Xác định hàm lượng vitamin c trong thuốc beplex c và juvit c bằng phương pháp vôn ampe

Vitamin C được tìm thấy trong trái cây, rau quả, dược phẩm, đồ đóng hộp, nước uống trái cây… Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng Vit.C trong đó phương pháp von-ampe là một trong n

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Trường Đại học sư phạm hà Nội 2

Khoa hoá học

-

dương phương thảo

xác định hàm lượng vitamin c trong thuốc beplex c và juvit c bằng phương pháp vôn -

ampe

Tóm tắt Khoá luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: Hoá phân tích

Người hướng dẫn khoa học

ths phí văn hải

Hà Nội - 2010

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Trường Đại học sư phạm hà Nội 2

Khoa hoá học

-

dương phương thảo

xác định hàm lượng vitamin c trong thuốc beplex c và juvit c bằng phương pháp vôn -

ampe

Khoá luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: Hoá phân tích

Người hướng dẫn khoa học

ths phí văn hải

Hà Nội - 2010

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Trường Đại học sư phạm hà Nội 2

Khoa hoá học

-

dương phương thảo

xác định hàm lượng vitamin c trong thuốc beplex c và juvit c bằng phương pháp vôn -

ampe

Khoá luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: Hoá phân tích

Hà Nội – 2010

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

LỜI CẢM ƠN!

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới ThS Phí Văn Hải đã

hướng dẫn, chỉ bảo em tận tình, giúp em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo trong khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tận tình dạy dỗ

em trong quá trình học tập

Do thời gian có hạn nên những vấn đề trình bày trong bản khóa luận này không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo, cô giáo và các bạn sinh viên để khóa luận của em được đầy đủ

và hoàn thiện hơn

Hà Nội, năm 2010 Sinh viên thực viên

Dương Phương Thảo

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

LỜI CAM ĐOAN

Khóa luận “Xác định hàm lượng vitamin C trong thuốc Beplex C

và Juvit C bằng phương pháp vôn-ampe” được hoàn thành dưới sự hướng

dẫn trực tiếp của ThS Phí Văn Hải

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trong khóa luận là trung thực, không trùng với các khóa luận khác đã công bố

Hà Nội, năm 2010

Dương Phương Thảo

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 7

CHƯƠNG 1 8

TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU 8

1.1 Đại cương về vitamin C 9

1.1.1 Công thức và nhận định 9

1.1.2 Tính chất hóa học 10

1.1.3 Tính chất sinh lý 14

1.1.4 Các nguồn cung cấp vitamin C 14

1.2 Các phương pháp xác định Vit.C 16

1.2.1 Phương pháp phân tích hóa học 16

1.2.2 Nhóm các phương pháp phân tích công cụ 18

CHƯƠNG 2 29

THỰC NGHIỆM 29

2.1 Dụng cụ và hóa chất 29

2.1.1 Dụng cụ 30

2.1.2 Thiết bị, máy móc 30

2.1.3 Hóa chất 30

2.2 Các vấn đề nghiên cứu 30

2.2.1 Nghiên cứu cơ bản 30

2.2.2 Ứng dụng xác định Vit.C trong mẫu thực tế 40

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

CHƯƠNG 3 42

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42

3.1 Điều kiện tối ưu xác định Vit.C bằng phương pháp von-ampe 42

3.1.1 Chọn nền 42

3.1.2 Ảnh hưởng của oxi hòa tan 45

3.1.3 pH của nền đệm axetat 48

3.1.4 Nồng độ dung dịch đệm axetat 50

3.1.5 Khoảng nồng độ tối ưu 52

3.1.6 Khảo sát các chất ảnh hưởng 57

3.1.7 Độ bền của Vit.C trong các môi trường khác nhau 60

3.2 Xác định Vit.C trong mẫu thực tế 64

3.2.1 Mẫu thuốc 64

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Vitamin C (Vit.C) hay còn gọi là axit ascobic, là chất dinh dưỡng rất cần thiết cho sự sống của sinh vật Nó giữ vai trò quan trọng cho quá trình chuyển hóa protein cụ thể là oxi hóa nhiều axit amin thơm như Tyrozin, phenylalinin

Có khả năng chống oxi hóa: Vit.C đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn quá trình sản xuất các gốc tự do, bảo vệ axit béo không no của màng tế bào, đồng thời bảo vệ vitamin E là chất chống oxi hóa của màng tế bào Kích thích quá trình tổng hợp và duy trì chất keo, kết quả là tăng sức đề kháng của các mô

Sự thiếu hụt vitamin C dù chỉ là hàm lượng nhỏ sẽ gây nhiều ảnh hưởng xấu đến sức khỏe, gây bệnh scorbut biểu hiện ban đầu: mệt mỏi, đau

cơ, xương khớp, chán ăn, da khô ráp, chảy máu nước răng, thiếu máu…

Nếu không điều trị kịp thời sẽ bị phù tiểu cầu thần kinh bị kích thích xuất huyết não và chết

Vitamin C được tìm thấy trong trái cây, rau quả, dược phẩm, đồ đóng hộp, nước uống trái cây…

Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng Vit.C trong đó phương pháp von-ampe là một trong những phương pháp được sử dụng và hiện nay

đã phát triển nhanh thành một trong các phương pháp phân tích Hóa Lý chủ yếu

Với mong muốn hiểu biết sâu về phương pháp von-ampe và áp dụng phương pháp này để xác định vitamin C trong dược phẩm Chính vì vậy tôi

chọn đề tài: “Xác định hàm lượng Vitamin C trong thuốc Beplex C và Juvit

C bằng phương pháp vôn-ampe”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

1.1 Đại cương về vitamin C

1.1.1 Công thức và nhận định

Vitamin C là tên thường gọi của axit L-ascobic, có tên quốc tế là: oxo-L-threo-hexono-1,4-lactone-2,3-enediol hoặc (R)-3,4-đyhydroxy-5-((S)-1,2-dihydroxylethyl)furan-2(5H)-one

O

O

OH O

H

1

2 3

4

5

6 CH2OH OH

và izo L-ascobic là có tác dụng chữa bệnh, còn các đồng phân D và izo D là các antivitamin, tức là chất ức chế tác dụng của vitamin Trong thiên nhiên chỉ tồn tại dạng axit L-ascobic, còn các đồng phân khác chỉ thu được bằng còn đường tổng hợp

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Axit ascobic rắn là những tinh thể đơn tà, không màu, không mùi, có

vị chua, nóng chảy ở 193°C Axit ascobic dễ tan trong nước, ít tan hơn trong rượu và không tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực

Axit ascobic rất dễ bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ vì vậy cần bảo quản axit ascobic trong bóng tối và nhiệt độ thấp

CH2OH

OH

+ 2H+ + 2e

Axit L-ascobic Axit L-đehidroascobic

Thế khử của nó phụ thuộc nhiều vào pH của môi trường

Axit ascobic ở dạng khan khá bền vững nhưng do trong phân tử có 2 nhóm OH- đính vào C chưa no (C2, C3) nên khi bị ẩm ướt hoặc trong dung dịch nó rất dễ bị oxi hóa, ngay cả bởi oxi không khí, nhất là khi có các mặt các ion kim loại đồng, sắt, magie theo phản ứng sau:

O

O

OH O

CH2OH OH

+ H2O + 1/2 O2

Sản phẩm tạo ra là axit L-đehidroascobic, chất này cũng có hoạt

tính sinh học tương tự như axit L-ascobic, nhưng không bền, nó dễ bị thủy phân phá vòng tạo axit 2,3-đixetogulonic CH2OH‒ (CHOH)2‒ CO‒ CO

‒ COOH, là chất không có tác dụng sinh lý

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Tốc độ oxi hóa axit ascobic thành axit L-đêhidroascobic càng lớn khi

pH càng tăng Các chất saccarozơ, carotenoit, flavonoit…có khả năng làm chậm quá trình oxi hóa của axit ascobic nên được dùng làm chất ổn định hóa Vit C

Cơ chế sự phân hủy của axit ascobic bởi chất oxi hóa có thể được biểu diễn theo sơ đồ sau:

O OH

Axit L- ascobic

2H +

2e 2e 2H +

Axit L- dehidroascobic

H2O

COOH

OH HO

OH

COOH [ O]

OOH [ O] C

CH2OH

HO [ O]

COOH COOH

[ O]

O C

-Có thể thấy, axit ascobic đầu tiên bị oxi hóa thành axit đehiđroascobic Dưới tác dụng của nước, axit L-đehiđroascobic bị phân hủy mở vòng tạo thành axit 2,3-đixetogulonic không còn hoạt tính vitamin nữa Phản ứng này không thuận nghịch, tăng nhanh theo pH và nhiệt độ của dung dịch Tiếp theo, axit 2,3-đixetogulonic bị phân hủy thành một loạt sản phẩm trung gian khác, cuối cùng tạo axit oxalic

L-Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Ngoài sự phân hủy theo kiểu oxi hóa, axit ascobic còn có xu hướng phân hủy theo kiểu thủy phân trong môi trường kiềm hoặc axit mạnh thành fufurol và các sản phẩm khác qua phản ứng đecacboxyl hóa và dehydrat hóa

Tương tự như vậy, axit ascobic dễ dàng nhường hiđro cho các peoxit,

vì vậy ngăn cho các peoxit oxi hóa các hợp chất khác Do đó, người ta sử dụng axit ascobic làm chất chống oxi hóa trong công nghiệp chế biến

b, Tính axit

Trong dung dịch nước axit ascobic là một axit yếu ở nấc 1, pKa,1 = 4,2 tương ứng với quá trình phân ly H+

của nhóm OH đính vào C3 (*), và rất yếu

ở nấc 2, pKa,2 = 11,6 tương ứng với sự phân ly H+ của nhóm OH đính vào C2(*)

Axit ascobic dễ dàng phản ứng với dung dịch bazơ mạnh như NaOH, KOH, Ca(OH)2 tạo muối

O

O

OH O

CH2OH

OH

+ H2O + NaOH

Các muối này dễ tan trong nước hơn axit ascobic nên trong công nghiệp họ sử dụng dạng muối của axit ascobic làm chất bảo quản của dung dịch nước quả

Trong các dung dịch kiềm đặc, vòng -lacton bị phá vỡ tạo muối gluconat

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

O

O

OH O

Tuy nhiên khi axit hóa và đun nhẹ thì vòng lacton lại lập lại

c, Tác dụng với axit hữu cơ tạo este

Trong CTCT của axit ascobic có nhiều nhóm OH như nhóm chức rượu, có khả năng tạo este với các axit hữu cơ, đặc biệt là các axit béo như axit panmitic, axit stearic Sản phẩm este dạng 6-O-axyl L-ascobic (ascobyl panmitat, ascobyl stearat) có mạch cacbon dài, dễ tan trong dầu Những este này được tổng hợp dùng làm chất bảo quản chất béo trong công nghiệp chế biến dầu Một số dẫn xuất khác của axit ascobic cũng được sử dụng là:

O

OR HO

O OH

CH2OH

2- O- ankyl axit ascobic

O

OH RO

O

CH2OH OH

3- O- ankyl axit ascobic

O O

OH HO

O O R

5,6- O- ankyliden

O

OH HO

O OH

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Trong đó, R là các gốc hidrocacbon mạch dài, có thể no hoặc không

no, giúp cho các dẫn xuất của axit ascobic dễ tan trong dầu béo hơn

1.1.3 Tính chất sinh lý

Vit.C có tác dụng tăng cường sức đề kháng cho cơ thể, chống lại các hiện tượng choáng hoặc ngộ độc hóa chất, độc tính của vi trùng do tính chất khử mạnh của Vit.C

Vit.C tham gia vào quá trình oxi hóa khử khác nhau của cơ thể như: chuyển hóa hợp chất thơm thành phenol; quá trình hydroxyl hóa thành tritophan thành hydroxyltritophan; điều hòa sự tạo AND từ ARN; chuyển procolagen thành colagen, nhờ có quá trình hydroxyl hóa prolin thành oxyprolin cần thiết cho việc tổng hợp colagen Vì vậy Vit.C làm cho vết thương mau lành

Vit.C có vị trí quan trọng trong quá trình hình thành các hoormon tuyến giáp trạng và tuyến trên thận

Khi cơ thể thiếu Vit.C sẽ xuất hiện các triệu chứng bệnh lý như chảy máu ở lợi, răng, lỗ chân lông hoặc các cơ quan nội tạng Đó là do thành các mạch máu bị mỏng

Cơ thể bình thường có nhu cầu Vit.C trong 24 giờ là 60-80 mg

1.1.4 Các nguồn cung cấp vitamin C

Trong tự nhiên, thực vật tổng hợp được vitamin C Do đó, vitamin C

có nhiều trong rau xanh đặc biệt là ớt và các loại rau cải, rau ngót…,trong các loại quả như cam, chanh, bưởi, ổi, khế, táo, dưa hấu…Không thấy xuất hiện Vit.C trong các sản phẩm từ động vật như thịt, trứng, sữa…

Một số cơ thể có khả năng tổng hợp Vit.C từ D-glucozơ nhờ tác dụng của enzim theo sơ đồ sau:

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

HOHC

OH

H

H HO

H HO

OH H

OH H

CH2OH

enzim[ O]

CH2OH OH

O O

Ax it L- ascobic D- glucozo

Ngoài ra con người tổng hợp Vit.C nhằm các mục đích khác nhau Các chế phẩm dược chỉ chứa Vit.C, hay các viên Vitamin tổng hợp trong đó có Vit.C dùng mục đích chữa bệnh, tăng cường sức đề kháng cho người ốm Các loại nước hoa quả giải khát, bột dinh dưỡng trẻ em, sữa…chứa một lượng nhỏ Vit.C, là một tiêu trí quảng cáo cho sản phẩm Một lượng lớn Vit.C làm chất bảo quản thực phẩm

Trong công nghiệp dược phẩm, Vit.C được tổng hợp qua các giai đoạn sau:

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

CH2OH HO

C O

H +

C H

O H

CH2OH

O

O C

CO

HO H H

CH2OH HO

O H H

C COOH

Có thể chia các phương pháp xác định Vit.C thành 2 nhóm lớn:

- Nhóm các phương pháp phân tích hóa học

- Nhóm các phương pháp phân tích công cụ

1.2.1 Phương pháp phân tích hóa học

Trong các phương pháp phân tích hóa học, phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử được sử dụng nhiều nhất, dựa vào tính chất dễ bị oxi hóa thành axit đêhiđroascobic của axit ascobic Để oxi hóa người ta sử dụng các thuốc thử khác nhau như: 2,6-điclophenolindophenol, brom, iot, thốc thử Feling…

2,6-điclophenolindophenol được coi như là thuốc thử chuẩn dùng để chuẩn độ xác định Vit.C một cách trực tiếp Nó là một chất oxi hóa có màu xanh đậm, có công thức phân tử là C12H6Cl2NO2, trong dung dịch nước

= 602 nm Khi phản ứng với axit ascobic nó bị khử thành một hợp chất không màu

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Tuy nhiên, trong các đối tượng khác nhau như rau quả, lương thực, thực phẩm thường chứa các chất khử khác nhau nữa và dung dịch nghiên cứu thường có màu và đục, gây khó khăn cho việc xác định điểm cuối chuẩn độ

Người ta cũng có thể chuẩn độ axit ascobic bằng dung dịch iot, với chất chỉ thị hồ tinh bột để xác định Vit.C trong bắp cải, hoặc chuẩn độ gián tiếp, xác định Vit.C trong mật ong, bằng cách thêm lượng dư dung dịch KBr vào dung dịch mẫu đã được axit hóa bằng dung dịch H2SO4 1:1 Hỗn hợp này được chuẩn độ bằng dung dịch KBrO3 cho đến khi xuất hiện màu vàng của Br2 dư

độ iot bằng dung dịch natri thiosunfat chuẩn

Tuy nhiên các phương pháp chuẩn độ tiến hành khá phức tạp, đồng thời có độ chọn lọc, độ nhạy và độ chính xác không cao Vì vậy từ khi các

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

phương pháp phân tích công cụ ra đời, người ta đã khắc phục được rất nhiều nhược điểm của phương pháp phân tích hóa học

1.2.2 Nhóm các phương pháp phân tích công cụ

Thời gian gần đây, cùng với sự phát triển như vũ bão trong tất cả các lĩnh vực của xã hội, những yêu cầu đặt ra cho ngành phân tích là phải nhanh, chính xác, qui trình đơn giản, lượng mẫu tiêu thụ nhỏ, không những tiết kiệm tiền của, công sức mà cả thời gian cho xã hội Với sự hỗ trợ của các phương pháp phân tích công cụ và những thiết bị hiện đại, việc xác định Vit.C cũng

đã đạt được những yêu cầu đó Đặt biệt, qui trình phân tích nhanh và đa số trường hợp không phải xử lý mẫu trước đã giảm thiểu được sự mất mát Vit.C trong quá trình định lượng

Các phương pháp công cụ có thể xác định Vit.C gồm các nhóm phương pháp phân tích quang học và nhóm các phương pháp phân tích điện hóa

Trong đó hầu hết các phương pháp đều xác định Vit.C một cách gián tiếp Như đã trình bày, dung dịch Vit.C là không màu, do đó không thể cho tín hiệu đo quang ở vùng khả biến Vì vậy, người ta thường dùng một tính chất nào đó của Vit.C mà sự biến đổi nồng độ Vit.C sẽ gây ra tín hiệu quang biến đổi tương ứng, cùng tăng hoặc cùng giảm theo hàm lượng Vit.C Hay khi dùng phương pháp hấp thụ nguyên tử, do Vit.C rất dễ bị phân hủy ở nhiệt

độ cao nên không thể cho tín hiệu trực tiếp trên máy AAS Người ta dùng một ion kim loại mang tính oxi hóa (ví dụ Fe III) để tác dụng với Vit.C theo

tỷ lệ xác định Việc xác định hàm lượng kim loại đó trên máy AAS là dễ dàng, từ đó có thể tính ra hàm lượng Vit.C ban đầu Nhóm các phương pháp điện hóa, trong đó xác định Vit.C bằng phương pháp cực phổ, sử dụng điện cực giọt thủy ngân, là trực tiếp dựa trên tính chất oxi hóa khử của Vit.C

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Ngoài điện cực giọt Hg, người ta còn dùng các điện cực biến tính, bằng cách tạo một lớp màng có hoạt tính điện hóa với Vit.C trên bề mặt điện cực rắn

Để hỗ trợ thêm cho các phương pháp phát hiện Vit.C, các kỹ thuật tách cũng được kết hợp để tăng độ chính xác, độ nhạy và độ chọn lọc của phương pháp phân tích Có thể kể đến kỹ thuật sắc ký, gồm sắc ký khí (GC), sắc ký lỏng cao áp (HPLC), kỹ thuật tiêm mẫu phân tích vào dòng chảy (FIA)

1.2.2.1 Các phương pháp phân tích quang học

Vit.C là chất rắn dạng tinh thể không màu, dung dịch Vit.C cũng trong suốt nhưng nó dễ bị oxi hóa và có tác dụng ức chế hay xúc tác cho các phản ứng phát quang Thông qua đó người ta có thể định lượng Vit.C

Các tác giả sử dụng các chất oxi hóa khác nhau và thông qua nó gián tiếp xác định hàm lượng Vit.C

Kali cromat được sử dụng làm chất oxi hóa axit ascobic, kali cromat còn dư sẽ phản ứng với điphenyl cacbazit (DPC) có mặt axit nitric tạo phức màu có = 548 nm Mật độ quang A đo ở = 548 nm sẽ tỷ lệ thuận với lượng kali cromat dư, và tỷ lệ nghịch với lượng Vit.C trong mẫu

2CrO42- + 3C6H8O6 + 10H+ → Cr3+ + 3C6H6O6 + 8H2O

CrO42- + sym-DPC → Cr-DPC phức ( = 548 nm)

Cr(III) tạo ra trong phản ứng thứ nhất là rất nhỏ nên không đóng góp đáng kể vào mật độ quang A đo ở = 548 nm Ưu điểm của phương pháp là sử dụng hóa chất đơn giản, dễ kiếm, máy đo quang không đắt tiền, phổ biến trong các phòng thí nghiệm

Hơn nữa, theo nghiên cứu thì các chất khác có mặt trong đối tượng nghiên cứu cùng với Vit.C: các hợp chất glucozơ, fructozơ, sucrozơ, lactozơ,

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

saccarozơ; các axit thường xuất hiện trong trái cây như axit xitric, axit oxalic, axit malic, axit tactric; các muối natri clorua, canxi clorua; các chất có thể xuất hiện trong thuốc tổng hợp như axit benzoic, axit salixilic, axetaminophen,…không gây ảnh hưởng đến kết quả đo ở mức sai số ± 5% khi hàm lượng của chúng gấp 200 lần lượng axit ascobic

Trong điều kiện thí nghiệm đó, tác giả và cộng sự đã xây dựng được đường chuẩn tuyến tính đến hàm lượng Vit.C đến 5 (tương ứng 5ppm, khoảng 3.10-5

mol/L), và giới hạn phát hiện tới 0,02 g/mL (20ppm, khoảng 10-7

mol/L) Ứng dụng xác định Vit.C trong thuốc viên và thuốc nước chứa Vit.C, nước ép hoa quả, các loại rượu hoa quả cho kết quả tốt

Chen, Xu-wei và các cộng sự đã nghiên cứu quy trình xác định Vit.C bằng phương pháp tiêm mẫu vào dòng chảy kết nối với detectơ đo quang Trên cơ sử dụng Fe(III) làm chất oxi hóa ascobic, sản phẩm Fe (II) sinh ra tạo phức màu với 2,2’-đipiridin trong môi trường axit yếu (pH = 5), kết quả

đo A ở = 523 nm sẽ tỷ lệ thuận với lượng axit ascobic trong mẫu Ưu điểm của phương pháp này là khả năng tự động hóa, cho phép xác định 60 mẫu thuốc/giờ

Trong khi đó, Yebra-Biurrun và cộng sự lại sử dụng pemanganat làm chất oxi hóa axit ascobic, dùng kỹ thuật FIA và đầu ghi AAS để xác định hàm lượng Mn(VII) còn dư, Mn(II) tạo ra sẽ được giữa trên lớp nhựa poly (axit aminophotphoric) sẽ không gây ảnh hưởng đến kết quả xác định Mn(VII) dư Theo báo cho biết thì giới hạn phát hiện chỉ khoảng 0,06 mg/mL (khoảng 60 ppm, 3,5.10-4

mol/L) Tuy nhiên, điều này không quan trọng lắm, vì hàm lượng Vit.C trong mẫu phân tích thường lớn Nhưng quy trình phân tích này cho phép xác định tự động 90 mẫu/h, có khả năng ứng dụng trong các phòng phân tích của các nhà máy

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Việc tăng độ nhạy xác định Vit.C đạt được khi sử dụng các phản ứng quang hóa mà axit ascobic có tác dụng xúc tác cho quá trình chuyển mức năng lượng Dựa trên phản ứng quang hóa của Rodamin B và Ceri(IV) trong môi trường axit sunfuric, quy trình cho phép xác định Vit.C tới 10-13

mol/L, đường chuẩn tuyến tính trong khoảng 3,8.10-13

đến 10-10 mol/L

Vit.C có khả năng phản ứng với nhiều chất oxi hóa khác nhau, do vậy các tài liệu nghiên cứu xác định hàm lượng Vit.C bằng phương pháp quang học rất phong phú và đa dạng Tuy nhiên, không tránh khỏi một phần Vit.C

có thể phản ứng với oxi không khí hay các chất khử khác cũng có thể phản ứng với các chất oxi hóa đó

1.2.2.2 Nhóm các phương pháp phân tích điện hóa

1.2.2.2.1 Sơ lược về phương pháp von-ampe

• Nguyên tắc của phương pháp

Phương pháp phân tích von-ampe (cực phổ) là phương pháp quan trọng nhất trong số các phương pháp phân tích điện hóa Phương pháp này đều dựa trên lý thuyết về quá trình điện cực, phụ thuộc chủ yếu vào việc đưa chất điện hoạt từ trong lòng dung dịch đến bề mặt điện cực làm việc và ghi đường von-ampe (đường biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng điện Faraday vào giá trị thế của điện cực làm việc so với điện cực so sánh)

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Hình 1.1: Sơ đồ thiết bị phân tích von-ampe

• Điện cực làm việc:

Trong các phương pháp phân tích von-ampe, điện cực làm việc thường dùng là: điện cực giọt Hg, điện cực rắn làm từ Platin, vàng, bạc hoặc cacbon kính

Phương pháp phân tích cực phổ sử dụng điện cực giọt Hg, hay dùng là điện cực giọt treo (HMDE), điện cực giọt rơi (DME), và điện cực giọt tĩnh (SMDE) Điện cực là giọt Hg lỏng hình cầu có đường kính khá nhỏ (≤ 1mm), được rơi ra từ một mao quản có chiều dài khoảng 10-15cm, với đường kính trong khoảng 30-50 , mao quản được nối với bình chứa Hg bằng một ống dẫn nhỏ polietilen

Trong điện cực giọt rơi, giọt Hg liên tục được hình thành ở đầu ống mao quản và rơi ra do lực hấp dẫn, kích thước và chu kỳ (hay tốc độ chảy) của giọt Hg được điều khiển bởi kích thước mao quản và chiều cao của bình chứa Hg Tốc độ đó được quy ước tính bằng khối lượng Hg rơi khỏi mao quản trong một đơn vị thời gian (theo mg/s) Thông thường người ta chọn kích thước mao quản và chiều cao bình chứa sao cho tốc độ chảy khoảng 1,5

÷ 4,0 mg/s Chu kỳ mỗi giọt khoảng từ 2-6s

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Trong điện cực giọt treo (thường dùng trong phân tích von-ampe hòa tan và von-ampe vòng), giọt Hg có kích thước nhỏ, có thể thay đổi được tùy theo yêu cầu thực nghiệm Giọt được hình thành rất nhanh và được giữa ở đầu mao quản trong quá trình đo

Ưu điểm của điện cực giọt Hg

- Khoảng thế phân tích rộng, quá thế H2 trên điện cực giọt Hg lớn Vì vậy, mở rộng khoảng thế phân tích đến -1V (so với điện cực calomen bão hòa) trong môi trường axit và đến -2V trong môi trường bazơ Tuy nhiên, do

có quá trình oxi hóa của Hg lỏng nên điện cực chỉ được sử dụng đến -0,3V hoặc 0,4V (so với điện cực calomen bão hòa) tùy môi trường

- Bề mặt giọt luôn được đổi mới và không bị làm bẩn bởi sản phẩm của phản ứng điện cực

- Với các điện cực hiện đại, giọt Hg được điều khiển bởi hệ thống van khí Do vậy độ lặp lại của giọt cao, tăng độ lặp, độ đúng và độ chính xác khi phân tích

- Kích thước giọt nhỏ nên lượng chất tiêu tốn khi phân tích là không đáng kể Do đó, sự giảm nồng độ trong quá trình phân tích do sự oxi hóa khử trên điện cực thực tế là không xảy ra

độ phân giải không cao cũng như có dòng dư lớn Do đó, hạn chế độ nhạy

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

của phương pháp chỉ xác định được 10-5

M, và khả năng xác định nhiều chất cùng trong một hỗn hợp là khó khăn, độ chọn lọc kém.(Hình 1.2)

- Với kỹ thuật quét thế, kỹ thuật ghi dòng điện hiện đại đã khắc phục được nhược điểm đó, đồng nghĩa với tăng độ nhạy lên rất nhiều Có thể kể đến

+ Cực phổ sóng vuông (SqW)

+ Cực phổ dòng xoay chiều hình sin (AC)

+ Cực phổ xung thường và xung vi phân (NP và DP)

+ Các phương pháp von ampe trên điện cực đĩa quay

+ Phân tích điện hóa hòa tan

- Với độ nhạy đối với

+ Cực phổ cổ điển (DC) 10-4 – 10-6 M

+ Cực phổ sóng vuông và xung vi phân 10-6 – 10-8 M

+ Von ampe hòa tan anot điện cực giọt Hg treo 10-6 – 10-9 M

+ Von ampe hòa tan anot dùng cực màng Hg 10-6 - 10-10 M trên cực rắn đĩa

Có thể thấy các phương pháp phân tích điện hóa rất phong phú và đa dạng Phạm vi đối tượng nghiên cứu rộng, cả hợp chất vô cơ và hàng nghìn hợp chất hữu cơ các loại Trong đó, Vit.C là một trong những hợp chất hữu

cơ được nghiên cứu ứng dụng xác định theo nhiều cách khác nhau dưới lý thuyết của các phương pháp phân tích điện hóa

1.2.2.2.2 Ứng dụng các phương pháp phân tích điện hóa xác định Vit.C

Phương pháp phân tích điện hóa được dùng chủ yếu là phương pháp phân tích cực phổ (von-ampe) Trong đó, việc sử dụng điện cực thủy ngân đặc biệt là có sự hỗ trợ của thiết bị điện tử, kết nối với máy tính, tăng độ nhạy và độ chính xác của phép phân tích lên rất nhiều Đồng thời quy trình

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

cho phép phân tích nhanh, không cần xử lý mẫu phức tạp, tránh được sự mất mát Vit.C do sự oxi hóa của không khí

Trước năm 1950, phương pháp cực phổ cổ điển đã được xác định hàm lượng Vit C trong nhiều mẫu thuốc, rau, quả Nhiều công trình nghiên cứu

đã tìm được điều kiện thích hợp cho phép xác định Vit.C Tuy nhiên, do giới hạn của phương pháp cực phổ cổ điển, mà việc định lượng Vit.C vẫn bị gây cản trở bởi một số chất có thể khử gần với thế khử của axit ascobic Các hợp chất sunfuhydryl thường có mặt trong các mô thực vật là một trong số đó Vì vậy, đối tượng phân tích còn hạn chế

Gần đây, các kỹ thuật quét thế, và ghi dòng được hỗ trợ bởi các thiết bị điện tử hiện đại, những máy điện hóa đa chức năng ra đời và rất phổ biến ở các phòng thí ngiệm Những nhược điểm đó đã được khắc phục, nhưng không nhiều công trình nghiên cứu xác định Vit.C trực tiếp trên điện cực giọt thủy ngân mà một số nghiên cứu đi theo hướng chế tạo điện cực biến tính, điện cực sinh học Chủ yếu là tạo màng sinh học, hay màng polyme, các loại màng được chế tạo đều có khả năng hoạt động điện học với axit ascobic

Theo tác giả, thì sự xuất hiện của ion Cu2+

có mặt trong các enzym trong vỏ quả dưa chuột, và các loại quả khác, cũng như các ion Cu2+

, Ni2+được tạo trên bề mặt màng polyme là tác nhân oxi hóa axit ascobic Tín hiệu

đo được tỷ lệ thuận với hàm lượng axit ascobic trong mẫu phân tích Các chất khác có mặt trong mẫu đều không ảnh hưởng đến phép phân tích Giới hạn phát hiện theo những nghiên cứu này đạt được lớn nhất là 2,5.10-7

M Khả năng tự động hóa tăng lên, cho phép xác định 120 mẫu/h Tuy nhiên, tuổi thọ của các điện cực này ngắn, do trong quá trình phân tích, axit ascobic đã khử các ion kim loại trên bề mặt điện cực Để duy trì điện cực người ta thường cho thêm vào hỗn hợp phản ứng một chất oxi hóa để tái tạo

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

các ion trên bề mặt, Julio Cesar đã dùng H2O2 là chất oxi hóa giúp tái tạo ion

Cu2+ từ ion Cu+, là sản phẩm của các phản ứng điện cực với axit ascobic

Quay trở lại điện cực giọt Hg, ngoài nhược điểm duy nhất là tính độc của Hg thì nó vẫn là điện cực tối ưu trong phương pháp cực phổ xác định các chất hữu cơ Tuy nhiên, các hãng sản xuất đã khắc phục tối đa nhược điểm này, kích thước hạt nhỏ (đường kính < 1mm), nếu sử dụng giọt treo thì khối lượng Hg cho một phép đo là không đáng kể, có thể thu hồi được Ví dụ một giọt Hg ở thiết bị phân tích điện hóa đa năng VA757 của Metrohm có điện tích bề mặt từ 0,15 đến 0,6

Thế của axit ascobic trên điện cực Hg, trong điều kiện nền thích hợp, (so với điện cực Calomen bão hòa) cách khá xa thế khử của các ion kim loại cũng như các vitamin và các hợp chất khác Các vitamin A, D, B1, B2, B6,

B12, Bc đều có sóng cực phổ ở khoảng thế âm, từ khoảng -0,3V của vitamin

B2 trong nền đệm Britton–Robinson pH =1,81 đến -2,01V của vitamin D2

trong nền H2O: dioxan 1:9, TBAOHO 1M, còn thế của Vit.C là +0,23V trong nền axetat 0,05M pH = 3, NaNO3 0,01M Thêm nữa, dùng kĩ thuật xung vi phân (DDP), giúp cho việc xác định vị trí và chiều cao píc của Vit.C một cách rõ ràng và chính xác Điều này có nghĩa là có khả năng xác định trực tiếp Vit.C trên điện cực giọt Hg mà không cần xử lý mẫu để loại những chất nền ảnh hưởng đến bản chất hóa học của phương pháp Quy trình nhanh, chính xác, khả năng phân tích hàng loạt là có thể đạt được Vì vậy, tôi chọn

sử dụng điện cực giọt thủy ngân treo trong phân tích Vit.C

1.2.2.2.3 Phương pháp cực phổ xung vi phân

Phương pháp cực phổ xung vi phân là phương pháp phân tích điện hóa hiện đại, được cải tiến cả về kỹ thuật quét thế và kỹ thuật ghi dòng, khắc

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

phục được đa số nhược điểm của phương pháp cực phổ cổ điển và phương pháp xung thường

Trong phương pháp xung vi phân, điện cực được phân cực bằng một điện áp một chiều biến thế tuyến tính với tốc độ chậm Ghi dòng tại hai thời điểm trước khi nạp xung và trước khi ngắt xung Đường biểu diễn sự khác nhau giữa hai dòng này vào thế điện cực có dạng píc, rất dễ xác định, có độ phân giải cao Do vậy, mà phương pháp xung vi phân giảm tối đa dòng dư, một hạn chế của cực phổ cổ điển (hình 1.2)

Sự phụ thuộc dòng cực đại trong cực phổ xung vi phân vào các thông

số của quá trình đo cực phổ được tính toán lý thuyết cho hệ thức sau:

(1.3) Biên độ xung

: Hằng số khí T: Nhiệt độ Kelvin : Thế bán sóng

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Tại thế đỉnh píc, P = 1 thì phương trình (1.1) còn lại là:

(1.4) (1.5) Bán chiều rộng của píc được xác định bởi công thức:

(1.6)

Do vậy, khi tăng biên độ xung thì theo phương trình (1.4) dòng i tăng lên nhưng đồng thời bán chiều rộng píc cũng tăng theo (1.6), do đó giảm độ phân giải của phương pháp Trong trường hợp biên độ xung đủ nhỏ ( < 20/n mV) thì bán chiều rộng được tính bởi công thức (1.7)

ở 25°C (1.7)

Vì vậy để đạt giá trị dòng lớn đồng thời đủ nhỏ, thường đặt biên

độ xung khoảng từ 10 đến 100 mV

Hình 1.2 so sánh sự giống nhau và khác nhau về kỹ thuật biến đổi thế

và kỹ thuật ghi dòng giữa các phương pháp cực phổ cổ điển (DC), cực phổ xung thường (NP) và cực phổ xung vi phân (DP) Thấy rõ ưu điểm của phương pháp cực phổ xung vi phân từ việc phân tích sóng cực phổ có dạng píc là tăng độ nhạy, tăng độ phân giải, độ chọn lọc

Qua phân tích một số đặc điểm của Vit.C và nhận thấy ưu điểm của phương pháp cực phổ tôi tiến hành thực nghiệm Mục đích là tìm ra điều kiện tối ưu xác định Vit.C theo phương pháp này một cách phù hợp với điều kiện thiết bị phòng thí nghiệm của Việt Nam và ứng dụng xác định Vit.C trong các đối tượng thực tế

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

Hình 1.2: Sơ đồ biễu diễn sự biến thiên thế theo thời gian và dạng sóng

cực phổ trong một số phương pháp

a, Thế biến thiên trong thời gian đo cực phổ DP: Cực phổ xung vi phân

b, Thế biến thiên trong 1 chu kỳ giọt, (▪: thời điểm ghi dòng)

c, Sóng cực phổ DC: Cực phổ cổ điển NP: Cực phổ xung thường

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM

2.1 Dụng cụ và hóa chất

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

2.1.1 Dụng cụ

Các dụng cụ thủy tinh, buret, pipet, bình định mức của Đức có độ chính xác cao, được ngâm rửa thường xuyên bằng hỗn hợp kali đicromat và axit sunfuric đặc 98%

2.1.2 Thiết bị, máy móc

• Máy phân tích điện hóa đa chức năng 757VA Computrace, Metrohm

- Điện cực làm việc: điện cực giọt Hg

- Điện cực so sánh: điện cực Ag/AgCl

- Điện cực phù trợ: điện cực Pt

• Máy pH meter Precisa 900, Thụy Sĩ

• Cân phân tích STARTORIUS ( độ chính xác ± 0,2 mg)

• Xử lý số liệu trên máy tính, dùng chương trình Excel

2.1.3 Hóa chất

• Axit ascobic

• Axit axetic băng

• Natri axetat, natri clorua, NaH2PO4.2H2O, K2HPO4.3H2O

• Axit pecloric, axit oxalic, axit tactric, axit citric

Các hóa chất đều thuộc loại tinh khiết phân tích (PA)

Các dung dịch nghiên cứu đều được pha từ lượng cân chính xác hóa chất chuẩn bằng bình định mức đã được kiểm tra độ chính xác thể tích

2.2 Các vấn đề nghiên cứu

2.2.1 Nghiên cứu cơ bản

Trong bản khóa luận này, tôi tập trung nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định Vit.C trên cơ sở thiết bị, máy móc, hóa chất, môi trường phòng thí

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

nghiệm ở Việt Nam Mục đích là xác định Vit.C trong các đối tượng thực tế một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả

Bảng 2.1: Chương trình ghi sóng cực phổ của Vit.C

Thời gian đuổi khí ban đầu 90s

Thời gian khuấy sau khi cho mẫu 3s

Thời gian cân bằng trước khi quét thế 10s

2.2.1.1 Khảo sát tính chất cực phổ của Vit.C trong một số nền

Xét phương trình cho của axit ascobic

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

O

O

OH O

CH2OH OH

Axit ascobic Axit dehidroascobic

+ 2H+ + 2e

-Trong phương trình trên, có sự góp mặt của H+

Vì vậy nồng độ H+ảnh hưởng nhiều đến hoạt tính cực phổ của axit ascobic Tôi chọn điều kiện ghi tín hiệu cực phổ của axit ascobic trong các nền đệm, nhằm duy trì pH ổn định trong suốt quá trình đo Theo tài liệu nghiên cứu, ba loại đệm hay được dùng trong phân tích các chất hữu cơ bằng phương pháp cực phổ là đệm xitrat + hidrophotphat, đệm axetat và đệm photphat Tôi tiến hành ghi sóng cực phổ của axit ascobic trong ba nền như trên

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

- Trộn hai dung dịch theo thể tích

pH V dd ax.axetic 0,2M (mL) V dd natri axetat

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

cực phổ của Vit.C tương ứng Nhận xét chất lượng píc của Vit.C trong các nền đệm khác nhau

2.2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của oxi hòa tan

Đo đường cực phổ của dung dịch chứa Vit.C 2mg/L trong đệm axetat 0,2M, thời gian đuổi khí lần lượt 3s, 30s, 60s, 120s, 150s Chọn thời gian đuổi khí khi píc của Vit.C đã ổn định

2.2.1.3 Khảo sát pH của nền axetat

Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến píc của Vit.C, tôi chuẩn bị một dãy dung dịch đệm axetat 0,1M có pH khác nhau, bằng cách trộn hai dung dịch axit axetic 0,1M và natri axetat 0,1M theo tỷ lệ thể tích (9,5:0,5), (8:2), (5:5), (2:8), (0,5:9,5), đo pH của các dung dịch đo trên máy pH meter

Tiến hành ghi đường cực phổ của Vit.C ở 3 nồng độ 1, 2, 3 mg/L trong các nền đã chuẩn bị Lặp lại 2 lần Chọn nền axetat có pH thích hợp cho các phép đo tiếp sau

2.2.1.4 Khảo sát nồng độ nền axetat

Để loại trừ dòng điện chuyển, nồng độ chất điện ly trơ trong dung dịch phải lớn hơn nồng độ chất nghiên cứu khoảng 50 lần, khoảng nồng độ chất phân tích đo bằng cực phổ tốt nhất theo tài liệu là 10-5

÷ 10-4 M, vậy nồng độ chất điện ly trơ nên lớn hơn hoặc bằng 0,01M tương đương nồng độ nền axetat (5:5) là 0,02 M Tuy nhiên, thực tế nghiên cứu cho thấy cần nồng độ nền lớn hơn Vì vậy, tôi tiến hành khảo sát píc của Vit.C trong các dung dịch nền có nồng độ khác nhau như sau:

• Chuẩn bị dung dịch đệm axetat

- Dung dịch đệm axetat 1M (CH3COOH 0,5M; CH3COONa 0,5M): Cân 20,5075 g natri axetat cho vào bình định mức 500 mL, thêm nước cất hai lần, hòa tan hoàn toàn, thêm 18,75 mL axit axetic băng, định mức đến vạch

Dương Phương Thảo K32 C – Hoá học

- Pha loãng dung dịch đệm axetat 1M bằng nước cất hai lần để được các dung dịch đệm có nồng độ 0,5M; 0,2M; 0,1M; 0,05M; 0,01M; 0,005M

• Tiến hành đo đường cường độ cực phổ của Vit.C trong các nền trên

ở 3 khoảng nồng độ 5, 10, 15 mg/L ( 2,8; 5,6; 8,4.10-5

M), đo lặp 2 lần, lấy giá trị trung bình

Chọn nồng độ tối ưu

2.2.1.5 Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính

Xây dựng đường chuẩn theo phương pháp hồi quy tuyến tính, từ đó chọn được khoảng nồng độ tối ưu, tại đó chiều cao sóng cực phổ của Vit.C phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nó

Các giá trị cho trong bảng 2.2

Bảng 2.2: Bảng số liệu xây dựng đường chuẩn theo

phương pháp hồi quy tuyến tính