Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von ampe hòa tan sử dụng điện cực biến tính (tt)

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Trần Minh Trí NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON – AMPE HÒA TAN SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH Chuyên ngành: Hóa phân tích

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Trần Minh Trí

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON – AMPE HÒA TAN

SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HẢI PHONG

\

Thừa Thiên Huế, 2017

Demo Version - Select.Pdf SDK

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và các kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn

là trung thực, đƣợc các đồng tác giả cho phép sử dụng và chƣa đƣợc công bố trong bất kì một công trình nào khác

Tác giả

Trần Minh Trí

Demo Version - Select.Pdf SDK

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH 6

DANH MỤC BẢNG 8

MỞ ĐẦU 10

1 Lý do chọn đề tài 10

2 Mục đích nghiên cứu 11

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11

4 Phương pháp nghiên cứu 11

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 12

6 Cấu trúc của luận văn 12

Chương 1 TỔNG QUAN 14

1.1 GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP VON – AMPE HÒA TAN ANOT 14

1.1.1 Nguyên tắc 14

1.1.2 Các kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan anot 15

1.2 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU GRAPHEN 18

1.2.1 Vật liệu graphen 18

1.2.2 Các phương pháp tổng hợp graphen oxide dạng khử 19

1.3 SƠ LƯỢC VỀ PARACETAMOL (PAR) 22

1.3.1 Giới thiệu về paracetamol 22

1.3.2 Ảnh hưởng của PAR đến sức khỏe con người 23

1.3.3 Các phương pháp xác định PAR 23

1.4 SƠ LƯỢC VỀ AXIT ASCORBIC 24

1.4.1 Giới thiệu về axit ascorbic 24

1.4.2 Ảnh hưởng của axit ascorbic đến sức khỏe con người 25

1.4.3 Một số phương pháp xác định AA 25

1.5 SƠ LƯỢC VỀ CAFEIN 26

1.5.1 Giớ i thiê ̣u về cafein 26

1.5.2 Tác động của CAF đối với cơ thể người 27

Demo Version - Select.Pdf SDK

1.5.3 Các phương pháp xác định CAF 27

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 29

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.2.1 Chuẩn bị điện cực làm việc 30

2.2.2 Phương pháp phân tích điện hóa 30

2.2.3 Phương pháp thống kê 31

2.3 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 31

2.3.1 Thiết bị và dụng cụ 31

2.3.2 Hóa chất 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐIỆN HÓA CỦA CÁC LOẠI ĐIỆN CỰC 34

3.1.1 Lựa chọn điện cực làm việc 34

3.1.2 Lựa chọn nguồn vật liệu GO 36

3.1.3 Lựa chọn số vòng quét khử GO thành RGO 38

3.2 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍN HIỆU HÒA TAN 40

3.2.1 Nghiên cứu dung môi phân tán vật liệu GO 40

3.2.2 Khảo sát lượng vật liệu biến tính 42

3.2.3 Khảo sát pH 44

3.2.4 Khảo sát tốc độ quét 48

3.3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT VON-AMPE XUNG VI PHÂN 52

3.3.1 Ảnh hưởng của thế làm giàu 52

3.3.2 Khảo sát thời gian làm giàu 53

3.3.3 Khảo sát biên độ xung 55

3.3.4 Tốc độ quét 56

3.4 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHƯƠNG PHÁP 58

3.4.1 Độ lặp lại của dòng đỉnh hòa tan 58

3.4.2 Khoảng tuyến tính 59

3.4.3 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 63

3.5 PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ 64

3.5.1 Lý lịch mẫu và tiến trình phân tích 64

3.5.2 Phân tích mẫu thuốc và đánh giá độ đúng của phương pháp phân tích 65

Demo Version - Select.Pdf SDK

KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

Demo Version - Select.Pdf SDK

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

5 Dung dịch đệm photphat Phosphate buffer solution PBS

6 Dung dịch đệm

8 Điện cực than thủy tinh Glassy carbon electrode GCE

10 Độ lệch chuẩn tương đối Relative Standard Deviation RSD

16 Sắc kí lỏng hiệu năng cao High performance liquid

Demo Version - Select.Pdf SDK

20 Thời gian làm giàu Accumulation time tAcc

22 Von-ampe hòa tan anot Anodic Stripping Voltammetry ASV

Demo Version - Select.Pdf SDK

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sự biến thiên thế theo thời gian (a) và đường von-ampe hoà tan trong

phương pháp DP – ASV (b) 16

Hình 1.2 Graphen cấu trúc cơ bản (2D) và các vật liệu cacbon khác (0D, 1D và 3D) 18

Hình 1.3 Các liên kết của nguyên tử cacbon trong mạng graphen 19

Hình 1.4 Sơ đồ tổng hợp hợp graphen theo phương pháp điện hóa 21

Hình 1.5 Cấu trúc phân tử paracetamol 22

Hình 1.6 Cấu trúc phân tử axit ascorbic 24

Hình 1.7 Các đồng phân thường gặp của CAF 26

Hình 2.1 Sơ đồ tiến trình thí nghiệm theo phương pháp von-ampe vòng CV 30

Hình 2.2 Sơ đồ tiến trình thí nghiệm theo phương pháp von-ampe hòa tan anot xung vi phân 31

Hình 3.1 Các đường CV của AA (a), PAR (b) và CAF (c) sử dụng điện cực ERGO/GCE 35

Hình 3.2 Các đường CV (a) và DP-ASV (b) của AA, PAR và CAF sử dụng các loại điện cực khác nhau 36

Hình 3.3 Cường độ dòng đỉnh và độ lệch chuẩn của AA, PAR và CAF sử dụng các loại điện cực khác nhau theo phương pháp DP-ASV 36

Hình 3.4 Đường hòa tan CV (a) và DP-ASV (b) của AA, PAR và CAF với nguồn vật liệu khác nhau 37

Hình 3.5 Cường độ dòng đỉnh và độ lệch chuẩn của AA, PAR và CAF với nguồn vật liệu khác nhau trong phương pháp DP-ASV 38

Hình 3.6 Các đường CV khử GO thành RGO 38

Hình 3.7 Các đường von-ampe vòng (a) và cường độ dòng đỉnh (b) tại các số vòng quét khác nhau 39

Hình 3.8 Cường độ dòng đỉnh (Ip,TB) đối với các loại dung môi khác nhau trong phương pháp von-ampe vòng 41

Hình 3.9 Các đường von-ampe vòng đối với các loại dung môi khác nhau (a) và khoảng cách giữa các đỉnh hòa tan của AA và PAR (b) 42

Hình 3.10 Các đường von-ampe vòng của các lượng vật liệu khác nhau 43

Hình 3.11 Cường độ dòng đỉnh (a) và khả năng tách peak của AA và PAR (b) với lượng vật liệu khác nhau 43

Demo Version - Select.Pdf SDK

Hình 3.12 Cường độ dòng đỉnh (a) và các đường von-ampe vòng (b) tại các pH khác

nhau 45

Hình 3.13 Đường hồi quy tuyến tính thể hiện mối tương quan giữa Ep và pH 46

Hình 3.14 Các đường von-ampe vòng ở các tốc độ quét khác nhau 48

Hình 3.15 Các đường hồi quy tuyến tính biểu diễn mối tương quan giữa Ip và v½ 49

Hình 3.16 Các đường hồi quy tuyến tính biểu diễn mối tương quan giữa Ep và ln(ʋ) 50

Hình 3.17 Các đường hồi quy phi tuyến biểu diễn mối tương quan giữa Ep và v 52

Hình 3.18 Sự biến đô ̣ng của Ip (a) và khoảng cách thế của đỉnh AA và PAR (b) 53

Hình 3.19 Các đường DP -ASV (a) và đườ ng biểu diễn bi ến động của IP (b) với các thời gian làm giàu khác nhau 54

Hình 3.20 Các đường DP -ASV (a) và khoảng cách thế giữa tín hiệu AA và PAR (b) tại các biên độ xung khác nhau 56

Hình 3.21 Các đường DP-ASV (a) và đườ ng biểu diễn bi ến động của IP (b) ở các tốc độ quét khác nhau 57

Hình 3.22 Các đường DP-ASV ở ba nồng độ AA, PAR và CAF với ba thí nghiệm khác nhau (TN1, TN2 và TN3) 59

Hình 3.23 Các đường DP-ASV tương ứng với thí nghiệm 1 (A), thí nghiệm 2 (B), thí nghiệm 3 (C) và các phương trình hồi quy tuyến tính giữa tín hiệu và nồng độ của các chất tương ứng AA (D), PAR (E), CAF (F) 61

Hình 3.24 Các đường DP-ASV của AA, PAR và CAF ở các nồng độ thêm chuẩn đồng thời khác nhau (A), Các đường hồi quy tuyến tính biểu diễn mối tương quan giữa IP và nồng độ của AA, PAR và CAF (B) 63

Hình 3.25 Các đường DP-ASV của ba mẫu thuốc viên nén Panadol Extra; Hapacol Extra và Tatanol sau các lần thêm chuẩn 66

Demo Version - Select.Pdf SDK

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Các thông số cố định ban đầu trong phương pháp von-ampe vòng dùng để

khử GO thành RGO 33

Bảng 3.2 Các thông số cố định ban đầu trong phương pháp von-ampe vòng dùng để

nghiên cứu đặc tính điện hóa của điện cực 34

Bảng 3.3 Các thông số cố định ban đầu trong phương pháp von-ampe hòa tan anot

xung vi phân 34

Bảng3.4 Giá trị Ip,TBvà RSD tại các số vòng quét khác nhau 39

Bảng 3.5 Giá trị Ip,TB và độ lệch chuẩn tương đối với các loại dung môi theo phương pháp von-ampe vòng 41

Bảng 3.6 Giá trị Ip,TB và độ lệch chuẩn tương đối tương ứng với lượng vật liệu theo

phương pháp von-ampe vòng 42

Bảng 3.7 Giá trị Ip,TB và RSD tại các pH khác nhau theo phương pháp CV 44

Bảng 3.8 Giá trị Ep,TB và RSD tại các pH quét khác nhau theo phương pháp von-ampe vòng CV 45

Bảng 3.9 Giá trị Ip,TB và RSD ở các tốc độ quét khác nhau theo phương pháp CV 49

Bảng 3.10 Giá trị Ep,TB và RSD ở các tốc độ quét khác nhau theo phương pháp CV 50

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của thế làm giàu đ ến tín hiệu chất phân tích theo phương pháp

DP-ASV 53

Bảng 3.12 Ảnh hưởng thời gian làm giàu đến tín hiê ̣u ch ất phân tích theo phương pháp DP-ASV 54

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của biên độ xung đến tín hiệu dòng hòa tan theo phương pháp

DP-ASV 55

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của tốc độ quét thế đến tín hiệu ch ất phân tích theo phương pháp

DPV 57

Bảng 3.15 Các điều kiện thích hợp để xác định AA , PAR, CAF bằng phương pháp DP -ASV sử du ̣ng điê ̣n cực biến tính ERGO/GCE 58

Bảng 3.16 Các giá trị Ip,TB, SD, RSD khi đo lặp la ̣i ở 3 nồng độ khác nhau theo phương pháp DP-ASV 59

Bảng 3.17 Giá trị Ip,TB của AA, PAR và CAF ở các nồng đô ̣ thêm chuẩn riêng lẻ khác nhau theo phương pháp DP-ASV 60

Demo Version - Select.Pdf SDK

Bảng 3.18 Giá trị Ip,TB của AA, PAR và CAF ở các nồng đô ̣ thêm chuẩn đồng thời khác nhau theo phương pháp DP-ASV 62

Bảng 3.19 LOD, LOQ của phương pháp DP-ASV sử du ̣ng điện cực biến tính

ERGO/GCE 64

Bảng 3.20 Lý lịch các mẫu thuốc viên nén trên th ị trường Thừa Thiên Huế 64 Bảng 3.21 Kết quả xác định hàm lượng PAR và CAF trong ba mẫu thuốc viên nén 66 Bảng 3.22 Kết quả đánh giá độ đúng của phương pháp DP-ASV so với phương pháp HPLC khi phân tích PAR và CAF trong các mẫu thuốc viên nén 67

Bảng 3.23 Các giá trị chuẩn student đối với ba loại thuốc 68

Demo Version - Select.Pdf SDK

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Paracetamol, axit ascorbic, cafein là những hợp chất hữu cơ thường gặp trong thành phần môt số loại thuốc giảm đau, hạ sốt phổ biến trên thị trương hiện nay Ngoài tác dụng giảm đau, hạ sốt, những hợp chất này còn có những tác dụng phụ khác, nếu sử dụng quá liều lượng thì nguy cơ xảy ra các biến chứng, thậm chí nguy hiểm đến tính mạng con người Vì vậy, để xác định hàm lượng các hợp chất hữu cơ này trong dược phẩm, đòi hỏi phải phát triển và hoàn thiện các phương pháp phân tích có độ nhạy, độ chọn lọc cao và giới hạn phát hiện thấp Nhiều phương pháp phân tích đa tính năng đã ra đời và được ứng dụng rộng rãi như phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis), sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC), sắc kí khí ghép khối phổ (GC-MS) và phân tích điện hóa Tuy nhiên, các phương pháp UV-Vis, HPLC và GC-MS lại bộc lộ nhiều hạn chế, đặc biệt là chi phí thiết bị và chi phí phân tích rất cao, trong khi đó phương pháp phân tích bằng điện hóa mà điển hình là các phương pháp von-ampe hoà tan (SV) mang lại nhiều ưu điểm như: độ nhạy, độ chính xác, tính chọn lọc cao và giới hạn phát hiện thấp, đặc biệt là chi phí thiết bị và chi phí phân tích rẻ và do đó, rất thích hợp cho việc phân tích trực tiếp một số hợp chất hữu cơ Trong phương pháp SV, hướng nghiên cứu phát triển cực làm việc đã và đang được các nhà khoa học rất quan tâm, đặc biệt là điện cực biến tính với vật liệu có kích thước nano

Vật liệu graphene và graphene oxide có nhiều ưu điểm song cũng tồn tại nhiều điểm hạn chế Chính vì vậy, việc sử dụng vật liệu graphene oxide dạng khử (Reduced Graphene Oxide – RGO) đã mở ra một hướng phát triển điện cực biến tính nhằm thay thế cho các loại điện cực làm việc truyền thống như điện cực giọt thủy ngân treo và màng thủy ngân, là những loại điện cực gây ra sự ô nhiễm đối với môi trường Để có được vật liệu RGO, có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau Trong đó phương pháp khử bằng điện hóa (Electrochemically Reduced Graphene Oxide – ERGO) có nhiều ưu điểm nổi trội so với các phương pháp khác

Demo Version - Select.Pdf SDK

Trong những năm gần đây, số lượng các công trình nghiên cứu xác định các chất hữu cơ tăng lên khá nhanh chóng với việc sử dụng ERGO để biến tính điện cực

và áp dụng trong các đối tượng mẫu khác nhau

- Thứ nhất là trong mẫu sinh học như nước tiểu và huyết thanh;

- Thứ hai là trong môi trường nước;

- Thứ ba là trong các mẫu dược phẩm và thực phẩm

Xuất phát từ các vấn đề nêu trên cho thấy rằng việc xác định các hợp chất hữu

cơ bằng phương pháp SV sử dụng điện cực biến tính bằng ERGO là thân thiện với môi trường và là một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực phân tích điện hóa trong nước cũng như trên thế giới Đồng thời nó có tính khả thi cao trong các phòng thí nghiệm ở Việt Nam được trang bị thiết bị phân tích điện hóa đa chức năng Đó là lý

do chọn đề tài luâ ̣n văn : “Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-ampe hòa tan sử dụng điện cực biến tính”

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo điện cực làm việc bằng cách biến tính điện cực glassy carbon bằng graphen oxit dạng khử

Xây dựng quy trình phân tích để xác định một số hợp chất hữu cơ trong các mẫu thuốc viên nén, như: cafeine (CAF), ascorbic axit (AA) và paracetamol (PAR) bằng phương pháp SV sử dụng điện cực biến tính được chế tạo

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo điện cực biến tính cho phương pháp von-ampe nhằm xác định CAF, AA, PAR trong một số mẫu dược phẩm

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp von-ampe vòng (CV) được sử dụng nhằm nghiên cứu đặc tính của CAF, AA, PAR trên điện cực biến tính;

- Phương pháp von-ampe hòa tan anot dùng kỹ thuật xung vi phân nhằm nghiên cứu xác định CAF, AA, PAR trên điện cực biến tính;

Demo Version - Select.Pdf SDK

- Phương pháp thống kê để xử lý số liệu và đánh giá độ tin cậy của phương

pháp

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển điện cực làm việc (WE) trong

phương pháp SV và nghiên cứu quy trình xác định CAF, AA và PAR

- Ý nghĩa thực tiễn: Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để phân tích CAF, AA, PAR trong mẫu thuốc viên nén, từ đó làm cơ sở để có thể phân tích trong các mẫu

sinh học khác của con người

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được chia thành các chương sau:

- Chương 1 Tổng quan

+ Giới thiệu về phương pháp von-ampe hòa tan anot: nguyên tắc, các kỹ thuật

ghi đường von-ampe hòa tan anot và các loại điện cực sử dụng trong phương pháp

von-ampe;

+ Tổng quan về graphen oxide và graphen oxide dạng khử

+ Giới thiệu về CAF, AA, PAR

- Chương 2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

+ Nội dung nghiên cứu: Khảo sát các đặc tính von-ampe hòa tan của CAF,

AA, PAR trên điện cực biến tính; khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến tín hiệu

hòa tan của CAF, AA, PAR để áp dụng phân tích một số mẫu thuốc viên nén;

+ Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp von-ampe vòng, phương

pháp von-ampe hòa tan anot dùng kỹ thuật xung vi phân và phương pháp thống kê

xử lý số liệu

- Chương 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận

+ Kết quả khảo sát đặc tính điện hóa của các loại điện cực

+ Kết quả khảo sát các yếu tố lên quá trình tạo màng

Demo Version - Select.Pdf SDK