phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định kẽm và mangan trong chè xanh ở thái nguyên

ĐỖ THỊ NGA PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ XÁC ĐỊNH KẼM VÀ MANGAN TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC THÁI NGUYÊN - 2013... ĐỖ THỊ NGA PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤ



ĐỖ THỊ NGA

PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

XÁC ĐỊNH KẼM VÀ MANGAN TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC

THÁI NGUYÊN - 2013



ĐỖ THỊ NGA

PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

XÁC ĐỊNH KẼM VÀ MANGAN TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH

Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS.Nguyễn Đăng Đức

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực Những kết luận trong luận văn chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Tôi xin tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Đăng Đức – Thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi có thể hoàn thành được luận văn này

Tôi xin cảm ơn các thầy, cô giáo, cán bộ Khoa Hoá học – trường Đại học Khoa học - ĐHTN đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong thời gian nghiên cứu khoa học tại trường

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã luôn

cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua

Trong quá trình thực hiện luận văn do còn hạn chế về mặt thời gian, kinh phí cũng như trình độ chuyên môn nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến quý báu của các thầy cô, các nhà khoa học, bạn

bè và đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 03 năm 2013

Tác giả

Đỗ Thị Nga

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ iv

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CHÈ 3

1.1.1 Đặc điểm của cây chè 3

1.1.2 Đặc điểm hình thái của cây chè 3

1.1.3 Phân bố 4

1.1.4 Diện tích và sản lượng [12] 4

1.1.5 Vai trò của chè xanh 5

1.1.6 Thành phần hoá học của lá chè tươi [1,10] 6

1.2 KẼM VÀ HỢP CHẤT CỦA KẼM [7, 13] 9

1.2.1 Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên của nguyên tố Kẽm 9

1.2.2 Tính chất vật lý, tính chất hoá học của nguyên tố Kẽm 9

1.2.3 Tính chất của hợp chất Kẽm (II) 10

1.2.4 Khả năng tạo phức của Kẽm 11

1.2.5 Vai trò sinh học của Kẽm 11

1.3 MANGAN VÀ HỢP CHẤT CỦA MANGAN [7, 13] 12

1.3.1 Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên của nguyên tố Mangan (Mn) 12 1.3.2 Tính chất vật lý, tính chất hoá học của nguyên tố Mangan 13

1.3.3 Tính chất của hợp chất Mn 14

1.3.4 Ứng dụng của Mangan [8] 18

1.3.5 Vai trò sinh học của Mangan 19

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Zn VÀ Mn 19

1.4.1 Phương pháp phân tích hoá học 20

1.4.2 Phương pháp phân tích công cụ 21

1.5 Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Zn và Mn 25

1.5.1 Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hoá mạnh) 25

1.5.2 Phương pháp xử lý khô 26

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ 27

2.1.1 Nguyên tắc của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [3] 27

2.1.2 Hệ thống trang bị của phép đo AAS 28

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.2.1 Phương pháp đường chuẩn [3] 31

2.2.2 Phương pháp thêm chuẩn [3] 31

2.3 HOÁ CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 33

2.3.1 Hoá chất 33

2.3.2 Dụng cụ 33

2.3.3 Trang thiết bị 34

2.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 34

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN ĐO PHỔ F – AAS CỦA KẼM VÀ MANGAN 35

3.1.1 Chọn vạch đo 35

3.1.2 Khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử 35

3.1.3 Khảo sát cường độ đèn catot rỗng 36

3.1.4 Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá mẫu 37

3.1.5 Khảo sát lưu lượng khí axetilen 38

3.1.6 Thể tích mẫu 39

3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHÉP ĐO F – AAS 39

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit 39

3.2.2 Khảo sát sơ bộ thành phần mẫu 44

3.3 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CATION 44

3.4 PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHUẨN ĐỐI VỚI PHÉP ĐO F - AAS 47

3.4.1 Khảo sát khoảng tuyến tính 47

3.4.2 Xây dựng đường chuẩn, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phép đo 49

3.4.3 Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo 52

3.5 XÁC ĐỊNH KẼM VÀ MANGAN TRONG CHÈ XANH 54

3.5.1 Địa điểm thời gian lấy mẫu và ký hiệu mẫu 54

3.5.2 Chuẩn bị mẫu phân tích [11] 56

3.5.3 Kết quả phân tích các mẫu chè xanh 56

3.6 KIỂM TRA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MẪU 59

3.6.1 Mẫu lặp 59

3.6.2 Mẫu thêm chuẩn 61

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

AAS: Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử)

Abs: Absorbance (Độ hấp thụ)

AES: Atomic Emission Spectrometry (Phổ phát xạ nguyên tử)

ETA – AAS: Electro Thermal Atomization – Atomic Absortion Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa)

F – AAS: Flame – Atomic Absorption Spectrometry

(Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa)

GF – AAS: Graphite Furnace – Atomic Absorption Spectrometry

(Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa)

HCL: Hollow Cathode Lamp (Đèn catot rỗng)

LOD: Limit of detection (Giới hạn xác định)

LOQ: Limit of quantitation (Giới hạn định lượng)

BBC: British Broadcasting Corporation

DNA: Deoxyribonucleic acid

EGCG: Epigallocatchin gallate

ECG : Epicatechin gallate

EGC: Epigallocatechin

EC: Epicatechin

GCG: Gallocatechin gallate

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Diện tích, sản lượng chè theo huyện, thành phố, thị xã 5

Bảng 3.1: Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Zn 36

Bảng 3.2: Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Mn 37

Bảng 3.3: Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa khi xác định Zn 37

Bảng 3.4: Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa khi xác định Mn 38

Bảng 3.5: Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen khi xác định Zn 38

Bảng 3.6: Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen khi xác định Mn 39

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Zn 40

Bảng 3.8: Khảo sát ảnh hưởng của HNO3 2% và HCl 1% 41

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Mn 42

Bảng 3.10: Khảo sát ảnh hưởng của HNO3 2% và HCl 1% 43

Bảng 3.11: Kết quả khảo sát thành phần mẫu 44

Bảng 3.12: Ảnh hưởng của các kim loại kiềm 45

Bảng 3.13: Ảnh hưởng của các kim loại kiềm thổ 45

Bảng 3.14: Ảnh hưởng của các kim loại nhóm 3 45

Bảng 3.15: Ảnh hưởng của các kim loại nặng khác 46

Bảng 3.16: Ảnh hưởng của tổng các ion kim loại 46

Bảng 3.17: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Kẽm 47

Bảng 3.18: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Mangan 48

Bảng 3.19: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Kẽm 53

Bảng 3.20: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Mangan 54

Bảng 3.21: Địa điểm và thời gian lấy mẫu chè 55

Bảng 3.22: Kết quả đo phổ hấp thụ nguyên tử của Kẽm 57

Bảng 3.23: Kết quả đo phổ hấp thụ nguyên tử của Mangan 58

Bảng 3.24: Kết quả đo mẫu chè an toàn 59

Bảng 3.25: Kết quả phân tích đối với các mẫu lặp của Kẽm 60

Bảng 3.26: Kết quả phân tích đối với các mẫu lặp của Mangan 61

Bảng 3.27: Kết quả phân tích mẫu thêm chuẩn của Kẽm 62

Bảng 3.28: Kết quả phân tích mẫu thêm chuẩn của Mangan 62

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Một vài hình ảnh về chè 4

Hình 2.1: Đèn catot rỗng – HCL 28

Hình 2.2: Đèn D2 28

Hình 2.3: Đèn EDL 29

Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử 30

Hình 2.5: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA - 6300 30

Hình 2.6: Đồ thị của phương pháp đường chuẩn 31

Hình 2.7: Đồ thị phương pháp thêm chuẩn 33

Hình 3.1: Độ hấp thụ của Zn trong các axit tối ưu 41

Hình 3.2: Độ hấp thụ của Mn trong các axit tối ưu 43

Hình 3.3: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính khi xác định Zn 48

Hình 3.4: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính khi xác định Mn 49

Hình 3.5: Đường chuẩn xác định hàm lượng Zn 50

Hình 3.6: Đường chuẩn xác định hàm lượng Mn 51

MỞ ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển, công nghiệp hoá càng hiện đại thì tỉ lệ chất thải độc hại từ sản xuất công nghiệp và những ảnh hưởng bất lợi từ các hoạt động của con người tác động vào môi trường càng tăng nhanh Ngoài những bệnh lây lan truyền nhiễm (dịch tả, thương hàn…) do vi sinh vật gây ra, những bệnh nguy hiểm như ung thư, AIDS, quái thai, các dị tật bẩm sinh ở trẻ em do các chất độc hại trong môi trường đã xuất hiện ngày càng nhiều ở khắp nơi trên thế giới do các ion kim loại nặng gây ra

Độc chất có thể tồn tại ở nhiều hình thức khác nhau như chất vô cơ hay hữu

cơ, hợp chất hay đơn chất, dạng lỏng, rắn hay khí Chúng có mặt trong cả ba môi trường đất, nước và không khí lan truyền và ảnh hưởng đến hệ sinh thái nơi chúng tồn tại Do đó, tìm hiểu và xác định các chất độc trong môi trường sẽ giúp ta có biện pháp khống chế và xử lý nó

Ngay từ năm 1927, các nhà khoa học trên thế giới đã quan tâm nghiên cứu chất lượng đất đai nhằm phát triển nông nghiệp, nâng cao năng suất cây trồng để đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng tăng của việc gia tăng dân số Đất đai như là một thành phần cấu thành môi trường chung Đến khoảng đầu thập niên 90, người

ta bắt đầu nghiên cứu sự nhiễm bẩn, nhiễm độc đất đai

Các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, hoạt động khai khoáng ngày càng tăng… làm cho môi trường ngày càng biến đổi và bị hủy hoại nghiêm trọng Ô nhiễm môi trường, trong đó vấn đề ô nhiễm môi trường đất đang là vấn đề bức xúc của toàn cầu

Trong quá trình sinh hoạt, sản xuất hầu hết các phế thải đều thâm nhập vào môi trường đất, nước dưới các hình thức khác nhau Sự tích lũy các kim loại nặng trong đất nông nghiệp ở các tỉnh, thành phố là một trong những hiểm họa cho môi trường đất, làm giảm năng suất, chất lượng sản phẩm, đặc biệt là các sản phẩm nông nghiệp sản xuất trên khu vực đất bị ô nhiễm, có thể gây độc hại cho người sử dụng

Thái Nguyên là khu vực có nhiều khu công nghiệp, đồng thời cũng là khu vực sản xuất chè với diện tích và sản lượng lớn Chè là một loại thức uống khá phổ biến, có tác dụng thanh nhiệt; giải độc Nếu dùng thường xuyên hằng ngày ngăn ngừa một số bệnh đường ruột, rối loạn tiêu hóa Nhưng nếu trong chè chứa một lượng lớn kim loại nặng sẽ gây hại cho con người Vì vậy, để sản xuất được chè an toàn cần khảo sát đánh giá hiện trạng một số chỉ tiêu về kim loại nặng trong khu vực trồng chè

Xuất phát từ mục tiêu đó chúng tôi lựa chọn đề tài:

“Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định Kẽm và Mangan trong chè xanh ở Thái Nguyên”

Với những nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể là:

- Tìm các điều kiện tối ưu cho phép đo Kẽm và Mangan

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo xác định Kẽm và Mangan

- Tìm khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo

- Áp dụng xác định hàm lượng Kẽm và Mangan trong một số mẫu chè của 20 khu vực thuộc tỉnh Thái Nguyên, và đưa ra những kết luận cụ thể về hàm lượng Kẽm; Mangan trong chè xanh

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CHÈ

1.1.1 Đặc điểm của cây chè

Cây chè có tên khoa học là Camellia sinensis, là loài cây mà lá và chồi được sử dụng để sản xuất chè Tên gọi “ sinensis ” có nghĩa là Trung Quốc

trong tiếng La tinh

Camellia sinensis có nguồn gốc ở khu vực Đông Nam Á, nhưng ngày nay

được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, chủ yếu là ở khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới Cây chè là loại cây xanh lưu niên mọc thành bụi hoặc các cây lá nhỏ thông thường được xén tỉa để thấp hơn 2 m

1.1.2 Đặc điểm hình thái của cây chè

* Thân, cành cây chè

Cây chè có thân thẳng và tròn, phân nhánh liên tục thành một hệ thống cành và chồi Tuỳ theo chiều cao, độ to nhỏ của thân và cành người ta chia thành 3 loại: cây bụi, cây gỗ nhỏ và cây gỗ vừa

* Lá chè

Lá chè mọc ra từ các mấu Chồi mọc ra từ nách lá

Có hai loại chồi:

– Chồi dinh dưỡng về sau mọc lá

– Chồi sinh thực về sau mọc ra nụ, hoa, quả

Lá chè có màu từ xanh đến vàng, xanh nhạt, xanh lá mạ, xanh vàng, xanh thẫm, tím đến mận chín Màu sắc lá thay đổi tuỳ theo giống chè, tuổi chè, chế độ dinh dưỡng, mùa vụ Lá chè có màu vàng thích hợp làm cho chè đen, lá có màu xanh thích hợp làm cho chè xanh Lá chè có nhiều hình dạng khác nhau: thuôn, mũi mác, ô van, trứng gà, gần tròn…

* Hoa, quả, hạt chè

Hoa chè bắt đầu hình thành trên cây 2-3 tuổi từ các chồi sinh thực (chồi hoa)

ở lá nách Hoa chè là hoa lưỡng tính

Quả chè có hình tròn, tam giác hoặc vuông tuỳ theo số lượng hạt bên trong

Vỏ quả màu xanh khi chín chuyển sang màu nâu và nứt ra

Hạt chè có vỏ sánh màu nâu, có khi màu đen Hạt chè có hình cầu, bán cầu hay tam giác

* Rễ chè

Hệ thống rễ của cây chè gồm rễ cọc (rễ trụ), rễ dẫn (rễ nhánh, rễ bên) và rễ hút Rễ nhánh dài trên 1mm có màu nâu hay nâu đỏ Rễ hút hay còn gọi là rễ hấp thụ có chiều dài dưới 1m, có màu vàng ngà

Cây chè Hoa chè Quả chè

Hình 1.1: Một vài hình ảnh về chè 1.1.3 Phân bố

Ở Việt Nam, cây chè chủ yếu được trồng chủ yếu ở các tỉnh trung du, miền núi vì nó thích nghi với điều kiện khí hậu và đất đai Trong đó có tỉnh Thái Nguyên, khu vực Thái Nguyên là khu vực trồng chè lớn thứ hai của cả nước

1.1.4 Diện tích và sản lượng [12]

Do đẩy mạnh ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật, tăng đầu tư thâm canh chè Trong những năm vừa qua, diện tích, năng suất, chất lượng, giá trị chè Thái Nguyên tăng lên rõ rệt:

Năm 2008: diện tích chè toàn tỉnh có 16.994 ha, năng suất 8,78 tấn chè búp tươi/ ha, sản lượng 149.255 tấn

Năm 2009: 17.309 ha, năng suất 9,17 tấn/ha, sản lượng 158.702 tấn

Năm 2010: diện tích chè toàn tỉnh có 17.660 ha Năng suất chè búp tươi năm

2010 đạt 107 tạ/ha, sản lượng chè búp tươi 171.900 tấn

Bảng 1.1: Diện tích, sản lượng chè theo huyện, thành phố, thị xã

Năm 2008 Năm 2009 Năm 2010

D tích (ha)

S lượng (tấn)

D tích (ha)

S lượng (tấn)

D tích (ha)

S lượng (tấn) Tổng số 16.994 149.255 17.309 158.702 17.660 171.900

1.1.5 Vai trò của chè xanh

Chè xanh không những là một nguồn thức uống giải khát tuyệt vời mà nó còn được biết đến bởi khả năng chữa bệnh của nó

Dược tính của chè xanh là: Làm tăng cơ hội sống cho người đau tim và bảo vệ

cơ thể khỏi bệnh nhồi máu cơ tim Tác dụng này là do chất chống oxi hoá trong chè đem lại

Một tác dụng đặc biệt của chè xanh đó là: làm giảm nguy cơ ung thư buồng trứng Theo nghiên cứu của các nhà khoa học Australia tiến hành tại Trung Quốc cho thấy phụ nữ uống trà xanh đều đặn hàng ngày giảm được 60% khả năng bị ung thư buồng trứng Kết luận này được các nhà khoa học Đại học Curtin ở Perth (Australia)

và các nhà khoa học Trung Quốc đưa ra sau khi nghiên cứu trên 900 phụ nữ

Chè xanh có tác dụng ngăn ngừa bệnh ung thư do chứa nhiều chất chống oxi hoá, đặc biệt là hợp chất polyphenol có tác dụng ngăn ngừa các gốc tự do phá hoại các DNA, các tế bào làm chậm quá trình phát triển của ung thư Một số polyphenol

có khả năng giết chết các tế bào ung thư mà không đụng đến các tế bào lành Mới đây các nhà khoa học Anh đã khám phá thêm hai chất chống oxi hoá khác có trong chè xanh để ức chế sự phát triển của căn bệnh ung thư đó là: EGCG

(epigallocatchin gallate) và ECG (epicatechin gallate) [1]

Hợp chất flavonoids có trong lá chè xanh có thể được chất dinh dưỡng hữu ích bằng cách kích hoạt enzyme để giúp giảm nguy cơ ung thư nhất định, bệnh tim, và tuổi tác liên quan đến các bệnh thoái hóa Một số nghiên cứu cũng chỉ ra flavonoids có thể giúp ngăn ngừa sâu răng và giảm bớt sự xuất hiện của bệnh thông thường như cảm cúm trong

Lá chè xanh còn có tác dụng chữa bệnh ngoài da như: bị bỏng, bị ong đốt, bệnh đậu mùa, thuỷ đậu, viêm da

Ngoài ra, thành phần cafein và một số hợp chất ankaloit khác có trong chè

là những chất có khả năng kích thích hệ thần kinh trung ương làm cho tinh thần minh mẫn, nâng cao khả năng làm việc, giảm bớt mệt nhọc sau những lúc làm việc căng thẳng

1.1.6 Thành phần hoá học của lá chè tươi [1,10]

* Nước: Nước trong lá chè xanh chiếm từ 75-80%

* Tanin (hay flavanoit): Tanin hay còn gọi là hợp chất phenol trong đó có 90%

là dạng catechin

Catechin chè (“tea catechin”) là một trong những nhóm chất thuộc lớp flavanoit, có nhiều trong lá cây chè xanh (Camellia sinensis, Tea) Trong lá chè có

chứa đến 20% tanin Tanin trong chè có tác dụng như một vitamin P, có tác dụng chống khuẩn và chống oxi hoá mạnh Tanin tồn tại trong cây chè xanh là các hợp chất catechin: epicatechin (EC), hoặc dưới dạng cấu trúc kết hợp với các nhóm axit gallic: (-)- epigallocatechin gallate (EGCG), (-)-epigallocatechin (EGC), (-)-epicatechingallate (ECG), (-)-epicatechin (EC), (-)-gallocatechin gallate (GCG)…

EGCG (Epigallocatechin gallat) ECG (Epicatechin gallat)

Các flavanoit còn có tác dụng chống oxi hóa (antioxidant) Đây là một trong những cơ sở sinh hóa quan trọng nhất để flavanoit thể hiện được hoạt tính sinh học của chúng Flavanoit có khả năng kìm hãm các quá trình oxi hóa dây chuyền sinh ra bởi các gốc tự do hoạt động Tuy nhiên, hoạt tính này thể hiện mạnh hay yếu phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo hóa học của từng chất flavanoit cụ thể

Do bản chất cấu tạo polyphenol nên flavanoit ở trong tế bào thực vật chịu tác động của các biến đổi oxy hóa – khử, bị oxi hóa từng bước và tồn tại ở các dạng hidroquinon, semiquinon, quinon Những flavanoit có các nhóm hydroxy sắp xếp ở

vị trí ortho, para, meta dễ dàng bị oxy hóa dưới tác dụng của enzim polyphenoloxydaza và peroxydaza theo các phản ứng sau:

(Hidroquinon) (Semiquinon hoặc Quinon)

(Hidroquinon) (Semiquinon hoặc Quinon)

1.2 KẼM VÀ HỢP CHẤT CỦA KẼM [7, 13]

1.2.1 Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên của nguyên tố Kẽm

Kẽm (Zn) là nguyên tố thứ 30 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, thuộc chu kỳ 4, phân nhóm phụ nhóm IIB

Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d104s2 hay [Ar]3d104s2

Trạng thái oxi hoá của Kẽm là +2

Kẽm chiếm khoảng 75 ppm (0,0075%) trong vỏ Trái Đất, là nguyên tố phổ biến thứ 24 Đất chứa 5–770 ppm Kẽm với giá trị trung bình 64 ppm Nước biển chỉ chứa 30 ppb Kẽm và trong khí quyển chứa 0,1–4 µg/m3

Kẽm là một nguyên tố ưa tạo quặng (chalcophile), nghĩa là nguyên tố có ái lực thấp với ôxy và thường liên kết với lưu huỳnh để tạo ra các sulfua Các nguyên tố

ưa tạo quặng hình thành ở dạng lớp vỏ hóa cứng trong các điều kiện khử của khí quyển Trái Đất Sphalerit là một dạng Kẽm sulfua, và là loại quặng chứa nhiều Kẽm nhất với hàm lượng Kẽm lên đến 60–62%

1.2.2 Tính chất vật lý, tính chất hoá học của nguyên tố Kẽm

1.2.2.1 Tính chất vật lý

Kẽm là một kim loại màu trắng xanh, óng ánh và nghịch từ Trong không khí

ẩm, Kẽm bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim

Kẽm kim loại cứng và giòn ở hầu hết cấp nhiệt độ nhưng trở nên dễ uốn từ

100 đến 150°C Trên 210°C, kim loại giòn trở lại và có thể được tán nhỏ bằng lực Kẽm có tính dẫn điện khá So với các kim loại khác, Kẽm có độ nóng chảy (419,5°C, 787,1F) và điểm sôi (907°C) tương đối thấp Điểm sôi của Kẽm là một trong số những điểm sôi thấp nhất của các kim loại chuyển tiếp, chỉ cao hơn Thủy ngân và Cadimi

1.2.2.2 Tính chất hoá học

Ở nhiệt độ thường, Kẽm tương đối bền vì có lớp oxit bảo vệ

Ở nhiệt độ cao, Kẽm cháy mãnh liệt tạo thành oxit:

2Zn + O2 →t0 2ZnO Kẽm khử H2O tạo thành oxit:

Zn + H2O
ZnO + H2

Kẽm tan trong các axit không có tính oxi hoá giải phóng H2 và tan trong các axit có tính oxi hoá ra các khí đi kèm theo:

Zn + H2SO4
ZnSO4 + H24Zn + 10HNO3
4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Kẽm tan trong dung dịch kiềm giải phóng H2:

Zn + 2H2O + 2OH-
[Zn(OH)4]2- + H2Chính vì phản ứng này mà Kẽm là chất khử mạnh trong môi trường kiềm đặc Kẽm khử được ion NO3- thành khí NH3 giống như Nhôm, nhưng khác với Nhôm là Kẽm tan được cả trong dung dịch NH3:

ZnO không tan trong nước, tan trong dung dịch axit và cả trong dung dịch kiềm:

ZnO + 2HCl
ZnCl2 + H2O ZnO + 2NaOH
Na2ZnO2 + H2O

1.2.3.2 Kẽm hidroxit Zn(OH) 2

Zn(OH)2 là kết tủa dạng nhầy, không tan trong nước nhưng tan trong axit, và tan trong dung dịch kiềm tạo phức hidroxozincat Do đó, Zn(OH)2 là chất lưỡng tính

Zn(OH)2 + 2HCl
ZnCl2 + 2H2O Zn(OH)2 + 2NaOH
Na2[Zn(OH)4] Zn(OH)2 còn tan trong dung dịch NH3 tạo phức amoniacat:

Zn(OH)2 + 4NH3
[Zn(NH3)4](OH)2

Ở nhiệt độ cao, Zn(OH)2 bị phân huỷ:

Zn(OH)2 →t0 ZnO + H2O

FeO + H2[Zn(OH)2Cl2]
Fe[Zn(OH)2Cl2] + H2O

1.2.4 Khả năng tạo phức của Kẽm

Kẽm tạo nhiều phức chất khác nhau:

- Các phức với axetat, florua, thioxianat, tatrat ít bền

- Các phức với oxalat, sunfoxaxilat, axetylaxeton, etylenđiamin, amoniac tương đối bền

- Phức với EDTA rất bền

- Tạo được hợp chất nội phức có màu với nhiều thuốc thử hữu cơ như: O – phenanthrolin, 2 – naphtol, murexit, đithizon rất thuận lợi cho việc phân tích trắc quang

1.2.5 Vai trò sinh học của Kẽm

Kẽm là vi chất dinh dưỡng có đặc tính sinh học rõ rệt Lượng Kẽm trong cơ thể khoảng từ 2 – 3 gam và phân phối không đồng đều, nhiều nhất ở tinh hoàn (300µg/g), sau đó là ở tóc, xương (150µg/g, 100µg/g),… Kẽm có đặc điểm: không có dự trữ trong cơ thể, có nửa đời sống sinh học ngắn (12,5 ngày) trong các

cơ quan nội tạng, nên dễ bị thiếu nếu khẩu phần ăn không đủ

Kẽm tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào và đặc biệt là tác động đến hầu hết các quá trình sinh học trong cơ thể Kẽm có trong thành phần của hơn 80 loại enzym khác nhau, đặc biệt có trong hệ thống enzym vận chuyển, thủy phân, đồng hóa, xúc tác phản ứng gắn kết các chuỗi trong phân tử ADN, xúc tác phản ứng ôxy hóa cung cấp năng lượng Ngoài ra, Kẽm còn hoạt hóa nhiều enzym khác nhau như amylase, pencreatinase Đặc biệt, Kẽm có vai trò sinh học rất quan trọng là tác

động chọn lọc lên quá trình tổng hợp, phân giải axit nucleic và protein những thành phần quan trọng nhất của sự sống Vì vậy các cơ quan như hệ thần kinh trung ương,

da và niêm mạc, hệ tiêu hóa, tuần hoàn,… rất nhạy cảm với sự thiếu hụt Kẽm Kẽm tham gia điều hòa chức năng của hệ thống nội tiết và có trong thành phần các hormon (tuyến yên, tuyến thượng thận, tuyến sinh dục, ) Hệ thống này có vai trò quan trọng trong việc phối hợp với hệ thần kinh trung ương, điều hòa hoạt động sống trong và ngoài cơ thể, phản ứng với các kích thích từ môi trường và xã hội, làm cho con người phát triển và thích nghi với từng giai đoạn và các tình huống phong phú của cuộc sống

Ngoài ra, các công trình nghiên cứu còn cho thấy Kẽm có vai trò làm giảm độc tính của các kim loại độc như Nhôm (Al), Asen (As), Candimi (Cd), góp phần vào quá trình giảm lão hóa, thông qua việc ức chế sự ôxy hóa và ổn định màng tế bào Khả năng miễn dịch của cơ thể được tăng cường nhờ Kẽm, bởi Kẽm hoạt hóa hệ thống này thông qua cơ chế kích thích các đại thực bào, tăng các limpho T,…

Cơ thể con người thiếu Kẽm có thể gây ra bệnh gan mãn tính, bệnh thận mãn tính, hồng cầu lưỡi liềm, tiểu đường, bệnh ác tính và các bệnh mãn tính khác Các triệu chứng thiếu kẽm nhẹ rất đa dạng, biểu hiện lâm sàng bao gồm chậm tăng trưởng, tiêu chảy, bất lực và chậm phát dục, rụng tóc, tổn thương da và mắt, giảm cảm giác ngon miệng, thay đổi nhận thức, khiếm khuyết trong việc sử dụng carbohydrate, và sinh quái thai Thiếu Kẽm làm giảm miễn dịch

1.3 MANGAN VÀ HỢP CHẤT CỦA MANGAN [7, 13]

1.3.1 Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên của nguyên tố Mangan (Mn)

Mn có số thứ tự 25 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố, thuộc phân nhóm phụ nhóm VIIB, chu kỳ 4 Mn có tên Latinh là Manganesium

Cấu hình electron của Mn: 1s22s22p63s23p63d54s2

Trạng thái ôxi hóa phổ biến của Mn là +2, +3, +4, +6 và +7 Các hợp chất có Mangan ở trạng thái ôxi hóa +7 là những tác nhân ôxi hóa mạnh như Mn2O7 Các hợp chất có trạng thái ôxy hóa +5 (lam) và +6 (lục) là các chất ôxy hóa mạnh Trạng thái ôxy hóa ổn định nhất là Mangan +2, có màu hồng nhạt

Mangan chiếm khoảng 1000 ppm (0,1%) trong vỏ Trái Đất, đứng hàng thứ 12

về mức độ phổ biến của các nguyên tố Đất chứa 7–9000 ppm Mangan với hàm lượng trung bình 440 ppm Nước biển chỉ chứa 10 ppm Mangan và trong khí quyển

là 0,01 µg/m3 Mangan có mặt chủ yếu trong pyrolusit (MnO2), braunit, (Mn2+Mn3+6)(SiO12), psilomelan (Ba,H2O)2Mn5O10, và ít hơn trong rhodochrosit (MnCO3)

Mn kim loại được sản xuất theo phương pháp nhiệt nhôm: Dùng Al2O3 khử oxit Mn3O4 đã được tạo nên khi nung pirolusit ở 9000C theo phương trình:

3MnO2
Mn3O4 + O23Mn3O4 + 8Al
9Mn + 4Al2O3

Mn tinh khiết được điều chế bằng cách điện phân dung dịch MnSO4 Mn tinh khiết dùng để điều chế những hợp kim đòi hỏi thành phần chính xác như manganin; nicrom; đuyara

1.3.2 Tính chất vật lý, tính chất hoá học của nguyên tố Mangan

1.3.2.1 Tính chất vật lý

Mn là kim loại nặng, khó nóng chảy, khó sôi và có màu trắng bạc Mn có một

số dạng thù hình khác nhau về mạng lưới tinh thể và tỷ khối Mn bền nhất ở nhiệt

độ thường là dạng α với mạng lưới tinh thể dạng lập phương tâm khối Mn tinh khiết dễ cán và dễ rèn, nhưng khi lẫn tạp chất Mn trở nên cứng và giòn Mn dễ tạo hợp kim với nhiều kim loại Trong không khí ẩm, Mn dễ bị oxi không khí oxi hoá tạo thành màng oxit nên mất ánh kim

Ở nhiệt độ cao, Mn ở dạng bột nhỏ tác dụng với H2O tạo hydroxit và giải phóng H2:

Mn + 2H2O
Mn(OH)2 + H2Phản ứng xảy ra mãnh liệt khi trong nước có muối amoni vì Mn(OH)2 tan trong muối amoni:

1.3.3.1 Mangan (II) oxit (MnO)

MnO là chất bột màu xám – lục, có mạng lưới tinh thể kiểu NaCl, có thành phần biến đổi từ MnO đến MnO1,5 và nóng chảy 17800C

MnO không tan trong H2O nhưng dễ tan trong dung dịch axit tạo thành muối

Mn3O4 + H2 →800 900 C− 0 3MnO + H2O

1.3.3.2 Mangan (III) oxit (Mn 2 O 3 )

Mn2O3 là chất bột màu đen không tan trong nước Khi đun nóng trong không khí ở 950 – 11000C biến thành Mn3O4 và khi đung nóng trong khí hidro ở 3000C biến thành MnO

Tinh thể Mn2O3 có kiến trúc không phải lập phương, mỗi nguyên tử Mn được bao quanh bởi bốn nguyên tử oxi với độ dài Mn – O là 1,96

Mn2O3 + H2SO4
MnO2 + MnSO4 + H2O

Mn2O3 + 2HNO3
MnO2 + Mn(NO3)2 + H2O Nhưng khi tác dụng với axit đặc (H2SO4, H3PO4) oxit đó tạo nên muối mangan (III):

Mn2O3 + 3H2SO4
Mn2(SO4)3 + 3H2O Oxit Mn2O3 tạo nên phức chất của mangan (III) khi tan trong axit flohidric, axit xianhidric Kết hợp với oxit MO của kim loại hoá trị II (Ni; Zn; Co; Cd) tạo nên oxit hỗn hợp MO.Mn2O3 kiểu spinen Như vậy, Mn2O3 gần giống với Al2O3 và

Fe2O3

Mn2O3 tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật braunit Oxit đó điều chế được khi nung MnO2 trong không khí ở 550 – 9000C

1.3.3.3 Mangan (IV)oxit – mangan đioxit

Mangan dioxit (MnO2) là chất bột màu đen có thành phần không hợp thức Khi đun nóng phân huỷ tạo thành các oxit thấp hơn

Ở điều kiện thường, MnO2 là oxit bền nhất trong các oxit của Mn, không tan trong nước và tương đối trơ

Khi đun nóng MnO2 tan trong axit và kiềm như một oxit lưỡng tính Khi tan trong axit MnO2 không tạo muối kém bền của Mn4+ theo phản ứng trao đổi mà tác dụng như chất oxi hoá

MnO2 + 4HCl
MnCl2 + Cl2 + 2H2O Khi tan trong dung dịch KOH đặc MnO2 tạo nên dung dịch màu xanh lam chứa các ion Mn(III) và Mn(V):

2MnO2 + 6KOH
K3MnO4 + K3[Mn(OH)6]

Khi nấu chảy với dung dịch kiềm hay oxit bazơ mạnh tạo thành muối manganit:

MnO2 + 2NaOH
Na2MnO3 + H2O

Ở nhiệt độ cao, MnO2 có thể bị H2, CO, C khử thành kim loại:

1.3.3.4 Mangan (VII)oxit – Oxit pemanganic

Oxit pemanganic (Mn2O7) ở nhiệt độ thấp là chất ở dạng tinh thể màu lục thẫm, bền ở nhiệt độ dưới -50C, nóng chảy ở 60C biến thành chất lỏng giống dầu có màu đỏ thẫm trong ánh sáng phản chiếu Ở 100C, Mn2O7 phân huỷ nổ:

1.3.3.5 Hidroxit Mangan

Mn(OH)2 là chất kết tủa trắng, không tan trong nước

Mn(OH)2 có tính bazơ yếu và tan dễ dàng trong dung dịch axit tạo muối Mn(II) Kết tủa Mn(OH)2 chỉ ít tan trong dung dịch kiềm rất đặc:

Mn(OH)2 + KOH
K[Mn(OH)3]

Phức chất hidroxo này không bền phân huỷ ngay trong dung dịch kiềm đặc ở nhiệt độ thường, màu trắng của kết tủa này dễ chuyển thành màu nâu vì bị oxi của không khí oxi hoá:

4Mn(OH)2 + O2
4MnOOH + 2H2O Mn(OH)2 dễ bị oxi hoá bởi Clo, H2O2 và các oxit khác:

Mn(OH)2 + 2KOH + Cl2
MnO2 + 2KCl + 2H2O

Mn(OH)2 + H2O2
H2MnO3 + H2O Mn(OH)2 dễ điều chế trong phòng thí nghiệm bằng cách cho dung dịch muối Mn(II) tác dụng với dung dịch kiềm trong khí quyển hidro:

Mn2+ + 2OH-
Mn(OH)2

Mn(OH)3 tồn tại ở dạng hidrat Mn2O3.xH2O Ở 1000C hidrat này mất nước biến thành monohidrat Mn2O3.H2O thường được biểu diễn bằng công thức MnOOH

MnOOH ở dạng tinh thể màu nâu gần như đen, không tan trong nước ở 365 –

4000C Khi mất nước biến thành Mn2O3

Khi tác dụng với axit loãng Mn(OH)3 tạo nên MnO2 và muối Mn(II) Với một

số axit hữu cơ như oxalic, axit xitric, axit salisilic tạo nên hợp chất bền của Mn(III) Trong phòng thí nghiệm, Mn(OH)3 được điều chế khi cho chất oxi hoá như

Cl2; hay KMnO4 tác dụng với huyền phù MnCO3 ở trong nước:

3MnCO3 + Cl2 + H2O
2MnOOH + MnCl2 + 3CO2 8MnCO3 + 2KMnO4 + 6H2O
10MnOOH + 2KOH + 8CO2

1.3.3.6 Các muối của Mangan

Mn(II) tạo muối với tất cả các anion đã biết, đa số dễ tan trừ MnS; Mn3(PO4)2; MnCO3 hơi ít tan

Muối của Mn(II) bị phân huỷ yếu và có màu vàng nhạt, khi tan trong nước cho dung dịch gần như không màu

Mn2+ có khả năng tạo nhiều phức chất nhưng hằng số bền của phức không lớn

MnF2 + 4KF
K4[MnF6] MnCl2 + 2KCl
K2[MnCl4]

K4[MnF6], K2[MnCl4] đều phân huỷ trong dung dịch loãng

Khi nung nóng với hỗn hợp của chất kiềm và chất oxi hoá (KNO3; KClO3) muối Mn(II) biến thành manganat có màu lục

MnSO4 + 2K2CO3 + 2KNO3
K2MnO4 + 2KNO2 + K2SO4 + 2CO2Muối Mn(II) ở dạng tinh thể được điều chế bằng tác dụng của Mn(II) oxit hay hidroxit với axit

Mn2(CO)10 + 4N2O4
2Mn(NO3)2 + 4NO + 10CO

Mn3+ không bền trong dung dịch dễ bị phân huỷ theo phản ứng:

2Mn3+ + 2H2O
MnO2 + Mn2+ + 4H+

Mn2(SO4)3 chất dạng tinh thể màu lục, hút ẩm mạnh vì bị phân huỷ ở 3000C

2Mn2(SO4)3
4MnSO4 + 2SO3 + O2Cation Mn3+ được làm bền ở trong phức chất

Số muối của Mn(IV) không nhiều Một số muối của Mn(IV) là: Mangan tetraclorua (MnCl4); Mangan tetraflorua (MnF4) và Mangandisunfua (MnSO4) Mangan (VI) chỉ được biết trong ion Manganat (MnO42-) có màu lục thẫm Muối Mn(VII) là KMnO4 ở dạng tinh thể có màu tím đen, tan trong nước cho màu tím đỏ, có độ tan biến đổi theo nhiệt độ Ngoài ra có thể tan trong amoniac lỏng, pyridin, rượu, axeton

Trên 2000C phân huỷ theo phản ứng:

2KMnO4
K2MnO4 + MnO2 + O2Trên 5000C phân huỷ theo phản ứng:

4KMnO4
2K2MnO3 + 2MnO2 + 2O2

1.3.4 Ứng dụng của Mangan [8]

Gần 95% Mn được sản xuất là dùng để chế thép trong ngành luyện kim Mn

có khả năng loại oxi, loại lưu huỳnh trong thép, gang và có khả năng tạo hợp kim với sắt thành thép đặc biệt, truyền cho thép những phẩm chất tốt như khó rỉ, cứng và chịu mài mòn Thép Mn chứa 1-2% Mn dùng làm đường ray, trụ mô tơ, bánh răng Thép Mn chứa 10-15% Mn dùng để làm những chi tiết cứng, chịu va đập như búa,

má của máy đập đá, bi của máy nghiền quặng và gàu của tàu nạo vét sông Thép

không rỉ loại không có Ni chứa 14% Cr và 15% Mn chịu được axit HNO3 và những khí chứa lưu huỳnh Gang kính chứa 5-20% Mn

1.3.5 Vai trò sinh học của Mangan

Mn là nguyên tố đóng vai trò thiết yếu trong tất cả các dạng sống Mn là chất

có tác dụng kích thích của nhiều loại enzym trong cơ thể, có tác dụng đến sự sản sinh tế bào sinh dục, đến trao đổi chất Ca và P trong cấu tạo xương

Mn có nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể như: tác động đến hô hấp tế bào, phát triển xương, chuyển hóa gluxit, hoạt động của não, cảm giác cân bằng Mn có hàm lượng cao trong ty lạp thể làm chất đồng xúc tác cùng các enzym Mn tác động đến sự chuyển hóa tuyến giáp nhờ được hình thành từ một enzym cơ bản Mn liên kết với vitamin K tham gia tổng hợp prothrombin ảnh hưởng đến quá trình đông máu Mn tham gia tổng hợp protein và tương tác với axit nucleic, tham gia tổng hợp cholesterol Mn làm giảm glucose huyết nhưng lại tham gia phản ứng tạo ra glucose

từ các phân tử khác Nếu lượng Mn hấp thu vào cơ thể cao có thể gây độc tới phổi,

hệ thần kinh, thận và tim mạch Cơ thể người trưởng thành chứa 12-20mg Mn, nhiều nhất ở gan (chiếm 20%) và tụy Trong máu hàm lượng Mn là 10mcg/1, tập trung chủ yếu ở hồng cầu; huyết thanh chỉ chứa 0,6-4mcg/1 Nhu cầu hằng ngày của

cơ thể từ 2-3mg Mn

Thức ăn cho trẻ em nếu thiếu Mn thì hàm lượng enzym phophotaza trong máu

và xương sẽ bị giảm xuống nên ảnh hưởng đến cốt hoá của xương, biến dạng… Thiếu Mn còn có thể gây ra rối loạn về thần kinh như bại liệt, co giật…

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Zn VÀ Mn

Hiện nay, có nhiều phương pháp khác nhau để xác định Zn và Mn như: phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ phân tử UV – VIS, sắc ký lỏng hiệu cao năng (HPLC), phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F – AAS) và không ngọn lửa (GF – AAS)… Sau đây là một số phương pháp xác định Zn và Mn

1.4.1 Phương pháp phân tích hoá học

Nhóm phương pháp này dùng để xác định hàm lượng lớn của các chất, thông thường lớn hơn 0,05% tức là mức độ milligram Các thiết bị và các dụng cụ cho phương pháp này đơn giản, không đắt tiền

1.4.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng

Nguyên tắc: Đây là phương pháp dựa trên sự kết tủa chất cần phân tích với

thuốc thử phù hợp, sau đó lọc, rửa, sấy khô hoặc nung rồi cân chính xác sản phẩm

và từ đó xác định được hàm lượng chất cần phân tích

Việc xác định Zn dựa trên sự kết tủa Zn dưới dạng muối kép ở pH = 5,5 – 7 theo phản ứng:

Zn2+ + (NH4)2HPO4 + NH3
ZnNH4PO4 + 2NH4+Đem nung kết tủa

2ZnNH4PO4 →t0 Zn2P2O7 + 2NH3 + H2OĐem cân và xác định hàm lượng của Zn

Phương pháp này đơn giản không đòi hỏi máy móc hiện đại, đắt tiền, có độ chính xác cao Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian, thao tác phức tạp và chỉ phân tích hàm lượng lớn, nên không dùng để phân tích lượng vết

1.4.1.2 Phương pháp phân tích thể tích

Nguyên tắc: Dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính

xác (dung dịch chuẩn), được thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó Thời điểm thêm lượng thuốc thử vừa đủ với chất định phân gọi là điểm tương đương

Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng chất gây ra hiện tượng đổi màu hay kết tủa để có thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị Tuỳ thuộc vào loại phản ứng chính được dùng mà người ta chia phương pháp phân tích thành các nhóm phương pháp trung hoà, phương pháp oxi hoá khử, phương pháp kết tủa, phương pháp complexon

Với Zn có thể xác định bằng phương pháp complexon với EDTA ở pH = 12, chất chỉ thị ErOOT

Zn2+ + ErOOT-
ZnErOOT Xanh Đỏ nho

ZnErOOT + H2Y2-
ZnY2- + ErOOT- + 2H+

Ưu điểm của phương pháp: nhanh chóng và dễ thực hiện

Nhược điểm của phương pháp: không được sử dụng phân tích lượng vết vì phải thực hiện quá trình làm giàu phức tạp

1.4.2 Phương pháp phân tích công cụ

1.4.2.1 Phương pháp điện hoá

* Phương pháp cực phổ

Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp đặt vào hai cực để

khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau Thông qua chiều cao của đường cong Von – Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch ghi cực phổ Vì dòng giới hạn Igh ở các điều kiện xác định tỷ lệ thuận với nồng độ ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phương trình:

Igh = k.C Trong phương pháp này người ta dùng điện cực giọt thuỷ ngân rơi là điện cực làm việc, trong đó thế được quét tuyến tính theo thời gian (thường từ 1 – 5mV/s), đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên điện cực giọt thuỷ ngân rơi, sóng cực phổ thu được có dạng bậc thang Dựa vào chiều cao có thể định lượng được chất phân tích

Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm:

- Cho phép xác định cả chất vô cơ và hữu cơ với nồng độ 10-5 - 10-6M tuỳ thuộc vào cường độ và độ lặp lại của dòng dư

- Sai số của phương pháp này thường là từ 2 – 3% với nồng độ khoảng 10-3 –

10-4M, và là 5% với nồng độ 10-5M (ở điều kiện nhiệt độ không đổi)

Với Zn là chất khử có thế điện cực tiêu chuẩn -0,76V, nên Zn dễ dàng xác định bằng phương pháp cực phổ trong nền hỗn hợp (NH3 1M + NH4, NaOH) Nền này có khả năng xác định Zn với hàm lượng nhỏ nhất là 0,01 mg/ml, sai số lớn nhất khoảng 5%

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như ảnh hưởng của dòng

tụ điện, dòng cực đại của oxi hoà tan, bề mặt điện cực…

Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên đồng thời tăng độ nhạy, hiện nay có các phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DPP), cực phổ sóng vuông (SQWP)…chúng cho phép xác định lượng vết của nhiều nguyên tố

* Phương pháp Von – Ampe hoà tan

Phương pháp Von - ampe hòa tan là một phương pháp điện hóa có độ nhạy cao, có khả năng xác định được nhiều ion kim loại có nồng độ nhỏ khoảng 10-6 ÷

10-8 mol/l với sai số 5÷15% trong điều kiện tối ưu Phương pháp này cho phép xác định lượng vết trong khoảng thời gian ngắn, kỹ thuật phân tích đơn giản, tốn ít hóa chất, máy móc không phức tạp

Quá trình phân tích theo phương pháp Von –ampe hòa tan gồm 2 bước:

+ Điện phân làm giàu chất phân tích trên bề mặt điện cực làm việc tại một thế phù hợp

+ Hòa tan kết tủa làm giàu bằng cách phân cực, ngưỡng cực làm việc, ghi đường cong hòa tan chiều cao của đường phân cực ghi được trong những điều kiện thích hợp, tỉ lệ thuận với nồng độ của chất trong dung dịch Điều kiện đó cho phép

ta định lượng chất phân tích bằng phương pháp đường chuẩn hoặc phương pháp thêm

Phương pháp đã được sử dụng để xác định hàm lượng vết Paladi trong các mẫu khác nhau như mẫu dầu mỏ thô, xăng xe máy và xăng máy bay Paladi được xác định bằng phương pháp Von- ampe hòa tan với catot xung vi phân trong dung dịch nền H2SO4 0,01N cùng với sự trợ giúp của Te4+ tại thế - 0,82V

1.4.2.2 Phương pháp quang phổ

* Phương pháp trắc quang

Nguyên tắc: Dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo

thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hoặc hữu cơ trong dung môi thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng Phương pháp định lượng theo phương trình cơ bản:

A = K.C Trong đó: A: độ hấp thụ quang của chất

K: hằng số thự nghiệm

C: nồng độ của chất phân tích

Phương pháp này cho phép xác định nồng độ của chất ở khoảng 10-5 – 10-7 M

và là một trong các phương pháp được dùng khá phổ biến

+ Với Zn: Để xác định Zn cho tạo phức với Dithizon ở môi trường pH = 4 – 7, phức có màu đỏ Sau đó chiết phức này với dung môi hữu cơ CHCl3 hoặc CCl4 rồi đem đo mật độ quang tại λ = 530nm Độ nhạy là 3µg/l

+ Với Mn: Phương pháp trắc quang xác định Mangan dựa trên việc đo mật độ quang của dung dịch chứa ion MnO4−, các axit pirophotphat manganit hoặc phức chất của Mangan với thuốc thử hữu cơ

Để oxi hóa Mn(II) lên MnO4− người ta thường dùng chất oxi hóa là peiodat và pesunfat Cường độ màu đỏ tím của MnO4− tỉ lệ với nồng độ Mn(II) Phổ hấp thụ của dung dịch MnO4− có hai cực đại ở bước sóng λ = 525 nm (ε = 2230) và λ = 545

* Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES)

Ở điều kiện bình thường nguyên tử không thu hay không phát năng lượng, nhưng nếu bị kích thích thì các elelctron sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng thái

có năng lượng cao hơn Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ Các bức xạ này gọi là phổ phát xạ nguyên tử

Nguyên tắc: Dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do, của

nguyên tố phân tích ở trạng thái khi có sự tương tác với nguồn năng lượng phù hợp

Một số nguồn năng lượng thường dùng để kích thích phổ AES như: ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện…

Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp AES có độ nhạy cao (thường từ n.10-3 – n.10-4%), ít tốn mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu, phân tích được lượng vết kim loại trong nước, lương thực, thực phẩm.Các tác giả Phạm Luận, Chu Xuân Anh, Trần Hồng Côn, Dương Thanh Thủy đã thành công trong việc xác định tạp chất trong oxit lantan tinh khiết bằng phương pháp quang phổ phát xạ

Nhược điểm: Chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu

* Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Nguyên tắc: Để thực hiện phép đo AAS cần phải thực hiện các quá trình sau:

- Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hoặc dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do Đây là quá trình nguyên tử hoá mẫu

- Chiếu chùm tia phát xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích từ nguồn bức

xạ qua đám hơi tự do Các nguyên tử của các nguyên tố cần xác định trong đám hơi

sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó

- Tiếp đó, nhờ hệ thống quang học người ta thu, phân ly và chọn cột vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đo cường độ của nó Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ Trong một giới hạn nồng độ xác định, tín hiệu này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu theo phương trình:

Tuỳ thuộc vào kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu mà người ta phân biệt phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F – AAS) có độ nhạy cỡ ppm, phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF – AAS) cho độ nhạy đến ppb

Phép đo phổ F-AAS:

Kỹ thuật F – AAS dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích Do đó, mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hoá mẫu phụ thuộc vào đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí nhưng chủ yếu là nhiệt độ ngọn lửa Đây là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích, mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp phân tích

1.5 Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Zn và Mn

Để xác định hàm lượng Zn và Mn trong chè xanh, trước hết ta phải tiến hành

xử lý mẫu nhằm chuyển hết các nguyên tố cần xác định có trong mẫu từ trạng thái ban đầu (dạng rắn) về dạng dung dịch Cách làm này có thể dẫn đến những sai lệch trong kết quả phân tích do sự nhiễm bẩn mẫu hay làm mất chất phân tích Vì vậy cần phải thực hiện cẩn thận và tỉ mỉ Trong thời đại công nghệ hiện nay có rất nhiều

kỹ thuật xử lý mẫu phân tích, với đối tượng nghiên cứu là chè xanh thường sử dụng hai kỹ thuật chính dùng để phá mẫu: kỹ thuật tro hoá ướt bằng axit đặc oxi hoá mạnh (phương pháp xử lý ướt) và kỹ thuật tro hoá khô (phương pháp tro hoá khô)

1.5.1 Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hoá mạnh)

Nguyên tắc chung: Dùng axit đặc có tính oxi hoá mạnh (HNO3, HClO4…), hay hỗn hợp các axit có tính oxi hoá mạnh (HNO3 + HClO4), hoặc hỗn hợp một axit mạnh và một chất oxi hoá (HNO3 + H2O2),… để phân huỷ hết chất hữu cơ và chuyển các kim loại ở dạng hữu cơ về dạng ion trong dung dịch muối vô cơ Lượng axit thường phải dùng gấp từ 10 – 15 lần lượng mẫu, tuỳ thuộc với mỗi loại mẫu và cấu trúc vật lý hoá học Thời gian phân huỷ mẫu trong bình Kendal, ống nghiệm, cốc,… thường từ vài giờ đến hàng chục giờ tuỳ từng loại mẫu và bản chất

của các chất Khi phân huỷ xong phải đuổi hết axit dư trước khi định mức và tiến hành đo phổ

Ưu điểm của phương pháp: không bị mất các chất phân tích

Nhược điểm của phương pháp: Thời gian phân huỷ mẫu rất dài, tốn nhiều axit

đặc tinh khiết cao, dễ bị nhiễm bẩn do môi trường hay axit và phải đuổi hết axit dư nên dễ bị nhiễm bụi bẩn vào mẫu

1.5.2 Phương pháp xử lý khô

Nguyên tắc chung: Trước hết đối với các mẫu hữu cơ phải được xay hay

nghiền thành bột, vữa hay thể huyền phù Sau đó dùng nhiệt để tro hoá mẫu, đốt cháy chất hữu cơ và đưa các kim loại về dạng oxit hay muối của chúng Cụ thể: Cân một lượng mẫu nhất định (5 – 10 gam) vào chén nung, rồi nung mẫu ở một nhiệt độ thích hợp để đốt cháy hết các chất hữu cơ, và lấy mẫu vô cơ còn lại của mẫu là các oxit, các muối,… Sau đó hoà tan bã thu được trong axit vô cơ như HCl (1/1), HNO3(1/2),… để chuyển hết các kim loại về dạng các ion trong dung dịch Quyết định việc tro hoá ở đây là nhiệt độ nung và thời gian nung Nhiệt độ tro hoá của các chất hữu cơ thường được chọn thích hợp trong vùng từ 400 – 4500C tuỳ theo mỗi loại và chất cần phân tích

Ưu điểm của phương pháp:

- Tro hoá triệt để được mẫu hết các chất hữu cơ

- Đơn giản, dễ thực hiện, quá trình xử lý nhanh

- Không tốn nhiều axit tinh khiết cao và không có axit dư

- Hạn chế được sự nhiễm bẩn do dùng ít hoá chất

- Mẫu dung dịch thu được sạch và trong

Nhược điểm của phương pháp:

- Dễ bị mất một số nguyên tố dễ bay hơi như: As, Cd, Pb, Zn…

Chương 2

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Chúng ta biết rằng vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử và nguyên tử là phần tử cơ bản nhỏ nhất còn giữ được tính chất của nguyên tố hóa học Nguyên tử lại bao gồm hạt nhân nguyên tử nằm ở giữa và chiếm một thể tích rất nhỏ (khoảng 1/10000 thể tích của nguyên tử) và các điện tử (electron) chuyển động xung quanh hạt nhân trong phần không gian lớn của nguyên tử Trong điều kiện bình thường nguyên tử không thu và cũng không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ Lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản Đó là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm sáng có những bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng đúng với những tia bức xạ mà

nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó Lúc này nguyên tử đã nhận năng lượng của các tia bức xạ chiếu vào nó và chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử

tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ của nguyên tử của nguyên tố đó Phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử [3]

2.1.1 Nguyên tắc của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [3]

Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và trong mức năng lượng cơ bản Muốn thực hiện được phép đo phổ AAS cần phải thực hiện các công việc sau:

- Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái rắn hoặc dung dịch thành trạng thái hơi

Đó là quá trình hoá hơi mẫu

- Các nguyên tử hoá hơi đó phân li thành phân tử tạo thành đám hơi nguyên tử

tự do của các nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả năng hấp thụ bức