Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng quy trình điều chế hạt nano đồng từ dịch chiết lá chanh.
Lá chanh đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin và tư liệu khoa học, đặc biệt trong việc điều chế nano đồng từ dịch chiết lá chanh Nghiên cứu này tạo nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu sâu hơn về quy trình điều chế và ứng dụng của nano đồng trong các lĩnh vực khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, tổng hợp tài liệu, tư liệu về nguồn nguyên liệu, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng của lá chanh.
- Tìm hiểu thông tin tư liệu về nano đồng, công nghệ nano đồng và các vấn đề liên quan đến đề tài.
- Xử lý thông tin tư liệu, đề ra các bước, xây dựng quy trình thực hiện trong quá trình thực nghiệm.
- Phương pháp chiết tách: phương pháp chưng ninh với dung môi là nước.
- Các phương pháp phân tích công cụ: phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
- Dùng phương pháp đo TEM, EDX để nghiên cứu hạt nano đồng.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu này sẽ cung cấp thông tin khoa học quan trọng về quy trình điều chế nano đồng từ nguyên liệu thiên nhiên, góp phần nâng cao hiểu biết và ứng dụng trong thực tiễn.
- Tận dụng nguồn nguyên liệu dễ kiếm, gần gũi để tổng hợp nano đồng bằng phương pháp thân thiện, không độc hại.
Cấu trúc của luận văn
Chương 3: Kết quả và thảo luận
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Giới thiệu về công nghệ nano
1.1.1 Nguồn gốc và khái niệm của công nghệ nano
Ngày 29 tháng 12 năm 1959, tại Viện Công nghệ California, người đạt giải Nobel Vật lý – Richard P Feynman đã nói chuyện tại cuộc họp hàng năm của Hiệp hội Vật lý
Bài giảng "There’s Plenty of Room at the Bottom" của Richard Feynman đã mở ra hướng đi cho công nghệ nano, khi ông đề cập đến khả năng thao tác và kiểm soát vật chất ở quy mô nhỏ Feynman hình dung việc xây dựng công trình nano từ nguyên tử và phân tử, một khái niệm được giáo sư Norio Tanuguchi định nghĩa rõ ràng hơn 15 năm sau đó Ông mô tả công nghệ nano là quá trình xử lý và biến đổi vật liệu ở cấp độ nguyên tử hoặc phân tử Kể từ những năm 1980, nhiều phát minh trong lĩnh vực này đã chứng minh tầm nhìn của Feynman Trong một bài phát biểu năm 2000, cựu tổng thống William J Clinton nhấn mạnh tiềm năng của công nghệ nano và kêu gọi ưu tiên nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học và công nghệ cấp độ nano.
Công nghệ nano, hay nanotechnology, là lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các vật liệu và linh kiện có kích thước siêu nhỏ từ 0,1 nm đến 100 nm Kích thước và cấu trúc này tạo ra những thay đổi đáng kể về tính chất vật lý, hóa học, cũng như quang học và từ tính của vật liệu Những tính chất mới này, khi được khai thác đúng cách, mở ra những ứng dụng tiên tiến mà các vật liệu truyền thống không thể đạt được.
Nghiên cứu khoa học và công nghệ trong lĩnh vực công nghệ nano đang mở ra những đột phá tiềm năng trong nhiều lĩnh vực như vật liệu, sản xuất, điện tử nano, y học, năng lượng, công nghệ sinh học, công nghệ thông tin và an ninh quốc gia Công nghệ nano được dự đoán sẽ trở thành cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo.
1.1.2 Cơ sở khoa học của công nghệ nano
Công nghệ nano chủ yếu dựa trên những cơ sở khoa học sau:
Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển sang tính chất lượng tử diễn ra khi xem xét các vật liệu vĩ mô, nơi các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa qua hàng triệu nguyên tử, cho phép bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên Tuy nhiên, ở các cấu trúc nano với số lượng nguyên tử ít hơn, các tính chất lượng tử trở nên rõ ràng và nổi bật hơn.
Khi vật liệu đạt kích thước nanomet, tỉ lệ số nguyên tử trên bề mặt so với tổng số nguyên tử tăng lên đáng kể Điều này dẫn đến sự xuất hiện của các hiệu ứng bề mặt, khiến cho tính chất của vật liệu nanomet khác biệt rõ rệt so với vật liệu ở dạng khối.
Bảng 1.1 trình bày số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu, với các thông số bao gồm đường kính hạt nano (nm), tỉ số nguyên tử trên bề mặt (%), năng lượng bề mặt (erg/mol) và năng lượng tổng (%) Những thông tin này giúp hiểu rõ hơn về đặc tính của hạt nano và ảnh hưởng của kích thước đến năng lượng bề mặt.
Các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu đều có giới hạn kích thước, và khi kích thước vật liệu nhỏ hơn giới hạn này, tính chất của nó sẽ bị thay đổi hoàn toàn, được gọi là “kích thước tới hạn” Vật liệu nano có những tính chất đặc biệt nhờ vào kích thước của nó tương đương với kích thước tới hạn Tuy nhiên, không phải mọi vật liệu nano đều có tính chất khác biệt; điều này phụ thuộc vào loại tính chất mà chúng ta nghiên cứu.
Bảng 1.2 Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu [1]
Tính chất Độ dài tới hạn (nm) Điện Bước sóng điện tử 10-100
Quãng đường tự do trung bình 1-100
Quãng đường tán xạ spin 1-100
Quang Hồ lượng tử 1-100 Độ dài suy giảm 10-100 Độ sâu bề mặt kim loại 10-100
Siêu dẫn Đồ dài liên kết cặp Cooper 0,1-100 Độ thẩm thấu Meisner 1-100
Cơ Tương tác bất định xứ 1-1000
Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100
Sai hỏng mầm 0,1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10
Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10
Siêu phân tử Độ dài Kuhn 1-100
Miễn dịch Nhận biết phân tử 1-10
Vật liệu nano là thành phần chính trong khoa học nano và công nghệ nano, kết nối hai lĩnh vực này với nhau Kích thước của vật liệu nano dao động từ vài nanomet đến vài trăm nanomet.
Hình 1.1 Vật liệu nano Tính chất của vật liệu nano
Vật liệu nano có kích thước nhỏ đến mức so sánh được với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất, nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu Khác với vật liệu khối, nơi các độ dài tới hạn rất nhỏ so với kích thước vật liệu, vật liệu nano thể hiện các tính chất đặc biệt như tính kháng khuẩn, cảm biến sinh học, và khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện Do đó, việc tổng hợp hạt nano kim loại mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực y sinh, phân tích, điện tử, hóa học, môi trường và công nghệ sinh học.
Phân loại vật liệu nano
Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano dựa trên các tiêu chí khác nhau Sau đây là một vài cách phân loại thường dùng:
Vật liệu được phân loại thành ba trạng thái chính: rắn, lỏng và khí Hiện nay, nghiên cứu chủ yếu tập trung vào vật liệu nano ở trạng thái rắn, tiếp theo là chất lỏng và khí.
Vật liệu nano được phân loại theo hình dáng và kích thước, bao gồm ba loại chính: vật liệu nano không chiều, vật liệu nano một chiều và vật liệu nano hai chiều Mỗi loại vật liệu này có những đặc điểm riêng biệt, phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong khoa học và công nghệ.
- Phân loại theo tính chất của vật liệu: Vật liệu nano kim loại, Vật liệu nano bán dẫn, Vật liệu nano từ tính, Vật liệu nano sinh học.
Nhiều khi, các phương pháp phân loại được kết hợp để tạo ra những khái niệm mới, như "hạt nano kim loại" với "hạt" phân loại theo hình dáng và "kim loại" theo tính chất Tương tự, "vật liệu nano từ tính sinh học" kết hợp cả hai khái niệm "từ tính" và "sinh học" dựa trên tính chất Ngoài ra, còn có các vật liệu nanocomposite với một phần kích thước nano, hoặc cấu trúc nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
1.1.4 Chế tạo vật liệu nano
Phương pháp từ trên xuống
Nguyên lý chế tạo vật liệu nano dựa trên kỹ thuật nghiền và biến dạng để chuyển đổi vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành kích thước nano Phương pháp nghiền, bao gồm nghiền lắc, nghiền rung và nghiền quay, sử dụng bột vật liệu trộn với viên bi cứng trong cối nghiền, giúp phá vỡ bột đến kích thước nano Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều Phương pháp biến dạng sử dụng kỹ thuật SPD để tạo ra biến dạng cực lớn mà không làm hỏng vật liệu, với nhiệt độ điều chỉnh cho từng trường hợp Biến dạng có thể là nóng hoặc nguội, tạo ra vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp nm) Ngoài ra, công nghệ quang khắc cũng được áp dụng để tạo ra cấu trúc nano.
Phương pháp từ dưới lên
Nguyên lý hình thành vật liệu nano bắt nguồn từ các nguyên tử hoặc ion, với phương pháp từ dưới lên ngày càng phát triển nhờ tính linh động và chất lượng sản phẩm cao Hiện nay, phần lớn vật liệu nano được sử dụng được chế tạo bằng phương pháp này, bao gồm cả phương pháp vật lý, hóa học hoặc sự kết hợp của cả hai.
Phương pháp vật lý là kỹ thuật tạo ra vật liệu nano từ nguyên tử hoặc thông qua quá trình chuyển pha Nguyên tử hình thành vật liệu nano được sản xuất bằng các phương pháp như bốc bay nhiệt, phún xạ hoặc phóng điện hồ quang Trong phương pháp chuyển pha, vật liệu được nung nóng và sau đó làm nguội nhanh chóng để đạt được trạng thái vô định hình, từ đó thực hiện xử lý nhiệt để chuyển từ vô định hình sang trạng thái tinh thể Phương pháp vật lý thường được ứng dụng để sản xuất các hạt nano và màng nano, chẳng hạn như trong ổ cứng máy tính.
Khái quát về hạt nano đồng
1.2.1 Giới thiệu sơ lược về kim loại đồng Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu là Cu và số nguyên tử bằng 64 Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn, bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau. Đồng là một trong số ít các kim loại xuất hiện trong tự nhiên ở dạng kim loại có thể sử dụng trực tiếp thay vì khai thác từ quặng Do đó, nó được con người sử dụng từ rất sớm khoảng 8000 năm trước công nguyên Kim loại và các hợp kim của đồng đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu được khai thác ở Síp, vì thế tên gọi ban đầu của kim loại này là сyprium, sau đó được gọi tắt làyprium, sau đó được gọi tắt là сyprium, sau đó được gọi tắt làuprum Các hợp chất của nó thường tồn tại ở dạng muối đồng (II), chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục và trong lịch sử đã được sử dụng rộng rãi làm chất nhuộm Các công trình kiến trúc được xây dựng có đồng bị ăn mòn tạo ra màu xanh lục verdigris (hoặc patina) [3].
Ion đồng (II) hòa tan trong nước với nồng độ thấp có tác dụng diệt khuẩn, diệt nấm và bảo quản gỗ Ở nồng độ cao, chúng trở thành chất độc đối với sinh vật bậc cao, nhưng ở nồng độ thấp, chúng lại là vi chất dinh dưỡng cần thiết cho nhiều thực vật và động vật Đồng chủ yếu tập trung ở gan, cơ và xương trong cơ thể động vật, với người trưởng thành chứa khoảng 1,4 đến 2,1 mg đồng trên mỗi kg trọng lượng cơ thể.
1.2.1.1 Tính chất vật lí Đồng nằm trong nhóm IB của bảng tuần hoàn nên chúng có 1 electron trong phân lớp s 1 được đặc trưng bởi tính dẻo và dẫn điện cao Các orbital được lấp đầy các electron trong các nguyên tố này không đóng góp nhiều vào các tương tác nội nguyên tử, chủ yếu ảnh hưởng bởi các electron phân lớp s thông qua các liên kết kim loại Trái ngược với các kim loại mà phân lớp d không được lấp đầy bởi các electron, các liên kết kim loại trong đồng thiếu các đặc điểm của liên kết cộng hóa trị và chúng tương đối yếu Điều này giải thích tại sao các tinh thể đồng riêng biệt có độ dẻo cao và độ cứng thấp Độ cứng thấp của đồng giúp giải thích một phần tính dẫn điện cũng như tính dẫn nhiệt cao, các tính chất này được xếp hạng thứ 2 trong số những kim loại nguyên chất có tính chất tương tự ở nhiệt độ phòng Đặc điểm này là do điện trở suất đối với sự vận chuyển electron trong các kim loại ở nhiệt độ phòng chủ yếu bắt nguồn từ sự tán xạ của electron đối với dao động nhiệt của mạng tinh thể, mà điện trở xuất
Đồng, một kim loại với các trạng thái oxi hóa +1 (cuprous) và +2 (cupric), có khả năng tạo ra nhiều hợp chất hóa học khác nhau Tính khử của đồng yếu hơn so với các kim loại khác, nhưng nó vẫn có khả năng phản ứng với phi kim, axit và dung dịch muối.
Tác dụng với phi kim
– Khi (Cu) phản ứng với Oxi đun nóng sẽ tạo thành CuO bảo vệ do đó (Cu) sẽ không bị oxi hoá.
2Cu + O 2 → 2CuO (đen) – Khi ta đun nóng đến nhiệt độ từ (800-1000oC)
CuO + Cu → Cu 2 O (đỏ) – Khi tác dụng trực tiếp với khí Cl 2 , Br 2 , S…
– (Cu) không thể tác dụng với dung dịch HCl và H 2 SO 4 loãng.
– Khi có oxi, (Cu) có thể tác dụng với dung dịch HCl, có tiếp xúc giữa axit và không khí.
2Cu + 4HCl + O 2 → 2CuCl 2 + 2 H 2 O – Đối với HNO 3 , H 2 SO 4 đặc thì:
Cu + 4HNO 3 (đặc) → Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O Tác dụng với các dung dịch muối
– Đồng có thể khử được các ion kim loại đứng sau nó trong dung dịch muối.
Cu + 2AgNO 3 → Cu(NO 3 ) 2 + 2Ag
1.2.1.3 Đồng vị Đồng có 29 đồng vị, trong đó 63 Cu and 65 Cu là đồng vị bền, với 63 Cu chiếm khoảng 69% đồng có mặt trong tự nhiên; cả hai đều có spin 3/2 Các đồng vị còn lại có tính phóng xạ, trong đó đồng bị phóng xạ bền nhất là 67 Cu với chu kỳ bán rã 61,83 giờ.
Isotop 64Cu có nhiều ứng dụng quan trọng, đặc biệt trong chụp hình tia-X Ngoài ra, dạng phức của 64Cu với chelate còn được áp dụng trong điều trị ung thư.
1.2.2 Khả năng diệt khuẩn của nano đồng Đặc tính kháng khuẩn của nano đồng
Dung dịch diệt khuẩn nano đồng chứa các ion đồng (Cu 2+) được sản xuất bằng công nghệ nano tiên tiến, có khả năng kháng khuẩn và tiệt trùng siêu mạnh Với kích thước hạt nano (10 -9 nm), dung dịch này có thể phá hủy và tiêu diệt hơn 650 loại vi khuẩn, đồng thời ngăn ngừa mùi hôi hiệu quả Đặc biệt, dung dịch diệt khuẩn nano đồng có khả năng kháng khuẩn lên tới 99%, vượt trội hơn nhiều so với các sản phẩm kháng khuẩn khác Sau khi tiếp xúc trong khoảng thời gian từ 3 đến 24 giờ, hầu hết vi khuẩn và nấm sẽ bị tiêu diệt hoàn toàn.
Hạt nano đồng có khả năng tương tác mạnh mẽ với tế bào vi khuẩn, làm tổn thương cấu trúc màng ngoài của chúng và dẫn đến sự tiêu diệt hiệu quả.
Cơ chế kháng khuẩn của nano đồng
Các hạt nano đồng liên tục giải phóng ion đồng, tác động trực tiếp lên tế bào vi khuẩn qua các cơ chế đặc thù Hoạt động này được tăng cường khi kích thước hạt nano Cu nhỏ và diện tích bề mặt lớn, cho phép tương tác gần gũi với màng tế bào vi khuẩn Hoạt động kháng khuẩn của nano đồng xuất phát từ xu hướng thay thế giữa dạng Cu[I] và Cu[II].
Ion đồng (Cu) khác biệt với các kim loại dạng vết khác, tạo ra các gốc hydroxyl liên kết với DNA, gây mất trật tự cấu trúc xoắn ốc và làm hỏng các protein quan trọng Điều này dẫn đến sự không hiệu quả của các enzyme và làm giảm hoạt động của các protein bề mặt tế bào, ảnh hưởng đến khả năng chuyển chất qua màng tế bào và sự bền vững của màng lipid Hơn nữa, ion Cu bên trong tế bào vi khuẩn tác động đến các quá trình sinh học, cho thấy Cu có đặc tính kháng khuẩn thông qua việc sản sinh gốc tự do, tiêu diệt hoặc làm yếu vi khuẩn.
Hình 1.10 Nano đồng oxyclorua sinh ra gốc tự do làm suy giảm sức sống của nấm
Nano đồng có khả năng xâm nhập qua thành tế bào và tương tác với cấu trúc nội bào nhờ kích thước nhỏ và diện tích bề mặt lớn Chúng tác động trực tiếp lên màng tế bào vi khuẩn, phá vỡ cấu trúc di truyền, khiến vi khuẩn mất sức sống.
1.2.3 Các phương pháp tổng hợp nano đồng
Nano đồng có thể được tổng hợp qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phương pháp hóa học, phân huỷ nhiệt, khử muối kim loại, nhiệt vi sóng, bức xạ, kỹ thuật vi nhũ, siêu tới hạn, sử dụng laze, phương pháp polyol, phóng điện hồ quang, cũng như khử nhiệt và khử bằng sóng siêu âm.
Phương pháp này sử dụng các tác nhân khử để chuyển đổi ion Cu 2+ thành Cu0 trong môi trường lỏng, cho phép tổng hợp hạt trong nhiều pha phân tán khác nhau Việc kiểm soát tính chất của hạt có thể đạt được bằng cách điều chỉnh các thông số thí nghiệm như loại và nồng độ tác chất, khả năng oxy hóa khử, tốc độ thêm tác chất, cũng như loại và nồng độ chất bảo vệ, nhiệt độ và pH.
Vào năm 2007, tác giả Bong Kyun Park và các cộng sự đã thành công trong việc tổng hợp dung dịch nano đồng trong không khí bằng phương pháp polyol, với kích thước hạt trung bình khoảng 45 ± 8nm Nguyên liệu ban đầu được sử dụng là CuSO4.5H2O, chất khử là NaH2PO2.H2O và chất bảo vệ là PVP.
Vào năm 2009, tác giả Meshesha và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu với nguyên liệu chính là Cu(NO3)2.2H2O, hexyldecyl amine và ethylene glycol Họ đã tổng hợp 100 mL dung dịch ethylene glycol với nồng độ Cu(NO3)2.2H2O 0,05M, được trộn với hexyldecyl amine theo tỷ lệ phù hợp trong bình cầu đáy tròn, sử dụng máy khuấy từ, thiết bị hồi lưu, nhiệt kế và nguồn khí argon để đảm bảo quá trình trộn đều.
600 C cho đến khi tan hoàn toàn Hạt nano đồng thu được có kích thước 6-20 nm [10].
Tổng quan về cây chanh
Họ: Cửu Lý Hương (Rutaceae).
Tên khác: Chanh ta, Chanh lá vàng và
Tên khoa học: Citrus aurantifolia Chanh ta có nguồn gốc từ Đông Nam Á, sau đó lan truyền qua Trung Đông, tới Bắc
Giống chanh này bắt nguồn từ Phi, sau đó lan rộng tới Sicilia, Andalusia, và theo chân những người Tây Ban Nha khám phá Tân Thế Giới, đặc biệt là khu vực Tây Ấn Độ và chuỗi đảo Florida Từ vùng biển Caribê, giống chanh này đã được đưa tới các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới ở Bắc Mỹ, bao gồm Mexico, Florida và sau đó là California.
Cây chanh cao từ 0.5-3m, có nhiều cành nhánh và gai trên thân, tỏa ra hương thơm khi chạm vào Lá chanh dày, cứng, màu xanh đậm, mép lá hình răng cưa, dài khoảng 4-9 cm Hoa chanh có màu vàng xanh hoặc trắng, đôi khi pha tím nhạt, với 5 cánh nhỏ, đường kính khoảng 2 cm, mọc đơn lẻ hoặc thành chùm 2-3 bông Quả chanh khi còn non có màu xanh đậm, chuyển vàng khi chín, hình tròn, vỏ bóng mỏng, nhiều múi và hạt, có vị chua và hương thơm nồng dễ chịu.
Lá chanh không chỉ mang lại hương vị thơm ngon cho các món ăn Việt Nam mà còn chứa tinh dầu với nhiều thành phần hữu ích như terpen, alcohol và aldehyd, giúp điều trị các bệnh như sốt rét, cảm cúm, hen phế quản và các vấn đề ngoài da Quả chanh giàu vitamin C, có tác dụng giải nhiệt, hỗ trợ tiêu hóa, và giảm triệu chứng ho, đồng thời giúp ngăn ngừa bệnh cảm cúm và giảm căng thẳng Với nhiều vi chất như axit citric, vitamin B1 và kali, chanh trở thành lựa chọn lý tưởng cho nước giải khát bổ dưỡng Tinh dầu chanh và nước chanh còn được ứng dụng trong sản xuất dầu gội và dầu rửa bát, trong khi hạt và vỏ chanh tốt cho gan, thường được dùng để chế thuốc hỗ trợ chức năng gan.
Nước chanh không chỉ giúp giải khát mà còn kích thích chức năng gan và thận, hỗ trợ giải độc cho cơ thể và tăng cường hệ miễn dịch Nó cũng giúp giảm tác động của các gốc tự do và tương tác với các chất gây ngộ độc trong thực phẩm, đồng thời hỗ trợ quá trình cai thuốc lá Theo các nhà khoa học, quả chanh chứa tới 22 chất chống ung thư, trong đó vỏ chanh là nơi tập trung nhiều limonoids, một hợp chất có đặc tính chống ung thư.
1.3.4 Thành phần chính của cây chanh
Vỏ quả chanh: Lớp vỏ xanh ngoài cùng chứa tinh dầu, mỗi quả cho khoảng
The essential oil of lemon, containing 0.5ml, is primarily composed of terpenes, with 90-95% consisting of compounds such as d-limonene, along with smaller amounts of α-pinene, β-phellandrene, camphene, and γ-terpinene The characteristic fragrance of lemon essential oil is attributed to oxygenated compounds, which make up 3-5% of its composition, including citral and a trace of citronellal, as well as geranyl acetate and linalyl acetate.
Nước chanh chứa khoảng 80-82% nước và 5-7% axit citric, với tỷ lệ axit có thể lên tới 10% vào mùa thu Ngoài ra, nước chanh còn chứa 1-2% citrat axit, canxi, kali, một ít citrat etyl và khoảng 0,4-0,5% axit malic Thành phần khác bao gồm 0,4-0,75% đường interverti, 0,5% sacaroza, 0,75-1% protit, độ tro 0,5%, cùng với 65mg vitamin C trong 100g dịch tươi và vitamin B1, riboflavin.
Lá chanh: cũng chứa tinh dầu Hàm lượng tinh dầu trong lá thay đổi từ 0,33-0,5%.
Ngoài ra còn chất stachydrin, một dẫn xuất của prolin [16].
THỰC NGHIỆM
Nguyên liệu
Lá chanh ta sử dụng trong quá trình nghiên cứu là chanh ta được tìm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng
Nguyên liệu được chọn là lá chanh tươi, loại bỏ phần sâu và dập nát Sau khi lựa chọn, lá chanh được rửa sạch bằng nước cất và bảo quản trong túi nylon kín ở nhiệt độ 8°C trong tủ lạnh.
Hóa chất và dụng cụ
Hóa chất sử dụng cho nghiên cứu được trình bày trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng
2.2.2 Hệ thống thiết bị và dụng cụ
Hệ thống thiết bị và dụng cụ cho nghiên cứu được trình bày trong Bảng 2.2.
Bảng 2.2 Hệ thống thiết bị và dụng cụ sử dụng
• Bộ dụng cụ chưng ninh • Bình cầu
• Máy đo quang UV-Vis • Cốc thủy tinh
• Bếp cách thủy • Đũa thủy tinh
• Cân phân tích • Bình tam giác
• Bình định mức (25ml, 50ml, 1000ml)
Phương pháp nghiên cứu hạt nano đồng
2.3.1 Phương pháp chưng ninh Để thu được dịch chiết lá chanh, tiến hành chưng ninh lá chanh trong nước cất dưới áp suất thường.
2.3.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS
Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử, hay còn gọi là phân tích trắc quang, là một trong những kỹ thuật phân tích phổ biến, với nhiều thế hệ máy khác nhau, từ máy so màu đơn giản đến máy quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS hiện đại Phương pháp này dựa vào hiệu ứng hấp thụ khi phân tử tương tác với bức xạ điện từ, sử dụng vùng bức xạ tử ngoại gần và khả kiến với bước sóng khoảng 200 đến 800nm Sơ đồ các bộ phận của máy UV – VIS được mô tả chi tiết trong Hình 2.1.
Hình 2.1 Sơ đồ máy UV – VIS
2 Bộ phận đơn sắc 6 Dung dịch so sánh
3 Bán gương 7,8 Tế bào quang – điện
4 Gương 9 Xử lí tín hiệu
Hình 2.2 Máy UV-VIS LAMBDA 25 của hãng PerkinElmer
2.3.3 Phương pháp đo: đo TEM, EDX
Kính hiển vi điện tử truyền (TEM)
Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc của vật rắn, hoạt động bằng cách chiếu chùm điện tử năng lượng cao xuyên qua mẫu vật mỏng TEM sử dụng thấu kính từ để tạo ra hình ảnh với độ phóng đại lớn, có thể lên tới hàng triệu lần Hình ảnh thu được có thể hiển thị trên màn huỳnh quang, film quang học hoặc được ghi lại bằng máy chụp kỹ thuật số.
Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) có cấu trúc tương tự như kính hiển vi quang học, nhưng sử dụng nguồn sáng là chùm điện tử và có khả năng phân tích vượt trội TEM không chỉ cho phép quan sát vật nhỏ mà còn cung cấp các khả năng phân tích đặc biệt mà kính hiển vi quang học không thể đạt được, nhờ vào sự tương tác giữa chùm điện tử và mẫu vật Bên cạnh đó, tốc độ ghi ảnh của TEM rất cao, cho phép thực hiện các phép chụp ảnh động và quay video các quá trình diễn ra trong chất rắn.
Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
Kỹ thuật phân tích EDX (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) là phương pháp xác định thành phần của mẫu chất rắn thông qua việc ghi lại phổ tia X phát ra từ mẫu khi tương tác với bức xạ, đặc biệt là chùm điện tử có năng lượng cao trong kính hiển vi điện tử.
Hình 2.4 Thiết bị sử dụng kĩ thuật EDX tại Viện khoa học Việt Nam
Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong kính hiển vi điện tử, nơi ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua chùm điện tử có năng lượng cao Khi chùm điện tử này chiếu vào vật rắn, nó xuyên sâu vào nguyên tử và tương tác với các lớp điện tử bên trong, dẫn đến sự phát sinh tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) theo định luật Mosley.
EDX là một thiết bị phân tích chủ yếu được phát triển trong kính hiển vi điện tử, nơi các phép phân tích được thực hiện bằng chùm điện tử năng lượng cao và được thu hẹp qua thấu kính điện từ Phổ tia X phát ra có tần số trải rộng, và thông qua phổ kế tán sắc năng lượng, thông tin về các nguyên tố và thành phần được ghi nhận.
Kỹ thuật EDX, ra đời từ những năm 1960, đã chứng kiến sự phát triển đáng kể với sự xuất hiện của thiết bị thương phẩm vào đầu những năm 1970 Thiết bị này sử dụng các detector như Si, Li hoặc Ge để nâng cao hiệu quả phân tích.
Tia X phát ra từ vật rắn (do tương tác với chùm điện tử) sẽ có năng lượng biến dịch chuyển (thường là Si, Ge, Li ) được làm lạnh bằng nitơ lỏng, là một con chip nhỏ tạo ra điện tử thứ cấp do tương tác với tia X, rồi được lái vào một anốt nhỏ Cường độ tia X tỉ lệ với tỉ phần nguyên tố có mặt trong mẫu Độ phân giải của phép phân tích phụ thuộc vào kích cỡ chùm điện tử và độ nhạy của detector (vùng hoạt động tích cực của detector). Độ chính xác của EDX ở cấp độ một vài phần trăm (thông thường ghi nhận được sự có mặt của các nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên) Tuy nhiên, EDX tỏ ra không hiệu quả với các nguyên tố nhẹ (ví dụ B, C ) và thường xuất hiện hiệu ứng trồng chập các đỉnh tia X của các nguyên tố khác nhau (một nguyên tố thường phát ra nhiều đỉnh đặc trưng Kα, Kβ , và các đỉnh của các nguyên tố khác nhau có thể chồng chập lên nhau gây khó khăn cho phân tích).
Quy trình thực nghiệm
Nghiên cứu hạt nano đồng Đo UV– Đo Đo
Tổng hợp hạt nano đồng
Khảo sát thời gian chiết Khảo sát tỉ lệ R/L
Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết
Khảo sát nhiệt độ tạo nano đồngKhảo sát ảnh hưởng của PVA
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá chanh
3.1.1 Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá chanh tối ưu vào tỉ lệ khối lượng lá chanh so với thể tích nước được thực hiện trong điều kiện thí nghiệm:
-Nhiệt độ chiết: đun sôi
-Tỷ lệ khối lượng lá chanh/100 mL nước: 5g, 10g, 15g, 20g/100 mL nước.
-Nồng độ dung dịch CuSO 4 : 5 mM.
-Lấy 2 mL dịch chiết nước lá chanh cho vào 30 mL dung dịch CuSO 4 đã pha, khuấy từ trong 60 phút và đo UV.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng sự phụ thuộc khả năng tạo nano đồng vào tỉ lệ rắn lỏng được trình bày ở Hình 3.1 và Bảng 3.1.
Hình 3.1 Phổ UV-Vis của dung dịch nano Cu ở các tỷ lệ khối lượng khác nhau
Bảng 3.1 Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo tỉ lệ rắn/lỏng
Tỷ lệ Rắn/ 5g/100 mL 10g/100 mL 15g/100 mL 20g/100 mL lỏng
Kết quả từ Hình 3.1 và Bảng 3.1 cho thấy tỷ lệ rắn/lỏng 10g/100mL mang lại giá trị mật độ quang cao nhất (A = 0,64), cho thấy lượng nano đồng tạo thành là tối ưu Tuy nhiên, khi tăng khối lượng lá chanh vượt quá 10 gam, các chất khử được chiết ra nhiều làm tăng tốc độ quá trình khử ion đồng, dẫn đến sự hình thành nhanh các hạt nano đồng, dễ bị keo tụ và tạo ra hạt lớn hơn, gây giảm mật độ quang Do đó, tỷ lệ rắn/lỏng tối ưu được xác định là 5g/100mL.
3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết Để khảo sát sự phụ thuộc của ảnh hưởng tạo dịch chiết lá chanh tối ưu (tức dịch chiết có khả năng tạo nano đồng tốt nhất) vào thời gian chiết, tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau:
-Nhiệt độ chiết: đun sôi
-Tỉ lệ rắn/lỏng: 10 gam lá chanh/100 mL nước cất (kết quả từ 3.1.1).
-Nồng độ dung dịch CuSO 4 : 5mM.
-Tỉ lệ thể tích dịch chiết/dung dịch CuSO 4 = 2mL/30mL.
-Thời gian tạo nano đồng: 60 phút.
-Nồng độ PVA: 2g/L Đối với thông số thời gian chiết, các giá trị biến thiên: t = 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút.
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá chanh tối ưu vào thời gian chiết được trình bày ở Hình 3.2 và Bảng 3.2.
Hình 3.2 Phổ UV-Vis của dung dịch nano Cu ở các thời gian chiết khác nhau
Bảng 3.2 Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo thời gian chiết
Kết quả từ Hình 3.2 và Bảng 3.2 chỉ ra rằng, khi thời gian chiết tăng từ 5 đến 15 phút, mật độ quang cũng gia tăng, đạt mức cao nhất sau khoảng thời gian này.
Thời gian chiết tối ưu cho quá trình tạo hạt nano đồng từ lá chanh là 15 phút, với mật độ quang đạt giá trị A = 0,64 Nếu tiếp tục tăng thời gian chiết, mật độ quang sẽ giảm do lượng chất khử tạo ra quá nhiều, khiến quá trình hình thành nano đồng diễn ra quá nhanh Hậu quả là các hạt nano đồng dễ bị keo tụ, tạo ra kích thước lớn hơn và làm giảm mật độ quang.
Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nano đồng
Sau khi đã thu được dịch chiết lá chanh tối ưu, chúng tôi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nano đồng.
3.2.1 Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết lá chanh/dung dịch CuSO 4 Để khảo sát sự phụ thuộc khả năng tạo nano đồng vào tỉ lệ dịch chiết lá chanh, chúng tôi cố định các thông số như sau:
- Nồng độ dung dịch CuSO 4 : 5mM.
- Nhiệt độ tạo nano: Nhiệt độ phòng
- Thời gian tạo nano đồng: 60 phút.
- Đối với thông số tỉ lệ thể tích dịch chiết/ 30 mL dung dịch CuSO 4 , giá trị biến thiên: V = 2ml, 4 ml, 6 ml, 8 ml, 10 ml, 12 ml, 14 ml, 16 ml, 18 ml.
Kết quả khảo sát thực nghiệm của khả năng tạo nano đồng vào tỉ lệ thể tích dịch chiết được biểu diễn ở Hình 3.2.1 và Bảng 3.2.1.
Hình 3.3 Phổ UV-Vis của dung dịch nano Cu ở các tỷ lệ thể tích dịch chiết khác nhau.
Bảng 3.3 Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo tỉ lệ dịch chiết
Kết quả từ Hình 3.2.1 và Bảng 3.2.1 cho thấy khi tỉ lệ thể tích dịch chiết lá chanh tăng từ 2 mL đến 16 mL, giá trị mật độ quang đo được cũng tăng theo và đạt đỉnh tại V = 16 mL, cho thấy lượng nano đồng tổng hợp là tối ưu nhất Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng thể tích dịch chiết, mật độ quang sẽ giảm do nồng độ chất khử tăng, dẫn đến tốc độ tạo nano đồng cao hơn, làm tăng kích thước hạt và độ tụ hạt nano đồng, từ đó làm giảm mật độ quang.
Ở thể tích dịch chiết tối ưu là 16 mL, mật độ quang đạt A max = 3.16 cho thấy dung dịch chứa hạt nano đồng tổng hợp có độ bền cao và không bị keo tụ.
3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano đồng Để khảo sát sự phụ thuộc khả năng tạo nano đồng vào nhiệt độ, chúng tôi cố định các thông số như sau:
- Nồng độ dung dịch CuSO 4 : 5mM.
- Tỉ lệ thể tích dịch chiết/dung dịch CuSO 4 = 16 mL/30 mL.
- Thời gian tạo nano đồng: 60 phút.
Nghiên cứu về sự phụ thuộc của quá trình tạo nano đồng vào nhiệt độ đã chỉ ra rằng giá trị biến thiên nhiệt độ là T = 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃ Kết quả khảo sát được thể hiện qua Hình 3.2.2 và Bảng 3.2.2.
Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano đồng.
Bảng 3.4 Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo nhiệt độ tạo nano đồng.
Kết quả từ Hình 3.2 và Bảng 3.2 cho thấy khi nhiệt độ tăng từ 30℃ đến 70℃, giá trị mật độ quang đo được cũng tăng và đạt đỉnh ở 30℃, cho thấy lượng nano đồng tổng hợp là tối ưu nhất Tuy nhiên, khi nhiệt độ tiếp tục tăng, mật độ quang bắt đầu giảm Nguyên nhân là do ở nhiệt độ trên 60℃, các phân tử chuyển động nhanh, dẫn đến số va chạm hiệu quả tăng, khiến hạt nano đồng hình thành nhanh chóng và dễ bị keo tụ, tạo ra hạt lớn hơn và làm giảm mật độ quang.
Ở nhiệt độ 60℃, nano đồng có mật độ quang cao với giá trị A max đạt 1.80, cho thấy rằng dung dịch keo nano đồng tổng hợp có độ bền cao và không bị keo tụ.
3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của PVA Để khảo sát sự phụ thuộc khả năng tạo nano đồng vào PVA, chúng tôi cố định các thông số như sau:
- Nồng độ dung dịch CuSO 4 : 5mM.
- Tỉ lệ thể tích dịch chiết/dung dịch CuSO 4 = 16 mL/30 mL
- Thời gian tạo nano đồng: 60 phút.
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano đồng vào PVA được biểu diễn ở Hình 3.2.3 và Bảng 3.2.3.
Hình 3.5 Ảnh hưởng của PVA đến quá trình tạo nano đồng.
Bảng 3.5 giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu có và không có ảnh hưởng của
PVA đến quá trình tạo nano đồ ng.
Chất PVA có khả năng bao bọc các hạt nano đồng, giúp cải thiện khả năng phân tán của chúng Mẫu không có PVA cho thấy sự phân tán kém và không đồng đều, dẫn đến hiện tượng co cụm và tạo thành cụm hạt nano đồng lớn Sự hình thành các hạt lớn này làm giảm mật độ quang so với mẫu có PVA.
Như vậy, ở mẫu có PVA, với giá trị mật độ quang cao (A max = 1.70) và dung dịch keo nano đồng tổng hợp được bền, không bị keo tụ.
Kết quả khảo sát đặc tính của hạt nano đồng
Keo nano đồng được tổng hợp từ dung dịch CuSO4 kết hợp với dịch chiết nước lá chanh dưới điều kiện tối ưu Các đặc tính hóa lý của keo nano đồng đã được khảo sát thông qua phương pháp TEM tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Hà Nội và phân tích EDX tại Trung tâm Đánh giá Hư hỏng Vật liệu - Viện Khoa học Vật liệu.
Hà Nội Kết quả khảo sát được trình bày ở các Hình 3.3.1 và 3.3.2.
Hình 3.6 Ảnh TEM của mẫu nano đồng tổng hợp
Hình 3.7 Phổ EDX của mẫu nano đồng tổng hợp
Từ Hình 3.3.1 cho thấy, hạt nano đồng tổng hợp từ dung dịch CuSO 4 với tác nhân khử dịch chiết lá chanh có dạng hình cầu với kích thước < 100 nm.
Phân tích nguyên tố EDX cho thấy dung dịch nano đồng chủ yếu chứa đồng, bên cạnh đó còn có các nguyên tố như C, O, S, K, P, Si, đây là thành phần của màng bọc thực vật xung quanh nano.
Quá trình tổng hợp nano đồng từ dung dịch CuSO4 đã được xác nhận thông qua các kết quả phân tích hóa lý, sử dụng dịch chiết nước lá chanh làm tác nhân khử.
