư Với liều 500 mg các hexame củaglucosamin và N-axetil-glucosamin đã làm ngừng hoàn toàn các u cứng ở chuộtthí nghiệm Người ta còn phát hiện chúng có khả năng chống di căn đối với ung

của ung thư và thu được những thành công đáng kể trong thực nghiệm lâm sàng.Chitosan còn có đặc tính bám chặt vào các phân tử ở bề mặt tế bào biểu bì tronghuyết quản, chúng có khả năng phong tỏa các tế bào ung thư không cho chúnglây lan sang các tế bào biểu bì trong huyết quản, có tác dụng ngăn chặn bộ phậnbị ung thư khuyếch tán ra xung quanh.

Nhờ có tính tương hợp sinh học, tính kháng vi sinh vật, khả năng hấp thụchất lỏng và khả năng tạo màng mà các sản phẩm dựa trên chitosan được đánhgiá rất hiệu quả trong điều trị vết thương Thêm vào đó, chitin còn là cơ chất củalysozym, một enzym có khả năng phá hủy vách tế bào vi khuẩn xâm nhập vàovết thương, nên các sản phẩm thuỷ phân từ chitin có thể làm tăng hiệu quả củalysozym giúp vết thương chóng lành Ngoài ra, chitin và các dẫn xuất còn có khảnăng hoạt hoá các đại thực bào, góp phần thúc đẩy quá trình lành vết thương[28] Tuy nhiên, các sản phẩm chữa bỏng dựa trên chitin mới chỉ được áp dụngtrên quy mô nhỏ

Trong các ứng dụng y sinh, chitosan còn được dùng tăng cường chức nănggan, ngăn cản sự tích tụ cholesterol trong gan giảm thiểu sự hấp thụ Gluxit từthức ăn vào cơ thể, hạ thấp và điều chỉnh chỉ số đường huyết, do đó chúng có tácdụng phòng chữa bệnh tiểu đường, giảm sự hấp thu ion Clo vào cơ thể, làm tăngmức độ giãn nở các mạch máu, từ đó hạ thấp huyết áp Ngoài ra, các dẫn xuấtcủa chitosan còn có hoạt tính kháng viêm và giảm axit dạ dày, qua đó giảm sựkích thích của thuốc đối với dạ dày Các gel chitosan chứa thuốc (chẳng hạnthuốc chống ưng thư 6-Mercaptopurine) sẽ phân phối thuốc lâu dài sau khi uống

Cơ chế tạo phức của các hạt chitosan trong dung dịch penta-natri-tripolyphotphat

(Na5P3O10) là hình thành liên kết ion giữa P3O105- với NH3+ của chitosan Chitosancũng tạo phức với axít polyphotphoric nhờ liên kết liên phân tử giữa nhómphotphat tích điện âm và nhóm NH3+ tích điện dương Các nhà nghiên cứu đã chỉ

ra rằng các hạt gel chitosan - axit polyphotphoric có thể phân phối thuốc lâu dài

và ổn định khi đi qua hệ tiêu hóa

1.1.4.3 Trong công nghiệp và bảo vệ môi trường

Với những đặc tính hóa lý và hoạt tính sinh học hấp dẫn, khả năng ứngdụng của chitin, chitosan và các dẫn xuất của nó trong công nghiệp cũng đã đượcnghiên cứu rộng rãi Trong lĩnh vực này, chitosan có thể được dùng làm vật liệutăng độ bền của giấy, sản xuất kính áp tròng, làm vật liệu hoàn tất dệt, tăng tínhbền cho sợi vải, sản xuất vải chịu nhiệt, chống thấm, các loại vải “chitosan” mayquần áo diệt khuẩn trong y tế Ngoài ra, chitosan còn được ứng dụng trong hoá

mỹ phẩm như làm phụ gia sản xuất kem bôi mặt, dầu gội đầu; trong công nghiệp

in và công nghiệp chế biến gỗ…

Hiện nay vấn đề ô nhiễm nguồn nước đang ngày càng trở nên trầm trọng ởnhiều nơi trên thế giới Các nguồn nước thải chứa kim loại nặng, hợp chất ônhiễm hữu cơ và thậm chí chất thải có hoạt tính phóng xạ đang có nguy cơ giatăng; các chất ô nhiễm này có thể ngấm vào hệ thống nước ngầm và đe dọa sứckhỏe cộng đồng Chitosan có thể được sử dụng làm màng lọc hay những tấm vàilọc để loại bỏ các chất ô nhiễm độc hại này khỏi nước thải Một số vật liệu hấpphụ dựa trên chitosan đã được nghiên cứu để loại bỏ và thu hồi các kim loại nặng

xuất chitosan N-benzylsulfonate được sử dụng như các chất hấp thụ để loại bỏcác ion kim loại trong môi trường axít Các nghiên cứu khác cũng cho thấy rằngchitosan có hoạt tính chọn lọc tự nhiên đối với các ion kim loại nặng và rất hiệuquả trong xử lý nước thải [6,35] Ghép một số nhóm chức vào chuỗi chitosan sẽlàm tăng khả năng hấp phụ kim loại của chitosan lên nhiều lần Để tạo điều kiệntốt cho quá trình chuyển khối, đồng thời tăng dung lượng hấp phụ kim loại củachitosan, biến tính chitosan hấp phụ kim loại nặng trên mạng lưới liên kết mạchthẳng và chéo nhau Kết quả là đã tạo ra được nhiều loại chitosan biến tính códung lượng hấp phụ kim loại cao.

1.2 Tổng quan về xử lý chiếu xạ

1.2.1 Khả năng ion hóa vật chất của các loại bức xạ

Bức xạ ion hóa là những loại bức xạ khi tương tác với vật chất có khảnăng gây ion hóa môi trường vật chất gồm bức xạ hạt như các hạt alpha, beta,proton (mang điện) và các hạt như notron, bức xạ điện từ tia X và tia gamma(không mang điện)

Cấu trúc nguyên tử

gồm có một hạt nhân chứa

các hạt tích mang điện

dương (proton) và các hạt

không mang điện tích

(nơtron) và các hạt tích

điện âm (điện tử) chuyển

Các hạt tích điện anpha, beta gây ion hóa trực tiếp

Bức xạ gamma và nơtron gây ion hóa gián tiếp

động theo quĩ đạo xung quanh hạt nhân Khi bức xạ ion hoá tương tác với cácnguyên tử thì nó truyền năng lượng cho các điện tử quỹ đạo Năng lượng nhậnđược có thể giúp chúng thoát khỏi liên kết với hạt nhân và trở thành các điện tử

tự do Tùy thuộc vào bản chất của bức xạ mà chúng tương tác với vật chất theocác cơ chế trực tiếp hoặc gián tiếp Các hạt tích điện, chẳng hạn như các hạtalpha, hạt beta, điện tử, là bức xạ ion hóa trực tiếp, vì nó gây ra sự ion hóa vàkích thích các nguyên tử một cách trực tiếp Các hạt không mang điện nhưnotron, bức xạ tia X hoặc tia gamma gây ion hóa môi trường theo cơ chế giántiếp Chúng truyền năng lượng cho các hạt tích điện khác như hạt nhân, các điệntử của nguyên tử và gián tiếp ion hóa môi trường Cơ chế ion hóa môi trườngcủa các loại bức xạ được chỉ ra như trên hình 1.2

Khả năng ion hóa môi trường của các loại bức xạ phụ thuộc chủ yếu vàokích thước hạt, năng lượng bức xạ và tính chất của vật liệu môi trường

1.2.1.1 Bức xạ alpha

Hạt alpha có khả năng đâm xuyên kém Ví dụ, các hạt alpha có mức nănglượng 5 MeV sẽ chỉ đi được khoảng 3,6 cm trong không khí và sẽ không thểxuyên qua một tờ giấy Trong các vật chất khác quãng đường đi được trung bìnhtrong không khí tỉ lệ nghịch với mật độ tương ứng của mỗi vật chất Các hạtalpha 5 MeV trên chỉ đi được khoảng 4 μm trong mô động vật có vú

Vì hạt alpha có ít khả năng xuyên thấu thấp, chúng thường không nguyhiểm trong trường hợp chiếu xạ ngoài, trừ khi các nuclit phóng xạ phát ra hạtanpha đi vào trong cơ thể Khi nằm trong cơ thể, các hạt alpha thường gây hạinhiều hơn so với hầu hết các loại hạt khác, vì những lượng năng lượng khá lớn

Hình Tương tác của bức xạ ion hóa với vật chất

1.2.1.2 Bức xạ beta

Hạt beta có thể tương tác với các điện tử cũng như hạt nhân trong môitrường mà nó đi qua Các hạt beta khi đi gần qua hạt nhân nguyên tử sẽ bị chệchhướng bởi các lực culông (tán xạ Rutherford) Lực đẩy Coulomb giữa các hạtbeta và các điện tử thường dẫn đến sự ion hóa Trong quá trình ion hóa, các hạtbeta bị mất một lượng năng lượng tương đương với động năng của các điện tửcộng với năng lượng tách nó khỏi nguyên tử

1.2.1.3 Bức xạ notron

Notron chủ yếu tương tác với hạt nhân qua lực tương tác mạnh Vì miềntác dụng của tương tác hạt nhân rất nhỏ so với tương tác điện từ nên xác suất đểnotron tương tác khi nó đi qua vật chất rất nhỏ so với các hạt tích điện hoặcgamma vì muốn có tương tác notron phải đi vào gần hạt nhân một khoảng 10-13

cm và bởi vì khoảng bên ngoài là rỗng nên notron dễ dàng đi qua vật chất

Khi tương tác với vật chất, phụ thuộc vào năng lượng của mình mà notron cóthể tương tác với hạt nhân theo các cơ chế khác nhau Có thể kể ra các cơ chế tánxạ đàn hồi và tán xạ không đàn hồi

1.2.1.4 Bức xạ Tia X và tia gamma.

Bức xạ gamma là một loại sóng điện từ sinh ra từ quá trình phân rã hạtnhân khi hạt nhân mẹ phân rã α, β hoặc bắt điện tử thì tạo ra hạt nhân mới (Zthay đổi) hạt nhân con nếu còn ở trạng thái kích thích (còn dư năng lượng) thì sẽphát bức xạ gamma để trở về trạng thái kích thích thấp hơn hoặc trạng thái cơbản Phát bức xạ gamma làm hạt nhân chuyển từ những trạng thái kích thích vềtrạng thái cơ bản, không làm thay đổi điện tích Z và số khối A của hạt nhân

Tia X về bản chất vật lý cũng giống như tia gamma, đều là sóng điện từ tiagamma có năng lượng thấp thì gọi là tia X Tia X được sinh ra trong quá trìnhphát bức xạ hãm khi điện tử bị mất động năng đột ngột trong trường hạt nhânhoặc phát bức xạ đặc trưng khi điện tử chuyển mức năng lượng giữa các lớp vỏnguyên tử Khả năng đâm xuyên của tia X là kém hơn tia gamma do năng lượngthấp hơn

Tia gamma có khả năng đâm xuyên cao, khả năng ion hóa môi trườngmạnh Do vậy, ứng dụng của nó rất rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực côngnghiệp, nông nghiệp, y tế, sinh học và môi trường

Sự suy giảm năng lượng của bức xạ gamma trong vật liệu tuân theo quyluật hàm mũ

Khả năng ion hóa vật chất của bức xạ gamma chủ yếu theo các cơ chế hấpthụ quang điện, tán xạ compton, và hấp thụ tạo cặp Xác suất của mỗi loại tươngtác phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ:

Hấp thụ quang điện

Khi một photon có năng lượng cao hơn năng lượng liên kết của các điệntử ở lớp vỏ trong với hạt nhân nguyên tử và truyền hoàn toàn năng lượng cho nó.Điện tử nhận năng lượng sẽ bị bắn ra khỏi quỹ đạo gây ra hiệu ứng quan điện.Các điện tử sẽ thoát khỏi quỹ đạo của nó với động năng bằng chênh lệch giữanăng lượng photon tới và năng lượng liên kết của điện tử với hạt nhân Trongnước hoặc mô sinh học khi bị bắn phá bới các photon dưới 0,1 MeV thì gây hấpthụ quang điện

Hiệu ứng Compton

Hiệu ứng Compton chủ yếu gây ra do sự tương tác của các photon nănglượng trung bình (0,3-3 MeV) với các điện tử quỹ đạo Trong quá trình nàyphoton sẽ truyền cho điện tử một phần năng lượng của nó làm bắn ra một điện tửthứ cấp và tán xạ theo một hướng mới Năng lượng của photon tán xạ và điện tửthứ cấp được tính theo các phương trình sau:

Hiệu ứng tạo cặp

Các photon có năng lượng lớn hơn 1,024 MeV khi đi qua gần hạt nhânnguyên tử có thể sinh ra một cặp điện tử và phản điện tử (positron), dưới ảnhhưởng của trường điện từ hạt nhân Năng lượng photon tới phải lớn tổng nănglượng của cặp electron và positron

Khi positron kết hợp với điện tử trong vùng lân cận sau khi mất dần động

năng thì sinh ra hiện tượng hủy cặp và giải phóng 2 photon (photon hủy cặp cómức năng lượng m0c2 = 511keV) Quá trình này gọi là quá trình hủy positron

Xác xuất của mỗi loại tương tác phụ thuộc vào năng lượng của bức xạđược mô tả như hình 1.3:

1.2.2 Tổng quan về các thiết bị chiếu xạ

Tương tác của bức xạ với vật chất đã được nghiên cứu từ rất lâu, và nhữngthay đổi hóa lý gây ra do việc hấp thụ bức xạ năng lượng đủ cao để tạo ra sự kiệnion hóa trong đối tượng chiếu xạ đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiềulĩnh vực khác nhau Các nghiên cứu đầu tiên về hiệu ứng hóa học của bức xạ ion

Hình 1.3: Sự phụ thuộc xác xuất tương tác của tia gamma theo năng lượng

hóa đã sử dụng các chất đồng vị phóng xạ tự nhiên như radium và radon Sau đó,các nguồn chiếu xạ khác đã được nghiên cứu và phát triển Hiện nay, các nguồnchiếu xạ công nghiệp phổ biến nhất là thiết bị chiếu xạ gamma sử dụng bức xạgamma phát ra từ các đồng vị 60Co và 137Cs, và máy gia tốc năng lượng cao phát

ra chùm tia điện tử Đã có trên 200 thiết bị chiếu xạ gamma được xây dựng phục

vụ việc nghiên cứu và khai thác thương mại, chủ yếu là trong việc thanh tiệttrùng y tế và chiếu xạ thực phẩm Mặc dù có khả năng xuyên thấu cao, có thểchiếu xạ sản phẩm bao gói có kích thước lớn, song hệ chiếu xạ gamma vẫn tồntại một số nhược điểm như không chủ động công suất vì nguồn đồng vị vẫn liêntục phân rã theo thời gian gây lãng phí, bức xạ phát ra là đẳng hướng nên tỷ lệliều vô ích rất cao, hạn chế về mặt suất liều và đòi hỏi hệ thống bảo vệ che chắntốn kém

Việc sử dụng máy gia tốc điện tử có lợi thế là có thể xử lý lượng sản phẩmkhác nhau, với phân bố liều gần như tức thời và khả năng hợp nhất vào quy trìnhsản xuất dây chuyền Tuy nhiên, do khả năng xuyên thấu của chùm điện tử làthấp hơn nhiều so với tia gamma nên không ứng dụng được cho những sản phẩm

có kích thước lớn Những phát triển gần đây về thiết bị gia tốc dòng lớn cho thấykhả năng sử dụng các tia X như một công nghệ chiếu xạ mới nhờ khả năngxuyên thấu cao giống tia gamma

1.2.3 Thiết bị chiếu xạ gamma của trung tâm chiếu xạ Hà Nội

Trung tâm chiếu xạ Hà Nội được thành lập từ năm 1985 và sau đó đượctrang bị nguồn chiếu xạ bán công nghiệp với hoạt độ ban đầu khoảng 107 kCicho mục đích bảo quản thực phẩm Sau một thời gian hoạt động trung tâm đã