Nghiên cứu xác định nitrit và nitrat bằng phương pháp trắc quang - động học xúc tác

Nghiên cứu xác định nitrit và nitrat bằng phương pháp trắc quang - động học xúc tác

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN VĂN LY

Huế, 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kì công trình nào khác

Tác giả

Lê Thị Ánh Nguyệt

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

TS Nguyễn Văn Ly, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này, đồng thời bổ sung cho tôi nhiều kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu khoa học

Xin cảm ơn thầy Nguyễn Hải Phong, cô Võ Thị Bích Vân và quý thầy cô trong bộ môn hóa phân tích, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Huế, đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Y tế Dự Phòng Thừa Thiên Huế, chị Trần Thị Hồng, chị Nguyễn Thị Thanh Hương, cùng tất cả quý anh chị trong Khoa Xét nghiệm đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập, nghiên cứu và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Huế, tháng 11 năm 2012

Tác giả

Lê Thị Ánh Nguyệt

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về nitrit và nitrat 3

1.1.1 Tính chất của nitrat 3

1.1.2 Tính chất của nitrit 4

1.1.3 Tác hại của nitrit và nitrat 5

1.1.4 Tác động có lợi từ nitrit và nitrat 7

1.2 Thực phẩm và phụ gia thực phẩm 8

1.2.1 Khái niệm phụ gia thực phẩm 8

1.2.2 Vai trò phụ gia thực phẩm 9

1.2.3 Dư lượng nitrit và nitrat trong thực phẩm 11

1.2.4 Ảnh hưởng của phụ gia thực phẩm đến con người 14

1.3 Các phương pháp xác định nitrit và nitrat 17

1.3.1 Phương pháp xác định nitrit 17

1.3.2 Phương pháp xác định nitrat 29

1.3.3 Phương pháp xác định đồng thời nitrit và nitrat 30

1.4 Các phương pháp xử lý mẫu thực phẩm 33

1.4.1 Các phương pháp xử lý mẫu để phân tích kim loại trong thực phẩm 33

1.4.2 Các phương pháp xử lý mẫu để phân tích anion trong thực phẩm 34

2.1.1 Khảo sát điều xác định NO2 36

2.1.2 Khảo sát điều kiện khử từ nitrat qua nitrit 36

2.1.3 Sự phụ thuộc nồng độ NO2- vào tốc độ phản ứng (∆A) và đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích 37

2.1.4 Ứng dụng mẫu thực tế 37

2.2 Phương pháp nghiên cứu 37

2.2.1 Phương pháp khảo sát các điều kiện phản ứng 37

2.2.2 Xử lý các số liệu thực nghiệm của phương pháp 37

2.2.3 Phương pháp định lượng NO2- và NO3- trong mẫu thực 38

2.2.4 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp 38

2.3 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất 42

2.3.1 Thiết bị và dụng cụ 42

2.3.2 Hóa chất 42

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 Khảo sát các điều kiện của hệ phản ứng 45

3.1.1 Khảo sát phổ hấp thụ - xác định bước sóng hấp thụ cực đại 45

3.1.2 Khảo sát thời gian phản ứng 46

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng các loại axit và nồng độ axit 47

3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ KBrO3 50

3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ TB 51

3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 52

3.1.7 Khảo sát ảnh hưởng thứ tự thêm chất phản ứng 53

3.2 Khảo sát ảnh hưởng cản trở của một số ion 54

3.2.1 Ảnh hưởng của Cl- 54

3.2.2 Ảnh hưởng của NO3- 55

3.3 Khảo sát điều kiện khử từ nitrat qua nitrit 56

3.3.1 Chọn pH dung dịch cho quá trình khử 56

cậy của phương pháp 57

3.4.1 Khoảng tuyến tính đối với NO2- 57

3.4.2 Khoảng tuyến tính đối với NO3- 58

3.4.3 Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) 59

3.4.4 Độ lặp lại 59

3.4.5 Độ đúng 60

3.5 Khảo sát ảnh hưởng của nền dịch chiết (rau) và cách loại trừ ảnh hưởng 60

3.6 Quy trình xác định nitrit, nitrat trong mẫu thực phẩm và mẫu rau quả 61

3.6.1 Quy trình xác định nitrit, nitrat 61

3.6.2 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp 64

3.6.3 Xác định nitrit, nitrat trong một số mẫu thật 64

3.6.4 Nhận xét kết quả phân tích trên các đối tượng xúc xích, lạp xưởng, thịt nguội, cải xanh và rau muống 66

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC

Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

of the United Nations

Tổ chức nông nghiệp và lương thực thế giới

Bảng 1.2 Ngưỡng hàm lượng nitrit cho phép trong một số sản phẩm chế biến từ thịt 14

Bảng 1.3 Ngưỡng hàm lượng nitrat cho phép trong một số sản phẩm chế biến từ thịt 14

Bảng 1.4 Tổng hợp các công trình nghiên cứu xác định nitrit bằng phương pháp TQ - ĐHXT 27

Bảng 1.5 Tổng hợp các công trình nghiên cứu xác định đồng thời nitrit và nitrat 32

Bảng 2.1 Danh mục các hóa chất được sử dụng 42

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của axit trên 3 loại axit H2SO4, HCl và H3PO4 đến hệ phản ứng TB - KBrO3 47

Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2SO4 đến hệ phản ứng TB - KBrO3 49

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ KBrO3 đến hệ phản ứng TB - KBrO3 50

Bảng 3.4 Ảnh hưởng nồng độ TB đến hệ phản ứng TB - KBrO3 51

Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hệ phản ứng TB - KBrO3 52

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng thứ tự thêm chất phản ứng đến độ hấp thụ của dung dịch 53

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của Cl- đến hệ phản ứng TB - KBrO3 - NO2- 54

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của NO3- đến hệ phản ứng TB - KBrO3 - NO2- 55

Bảng 3.9 Sự phụ thuộc độ hấp thụ vào tốc độ chảy của dung dịch nitrat qua cột khử 56

Bảng 3.10 Độ hấp thụ của hệ dung dịch phản ứng ở các nồng độ NaNO2 khác nhau 57

Bảng 3.11 Độ hấp thụ của hệ dung dịch phản ứng ở các nồng độ NaNO3 khác nhau 58

Bảng 3.12 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của nitrit và nitrat 59

Bảng 3.13 Kết quả đánh giá độ lặp lại của phương pháp 59

Bảng 3.14 Kết quả đánh giá độ đúng của phương pháp 60

Bảng 3.15 Nồng độ NaNO2 thu được từ mẫu xúc xích bò 64

Bảng 3.16 Hàm lượng nitrit, nitrat trên các đối tượng mẫu 65

khi cố định thời gian 20

Hình 1.2 Sự thay đổi nồng độ sản phẩm phản ứng (a) và nồng độ chất xúc tác (b) khi biến đổi thời gian 20

Hình 1.3 Sự thay đổi nồng độ sản phẩm phản ứng của các dung dịch có nồng độ xúc tác khác nhau 21

Hình 1.4 Sự phụ thuộc của tỷ số 1/∆t vào nồng độ xúc tác 21

Hình 3.1 Phổ của các dung dịch hệ phản ứng 46

Hình 3.2 Sự phụ thuộc giá trị độ hấp thụ theo thời gian: 47

Hình 3.3 Độ lệch giá trị độ hấp thụ các loại axit của phản ứng nền và phản ứng xúc tác 48

Hình 3.4 Độ lệch giá trị độ hấp thụ theo nồng độ axit H2SO4 của phản ứng nền và phản ứng xúc tác 49

Hình 3.5 Độ lệch giá trị độ hấp thụ theo nồng độ của BrO3- của phản ứng nền và phản ứng xúc tác 50

Hình 3.6 Độ lệch giá trị độ hấp thụ theo nồng độ TB của phản ứng nền và phản ứng xúc tác 51

Hình 3.7 Độ lệch giá trị độ hấp thụ theo nhiệt độ của phản ứng nền và phản ứng xúc tác 52

Hình 3.8 Độ lệch giá trị độ hấp thụ theo thứ tự thêm chất phản ứng của phản ứng nền và phản ứng xúc tác 53

Hình 3.9 Sự phụ thuộc độ hấp thụ vào tốc độ chảy của dung dịch nitrat qua cột khử 56

Hình 3.10 Đường hồi quy tuyến tính biểu diễn sự phụ thuộc của ∆A vào CNaNO2 57 Hình 3.11 Đường hồi quy tuyến tính biểu diễn sự phụ thuộc của ∆A vào CNaNO3 58 Hình 3.12 Phổ hấp thụ của dịch chiết từ mẫu rau muống 61

Hình 3.13 Quy trình xử lý mẫu xác định nitrit, nitrat trên mẫu thực phẩm chế biến và rau 62

Hình 3.14 Quy trình phân tích nitrit, nitrat trong mẫu thực phẩm và rau 63

MỞ ĐẦU

Thực phẩm là nguồn dinh dưỡng không thể thiếu đối với sự sống con người

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu của con người ngày càng cao, sự tăng trưởng mạnh mẽ của của nền kinh tế đã đưa con người từ mong muốn “ăn no, mặc đủ” lên

“ăn ngon, mặc đẹp” Vì thế thực phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu thiết yếu, cấp bách đối với toàn thể nhân loại

Ở nước ta, bên cạnh sự bùng nổ dân số, quá trình đô thị hóa thì quá trình

công nghiệp hóa và hiện đại hóa cũng đã ảnh hưởng rất nhiều đến đời sống và môi trường sống của chúng ta Thay vì chúng ta bảo vệ nó thì giờ đây chúng ta lại vì nhu cầu và lợi ích trước mắt, chúng ta đã đưa vào thực phẩm một số chất (phụ gia) với mục đích làm tăng màu sắc, mùi vị và tăng độ bền của sản phẩm… Mà không nghĩ

đến những tác hại tại chỗ hay tác động lâu dài mà nó ảnh hưởng đến sức khỏe con

người Chính vì vậy, an toàn vệ sinh thực phẩm đang là vấn đề nóng bỏng trên toàn thế giới nói chung và đối với nước ta nói riêng [8]

Mặc khác, như chúng ta đã biết nitrit và nitrat được cho vào thực phẩm làm

ức chế chọn lọc một số loại vi sinh vật, làm cho thực phẩm có màu sắc đẹp hơn,

kích thích người tiêu dùng… mà không biết rằng đây cũng là một trong những nguy

cơ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người [58]

Nitrat và nitrit đi vào cơ thể theo nhiều con đường khác nhau, trong đó 2 con

đường chủ yếu là nước uống và thực phẩm Khi đi vào cơ thể nitrat tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột sinh ra nitrit Nitrit độc hại hơn so với các chất chứa

nitơ khác như ammoniac, nitrat và amoni Khi vào cơ thể, nitrit kết hợp với Hemoglobin hình thành methemoglobin, kết quả hàm lượng Hemoglobin giảm sẽ làm giảm quá trình vận chuyển oxi trong máu Khi nitrit vào dạ dày (tại đây pH thấp) nitrit sẽ được chuyển thành axit nitrơ có khả năng phản ứng được với amin hoặc amit sinh ra nitro amin đây là hợp chất dẫn đến ung thư [24], [34] Vì vậy những thực phẩm và nguồn nước có chứa nitrat, nitrit cao cần phải loại bỏ và việc xác định hàm lượng của chúng có ý nghĩa quan trọng để đánh giá chất lượng thực phẩm

Với những đặc tính nguy hiểm ảnh hưởng đến sức khoẻ con người mà việc loại bỏ chúng đang là vấn đề được nhiều người quan tâm Vì thế, việc xác định hàm lượng nitrat và nitrit là cần thiết, và đây là cơ sở để đánh giá chất lượng nguồn nước

và thực phẩm,…

Một số phương pháp xác định nitrit và nitrat trong thực phẩm, nước đã được nghiên cứu như: phương pháp trắc quang [18], [30], phương pháp trắc quang kết hợp với phương pháp dòng chảy (UV-VIS & FIA) [31], phương pháp sắc ký ion (IC) [40], [46], sắc ký lỏng cao áp (HPLC) [33], [50],… tuy nhiên những phương pháp này thì chi phí cao, giới hạn phát hiện không cao Trong khi đó, phương pháp trắc quang động học xúc tác (TQ - ĐHXT) với ưu điểm đơn giản, độ nhạy cao và giới hạn phát hiện thấp, Vì vậy mà trên thế giới, đã có nhiều tác giả ([16], [26], [31], [49], [53], [54],…) đã nghiên cứu phương pháp này để xác định nitrit trên các

đối tượng mẫu khác nhau như môi trường, thực phẩm,… với các hệ phản ứng khác

nhau như: Hassan Zavvar Mousavi và cộng sự [37] xác định nitrit trong nước tự nhiên với hệ phản ứng: Nuclear fast red (NFR), KBrO3, H2SO4; hoặc Barzegar M.và cộng sự [36] đã xác định nitrit trến đối tượng nước với hệ phản ứng : Methylthymol blue (MTB), KBrO3, H2SO4,…

Hiện nay, ở nước ta đã có một số tác giả đã áp dụng phương pháp này để xác

định nitrit trên đối tượng nước ngầm và thực phẩm

Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi “Nghiên cứu xác định nitrit và nitrat

bằng phương pháp Trắc quang – Động học xúc tác” dựa trên khả năng xúc tác

của nitrit lên hệ phản ứng Toluidin blue và kali bromat trong môi trường axit sunfuaric

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nitrit và nitrat

1.1.1 Tính chất của nitrat [3], [10]

1.1.1.1 Tính chất vật lý

Nitrat là muối của axit nitric Trong muối nitrat, ion NO3

-có cấu tạo hình tam giác đều với góc ONO bằng 120 độ và độ dài

liên kết N-O bằng 1,218 Å Khối lượng mol ion NO3- là 62,0049

g/mol

Trong dung dịch, ion NO3- không có màu nên các muối nitrat của những cation không màu đều không có màu Hầu hết các muối nitrat đều dễ tan trong nước Một vài muối hút ẩm trong không khí như NaNO3 và NH4NO3 Muối nitrat của những kim loại hoá trị hai và hoá trị ba thường ở dạng hydrat

1.1.1.2 Tính chất hóa học

Muối nitrat khan của kim loại kiềm khá bền với nhiệt, chúng có thể thăng hoa trong chân không ở 380 - 5000C Còn các nitrat của kim loại khác dễ phân huỷ khi đun

Nitrat khá bền nhiệt, độ bền nhiệt của muối nitrat phụ thuộc vào bản chất cation kim loại

- Nitrat của những kim loại hoạt động từ kim loại kiềm đến magie ở trong dãy thế điện cực tăng dần, khi đun nóng bị phân hủy thành nitrit và oxy

Ví dụ: 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2

- Nitrat của những kim loại từ Mg đến Cu, khi đun nóng bị phân hủy thành oxyt, nitơ dioxyt và oxy

Ví dụ: 2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2 + O2

- Nitrat của những kim loại kém hoạt động hơn Cu khi đun nóng bị phân hủy

đến kim loại

Ví dụ: Hg(NO3)2 = Hg + 2NO2 + O2

N O

Cách phân hủy khác nhau đó của muối nitrat kim loại là do độ bền khác nhau của muối nitrit và oxyt của của các kim loại quyết định Chẳng hạn như NaNO2 và PbO bền, trong khi Pb(NO2)2, Hg(NO2)2 và HgO không bền

Khi đun nóng các muối nitrat khan dễ mất oxy cho nên chúng là chất oxy hóa mạnh Ion NO3- trong môi trường axit có khả năng oxy hóa như axit nitric, trong môi trường trung tính hầu như không có khả năng oxy hóa, nhưng trong môi trường kiềm có thể bị Al, Zn khử đến NH3

Ví dụ: NaNO3 + 4Zn + 7NaOH + 6H2O = 4Na2[Zn(OH)4] + NH3

1.1.2 Tính chất của nitrit [3], [10]

1.1.2.1 Tính chất vật lý

Muối của axit nitrơ gọi là nitrit, muối nitrit (NO2-) bền

hơn axit nhiều

Hầu hết muối nitrit dễ tan trong nước, muối ít tan là

AgNO2 Cũng như muối nitrat, đa số muối nitrit không có màu

Trong nitrit nguyên tử nitơ ở trạng thái lai hoá sp2 hai obitan lai hoá tham gia tạo thành liên kết π với hai nguyên tử oxi và một obitan lai hoá có electron tự do, một obitan 2p còn lại không lai hoá của nitơ có một e độc thân tạo thành liên kết π không định chỗ với hai nguyên tử oxi

Nhờ có cặp electron tự do ở nitơ, ion NO2- có khả năng tạo liên kết cho nhận với ion kim loại Một phức chất thường gặp là natri cobantinitrit Na3[Co(NO2)6] Đây

là thuốc thử dùng để phát hiện ion K+ nhờ tạo thành kết tủa K3[Co(NO2)6] màu vàng

1.1.2.2 Tính chất hóa học

Nitrit của kim loại kiềm bền với nhiệt, chúng không phân huỷ khi nóng chảy

mà chỉ phân huỷ trên 500oC Nitrit của các kim loại khác kém bền hơn, bị phân huỷ khi đun nóng, chẳng hạn như AgNO2 phân huỷ ở 140oC, Hg(NO2)2 ở 75oC

Trong môi trường axit, muối nitrit có tính oxy hóa và tính khử như axit nitrơ Muối nitrit oxy hóa được axit HI đến I2, dung dịch SO2 đến H2SO4, ion Fe2+ đến

Fe3+ còn bản thân nó chuyển thành NO

Ví dụ: 2HI + 2NO2- + 2H+ = 2NO + I2 + 2H2O

N

Với các chất oxy hóa mạnh như KMnO4, MnO2, thì NO2- bị oxy hóa đến NO3

-Ví dụ: 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5HNO2 = 2MnSO4 + 5HNO3 + K2SO4 + 3H2O Muối NaNO2 được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học, nhất là trong công nghiệp sản xuất phẩm nhuộm azo

Dung dịch axit nitrơ được điều chế dễ dàng khi axit hóa dung dịch muối nitrit

Ví dụ: Ba(NO2)2 + H2SO4 = 2 HNO2 + BaSO4

Muối NaNO2 có thể điều chế bằng tương tác của cacbon, chì hay sắt với NaNO3 nóng chảy (khoảng 4000C)

1.1.3 Tác hại của nitrit và nitrat

Nồng độ nitrat, nitrit cao có ảnh hưởng bất lợi đến môi trường, động vật và

cả con người

• Môi trường:[12], [18], [24]

Nồng độ nitrat cao trong nước gây ra hiện tượng eutrophication, còn được

gọi là phú dưỡng Phú dưỡng chỉ tình trạng của một vực nước đang có sự phát triển mạnh của tảo trong nước Mặc dầu tảo phát triển mạnh trong điều kiện phú dưỡng

có thể hổ trợ cho chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nước, nhưng sự phát triển của chúng sẽ gây ra những hậu quả làm suy giảm mạnh chất lượng nước

Hiện tượng phú dưỡng thường xảy ra với các hồ hoặc các vùng nước ít lưu thông trao đổi Khi mới hình thành, các hồ điều ở trạng thái nghèo chất dinh dưỡng (oligotrophic) nước hồ thường khá trong Sau một thời gian, do sự xâm nhập các chất dinh dưỡng từ nước chảy tràn, sự phát triển và phân hủy của sinh vật thủy sinh,

hồ bắt đầu tích tụ một lượng lớn tảo, nước hồ trở nên có màu xanh, một lượng lớn bùn lắng được tạo thành do xác tảo chết Dần dần, hồ trở thành vùng đầm lầy và cuối cùng là vùng đất khô, cuộc sống của động vật thủy sinh trong hồ bị ngừng trệ

• Động vật: [18], [24]

Bò, cừu và dê,… là những động vật nhai lại Khi các loại động vật này ăn, uống thực phẩm chứa nitrat cao thì nitrat sẽ chuyển hóa thành nitrit, cả nitrat và nitrit đều tích lũy trong dạ cỏ, việc tích lũy cả nitrat và nitrit trong dạ cỏ động vật

gây ra các triệu chứng nghiêm trọng và mãn tính, dẫn đến các vấn đề như: giảm cân, giảm sản lượng sữa, giảm sự ngon miệng, thở yếu, tim đập nhanh, đau bụng, nôn mửa, các vấn đề về sinh sản (sẩy thai, đẻ non, bê non chết khi vừa sinh ra, )

Ngoài ra, cá nước ngọt nhất là dòng cá trê rất dễ mắc phải bệnh máu nâu, nguyên nhân do tích lũy quá mức nitrittrong nước

• Con người:

Hàm lượng nitrit và nitrat đi vào trong cơ thể con người thông qua hai con

đường: nội sinh và ngoại sinh Con người tiếp xúc với nitrat chủ yếu là đường ngoại

sinh, trong khi đó với nitrit là đường nội sinh thông qua sự trao đổi chất nitrat Lượng nitrit và nitrat ngoại sinh thông qua thực phẩm chế biến, rau quả và nước uống [45]

Hàm lượng nitrat cao trong cơ thể có thể gây ra các bệnh về hồng cầu, dễ

thấy nhất là bệnh xanh da ở trẻ nhỏ (bệnh Blue baby), người ta gọi đây là hội chứng

methemoglobin và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc biệt đối với trẻ dưới 6 tháng tuổi,

do dịch axit trong dạ dày trẻ nhỏ không đủ mạnh như của người trưởng thành Vì vậy, các loại khuẩn đường ruột dễ dàng chuyển hóa nitrat thành nitrit [18] ,[24]

Khi nitrat vào cơ thể người, nó tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột

do tác dụng của các men tiêu hoá sinh ra nitrit, nitrit sinh ra phản ứng với Hemoglobin tạo thành methemoglobinemia làm mất khả năng vận chuyển oxy của Hemoglobin Thông thường Hemoglobin chứa Fe2+, ion này có khả năng liên kết với oxy, khi có mặt nitrit nó sẽ chuyển hoá Fe2+ thành Fe3+ làm cho hồng cầu không làm

được nhiệm vụ chuyển tải O2, nếu duy trì lâu sẽ dẫn tới tử vong, phản ứng: [18], [24]

8HbFe2+(O2) + 2NO2- + 4H2O → 8HbFe3+ + 8OH- + 2NO3- + 5O2Nồng độ nitrit cao hơn 100 mgNO2-/l khi vào dạ dày, tại đây pH thấp, nitrit

được chuyển thành axit nitrơ có khả năng phản ứng được với amin hoặc amit sinh

ra nitrosamine - đây là hợp chất gây ung thư, mối quan hệ này chỉ mới được thử nghiệm trên động vật và chưa được kiểm chứng trên người Các hợp chất nitroso

được tạo thành từ các amin bậc II và axit nitrơ có thể trở nên bền vững hơn nhờ tách

lại proton trở thành nitrosamine, cơ chế như sau: [10], [12]

N O2

-N O N H

R2

R1

N O2

N O H

R2

R1N H

1.1.4 Tác động có lợi từ nitrit và nitrat

Bên cạnh các tác hại đã được nêu ở trên, thì theo những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng, nitrat và nitrit có thể bảo vệ tim Các thức ăn giàu chất nitrat (các loại rau, các loại thịt ướp muối, phơi khô…) có thể giúp tăng cơ hội sống sót và tăng khả năng phục hồi ở những người bị nhồi máu cơ tim Nitrit tạo ra oxit nitric, giúp

mở lại những động mạch bị đóng hay bị nghẽn vốn gây tổn hại về lâu dài cho tim

Vì vậy, bổ sung nitrit điều độ trong thực đơn sẽ giúp cải thiện đáng kể những hậu quả của chứng nhồi máu cơ tim [61]

Ngày nay, càng có nhiều nghiên cứu cho thấy nitrit có thể làm tăng lưu lượng máu và bảo vệ mô khỏi bị tổn thương

Nitrit được dùng điều chế làm thuốc giải độc cyanid, dưới dạng thuốc tiêm

150 mg/5 ml (cung cấp trong bộ thuốc giải độc cyanid) với cơ chế “ lấy độc trị độc” như sau:

- Natri nitrat được dùng cùng với natri thiosufat để điều trị ngộ độc cyanid Cyanid là một chất độc tác dụng rất nhanh, ức chế hô hấp tế bào do kết hợp với cytochrom oxytase Natri nitrit chuyển hemoglobin thành methemoglobin Methemoglobin kết hợp với cyanid tạo thành cyanmethemoglobin Vì vậy,

cytochrom oxytase được bảo vệ không bị kết hợp với các ion cyanid Do đó, cyanmethemoglobin phân ly chậm nên cyanid được chuyển thành thiocyanat tương

đối ít độc hơn và bài tiết theo nước tiểu Cyanid được enzim thiosulfat - cyanid

sulfide transferate (rhodanase) ở gan và thận chuyển thành thiocyanat Natrithiosulfat tạo thêm cơ chất cho phản ứng đó và thúc đẩy cho quá trình phản

ứng Thiocyanat đào thải qua thận

Natri nitrit đào thải theo nước tiểu (90 %) và mồ hôi (10 %) [55]

1.2 Thực phẩm và phụ gia thực phẩm

1.2.1 Khái niệm phụ gia thực phẩm [17]

Phụ gia thực phẩm (food additive) là các chất được bổ sung (thêm) vào thực phẩm để bảo quản hay cải thiện hương vị và bề ngoài của chúng Việc dùng phụ gia phù hợp, đúng cách sẽ giúp thực phẩm tươi ngon hơn, đẹp mắt hơn và giữ lâu hơn

mà vẫn đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm cho người tiêu dùng

Bên cạnh đó, phụ gia còn được định nghĩa theo các cách hiểu khác nhau như: Theo FAO: Phụ gia là chất không dinh dưỡng được thêm vào các sản phẩm với các ý định khác nhau Thông thường các chất này có hàm lượng thấp dùng để cải thiện tính chất cảm quan, cấu trúc, mùi vị cũng như bảo quản sản phẩm

Theo WHO: Phụ gia là một chất khác hơn là thực phẩm hiện diện trong thực phẩm là kết quả của một số mặt: sản xuất, chế biến, bao gói, tồn trữ Các chất này không bao gồm sự nhiểm bẩn

Theo Ủy ban Tiêu chuẩn hóa thực phẩm quốc tế (Codex Alimentarius Commisson - CAC): Phụ gia là một chất có hay không có giá trị dinh dưỡng, không

được tiêu thụ thông thường như một thực phẩm và cũng không được sử dụng như

một thành phần của thực phẩm Việc bổ sung chúng vào thực phẩm để giải quyết mục đích công nghệ trong sản xuất, chế biến, bao gói, bảo quản, vận chuyển thực phẩm, nhằm cải thiện kết cấu hoặc đặc tính kỹ thuật của thực phẩm đó Phụ gia thực phẩm không bao gồm các chất ô nhiễm hoặc các chất độc bổ sung vào thực phẩm nhằm duy trì hay cải thiện thành phần dinh dưỡng của thực phẩm

Theo TCVN: Phụ gia thực phẩm là những chất không được coi là thực phẩm hay một thành phần chủ yếu của thực phẩm, có hoặc không có giá trị dinh dưỡng,

đảm bảo an toàn cho sức khỏe, được chủ động cho vào thực phẩm với một lượng

nhỏ nhằm duy trì chất lượng, hình dạng, mùi vị, độ kiềm hoặc axít của thực phẩm,

đáp ứng về yêu cầu công nghệ trong chế biến, đóng gói, vận chuyển và bảo quản

thực phẩm

1.2.2 Vai trò phụ gia thực phẩm [18], [57], [60]

Phụ gia thực phẩm đóng vai trò như là một chất bảo quản thực phẩm được con người đưa thêm vào trong thực phẩm để giữ gìn hoặc kéo dài thời gian sử dụng của các loại thực phẩm nhưng không làm thay đổi chất lượng và hương vị của sản phẩm Đôi khi, người ta cũng sử dụng chất phụ gia để có được một tính chất mong muốn nào đó, như để cho sản phẩm được dai, giòn, có màu sắc hoặc mùi vị hấp dẫn người tiêu thụ hơn…

Hiện nay người ta đã sử dụng khoảng 600 chất phụ gia trong sản xuất, chế biến thực phẩm, góp phần tạo nên nhiều mặt hàng thực phẩm khác nhau, phục vụ cho nhu cầu ngày càng đa dạng của con người Thế nên, người ta càng đưa ra nhiều

lý do để đưa các chất phụ gia vào trong thực phẩm như là:

1.2.2.1 Tăng giá trị dinh dưỡng

Phụ gia cho vào thực phẩm nhằm bổ sung chất dinh dưỡng, nó có thể là để trả lại phần dinh dưỡng đã mất đi do chế biến hoặc cho thêm những chất vốn không

có trong thực phẩm đó Ví như: bánh mì, bột, gạo được cho thêm vitamin B vì khi xay phần lớn vỏ cám chứa vitamin này đã bị mất đi, cũng như người ta thêm iot vào muối hay thêm vitamin A và D vào sữa…

1.2.2.2 Giữ cho thực phẩm an toàn và tươi lâu hơn

Như chúng ta biết, thực phẩm thường bị một số vi khuẩn, nấm độc, mốc, men làm hư hỏng Chất phụ gia có thể giúp bảo quản, làm chậm hư thối, giữ được phẩm chất và vẻ hấp dẫn của thực phẩm Ví dụ: sulfit được cho vào các loại trái cây khô, nitrit và nitrat được cho thêm vào các loại thịt chế biến như xúc xích, thịt muối, thịt hộp

Một số thực phẩm luôn được cho thêm các chất phụ gia để có thể giữ được trong thời gian dài như: đồ uống, thực phẩm nướng, trái cây đóng hộp, bánh mì Các loại thực phẩm được thêm chất chống ôxy hóa (anti-oxidant) để tránh có mùi,

mất màu như dầu, mỡ, dầu giấm

1.2.2.3 Làm thay đổi bề ngoài của thực phẩm

Có nhiều chất phụ gia được cho vào thực phẩm với mục đích tăng vẻ bề ngoài hấp dẫn, đó là:

- Chất làm cho món ăn có độ ẩm, không khô cứng, hơi phồng lên và gia vị không dính với nhau như chất nhũ hóa lecithin ở sữa, lòng đỏ trứng, đậu nành,

glycerin giữ độ ẩm và các gia vị trong dầu giấm, bơ lạc

- Chất chống khô cứng, đóng cục, dính lại với nhau như canxi silicate, silicon dioxyd Các chất này có tác dụng ngăn bột, đường, muối hút nước rồi dính lại với nhau

- Chất làm bột nở, như muối bicarbonate, bột nở, natri phosphat hoặc một vài loại men, được dùng khi làm bánh nướng, bánh mì giúp cho bánh mềm xốp, nhẹ hơn

- Chất phụ gia giúp các nguyên liệu dễ dàng hòa vào nhau

- Chất làm thay đổi độ axit, kiềm của thực phẩm,nhằm mục đích thay đổi cấu trúc, hương vị cũng như tăng sự an toàn của món ăn như kali, axit tartaric, axit lactic, axit citric

Tuy nhiên dù sử dụng thực phẩm cho bất cứ mục đích nào thì các loại phụ gia này đều phải nằm trong danh mục cho phép sử dụng và phải đảm bảo:

+ Đúng đối tượng thực phẩm và liều lượng không vượt quá giới hạn an toàn cho phép

+ Đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, vệ sinh an toàn quy định cho mỗi chất phụ gia theo quy định hiện hành

+ Không làm biến đổi bản chất, thuộc tính tự nhiên vốn có của thực phẩm

1.2.3 Dư lượng nitrit và nitrat trong thực phẩm

Nitrat là hợp chất hóa học phổ biến trong thiên nhiên, được tìm thấy nhiều ở trong nước, thực phẩm và đất Nhìn chung, nitrat trong thực phẩm được xem là một trong những nguồn chính xâm nhập vào cơ thể con người thông qua chuỗi thức ăn

Cơ thể con người có thể chuyển đổi một số nitrat trong thức ăn thành nitrit (gọi là quá trình nội sinh)

1.2.3.1 Trong rau củ quả

Nitrat trong các loại rau quả có nguồn gốc từ việc bón phân không đúng cách như sử dụng quá nhiều các loại phân bón vô cơ và hữu cơ có chứa đạm ở các thời

kỳ cây trồng không cần thiết hoặc ở giai đoạn sắp thu hoạch Theo công trình nghiên cứu [15] thì hàm lượng nitrat tỷ lệ thuận với lượng phân bón, cụ thể như sau: nếu bón cho đậu nành rau với lượng 150 kg N/ha thì hàm lượng nitrat là 1009 mg

NO-3/kg hạt tươi, ở mức bón 75 kg N/ ha là 682 mgNO-3/kg hạt tươi, còn nếu không

-3/kg hạt tươi, trong khi đó dư lượng tối đa cho phép trên các cây đậu nành ra ăn hạt tươi là dưới 500 mgNO-3/kg

Theo tác giả [19] sự tích lũy nitrat trong các loại cây là khác nhau:

+ Tích lũy NO-3 cao nhất (5000 mgNO-3/kg trọng lượng tươi) gồm các loại cây trồng như xà lách, củ cải, cải bắp, hành lá, cải thìa,…

+ Tích lũy NO-3 trung bình (600 - 3000 mgNO-3/kg trong lượng tươi) gồm có súp lơ, cà rốt , bí,…

+ Tích lũy thấp (80 - 100 mgNO-3/kg trọng lượng tươi) gồm có đậu các loại, khoai tây, cà chua, hành tây, các loại trái cây,…

Một số phát hiện cho thấy NO3- còn được lắng đọng từ trong không khí với lượng 35 - 40 kg NO3-/ha/ năm [15] Biện pháp hữu hiệu nhất hiện nay để giảm lượng nitrat tồn đọng trong nông phẩm là sử dụng một chế độ phân bón hợp lý cho từng chủng loại cây trồng Khi chế biến rau quả, nhất là ăn tươi, thông thường nên loại bỏ những phần có khả năng tích lũy nhiều nitrat Quá trình nấu chín thức ăn cũng làm giảm lượng nitrat từ 20 - 40 %

Bảng 1.1 Ngưỡng hàm lượng nitrat cho phép trong một số rau quả [2]

rau quả

Hàm lượng nitrat (mgNO3-/kg rau quả tươi)

rau quả

Hàm lượng nitrat (mgNO3-/kg rau quả tươi)

Nitrit còn được sử dụng để xử lý, ướp thịt để làm tăng màu sắc, hương vị cho thực phẩm, nhất là màu hồng đặc biệt của hot dog, thịt jambon, xúc xích… Trong quá trình ướp, một chuỗi phản ứng xảy ra biến nitrat thành nitrit, rồi thành oxit nitric Oxit nitric kết hợp với myoglobin (chất màu làm cho thịt không ướp có màu

đỏ tự nhiên) làm thành nitric oxit myoglobin, có màu đỏ sậm (như màu lạp xưởng)

Màu đỏ này sẽ chuyển thành màu hồng nhạt đặc trưng khi gia nhiệt trong quá trình chế biến hay xông khói

Điều này được mô tả như cơ chế tạo màu đỏ của thịt dưới tác dụng của nitrit

(Fe3+, globine biến tính, màu nâu)

(Thịt chín)

Ferrohemochrome (Fe2+, globine biến tính, màu hồng)

+ Mb (Myoglobine) màu đỏ Nitrosoheme +

Quá trình sử dụng hàm lượng lớn nitrit nhằm để thực phẩm lâu bị hư hỏng khiến hàm lượng nitrit trong các sản phẩm vượt quá giới hạn cho phép, do đó việc

sử dụng những sản phẩm này trở nên không an toàn

Bảng 1.2 Ngưỡng hàm lượng nitrit cho phép trong một số sản phẩm

chế biến từ thịt [2]

chế biến (tính bằng lượng NaNO2)

Dư lượng tối đa (tính bằng lượng NaNO3)

250 mg/kg

3

Sản phầm thịt truyền thống, xử lý với muối nitrit hoặc nitrat, dạng

250 mg/kg

1.2.4 Ảnh hưởng của phụ gia thực phẩm đến con người [48], [58]

Bên cạnh nguồn nước, thực phẩm là một trong những nhu cầu cần thiết của mọi người nhằm bổ sung năng lượng cho hoạt động và phát triển cơ thể Chính vì

vậy, người ta đã tìm tòi, nghiên cứu đưa vào trong thực phẩm những chất liệu để thỏa mãn nhu cầu chính đáng của mình Theo một số nhà dinh dưỡng, nhờ có các chất này mà thực phẩm trở nên đầy đủ, an toàn và ngon hơn Tuy nhiên, phụ gia thực phẩm là một lĩnh vực còn khá mới mẻ đối với nhiều người nên cần phải biết những tác dụng có lợi và tác hại của nó để sử dụng sao cho an toàn, hợp lý, tránh

ảnh hưởng không tốt cho sức khỏe do thiếu hiểu biết

Bên cạnh những tác dụng có lợi từ phụ gia thực phẩm thì tác hại của nó cũng

được xem là vấn đề phức tạp Vì lợi ích trước mắt người ta có thể cho vào thực

phẩm với lượng lớn, vượt quá mức cho phép hoặc sử dụng hóa chất cấm (hóa chất không nằm trong danh mục cho phép của BYT), thậm chí đã bị cấm nhưng lén lút

được sử dụng Nói chung các tác hại thường gặp là:

+ Ngộ độc cấp tính: có thể gây mẫn cảm như ngứa, sưng phù, nóng bừng mặt, cứng gáy, chóng mặt, tê lưỡi, nhức đầu, buồn nôn

+ Ngộ độc mãn tính dù dùng liều nhỏ, nhưng thường xuyên một số phụ gia tích lũy trong cơ thể có thể gây ra mất cảm giác ăn ngon, giảm cân, tiêu chảy, rụng tóc, suy thận mãn tính, da xanh xao, động kinh, thiếu máu, suy tim, suy gan, suy thận, độc thần kinh, tiểu đường, nguy cơ hình thành khối u, ung thư, đột biến gen, quái thai Khi phát hiện bất cứ một chất nào gây ra ung thư cho động vật thí nghiệm thì sẽ bị cấm sử dụng cho người ngay tức khắc ở bất cứ liều lượng nào

+ Nguy cơ hình thành khối u, ung thư, đột biến gen, quái thai: Một số phụ gia thực phẩm có thể gây nên một số hậu quả trên, vì vậy khi phát hiện một phụ gia thực phẩm gây ung thư ở loài động vật thí nghiệm thì với một liều lượng bất kỳ cũng bị cấm sử dụng cho người

+ Nguy cơ ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm: Một số phụ gia thực phẩm

sử dụng để bảo quản thực phẩm đã phá hủy một số chất dinh dưỡng và vitamin

Một vài ví dụ về tác hại do dùng chất phụ gia không an toàn:

+ Dùng hàn the (borat natri) trong các loại thực phẩm như mì tươi, chả cá, chả lụa, thịt nguội, nem chua, bánh tráng, bánh xèo, bánh phở, các món ăn chay Hàn the được dùng để giữ cho thực phẩm lâu hỏng, thực phẩm được dẻo, dai, cứng Hàn the đã bị cấm sử dụng trong thực phẩm với bất cứ hàm lượng nào vì nó gây

ngộ độc cho người sử dụng Nó gây kích thích da, mắt, đường hô hấp, có thể làm thoái hóa cơ quan sinh dục, làm suy yếu khả năng sinh sản và gây thương tổn cho bào thai Triệu chứng ngộ độc mãn tính: ăn không ngon, rối loạn tiêu hóa, chậm chạp lú lẫn, viêm da, thiếu máu, co giật và rụng tóc Trẻ em nếu uống nhầm acid boric 1-2 g/kg sẽ chết trong vòng 1 tuần

+ Dùng formol (CH2O) trong bánh phở, mì sợi, tiết canh để làm dai, cứng Formol hay formalin là tên thương phẩm của formaldehyde, được dùng trong y học

để bảo quản bệnh phẩm, ướp xác, tránh xác thối rửa vì formol diệt được tất cả các

loại vi khuẩn, nấm mốc, nấm men Formol ăn vào có thể gây khó tiêu, buồn nôn, nôn mửa, viêm loét dạ dày tá tràng, có khả năng gây ung thư

+ Dùng muối diêm tiêu (nitrite và nitrate sodium hoặc potassium) trong việc

ướp thịt sống, cá, bảo quản các loại đồ hộp, thịt nguội, jăm-bông, xúc xích (jambon,

saucisse), lạp xưởng Ngoài việc bảo quản, diêm tiêu còn tạo cho thịt, cá có màu hồng tươi rất hấp dẫn Lúc chiên nướng, nitrit và nitrat chuyển hoá thành chất nitrosamine là chất gây ung thư Riêng nitrit có tác dụng oxy hóa hemoglobin có thể gây ra methemoglobin sẽ ức chế hemoglobin của hồng cầu gắn oxy gây ra khó thở, tím tái, suy hô hấp

+ Dùng phẩm màu công nghiệp (như Rhodamin B) trong thực phẩm như thịt gia cầm quay, thịt nướng, bánh bò, bánh pía, mẫu hạt dưa, ớt bột, gia vị, tương ớt, bánh trung thu Rhodamine B là hóa chất dùng để nhuộm quần áo, cấm tuyệt đối dùng trong thực phẩm và sản xuất thuốc Nếu ăn hạt dưa nhuộm Rhodamine lâu dài

sẽ gây suy gan, thận và ung thư

+ Dùng bột ngọt (MSG, monosodium glutamate) để làm tăng hương vị sản phẩm, làm nó ngọt và ngon hơn Bột ngọt là thủ phạm của hội chứng Cao lâu hay nhà hàng Tàu (Syndrome du restaurant chinois), với triệu chứng cảm thấy khó chịu trong người, chóng mặt, nhức đầu, nóng ran ở mặt, sau ót và ở 2 cánh tay Đôi khi

có cảm giác đau ở ngực và muốn nôn mửa

+ Dùng U-rê (Urée) để ướp cá: Urée là 1 loại phân đạm, còn gọi là phân lạnh vì pha trong nước sẽ trở nên rất lạnh như có nước đá Tính chất lạnh của u-rê

được người khai thác dùng để giữ cho thịt và cá tươi lâu Tính lạnh cũng giúp vi

khuẩn chậm phát triển Trên thị trường, u-rê được bán dưới hình thức 1 hỗn hợp

gồm có u-rê trộn chung với hàn the, bột và muối

+ Sử dụng các loại chất tẩy rửa, hóa chất công nghiệp độc hại với hàm lượng

cao như sodium sulphite (Na2SO3), sodium hyposulfite (Na2S2O3) để ngâm, tẩm,

làm bóng, bảo quản các loại thực phẩm tươi sống, rau củ quả, măng tươi, nấm, hải

sản đông lạnh Các hóa chất nói trên dễ gây ngộ độc, sử dụng lâu dài sẽ gây ra hậu

quả đáng tiếc với các bệnh liên quan đến tiêu hóa, xương, thận

1.3 Các phương pháp xác định nitrit và nitrat

1.3.1 Phương pháp xác định nitrit

1.3.1.1 Phương pháp trắc quang [35]

Cơ sở của phương pháp này là khi cho nitrit cần xác định tác dụng với hỗn

hợp thuốc thử axit sunfanilic và α-naphtylamin để hình thành hợp chất diazo màu

đỏ Sau đó đo độ hấp thụ quang A của dung dịch ở bước sóng λ = 540 nm, dựa vào

các phương pháp định lượng (đường chuẩn, thêm chuẩn, ) để xác định nồng độ

nitrit trong mẫu

Tại pH thấp, NO2- phản ứng với amin bậc I trong môi trường axit tạo thành muối diazoni ở giai đoạn trung gian, muối này khi tác dụng với hợp chất thơm sẽ tạo thành phức màu azo tương ứng thích hợp cho phép đo quang

Phản ứng tạo thành hợp chất màu diazo như sau:

+ Nitrit phản ứng với axit sunfanilc để tạo thành muối diazoni tương ứng

+ Sau đó muối diazoni kết hợp với α-naphtylamin tạo ra hợp chất màu đỏ

+ H+

NH2N=N

HO3S

NH 2

+ N N

HO3S

(diazonium)

Có thể thay α-naphtylamin bằng NED (C10H7NH-CH2-CH2-NH2.2HCl) Khi

đó dung dịch tạo thành có màu tím hồng ở pH = 1,9 ± 0,1 và cực đại hấp thụ ở bước

sóng 540 nm [41]

+ H+N=N

H O3S

N H +

N N

HO3S

N H 2

(N-(1-napthyl)-ethylenediamine)

NH NH2

(diazonium )

Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp trắc quang xác định nitrit [21]:

+ Yếu tố đầu ảnh hưởng đến phản ứng diazo hóa là pH của môi trường phản

ứng Phản ứng thường được tiến hành ở pH khoảng 1,7 - 3

+ Nếu trong mẫu có hợp chất chứa nitrogentriclorua là hợp chất có màu đỏ,

do đó sẽ ảnh hưởng khi đo quang

+ Ion Cu2+ làm giảm kết quả đo, do nó là xúc tác cho sự phân hủy muối diazonium

+ Một số ion Sb, Fe, Pb, Ag, có trong mẫu sẽ kết tủa, gây cản trở phép đo quang

1.3.1.2 Phương pháp thể tích [4]

Phương pháp này có thể xác định được nitrit dựa trên cơ sở oxy hoá nitrit thành nitrat khi dùng thuốc thử KMnO4 Điểm cuối của quá trình chuẩn độ được nhận biết khi xuất hiện màu hồng nhạt của KMnO4 (có thể áp dụng phương pháp chuẩn độ trực tiếp hay chuẩn độ ngược), phương trình chuẩn độ:

2MnO4- + 5NO2- + 6H+ = 2Mn2+ + 5NO3- + 3H2O Tuy nhiên trong môi trường axit ion NO2- bị phân huỷ thành NO và NO2theo phương trình:

NO2- + H+ → HNO2 → NO + NO2 + H2O

dịch MnO4- trong môi trường axit) Phương pháp này có độ nhạy không cao và tính chọn lọc kém vì trong dung dịch có nhiều ion có khả năng bị MnO4- oxy hoá

Nguyên tắc của phương pháp: oxi hoá NO2- thành NO3- bằng KMnO4 điểm

màu tím rất nhạt (gần như mất màu)

1.3.1.3 Phương pháp trắc quang - động học xúc tác

1.3.1.3.1 Nguyên tắc của phương pháp [6], [7], [14], [16]

Nguyên tắc của phương pháp TQ - ĐHXT là dựa vào việc đo tốc độ của phản ứng chỉ thị Để đơn giản, giả sử phản ứng là bậc 1 Xét hệ phản ứng sau:

t d

A d t

d

D d

Với [A0]: nồng độ ban đầu của A

Từ biểu thức (1.4), nồng độ chất xúc tác được xác định theo 2 cách sau:

- Phương pháp vi phân

Tốc độ được xác định tại thời điểm bắt đầu phản ứng Do đó sự thay đổi nồng độ chất phản ứng không đáng kể so với nồng độ ban đầu Biểu thức (1.4) có thể viết lại:

[ ]

[ ] [ ][ ] [ ] tg k [ ]C

t

A C

k C A k t d

D d

- Phương pháp cố định thời gian: Đo nồng độ chất phản ứng hay sản phẩm

phản ứng tại thời điểm nhất định:

Hình 1.1 Sự thay đổi nồng độ sản phẩm phản ứng (a) nồng độ chất xúc tác (b)

khi cố định thời gian

C k

Hình 1.2 Sự thay đổi nồng độ sản phẩm phản ứng (a) và nồng độ chất xúc tác (b)

khi biến đổi thời gian

- Phương pháp tích phân

Nếu không bỏ qua giá trị [D] ở (1.5), viết lại:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] k C t

D A

A A

A dt

C k A

A d

Vẽ đồ thị lg([Ao] - [D]) theo t ta được đường thẳng với độ dốc tỉ lệ tuyến tính với nồng độ chất xúc tác C (Hình 1.3, 1.4)

- Phương pháp cố định thời gian: Từ biểu thức (1.8), nếu ∆t không đổi thì:

[ ] [ ] ( [ ]A) k [ ]C A

A

ln

(1.10)

Từ (1.10), giữa ln[A0]/[A] và [C] có sự tỉ lệ tuyến tính

1.3.1.3.2 Độ nhạy của phương pháp trắc quang động học xúc tác [6], [7], [14], [16]

Trong phương pháp động học xúc tác, nồng độ chất phân tích (ở đây là chất xúc tác) được xác định tùy thuộc vào việc xác định nồng độ chất phản ứng của phản

ứng chỉ thị Giả sử biểu diễn tốc độ của phản ứng có xúc tác theo phương trình:

[ ][ ]A C N [ ]C k

N t

D C

Nếu tiến hành xác định theo phương pháp đo quang thì độ nhạy của phương pháp phân tích phụ thuộc vào khả năng hấp thụ bức xạ của cấu tử được theo dõi (có thể là chất phản ứng hoặc sản phẩm) đó là tỉ số A/ε Trong các phản ứng xúc tác, thường tốc độ xác định được là tốc độ chung của phản ứng nền (phản ứng không có xúc tác) và phản ứng xúc tác Nên biểu thức tốc độ phản ứng có thể viết như sau:

[ ][ ]A C k [ ]A k

dt

dD

v= = + ′

(1.13) Nếu tốc độ phản ứng xúc tác lớn hơn nhiều so với nền thì:

[ ]A k

D A

k

v A k t

∆

∆

.

.

min 0

max

min

Với v0 = k’.[ A]

Như vậy độ nhạy của phép phân tích còn phụ thuộc vào tỉ số k’/k, tỉ số này

được biểu diễn theo phương trình sau:

T R E

Eo và Ec: năng lượng hoạt hóa của phản ứng nền và phản ứng có xúc tác

Độ nhạy của phương pháp xác định càng cao khi nền càng ổn định

- Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của nền:

+ Sự dao động nhiệt của hệ phản ứng

+ Sự khác nhau về thành phần dung dịch phản ứng khi không có xúc tác và khi có xúc tác, pH, thành phần nền, lực ion và sự có mặt của chất hấp thụ

+ Sự khác nhau về bề mặt của hệ phản ứng (hệ phản ứng dị thể)

1.3.1.3.3 Cơ sở của phương pháp trắc quang động học xúc tác xác định Nitrit

Theo tác giả Zenovia Moldovan [52], trong môi trường axit, kali bromat sẽ oxy hóa toluidin blue thành dạng oxy hóa làm giảm màu của thuốc thử Khi có mặt nitrit như một chất xúc, sự giảm màu diễn ra nhanh hơn và tỷ lệ với hàm lượng nitrit Do đó dựa vào sự giảm độ hấp thụ quang có thể định lượng đươc nitrit theo phương pháp thời gian ấn định hoặc phương pháp tg α

Toluidin blue có công thức cấu tạo như sau: [42]

Công thức phân tử: C15H16ClN3S

Tên gọi: Toluidin blue

Phenothiazin-5-ium, 3- amino-7- (di-methylamino) 2-methyl, chloride

TB là chỉ thị oxy hóa, khi có mặt lượng vết nitrit thì kalibromat sẽ oxy hóa

định lượng toluidin blue thành sản phẩm không màu trong môi trường axit Phản ứng xảy ra như sau:

Toluidin blue kh + KBrO3 → Toluidin blue ox

Đo độ hấp thu của dung dịch và dựa vào sự giảm màu của Toluidin blue, ta

có thể tính được nồng độ nitrit có trong mẫu

Phương trình biểu diễn vận tốc của phản ứng động học xúc tác ở trên như sau:

3 2

3

KBrO TB

NO C C C

k dt

KBrO d dt

TB d

v= − = − = −

(1.16) Với k là hằng số vận tốc phản ứng

Khi nồng độ NO2- nhỏ, nồng độ ban đầu của TB và KBrO3 lớn và tốc độ phản ứng đo ở lúc phản ứng mới xãy ra nên có thể xem là không đổi trong quá trình

(1.17) Với

3

.C TB C KBrO k

thay đổi nồng độ NO2- thì độ dốc của đường A = f(t) sẽ khác nhau Độ dốc của

đường biểu diễn A = f(t) tỷ lệ tuyến tính với nồng độ NO2- trong dung dịch

1.3.1.3.4 Một số phương pháp TQ - ĐHXT xác định nitrit

- Sử dụng thuốc thử Molybdoxylicic acid blue (MSAB), phương pháp này nhanh, đơn giản và có độ chọn lọc và độ nhạy cao cho việc xác định nitrit Đo quang tại bước sóng λmax = 810 nm, giới hạn phát hiện của phương pháp 0,004 µg/ml, được dùng để xác định nitrit trong các đối tượng mẫu nước tự nhiên và nước thải.[29]

- Sử dụng hệ phản ứng Methylthymol xanh với kali bromat trong môi trường

thời gian (t = 4 phút) ở 300C Áp dụng cho các đối tượng mẫu nước.[36]

- Xác định nitrit dựa trên xúc tác của nó sử dụng hệ phản ứng Cresy brilliant xanh với kali bromat Đo quang ở λ max = 595 nm và ở nhiệt độ 300C, giới hạn phát hiện của phương pháp 0,03 ng/ml Phương pháp này áp dụng trên đối tượng nước

- Xác định nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nitrit trong phản ứng oxy hóa metylen đỏ bằng bromat trong môi trường axit H2SO4 Tốc độ phản ứng được theo dõi màu bằng đo quang ở λ max = 520 nm và ở 250C theo phương pháp ấn định thời gian 50 giây Giới hạn phát hiện 0,073 mg/l, đối tượng áp dụng của phương pháp này là nước ngầm và thực phẩm [10]

- Có thể xác định nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nitrit trong phản ứng oxy hóa Toluidin xanh bằng bromat trong môi trường axit H2SO4 Tốc độ phản ứng

được theo dõi màu bằng đo quang ở λ max = 631 nm và ở 250C theo phương pháp ấn

định thời gian 30 giây Giới hạn phát hiện 0,006 µg/ml, đối tượng áp dụng của phương pháp này là nước ăn uống [51]

- Có thể xác định nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nitrit trong phản ứng oxy hóa Bromopyrogallol đỏ bằng bromat trong môi trường axit H2SO4 Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung dịch ở λ max = 467 nm và ở 300C theo phương pháp

ấn định thời gian 5 phút, đối tượng áp dụng của phương pháp này là nước [16]

- Có thể xác định nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nitrit trong phản ứng oxy hóa Nuclear fast đỏ (NFR) bằng bromat trong môi trường axit H2SO4 Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung dịch ở λ max = 518 nm và ở 250C theo phương pháp

ấn định thời gian 5 phút Giới hạn phát hiện 0,7 µg/ml, đối tượng áp dụng của phương pháp này là nước tự nhiên và nước thải [39]

- Có thể xác định nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nitrit trong phản ứng oxy hóa Nile xanh bằng bromat trong môi trường axit H2SO4 Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung dịch ở λ max = 645 nm và ở 250C theo phương pháp ấn định thời gian 0,5 - 3 phút Giới hạn phát hiện 0,001 µg/ml, đối tượng áp dụng của phương pháp này là nước tự nhiên và nước biển [22]

- Có thể xác định nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nitrit trong phản ứng oxy hóa Perphenazin (PPZ) bằng bromat trong môi trường axit H3PO4 Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung dịch ở λ max = 525 nm và ở 250C theo phương pháp

ấn định thời gian 30 giây Giới hạn phát hiện 0,07 ng/ml, đối tượng áp dụng của

phương pháp này là nước tự nhiên và nước thải [26]

- Có thể xác định nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nitrit trong phản ứng oxy hóa Chlorophosphonazo-pN bằng bromat trong môi trường axit H2SO4 Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung dịch ở λ max = 551 nm Giới hạn phát hiện 0,018

µg/ml, đối tượng áp dụng của phương pháp này là nước và đất [31]

- Có thể xác định nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nitrit trong phản ứng oxy hóa Tropaeolin 00 bằng bromat trong môi trường axit H2SO4 Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung dịch ở λ max = 530 nm, bởi phương pháp ấn định thời gian

30 giây Giới hạn phát hiện 2 ng/ml, đối tượng áp dụng của phương pháp này là nước uống [54]

- Có thể xác định nitrit dựa trên cơ sở: Trong môi trường axit, Chlorpromazine (CP) bị oxy hoá bởi axit nitric tạo thành phức màu đỏ, đồng thời phản ứng này sinh ra nitrit nên 2 sản phẩm này phản ứng với nhau tạo thành dung dịch không màu Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung dịch ở λ max = 525 nm, giới hạn phát hiện 1,2

µg/l, đối tượng áp dụng của phương pháp này là nước uống [49]

- Có thể xác định nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nitrit trong phản ứng oxy hóa Pyridine-2-aldehyde 2-pyridihydrazone bằng bromat trong môi trường axit HCl Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung dịch ở λ max = 372 nm Giới hạn phát hiện 0,011 µg/ml, đối tượng áp dụng của phương pháp này là nước [47]

- Có thể xác định nitrit dựa trên tác dụng xúc tác của nitrit trong phản ứng oxy hóa congo đỏ bằng bromat trong môi trường axit H2SO4 Đo biến thiên độ hấp thụ quang của dung ở λ max = 570 nm và ở 250C theo phương pháp ấn định thời gian

10 - 40 giây Giới hạn phát hiện 0,006 µg/ml, đối tượng áp dụng của phương pháp này là nước tự nhiên và nước thải [52]

Các công trình nghiên cứu xác định nitrit bằng phương pháp TQ – ĐHXT

được chỉ ra ở bảng 1.4

TT Hệ phản ứng λ max Đối tượng LOD TLTK

1.3.1.4 Phương pháp cực phổ [50]

Nitrit là anion có hoạt tính cực phổ, khi xác định nitrit bằng phương pháp cực phổ, điện cực giọt thuỷ ngân, dung dịch nền LaCl3 2 % và BaCl2 2 % thì nitrit xuất hiện sóng cực phổ ở thế 1,2 V

Nếu dùng nền là đệm xitrat 2M có pH = 2,5 thì giới hạn phát hiện là 0,2 mg/l NO2- Nếu dùng nền là hỗn hợp KCl 0,2 M + SCN- 0,04 M + Co2+ 2.10-4 M ở pH =

1 - 2 thì sẽ cho một pic cực phổ xung vi phân rất rõ khi có mặt ion nitrit Pic xuất hiện ở thế - 0,5 V (so với điện cực calomen bão hoà) và chiều cao của pic tỉ lệ với nồng độ NO2-

Có thể xác định nitrit bằng cách chuyển nó thành diphenyl nitrosamine phản

ứng được tiến hành trong môi trường axit Khi xác định NO2- trong mẫu, người ta

nước cất), 1,25 ml phenylamin và 20 ml mẫu Điều chỉnh pH từ 1 - 2 bằng axit HClO4 nếu cần Sục khí nitơ để loại oxy không khí sau đó ghi phổ xung vi phân từ - 0,2 ÷ - 0,8 V Thế đỉnh pic xuất hiện ở - 0,52 V

qua cột tách Tại đây các cấu tử trong hỗn hợp được tách ra khỏi nhau và xác định nhờ bộ detectơ thích hợp

1.3.1.6 Phương pháp phân tích khối lượng [10]

Xác định nitrit bằng phương pháp gián tiếp dựa trên phản ứng:

3HNO2 + AgBrO3 = AgBr + 3HNO3Lọc lấy kết tủa AgBr, đem rửa bằng dung dịch H2SO4(1:4) và sấy ở nhiệt độ

85 ÷ 90oC rồi đem cân Từ lượng AgBr kết tủa ta tính được NO2- có trong dung dịch Phương pháp này chỉ áp dụng với những mẫu có chứa lượng lớn nitrit

Độ tin cậy của phương pháp được đánh giá bằng cách phân tích các mẫu

chuẩn có nồng độ NO3- trong khoảng 0,04 ÷ 0,01 % và độ thu hồi là 100 ÷ 102 %

1.3.2.3 Phương pháp khử bằng Cd - Cu [34]

Nitrat bị khử về nitrit khi cho mẫu chạy qua cột chứa Cd - Cu kim loại Sau

đó nitrit được xác định khi cho tác dụng với hỗn hợp thuốc thử axit sunfanilic và α -

naphtylamin để tạo thành hợp chất azo màu đỏ, đo độ hấp thụ quang A ở bước sóng

λ = 540 nm

Khoảng nồng độ giới hạn phát hiện là: 0,01 - 1 mg NO2- - N/l

1.3.2.4 Phương pháp axit Cromotrophic [35]

Phương pháp này dựa trên cơ sở phản ứng kết hợp giữa hai phân tử NO3- với một phân tử của axit cromotrophic (C10H8O8S2) hình thành nên hợp chất màu vàng Sau đó đem đo độ hấp thụ quang ở bước sóng λ = 410 nm

Màu của phản ứng tốt nhất sau 10 phút và thời gian bền là 24 giờ

Nếu lượng clo dư (là chất oxy hóa) và có mặt nitrit cũng tạo nên hợp chất màu vàng với axit cromotrophic Tuy nhiên khi thêm muối sunfit có thể loại trừ

được ảnh hưởng từ lượng dư clo (tác nhân oxi hóa) và dùng urê nhằm chuyển hóa

NO2- thành N2 để loại ảnh hưởng của nitrit Giới hạn phát hiện: 50 µg NO3- - N/l

1.3.2.5 Phương pháp đo thế dùng điện cực chọn lọc ion [11]

dịch phèn nhôm kali 1 % (với tỷ lệ mẫu/dung dịch = 1/5) Sau đó xác định NO3trong dung dịch nhờ điện cực chọn lọc ion Nguyên lý của phương pháp là đo thế

-điện cực chọn lọc ion, mà giá trị thế phụ thuộc vào nồng độ ion xác định trong dung

dịch Điện cực bạc clorua bão hòa được sử dụng như điện cực so sánh

hơn nồng độ NO3- trên 50 lần Độ nhạy phương pháp: 6 mg NO3- - N/l

1.3.2.6 Phương pháp Natri salixilat [5]

Phương pháp xác định nitrat dựa trên việc đo mật độ quang dung dịch có màu vàng dạng p - nitrosalixylat ở bước sóng 420 nm Đây là hợp chất được tạo thành giữa nitrat và natri salixilat trong môi trường axit

O 3 N

C O O N a

O H

H++ N O3-

1.3.3 Phương pháp xác định đồng thời nitrit và nitrat

1.3.3.1 Phương pháp dùng axit sunfanilic và α-naphtylamin [15]

Nitrit ở trong mẫu được xác định bằng cách cho tác dụng với hỗn hợp axit

sunfanilic và α-naphtylamin, phản ứng tạo ra hợp chất diazo màu đỏ Sau đó đo độ

hấp thụ quang A ở bước sóng λ = 540 nm Tổng nitrat, nitrit trong mẫu được xác

định bằng cách cho thêm dung dịch EDTA và đệm amoni Sau đó cho chảy qua cột

khử Cd - Cu Ở đây nitrat bị khử về nitrit, sau đó nitrit được xác định bằng phương pháp quang phổ như trên Độ thu hồi của phương pháp từ 95 - 105 %

Giới hạn áp dụng phương pháp: 0,01 - 1 mgNO3- - N/l

1.3.3.2 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [30]

Phương pháp này dựa trên việc tách nitrat, nitrit trên cột tách và được xác

định bằng detectơ UV Hỗn hợp pha động là octyl amonium orthophotphat 0,01 M

+ metanol theo tỷ lệ 30 % (thể tích/thể tích) ở pH = 7, tốc độ bơm pha động là 0,8 ml/phút, thời gian phân tích cho một mẫu là 10 phút

Đường chuẩn xác định nitrat, nitrit xây dựng trong khoảng 0,1 ÷ 100 µg/ml

Để xác định nitrat, nitrit bằng phương pháp FIA tiến hành hai thí nghiệm sau:

Thí nghiệm 1: Xác định hàm lượng NO2

-Trong môi trường axit yếu ion NO2- phản ứng với thuốc thử sunfanylamin và

N - (1 - Naphtyl) etylendiamin dihydroclorid một cách định lượng và tạo thành hỗn hợp diazo hấp thụ mạnh ở bước sóng 540 nm Nếu bơm mẫu phân tích vào FIA có dòng chất mang chứa thuốc thử trên thì có thể xác định được nồng độ NO2- trong mẫu nhờ detector hấp thụ quang UV-VIS ở bước sóng 540 nm