NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH PHÂN TÍCH ĐẠM VÀ MELAMINE TRONG THỨC ĂN GIA SÚC VINA 7 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG VUÔNG QUÉT NHANH TRÊN CỰC GIỌT CHẬM

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH PHÂN TÍCH ĐẠM VÀ MELAMINE TRONG THỨC ĂN GIA SÚC VINA 7 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG VUÔNG QUÉT NHANH TRÊN CỰC GIỌT CHẬM Tác giả VÕ HỮU THỊNH Khóa luận được đệ trình để đáp

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH PHÂN TÍCH ĐẠM VÀ MELAMINE TRONG THỨC ĂN GIA SÚC VINA 7 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG

VUÔNG QUÉT NHANH TRÊN CỰC GIỌT CHẬM

Tác giả

VÕ HỮU THỊNH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng kỹ sư ngành Công nghệ Hóa học

Giáo viên hướng dẫn:

TS Nguyễn Trọng Giao

TS Phan Phước Hiền

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Hóa học đã truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như những kinh nghiệm vô giá trong suốt quá trình học tập

Em xin chân thành cảm ơn:

Tiến Sĩ Nguyễn Trọng Giao, Chuyên viên Khoa học cao cấp, Trung tâm Nhiệt Đới Việt - Nga, Chi nhánh phía Nam

Tiến Sĩ Cù Thành Sơn, Phó phòng Phân tích hóa lý, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng

Tiến Sĩ Phan Phước Hiền, Giảng viên Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM

Đã tận tình giúp đỡ, tạo tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá thực hiện bài luận văn này

Cuối cùng em xin gửi lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô

Tp.HCM, tháng 8 năm 2009 Sinh viên thực hiện

Võ Hữu Thịnh

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu: “ Nghiên cứu quy trình phân tích đạm và melamine trong thức

ăn gia súc Vina 7 bằng phương pháp sóng vuông quét nhanh trên cực giọt chậm” Đề tài được thực hiện tại Viện Khoa học Vật liệu & Ứng dụng Thời gian thực hiện thí nghiệm 01/03/09 đến 15/08/09

Kết quả thu được:

Quy trình phân tích đạm trong thức ăn gia súc bằng phương pháp sóng vuông quét nhanh trên cực giọt chậm

Tính chất điện hóa của melamine

MỤC LỤC

Trang tựa Trang i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Summary iv

Mục lục v

Danh sách từ viết tắt vii

Danh sách hình viii

Danh sách bảng x

Chương 1: MỞ ĐẦU 1 U 1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.1 Tầm quan trọng của protein (đạm) 1

1.1.2 Hiện trạng melamine trong thực phẩm 1

1.1.3 Melamine trong thức ăn gia súc 2

1.2 Mục đích đề tài 2

1.2.1 Phân tích tổng hàm lượng đạm có trong thức ăn gia súc 2

1.2.2 Phân tích hàm lượng melamine có trong thức ăn gia súc 2

1.2.3 Kết luận hàm lượng đạm hấp thu có trong thức ăn gia súc 3

1.3 Nội dung đề tài 3

1.3.1 Khảo sát lựa chọn dung dịch nền cho chuẩn đạm và melamine 3

1.3.2 Xây dựng đường chuẩn đạm và melamine 3

1.3.3 Tối ưu hóa các điều kiện hoạt động của máy 4

1.3.4 Chuẩn bị và xử lý mẫu 5

1.3.5 Xác định hàm lượng protein thô 6

1.3.6 Kiểm tra so sánh hàm lượng protein thô bằng phương pháp Kendan 6

1.3.7 Yêu cầu 7

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 8 U 2.1 Đạm (protein) 8

2.1.1 Định nghĩa 8

2.1.2 Các bậc cấu trúc của protein 8

2.1.3 Chức năng của protein 10

2.1.4 Sự biến tính của protein 12

2.2 Melamine 12

2.2.1 Melamine 12

2.2.2 Tổng hợp 13

2.2.3 Ứng dụng 13

2.2.4 Độc tính 13

2.3 Tiêu chuẩn melamine 14

2.4 Các phương pháp phân tích đạm và melamine 14

2.4.1 Phương pháp phân tích đạm 14

2.4.2 Phương pháp phân tích melamine 16

2.5 Phương pháp VA (voltamatery) 17

2.5.1.2 Phương trình Ilcovich 19

2.5.1.3 Ý nghĩa 20

2.5.2 Các loại cực phổ trong phương pháp VA (voltamatery): 20

2.5.2.1 Cực phổ cổ điển 20

2.5.2.2 Cực phổ xung vi phân 22

2.5.2.3 Cực phổ sóng vuông 23

2.5.2.4 Kỹ thuật stripping 27

2.5.3 Máy ANALYZER SQF-505: 29

2.5.3.1 Lĩnh vực áp dụng 34

2.5.3.2 Khả năng phân tích 35

2.5.3.3 Những ưu điểm của máy: 35

Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 42

3.1 Phân tích hàm lượng đạm tổng 42

3.1.1 Nguyên tắc 42

3.1.2 Hóa chất 42

3.1.3 Thiết bị 42

3.1.4 Các bước thực hiện thí nghiệm 43

3.1.4.1 Pha dung dịch 43

3.1.4.2 khảo sát 44

3.1.4.3 Đường chuẩn đạm (amoni sulfat) (NH4)2SO4 53

3.1.4.4 Tiến hành 54

3.1.4.5 Kết quả phân tích nitơ tổng trên máy SQF-505: 55

3.1.5 Tính kết quả 59

3.2 Phân tích hàm lượng melamine 60

3.2.1 Nguyên tắc 60

3.2.2 Hóa chất 60

3.2.3 Thiết bị 60

3.2.4 Các bước thực hiện thí nghiệm 61

3.2.4.1 Pha dung dịch 61

3.2.4.2 Tiến hành 62

3.2.4.3 Đường chuẩn melamine 74

Chương 4: KẾT LUẬN - BÀN LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

4.1 Đạm tổng 75

4.1.1 Kết luận 75

4.1.1.1 Các điều kiện phân tích và thông số chạy máy 75

4.1.1.2 Quy trình phân tích 75

4.1.2 Bàn luận 77

4.2 Melamine 77

4.2.1 Kết luận 77

4.2.2 Bàn luận 78

4.3 Kiến nghị 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

AAS: Atomic Absorption Spectrometry: Phổ hấp thu nghuyên tử

AFS: Automic Fluorescence spectrometry: Phổ huỳnh quang nguyên tử

UV: Ultraviolet: Phổ hấp thu bức xạ

MS: Mass Spectrum: Khối phổ

GC: Gas Chromatography: Sắc ký khí

HPLC: High Pressure Liquid Chromatography: Sắc ký lỏng cao áp

VA: Voltamatery

LoD: Limit of Detection: Giới hạn phát hiện

LD50: Limit of exposure dose producing 50% mortality:

Liều lượng gây chết 50% động vật thí nghiệm

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Các dạng cấu trúc của protein 10

Hình 2.2 Melamine kết hợp với axit cyanuric tạo thành melamin cyanurate 14

Hình 2.3 Sơ đồ qui trình phân tích của máy sắc ký lỏng cao áp 17

Hình 2.4 Điện thế theo thời gian trong cực phổ cổ điển 21

Hình 2.5 Dạng tính hiệu ghi nhận của cực phổ cổ điển 21

Hình 2.6 Cách đặt thế trong cực phổ xung vi phân 22

Hình 2.7 Đồ thị tính hiệu cực phổ cổ điển (A), cực phổ xung vi phân (B) 23

Hình 2.8 Cách đặt thế trong cực phổ sóng vuông cổ điển 25

Hình 2.9 Cách đặt thế trong cực phổ sóng vuông trên cực giọt tĩnh 25

Hình 2.10 Cách đặt thế trong cực phổ sóng vuông trên cực giọt chậm 26

Hình 2.11 Đồ thị cực phổ sóng vuông; cùng dòng (A), ngược dòng (B), dòng thực (C) 27

Hình 2.12 Nguyên tắc stripping anode 28

Hình 2.13 Chu kỳ sống của một giọt thủy ngân 31

Hình 2.14 Điện cực calomen bảo hòa 32

Hình 2.15 Tế bào cực phổ với ba điện cực 33

Hình 2.16 Máy phân tích đa năng SQF-505 33

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của (NH4)2SO4 vào giá trị pH 44

Hình 3.2 Phổ peak của amoni sulfat ứng với pH = 3,5 và pH = 4,0 (ứng với mỗi giá trị pH thực hiện phép đo cường độ dòng 3 lần) 45

Hình 3.3 Phổ peak amoni sulfat ứng với các tỷ lệ NaAc : HCHO khác nhau 46

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của (NH4)2SO4 vào tỷ lệ NaAc : HCHO 47

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của (NH4)2SO4 vào nồng độ NaAc 48

Hình 3.6 Phổ peak amoni sulfat ứng với các chiều quét khác nhau 48

Hình 3.7 Phổ peak amoni sulfat ứng với các bước thế khác nhau 49

Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của (NH4)2SO4 vào bước thế 50

Hình 3.9 Phổ peak amoni sulfat ứng với các biên độ xung khác nhau 50

Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của (NH4)2SO4 vào biên độ xung 51

Hình 3.11 Phổ peak amoni sulfat ứng với thời gian rơi khác nhau 52

Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của (NH4)2SO4 vào thời gian rơi 52

Hình 3.13 Kết quả các phép đo và đường chuẩn đạm (amoni sulfat) (NH4)2SO4 53

Hình 3.14 Kết quả vô cơ hóa mẫu - pha loãng - chuẩn độ 55

Hình 3.15 Kết quả phân tích nồng độ nitơ tổng trên mẫu thứ I ( lần 1) 56

Hình 3.16 Kết quả phân tích nồng độ nitơ tổng trên mẫu thứ I ( lần 2) 56

Hình 3.17 Kết quả phân tích nồng độ nitơ tổng trên mẫu thứ I ( lần 3) 57

Hình 3.18 Kết quả phân tích nồng độ nitơ tổng trên mẫu thứ II ( lần 1) 57

Hình 3.19 Kết quả phân tích nồng độ nitơ tổng trên mẫu thứ II ( lần 2) 58

Hình 3.20 Kết quả phân tích nồng độ nitơ tổng trên mẫu thứ II ( lần 3) 58

Hình 3.21 Phổ peak melamine trên các loại dung dịch nền khác nhau 62

Hình 3.22 Phổ peak của melamine trên nền NaAc với độ pH khác nhau 63

Hình 3.23 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của melamine vào độ pH 63

Hình 3.24 Phổ peak của melamine ứng với các nồng độ dung dịch khác nhau 64

Hình 3.25 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của melamine vào nồng độ dung dịch nền 65

Hình 3.26 Phổ peak của melamine trên nền NaAc 1,5M với chế độ quét khác nhau 66

Hình 3.27 Phổ peak của melamine trên nền NaAc 1,5M với khi quét xuôi và quét ngược 66

Hình 3.28 Phổ peak của melamine trên nền NaAc 1,5M với các giá trị Vstep khác nhau 67

Hình 3.29 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của melamine vào bước thế 68

Hình 3.30 Phổ peak của melamine trên nền NaAc 1,5M với các giá trị Vpulse (mV) khác nhau 69

Hình 3.31 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của melamine vào biên độ xung 69

Hình 3.32 Phổ peak của melamine trên nền NaAc 1,5M với các giá trị Tdrop (ms) khác nhau 70

Hình 3.33 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của melamine vào thời gian rơi 70

Hình 3.34 Phổ peak của melamine trên nền NaAc 1,5M với các giá trị thế tích góp (mV) khác nhau 71

Hình 3.35 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của melamine vào thế tích góp 72

Hình 3.36 Phổ peak của melamine trên nền NaAc 1,5M với các giá trị thời gian tích góp (s) khác nhau 73

Hình 3.37 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng của melamine vào thời gian tích góp 73

Hình 3.38 Kết quả các phép đo và đường chuẩn Melamine 74

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Chức năng của các nhóm protein 10 Bảng 2.2 Các ion kim loại điển hình được phân tích bằng phương pháp cực

phổ sóng vuông 36 Bảng 2.3 Các hợp chất hữu cơ được phân tích bằng cực phổ sóng vuông 38 Bảng 3.1 cường độ dòng (nA) sau 3 lần đo ứng với các giá trị pH khác

nhau 44 Bảng 3.2 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của amoni sulfat

vào tỷ lệ NaAc : HCHO 46 Bảng 3.4 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của amoni sulfat

vào chiều quét 49 Bảng 3.5 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của amoni sulfat

vào bước thế 49 Bảng 3.6 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của amoni sulfat

vào biên độ xung 51 Bảng 3.7 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của amoni sulfat

vào thời gian rơi 52 Bảng 3.8 Kết quả phân tích nồng độ nitơ tổng (ppm) trên mẫu thức ăn sau

khi phá mẫu 55 Bảng 3.9 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của melamine với

độ pH 63 Bảng 3.10 Sự phụ thuộc của cường độ dòng và thế bán sóng vào nồng độ

dung dịch nền 64 Bảng 3.11 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của melamine chế

độ quét 66 Bảng 3.12 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của melamine khi

quét xuôi và quét ngược 66 Bảng 3.13 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của melamine với

bước thế 67 Bảng 3.14 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của melamine với

biên độ xung 69 Bảng 3.15 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của melamine với

thời gian rơi 70 Bảng 3.16 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của melamine với

thế tích góp 71 Bảng 3.17 Sự phụ thuộc cường độ dòng và thế bán sóng của melamine với

thời gian tích góp 73

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

1.1.1 Tầm quan trọng của protein (đạm)

Protein là hợp chất hữu cơ đặt biệt quan trọng với cơ thể sống của chúng ta

Nó cung cấp cho cơ thể từ 10% - 15% năng lượng sống và là hợp chất cần thiết

để cơ thể sinh trưởng và phát triển

Các loại Protein đơn giản chỉ gồm các axit amin còn các loại Protein phức tạp

hơn có liên kết thêm với các nhóm bổ sung Protein chiếm tới trên 50% khối

lượng khô của tế bào và là vật liệu cấu trúc của tế bào

Protein là thành phần không thể thiếu được của mọi cơ thể sống Chúng đóng

vai trò cốt lõi của cấu trúc nhân, của mọi bào quan, đặc biệt là hệ màng sinh học

có tính chọn lọc cao

1.1.2 Hiện trạng melamine trong thực phẩm

Trong thời gian qua, melamine được biết đến như là một chất độc có liên

quan đến việc gây bệnh sạn thận cho người, và các ảnh hưởng khác đến sức khỏe

con người đang được nghiên cứu thêm

Việc thêm Melamine vào sữa do nhà sản xuất có dụng ý làm tăng hàm lượng

protein biểu kiến trong sữa vì melamine vốn có hàm lượng nitơ cao Đây là vấn

đề liên quan việc: “chạy theo lợi nhuận mà bỏ quên đạo đức”

Nhiều năm qua, melamine được cho vào sữa làm cho sữa và hàng loạt sản

phẩm từ sữa đều bị nhiễm melamine, gây ảnh hưởng sức khỏe cho con người

trong một thời gian dài

Thực sự đây mánh khóe lừa gạt do sự giới hạn của các công cụ phân tích cũ,

như phương pháp Kendan (Kjeldahl) và Dumas không chính xác

1.1.3 Melamine trong thức ăn gia súc

Melamine trong thức ăn gia súc cũng không phải là trường hợp ngoại lệ Để

đánh lừa hàm lượng đạm có trong thức ăn gia súc người ta đã bổ xung thêm

melamine từ khâu nguyên liệu (bánh dầu, bột bắp, bột mì hoặc bột cá…) hoặc

trong quy trình chế biến

Các phương pháp phân tích hiện đại như: Sắc ký lỏng cao áp (HPLC), sắc ký

lỏng kết hợp với khối phổ (LC/MS)… đủ điều kiện để phân tích dư lượng

melamine, tuy nhiên để phân tích và đưa ra kết quả phải mất một thời gian khá

lâu, không kịp thời giải quyết nhanh chóng vấn đề

Như vậy, melamine là một vấn nạn nóng bỏng và bức xúc hiện nay Với mục

đích xác định hàm lượng đạm thực và melamine trong thức ăn gia súc nhanh

chóng - kịp thời và chính xác Được sự phân công của Bộ Môn Công Nghệ Hoá

Học, được sự hướng dẫn của:

TS Nguyễn Trọng Giao; TS Phan Phước Hiền

Chúng tôi thực hiện đề tài: “Xây dựng quy trình phân tích đạm và melamine

trong thức ăn gia súc súc VINA 7 bằng phương pháp sóng vuông quét nhanh trên

cực giọt chậm”

1.2 Mục đích đề tài

1.2.1 Phân tích tổng hàm lượng đạm có trong thức ăn gia súc

Từ quá trình vô cơ hóa mẫu, bằng cách sử dụng máy phân tích “ANALYZER

SQF-505” với phương pháp sóng vuông quét nhanh trên cực giọt chậm, ta xác

định hàm lượng đạm tổng (đạm biểu kiến) gồm có đạm thực (đạm hấp thu) và

đạm không hấp thu (như melamine) ở trong mẫu thức ăn gia súc

1.2.2 Phân tích hàm lượng melamine có trong thức ăn gia súc

Xác định hàm lượng melamine trên mẫu thực bằng máy “ANALYZER

SQF-505”, đồng thời được kiểm nghiệm lại và so sánh bằng phương pháp phân tích

sắc ký lỏng cao áp

1.2.3 Kết luận hàm lượng đạm hấp thu có trong thức ăn gia súc

Sau khi đã có kết quả từ hai quá trình phân tích: Phân tích tổng hàm lượng

đạm và melamine có trong thức ăn gia súc Từ đó, ta xác định được hàm lượng

đạm hấp thu thực tế có trong mẫu thức ăn gia súc hiện nay

1.3 Nội dung đề tài

1.3.1 Khảo sát lựa chọn dung dịch nền cho chuẩn đạm (NH 4 ) 2 SO 4 và

melamine

Lựa chọn được dung dịch nền thích hợp có một vai trò rất quan trọng trong

phân tích điện hóa

Bằng cách pha chế và sử dụng lần lượt các dung môi khác nhau, với nồng độ

và độ pH khác nhau, với mục đích nhằm bắt tính hiệu từ thế bán sóng của chuẩn

đạm và melamine

Dung dịch nền lựa chọn theo các yêu cầu sau:

- Hòa tan được chất cần phân tích

- Cho sóng chất cần phân tích rõ

- Không làm hỏng chất cần phân tích

Từ đó, chọn ra dung dịch nền thích hợp (nồng độ và pH tối ưu) để tiến hành

quá trình xây dựng đường chẩn và phân tích mẫu

1.3.2 Xây dựng đường chuẩn đạm và melamine

Khi đã có dung dịch nền thích hợp, ta thực hiện:

Pha các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau

Thực hiện phép đo chuẩn trên máy phân tích

Các chuẩn có nồng độ khác nhau sẽ có tính hiệu dòng khác nhau Từ đó, ta

dựng được đường chuẩn ngay trên máy

1.3.3 Tối ưu hóa các điều kiện hoạt động của máy

- Giới hạn thế cho quá trình ghi phổ gồm:

Vstart: Thông thường chọn trước giá trị đỉnh thế khoảng 300 mV để chân

sóng đủ rõ

Vstop: Thông thường chọn sau giá trị đỉnh thế khoảng 300 mV để chân sóng

đủ rõ

Sao cho, các peak xuất hiện rõ ở giữa vùng quét của thế, điều này làm cho

phổ đồ cân đối và đẹp hơn

- Bước quét thế một chiều (Vstep):

Ta có thể chọn các giá trị: 2; 4; 6; 8; 10 mV, tùy vào từng trường hợp quét mà

ta chọn bước quét thế cho phù hợp:

Khi quét khảo sát sơ bộ, quét toàn thang, nên chọn chế độ 8 hoặc 10mV Nếu

chúng ta chọn giá trị nhỏ (2 hoặc 4 mV) trong quá trình ghi phổ, giọt sẽ rơi

trước điểm kết thúc và không thu được phổ mong muốn

Trong nhiều trường hợp tốc độ quét cũng ảnh hưởng ít nhiều tới chiều cao

sóng, nhất là khi có hiện tượng hấp thụ xảy ra trong quá trình quét thế

- Biên độ xung vuông (Vpulse):

Ta có thể chọn các giá trị 10; 20; 30; 40 mV Biên độ xung càng lớn sóng

càng cao nhưng độ phân giải lại giảm xuống Chọn xung quá lớn sóng có thể

tù, độ phân giải sẽ kém đi Thông thường hay chạy chế độ 20, 30mV

- Thời điểm bắt đầu quét thế trong đời sống một giọt thủy ngân (time-drop):

Ta có thể cài đặt các giá trị 1000; 2000; 3000; 4000; 5000 ms (miligiây)

Giá trị này thể hiện thời điểm bắt đầu ghi sóng kể từ thời điểm hình thành một

giọt thủy ngân mới

Để ghi toàn phổ ta nên chọn giá trị 1000 hay 1500 ms , để trong quá trình ghi

giọt không bị rơi

Giá trị Time-drop càng lớn sóng càng lớn vì được ghi ở vùng giọt lớn, cường

độ dòng qua cực làm việc càng cao Khi định lượng ta thường chọn các giá trị

3000, 4000 hay 5000 ms để độ nhạy được nâng cao

- Lựa chọn chiều quét thế:

Việc phối hợp giữa Vstart, Vstop hợp lý tạo ra sự quét thuận (tăng thế dần

theo chiều âm) hay quét ngược (tăng thế dần theo chiều dương) Thay đổi

chiều quét ảnh hưởng rất nhiều tới dạng sóng, đặc biệt là với các chất hữu cơ

Với các kim loại nặng phản ứng điện hóa xảy ra thuận nghịch và sự hấp phụ

không ảnh hưởng nhiều thì việc đổi chiều quét ít ảnh hưởng tới sóng Với

nhiều chất hữu cơ khi đổi chiều quét có thể làm sóng đẹp hơn, nhạy hơn hay

ngược lại Có những trường hợp phân tích các chất hữu cơ, khi đổi chiều quét

có thể làm mất sóng hoàn toàn hay làm xụất hiện một sóng rất đẹp

Sự thay đổi chiều quét, thay đổi dung dịch nền là một kỹ thuật rất đơn giản và

hiệu quả trong phân tích định tính và định lượng Bằng thủ thuật này người ta

có thể loại trừ sự ảnh hưởng của một số chất cản trở và làm cho sóng của chất

cần phân tích cao hơn, đẹp hơn Ví dụ khi phân tích vitamin C trong các nước

ép hoa quả, sóng oxy hòa tan và sóng của một số chất khác có mặt trong nước

ép hóa quả có thể ảnh hưởng khá nhiều tới sóng vitamin C khi quét xuôi,

nhưng khi quét ngược sóng vitamin C sẽ cao lên, còn các sóng khác lại giảm

xuống [1]

1.3.4 Chuẩn bị và xử lý mẫu

Việc lấy mẫu, chuẩn bị mẫu là một khâu rất quan trọng trong toàn bộ quy

trình phân tích Kết quả phân tích đúng hay sai phụ thuộc rất nhiều vào giai

đoạn này

Sau khi lấy mẫu thức ăn gia súc từ thị trường, ta cần phải xử lý một số

bước sau để phân tích hàm lượng đạm tổng có trong mẫu:

Vô cơ hóa một lượng mẫu nhỏ bằng phương pháp Kendan trong các ống

nghiệm, trung hòa, thêm đệm pH axit nhẹ có chứa formaldehit và đem đo

1.3.5 Xác định hàm lượng protein thô

Thực hiện vô cơ hóa mẫu, rồi thực hiện phép đo trên máy phân tích

ANALYZER SQF-505

Ta có thế xác định hàm lượng đạm trong mẫu thức ăn gia súc bằng phương

pháp nội chuẩn hoặc phương pháp thêm chuẩn

Phương pháp nội chuẩn:

- Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau

- Thực hiện đo các mẫu chuẩn

- Xây dựng đường chuẩn (thể hiện mối quan hệ giữa dòng và nồng độ)

- Bằng cách đo dòng của mẫu ta xác định được nồng độ thông qua đường

chuẩn

Phương pháp thêm chuẩn:

- Đo dòng của mẫu chưa biết nồng độ

- Thêm chuẩn có thể tích xác định, ở các nồng độ xác định khác nhau, đồng

thời thực hiện phép đo dòng

- Dựa vào các số liệu thực nghiệm, ta suy ra lại nồng độ của mẫu

1.3.6 Kiểm tra so sánh hàm lượng protein thô bằng phương pháp Kendan

(Kjeldahl)

Chuẩn bị mẫu và gửi đến trung tâm phân tích, protein thô trong mẫu sẽ được

định lượng bằng phương pháp Kendan (Kjeldahl) Phương pháp này chỉ có ý

nghĩa dùng để kiểm tra lại hàm lượng protein thô trong mẫu

- Sau khi có kết quả từ trung tâm phân tích, ta rút ra nhận xét và đưa ra kết luận

hàm lượng protein thô có trong mẫu thức ăn gia súc Đồng thời đánh giá độ

nhanh - nhạy và chính xác của máy phân tích ANALYZER SQF-505

1.3.7 Yêu cầu

- Chọn ra được chất nền phù hợp để phân tích đạm và melamine

- Xây dựng được đường chuẩn đạm và melamine

- Chọn được điều kiện cháy máy tốt nhất

- Xác định được hàm lượng đạm trong thức ăn gia súc

- Cho thấy được khả năng nhanh và nhạy của phương pháp phân tích

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Đạm (protein)

2.1.1 Định nghĩa:

Protein (Protit hay Đạm) là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc

đa phân mà các đơn phân là axít amin Chúng kết hợp với nhau thành một mạch

dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide) Các chuỗi này có thể xoắn

cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác

nhau của protein

Theo quan điểm hóa học thì protein là một lớp chất hữu cơ rất lớn, có hai đặc

điểm quan trọng:

Trong thành phần cấu tạo luôn có nitrogen (N) với tỷ lệ ổn định ≈ 16%

Có trọng lượng phân tử rất cao, nên gọi là đại phân tử protein [5]

2.1.2 Các bậc cấu trúc của protein:

Người ta phân biệt ra 4 bậc cấu trúc của protein

Cấu trúc bậc một:

Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên chuỗi

polypepetide Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của axit amin thứ nhất và

cuối mạch là nhóm cacboxyl của axit amin cuối cùng Cấu trúc bậc một của

protein thực chất là trình tự sắp xếp của các axit amin trên chuỗi polypeptide

Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các axit amin

trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi

polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính

chất cũng như vai trò của protein Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit

amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein

Cấu trúc bậc hai:

Là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian Chuỗi

polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α và

cấu trúc nếp gấp β, được cố định bởi các liên kết hyđro giữa những axit amin ở

gần nhau Các protein sợi như keratin, Collagen (có trong lông, tóc, móng,

sừng) gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein cầu có nhiều nếp gấp β hơn

Cấu trúc bậc ba:

Các xoắn α và phiến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành từng búi có

hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein Cấu trúc không gian này có vai

trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein Cấu trúc này lại đặc

biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide Chẳng hạn

nhóm -R của cystein có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của prolin

cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay

những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì

chui vào bên trong phân tử Các liên kết yếu hơn như liên kết hyđro hay điện

hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu

Cấu trúc bậc bốn:

Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc

bậc bốn của protein Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu

như liên kết hyđro

Hình 2.1 Các dạng cấu trúc của protein [Nguồn: http://www.yellowtang.org/images/levels_of_protein_s_c_la_784.jpg]

2.1.3 Chức năng của protein:

Bảng 2.1 Chức năng của các nhóm protein

Collagen và Elastin tạo nên cấu trúc sợi rất bền của mô liên kết, dây chẳng, gân Keratin tạo nên cấu trúc chắc của da, lông, móng Protein tơ nhện, tơ tằm tạo nên độ bền vững của tơ nhện, vỏ kén

Protein Enzyme

Xúc tác sinh học:

tăng nhanh, chọn lọc các phản ứng sinh

Các Enzyme thủy phân trong dạ dày phân giải thức ăn, Enzyme Amylase trong nước bọt phân giải tinh bột

hóa chín, Enzyme Pepsin phân giải

Protein, Enzyme Lipase phân giải Lipid

Protein vận động

Tham gia vào chức năng vận động của tế bào và cơ thể

Actinin, Myosin có vai trò vận động

cơ Tubulin có vai trò vận động lông, roi của các sinh vật đơn bào

Protein thụ quan

Cảm nhận, đáp ứng các kích thích của môi trường

Thụ quan màng của tế bào thần kinh khác tiết ra (chất trung gian thần kinh) và truyền tín hiệu

dưỡng

Albumin lòng trắng trứng là nguồn cung cấp axit amin cho phôi phát triển Casein trong sữa mẹ là nguồn cung cấp Acid Amin cho con Trong hạt cây có chứa nguồn protein dự trữ cần cho hạt nảy mầm

2.1.4 Sự biến tính của protein:

Khái niệm sự biến tính:

Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý như tia cực tím, sóng siêu âm, khuấy cơ

học hay tác nhân hóa học như axit, kiềm mạnh, muối kim loại nặng, các cấu

trúc bậc hai, ba và bậc bốn của protein bị biến đổi nhưng không phá vỡ cấu trúc

bậc một của nó, kèm theo đó là sự thay đổi các tính chất của protein so với ban

đầu Đó là hiện tượng biến tính protein Sau khi bị biến tính, protein thường thu

Melamine là một bazơ hữu cơ ít tan trong nước có công thức hóa học là

C3H6N6, danh pháp theo IUPAC là 1,3,5-triazine-2,4,6-triamine

Về thuật ngữ, theo tiếng Đức từ Melamine xuất phát từ hai thuật ngữ hóa học

kết hợp lại đó là Melam (là một sản phẩm dẫn xuất sau khi chưng cất amoni

thiocyanat) và Amin

Melamine là trime của cyanamid, giống như cyanamid, phân tử của chúng

chứa 66% nitơ theo khối lượng

Melamine được chuyển hóa từ cyromazine trong cơ thể của động thực vật

Melamine kết hợp với axit cyanuric tạo thành melamine cyanurat

2.2.2 Tổng hợp:

Melamine được Liebig tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1834 Đầu tiên canxi

cyanamid được chuyển thành dicyandiamid sau đó đun nóng đến trên nhiệt độ

nóng chảy để tạo thành melamine Tuy nhiên, hiện nay các quy trình sản xuất

melamine trong công nghiệp đều dùng urê theo phương trình phản ứng sau:

Phản ứng được diễn giải theo hai bước sau

Đầu tiên urê phân hủy tạo thành axit cyanic và ammoni, đây là phản ứng thu

Melamin khi phản ứng với formaldehit tạo thành keo melamin Khi trộn lẫn

với một số nhựa, chúng tạo thành hỗn hợp có khả năng chống cháy do khi cháy

chúng giải phóng ra một lượng khí nitơ

Vào thập niên 1950 và 1960, melamine từng được sử dụng như là phân bón vì

nó hàm chứa lượng protein khá cao, nhưng khi đưa vào ứng dụng thì thất bại

2.2.4 Độc tính:

Hiện có ít nghiên cứu về độ độc của melamine gây ra với con người Các

nghiên cứu ở động vật cho thấy rằng LD50 của melamine ở chuột > 3000 mg/kg

Bản thân Melamine có độc tính thấp, nhưng khi chúng kết hợp với axit cyanuric

sẽ gây nên sỏi thận do tạo thành hợp chất không tan melamin cyanurat

kết hợp với axit cyanuric tạo thành melamin cyanurate

Hình 2.2 Melamine

[Nguồn: http://www.thehealthculture.com/img/melamine-cyanurate.gif]

Ăn melamine có thể dẫn đến tác hại về sinh sản, sỏi bàng quang hoặc suy thận

và sỏi thận, có thể gây ung thư bàng quang [7]

2.3 Tiêu chuẩn melamine

Bộ Y tế đã chấp nhận ngưỡng melamine trong thực phẩm dành cho trẻ em

dưới 36 tháng tuổi không vượt quá 1mg/kg thực phẩm (1 ppm) [8]

Bộ NN&PTNT đã chấp nhận ngưỡng 2,5mg/kg trong nguyên liệu và thức ăn

chăn nuôi (2,5ppm) [9]

2.4 Các phương pháp phân tích đạm và melamine

2.4.1 Phương pháp phân tích đạm [10]

Định lượng Protein bằng phương pháp Lowry

+ Nguyên tắc: Dựa vào phản ứng màu của protein và thuốc thử Folin, cường

độ màu của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ protein, và dựa vào đường

chuẩn của protein, có thể tính được hàm lượng protein của mẫu nghiên cứu

Định lượng Protein bằng phương pháp Coomassie Brilliant Blue G – 250

+ Nguyên tắc: Phương pháp này dựa vào sự thay đổi màu xảy ra khi

Coomassie Brilliant Blue G – 250 liên kết với protein trong dung dịch axit

Dạng proton hoá của thuốc nhuộm Coomassie Blue có màu đỏ da cam

Thuốc nhuộm liên kết chặt chẽ với các protein, tương tác với cả nhóm kỵ

nước và các nhóm mang điện tích dương trên phân tử protein Trong môi

trường của các gốc mang điện tích dương, sự proton hoá không xảy ra và có

màu xanh xuất hiện

Định lượng Protein bằng phương pháp quang phổ

+ Nguyên tắc: Phát hiện và đo protein: Phương pháp đơn giản nhất để đo

nồng độ protein trong dung dịch là độ hấp thụ tia cực tím của nó Nếu

protein tinh sạch thì nồng độ tuyệt đối của nó được tính theo giá trị được đo

Nếu protein không tinh sạch thì nồng độ của protein tổng số được tính tương

đối từ độ hấp phụ

Định lượng Protein bằng phương pháp Dumas

+ Nguyên tắc: Phương pháp đốt cháy Dumas để xác định protein thô Quy

trình dùng một thiết bị lò điện đun nóng mẫu phân tích lên đến 600oC trong

một lò phản ứng được bịt kín với sự hiện diện của oxy Hàm lượng nitơ của

khí đốt sau đó được đo bằng cách dùng máy dò dẫn nhiệt Mỗi lần xác định

chỉ cần khoảng 2 phút

Phương pháp Kendan:

Phương pháp phân tích Kendan phương pháp để xác định hàm lượng nitơ

có trong các chất vô cơ và hữu cơ, đã được phát triển hơn trăm năm qua bởi

Johan Kjeldahl

Mẫu protein (chứa nitơ dưới dạng hợp chất hữu cơ) được vô cơ hóa bởi

acid đậm đặc, có thể dùng acid sulfuric đặc hoặc acid nitri đặc Kết quả nhằm

thu muối amoni sulfat hoặc amoni nitrat Được biểu diễn bởi phương trình:

Protein + H SO → (NH ) SO + CO (g) + SO (g) + H (2.4)2 4 4 2 4 2 2 2

Tiếp theo đun muối amoni thu được bằng dung dịch xút nhằm để chuyển

gốc NH4 của muối amoni thành NH3 và thu lấy NH3 theo phương trinh:

(NH ) SO + 2NaOH → Na SO + 2H O(l) + 2NH (g)4 2 4 2 4 2 3 (2.5)

bằng acid boric theo phương trình:

2.4.2 Phương pháp phân tích melamine

Phương pháp sắc ký lỏng cao áp:

Nguyên tắc:

Dựa trên sự phân bố của chất tan giữa hai chất lỏng không trộn lẫn vào

nhau khi cho một chất lỏng di chuyển qua (pha động) qua chất lỏng đứng yên

(pha lỏng)

Thông thường pha tĩnh là dung môi phân cực, pha động thường là nước

hoặc dung môi hữu cơ Đôi khi pha tĩnh là những chất ít phân cực lúc đó pha

động phải là dung môi phân cực hữu cơ

HPLC dựa vào pha động ( dạng lỏng) để phân tách các thành phần trộn lẫn

vào nhau Những thành phần này đầu tiên được hoà tan vào trong dung môi

và sau đó dưới tác dụng của áp suất cao, chúng sẽ bị lôi kéo di chuyển qua cột

sắc ký Trong cột, hỗn hợp sẽ được phân tách thành những cấu tử của chúng

Sự tương tác giữa các chất tan với pha lỏng và pha tĩnh có thể phụ thuộc

vào chọn lựa khác nhau của dung môi và pha tĩnh, kết quả HPLC sẽ thu được

nhiều cấu tử khác nhau mà các kỹ thuật sắc ký khác không thực hiện được và

nó dễ dàng phân tách số lượng lớn các hoá chất trộn lẫn vào nhau

Qui trình phân tích của máy HPLC:

Hệ thống sử

lý dữ liệu

Hình 2.3 Sơ đồ qui trình phân tích của máy sắc ký lỏng cao áp

2.5 Phương pháp VA (voltamatery):

Hiện nay, yêu cầu phân tích hàm lượng các chất ở nồng độ rất nhỏ (phân tích

lượng vết) là rất phổ biến và cần thiết Tuy nhiên, các phương phân tích hóa học bị

giới hạn và chưa đáp ứng được Nên người ta chuyển sang chú trọng các phương

pháp vật lý như:

AAS (phổ hấp thu nghuyên tử), AFS (phổ huỳnh quang nguyên tử), UV (phổ hấp

thu bức xạ), MS (khối phổ), GC (sắc ký khí), HPLC (sắc ký lỏng cao áp), VA

(voltamatery)…

Voltamatery là một kỹ thuật điện hóa học tiêu biểu Nghiên cứu mối quan hệ

đường dòng - thế trong các quá trình oxy hóa khử ở điều kiện khác nhau Tính hiệu

dòng nhận được có mối quan hệ với thế sử dụng thông qua tế bào điện hóa Cực phổ

là một trong những phương pháp phân tích điện hóa tiêu biểu, mà ta có thế nghiên

cứu được các phản ứng oxy hóa khử trên điện cực giọt thủy ngân, diện tích của nó

chỉ vài milimet vuông Bằng các phép đo như vậy người ta thiết lập được thành phần

định tính và định lượng của các chất tác dụng [8]

Năm 1992, J Heyrovsk đã công bố công trình mô tả một phương pháp phân tích

điện hóa mới được gọi là phép phân tích cực phổ, chính nhờ phát minh này mà ông

đã được tặng giải thưởng khoa học cao quý - giải thưởng Nobel năm 1959

Sau hơn nữa thể kỷ từ thời điểm phát minh ra công trình này, phương pháp cực

phổ đã đặt cơ sở để phát triển phương pháp phân tích điện hóa

Trong bài diễn thuyết của Heyrovsky đã xem xét một trong các ưu điểm của

phương pháp cực phổ chính là khả năng phân tích dung dịch pha loãng đến 10-5M,

khi dùng các điện cực thủy ngân phân tích mẫu, thể tích của chúng nhỏ đến 0,05ml

và khả năng xác định được hầu hết các nguyên tố ở dạng này hay dạng khác và xác

định được hàng trăm hợp chất hữu cơ [2]

Phương pháp phân tích này được ứng dụng nhiều trong các nghành vô cơ, hóa lý

và hóa sinh cho những mục đích thông thường như nghiên cứu về quá trình oxi hóa

khử, quá trình hấp phụ và cơ chế vận chuyển điện tử đến các bề mặt điện cực Đây là

một công cụ quan trọng trong phân tích các ion vô cơ và các chất hữu cơ trong dung

dịch Phương pháp này ngày càng được cải tiến nhằm tăng độ nhạy, độ chọn lọc và

giảm giá thành nhắm mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp Hơn nữa khi kết

hợp phương pháp này với phương pháp sắc ký lỏng cao áp, nó trở thành một phương

pháp rất mạnh trong phân tích các chất phức tạp [15]

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại đặt biệt là máy tính điện tử,

vật liệu mới…phương pháp này lại tiếp tục được cải tiến và phát triển Nó được ứng

dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học, đồng thời có hàng trăm công trình

nghiên cứu được công bố dựa trên nền tản của phương pháp này

Ngày nay, người ta còn kết hợp phương pháp cực phổ với nhiều loại điện cực

siêu nhỏ, nhằm nghiên cứu các vấn đề liên quan đến đơn phân tử Các điện cực

tương tự được sử dụng để giám sát sự di truyền của các tế bào sống, kiểm tra động

lực chuyển động của các hạt điện tử…[7]

Voltammetry là kỹ thuật phân tích điện hóa dựa trên nghiên cứu quan hệ đường

dòng – thế khi tiến hành điện phân chất cần phân tích trong điều kiện đặc biệt, với

cách đặt thế và ghi dòng đặc biệt đặc trưng cho từng kỹ thuật

2.5.1 Cơ sở phương pháp phân tích VA (voltamatery):

2.5.1.1 Dòng điện khuếch tán cực phổ:

Chất điện hoạt được chuyển động đến bề mặt của điện cực theo cơ chế:

- Sự chuyển dịch của các phần tử chuyển dịch do có dòng điện đi qua

- Sự đối lưu gây ra bởi sự khuấy trộn dung dịch hay bởi gradient tỷ trọng,

nhiệt độ hoặc nồng độ

Phù hợp với mô hình đơn giản nhất của quá trình được khống chế bởi sự

khuếch tán, dòng điện quan sát được trực tiếp liên hệ với sự khác nhau giữa nồng

độ của phần tử điện hoạt trong thể tích dung dịch C và trên bề mặt của điện cực

C0 Do vậy có thể viết:

K: Là hệ số tỷ lệ Theo nguyên tắc thì thế của điện cực giọt thủy ngân xác định nồng độ bề mặt

(C0) của chất điện hoạt Như vậy, nồng độ bề mặt nhỏ đến mức (so sánh với nồng

độ trong thể tích dung dịch) mà hiệu số (C –C0) thực tế trở nên cân bằng C và

dòng điện đạt đến giá trị giới hạn được gọi là dòng khuếch tán, nó được ký hiệu id

Ứng dụng phân tích của phương pháp cực phổ có liên quan với sự phụ thuộc

trực tiếp giữa dòng khuếch tán và nồng độ của chất điện hoạt trong thể tích dung

dịch

2.5.1.2 Phương trình Ilcovich:

Do sự khuếch tán của chất điện hoạt đến giọt thủy ngân đang trưởng lớn trong

các điều kiện của phép đo cực phổ là một quá trình phức tạp Nên không có một

biểu thức toán học nào chính xác hoàn toàn đối với dòng điện khuếch tán Tuy

nhiên, một giả thuyết gần đúng dẫn đến phương trình IlcovichL:

1/2 2/3 1/6

m: Tốc độ chảy thủy ngân từ ống mao quản (mg/giây)

Phương trình này giải thích tốt ảnh hưởng của tất cả các biến cơ bản có liên

quan đến dòng điện khuếch tán [2]

2.5.1.3 Ý nghĩa:

Phương pháp phân tích cực phổ có ý nghĩa rất quan trọng như một phương

pháp phân tích nhanh nhạy nhờ có hai đặc tính của hai đường cong dòng điện -

thế hay của các cực phổ đồ nhận được nhờ điện cực giọt thủy ngân

Thứ nhất, ví trí của cực phổ đồ trên trục thế có thể chỉ ra chất nào đã tham gia

quá trình chuyển electron

Thứ hai, trong các điều kiện thực nghiệm dễ dàng thực hiện, trên giản đồ xuất

hiện dòng khuếch tán giới hạn mà giá trị của nó phụ thuộc vào nồng độ của chất

hoạt động điện [2]

2.5.2 Các loại cực phổ trong phương pháp VA (voltamatery):

2.5.2.1 Cực phổ cổ điển:

Cực phổ cổ điển hoạt động dựa trên nguyên tắt sự phụ thuộc cường độ dòng

với thế đặt vào khi điện phân dung dịch chất điện ly với điện cực làm việc có bề

mặt nhỏ

Hình 2.4 Điện thế theo thời gian trong cực phổ cổ điển

Hình 2.5 Dạng tính hiệu ghi nhận của cực phổ cổ điển

Ưu điểm:

Thời gian phân tích nhanh, chi phí thấp, giới hạn phát hiện 10-5 M

Trong nhiều trường hợp có thể xác định đồng thời 3-5 chất có trong cùng một

dung dịch

Nhược điểm:

Điện cực thủy ngân dể bị oxy hóa, nên không thể xác định được các chất có

thế bán sóng dương hơn thế bán bán sóng của Hg2+/Hg (+0,35 V)

2.5.2.2 Cực phổ xung vi phân

Kỹ thuật này cũng tương tự như cực phổ xung thông thường, điện thế quét

cũng là chuổi xung điện thế Có điều khác biệt với cực phổ xung thông thường là

xung điện thế được cố định với biên độ nhỏ (10-100mV) và những xung tiếp với

mức thay đổi điện thế nhỏ Dòng được đo ở hai điểm bắt đầu và kết thúc của một

xung Những điểm được chọn phải cho phép không có sự phân rã bởi dòng Phép

đo giữa các dòng khác nhau tại những điểm ứng với mỗi xung được xác định và

đối chiều với điện thế [13]

Hình 2.6 Cách đặt thế trong cực phổ xung vi phân [14]

Hình 2.7 Đồ thị tính hiệu cực phổ cổ điển (A), cực phổ xung vi phân (B) [14]

Ưu điểm:

Có thể xác định đồng thời các chất hiện diện trong cùng một loại dung dịch

thế bán sóng của chúng cách nhau 50 mV (trong cực phổ cổ điển là 200 mV)

Cho độ nhạy và độ chính xác, giới hạn phát hiện 10-7 ÷10-8 M

Cung cấp những thông tin ban đầu về dạng tồn tại của chất phân tích

Nhược điểm:

Không phân giải được các chất trong hệ phức tạp mà khoảng cách các giá trị

thế bán sóng E1/2 nhỏ hơn 50 mV [4]

2.5.2.3 Cực phổ sóng vuông:

Tính hiệu kích thích trong cực phổ sóng vuông tồn tại đối xứng với biên độ

của xung sóng vuông chồng chất lên nhau dạng bậc thang Không thể đánh giá

dòng thực bởi có sự khác nhau giữa dòng thuận nghịch và điện thế oxy hóa khử

Chiều cao của peak là thể hiện nồng độ của mẫu chất điện hoạt và giới hạn đo có

thể đạt tới 10-8M

Phương pháp cực phổ sóng vuông có rất nhiều thuận lợi, có độ nhạy hơn hẳn

loại bỏ được dòng nền Một ưu điểm nữa là tốc độ phân tích nhanh (với điện cực

thông số khác nhau trên cùng một mẫu) Dòng này là kết quả của sự kiểm soát

của máy tính và lấy tính hiệu trung bình, sao cho những số liệu thực nghiệm có

tính lặp lại tương đồng tính hiệu tăng tỷ lệ với nồng độ

Ứng dụng của cực phổ sóng vuông là tiền đề để nghiên cứu các điện cực hoặc

thực hiện các phản ứng hóa học đồng hóa chất xúc tác, xác định lượng vết của

một số mẫu, sử dụng kết hợp đầu dò điện hóa với sắc ký lỏng cao áp [13]

Ưu điểm:

Thời gian phân tích nhanh nên có thể lặp lại phép tính phân tích nhiều lần

Theo tính toán, với xung sóng vuông có chu kỳ 5ms và bước thế là 10mV, để

thu được một cực phổ đồ sóng vuông hoàn chỉnh trong phạm vi quét thế là 0-1 V

chỉ cần 0,5 giây Trong cùng điều kiện, thí nghiệm trên cực phổ xung vi phân

phải cần 50 giây

Giảm LoD tới mức 10-7-10-8 M [16]

Cực phổ sóng vuông gồm:

Cực phổ sóng vuông cổ điển

Cực phổ sóng vuông trên cực giọt tĩnh

Cực phổ sóng vuông trên cực giọt chậm

Cực phổ sóng vuông cổ điển

Kỹ thuật này sử dụng một chuổi xung điện thế liên tục có biện độ tăng dần,

những phép đo dòng được thực hiện khi gần kết thúc một xung, đây là khoảng

thời gian cho phép thực hiện đo dòng Phép đo luôn được thực hiện trong một

dung dịch nền ổn định thích hợp trên điện cực giọt thủy ngân hoặc điện cực rắn

Dòng điện thế được nâng lên nhờ điện thế ban đầu Ei Thời gian sống của một

xung điện thế (t) từ 1-100ms và toàn bộ thời gian của một chuổi xung từ 0,1-5s

Phổ đồ biểu diễn dòng theo trục thẳng đứng và thế theo trục nằm ngang, có hình

bậc thang [13]

Hình 2.8 Cách đặt thế trong cực phổ sóng vuông cổ điển

Cực phổ sóng vuông trên cực giọt tĩnh

Đây là kỹ thuật hiện đại trong phân tích cực phổ Điện cực giọt thủy ngân có thể

được giữ trong thời gian tùy ý để thực hiện phép đo đầu xung và cuối xung Kỹ thuật

cho kết quả quả nhanh nhạy Tuy nhiên rất tốn kém

Hình 2.9 Cách đặt thế trong cực phổ sóng vuông trên cực giọt tĩnh

Cực phổ sóng vuông trên cực giọt chậm

Kỹ thuật này, ta cũng thực hiện phép đo dòng đầu xung cuối xung Dựa vào

thời gian ổn định trong chu kỳ sống của một giọt thủy ngân để thực hiện phép đo

Kỹ thuật này được trình bày kỹ hơn ở phần máy ANALYZER SQF-505

Hình 2.10 Cách đặt thế trong cực phổ sóng vuông trên cực giọt chậm

Hình 2.11 Đồ thị cực phổ sóng vuông; cùng dòng (A), ngược dòng (B), dòng thực

(C) [14]

2.5.2.4 Kỹ thuật stripping:

Kỹ thuật stripping ta còn gọi là phương pháp volt-ampe hòa tan Độ nhạy của

phương pháp rất cao, ứng dụng trong phân tích lượng vết Độ nhạy của kỹ thuật

stripping có thể đạt 10-12M

Nguyên tắc: Phương pháp này gồm hai bước, bước thứ nhất là làm giàu chất

cần phân tích lên bề mặt điện cực hoạt động dưới dạng một kết tủa (kim loại, hợp

chất khó tan…) với điện thế của điện cực tương ứng với dòng giới hạn Bước thứ

hai hòa tan chất cần phân tích ra Việc tích tụ và hòa tan trở lại giúp cường độ

dòng điện tăng lên đáng kể

Kỹ thuật stripping hòa tan cơ bản:

* Stripping anode:

Ban đầu đặt một thế âm lên điện cực làm việc, các ion dương (thường là kim

loại) bị hút lên bề cực mặt giọt thủy ngân, ở đây các ion dương bị khử thành kim

loại và bám lên bề mặt cực giọt thủy ngân Sau đó, thực hiện quét thế từ âm sang

dương và thực hiện đo dòng, khi đó các kim loại được hòa tan ra lại thành các ion

kim loại, dòng khếch tán thu được (ở thế bán sóng nhất định) tỷ lệ với nồng độ

ion dương (ứng với thế bán sóng đó) trong dung dịch

Hình 2.12 Nguyên tắc stripping anode

* Stripping cathode:

Quá trình ngược lại với stripping anode Tuy nhiên kỹ thuật stripping cathode

ít được sử dụng hơn stripping anode

* Stripping hấp phụ:

Các hợp chất hữu cơ có xu hướng bám trên bề mặt cực giọt thủy ngân, khi

thời gian tích góp trên giọt thủy ngân càng lớn thì các chất hữu cơ bám càng nhiều

Sau đó thực hiện quét thế từ âm sang dương hoặc ngược lại và thực hiện đo dòng

Dòng khuếch tán thu được (ở thế bán sóng nhất định) tỷ lệ với nồng độ chất hữu cơ

(ứng với thế bán sóng đó) có trong dung dịch

Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp:

Diện tích bề mặt: Diện tích bề mặt ảnh hưởng đến cường độ và diện tích peak

Diện tích peak càng lớn tương ứng với dòng thu được cũng càng lớn Trong quá

trình thực phép đo mà diện tích bề mặt thay đổi sẽ làm giảm độ lặp và gây sai số

Tính chất bề mặt: Bề mặt điện cực ảnh hưởng đến hoạt tính của điện cực, ảnh

hưởng đến khả đến khả năng làm giàu và hòa tan chất cần phân tích gây sai lệch

trong kết quả đo

Tốc độ khuấy: Ảnh hưởng đến khả năng khuếch tán, hấp thụ chất cần phân

tích lên bề mặt điện cực Do đó ảnh hưởng đến chiều cao peak thu được Tuy

nhiên, tốc độ khuấy cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của kết quả đo

Ngoài ra, các đại lượng khác như thời gian làm giàu, thế tích góp cũng ảnh

hưởng đến kết quả đo

2.5.3 Máy ANALYZER SQF-505:

ANALYZER SQF-505 là thiết bị phân tích điện hóa hiện đại hoạt động theo

nguyên lý sóng vuông quét nhanh trên cực giọt châm, cực tĩnh, cực rắn Đây là

sản phẩm của sự kết hợp giữa kỹ thuật phân tích điện hóa hiện đại với công nghệ

thông tin, công nghệ phần mềm Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy

ANALYZER SQF-505 có thể tóm tắt như sau:

Ta nhúng vào dung dịch nền có chứa chất cần phân tích 3 điện cực:

Cực làm việc - Working Electrode:

Là một cực giọt thủy ngân có tốc độ chảy ổn định khoảng 10 giây một giọt

(với kỹ thuật Stripping nhanh ta dùng cực giọt thủy ngân có tốc độ chảy trên 10

giây một giọt)

Điện cực giọt thủy ngân tạo ra từ một ống mao quản đường kính khoảng

50µm và được nối với một bầu thủy ngân Dưới tác dụng của trọng lực thủy ngân

chảy ra từ đầu dưới của ống mao quản ở dạng nhiều giọt giống nhau mà đường

kính của chúng khoảng 0,5mm, còn diện tích của nó khoảng vài mm2

Bằng cách chọn chiều cao của cột thủy ngân ta có thể thay đổi được tốc độ

chảy, có nghĩa là thay đổi thời gian xuất hiện của một giọt thủy ngân, sự trưởng

lớn và bức nó ra khỏi đầu ống mao quản Bình thường oxy được khử trên catot

thủy ngân, tham gia vào phản ứng từng nấc:

Và che mất các phản ứng của các chất khác, để loại bỏ oxy người ta thổi khí

nitơ đi qua dung dịch trước khi ghi phổ đồ, hoặc sử dụng phương pháp bù nền

được lập trình sẵn

Những ưu nhược điểm của điện cực giọt thủy ngân: [2]

Để ghi được các đường cong dòng điện - thế người ta dùng các vi điện cực từ

nhiều kim loại, ví dụ như platin Tuy nhiên, điện cực giọt thủy ngân so với các

điện cực khác có 3 ưu điểm sau:

Thứ nhất, sự trưởng lớn liên tục và sự rơi giọt thủy ngân chỉ ra rằng định kỳ

một vài giây một bề mặt mới của điện cực chịu tác dụng của dung dịch; phù hợp

với điều đó quá trình điện phân trên các giọt trước không gây ảnh hưởng đến

phản ứng nghiên cứu

Thứ hai, quá thế hoạt hóa lớn của sự tách khí hydro trên giọt thủy ngân trơ

nên quý giá để nghiên cứu các quá trình catot, trong nhiều trường hợp để nghiên

cứu sự khử ion của kim loại

Thư ba, với điện cực đã cho có thể nhận được một dòng giới hạn ổn định, nó

liên hệ một cách định lượng với nồng độ của các phân tử tương tác

Thủy ngân có một nhược điểm quan trọng khi dùng nó làm vật liệu điện cực -

sự tương đối dễ bị oxy hóa Điện cực giọt thủy ngân bắt đầu chịu sự hòa tan trong

môi trường không tạo phức, ví dụ như HClO4 (acid pecloric), ở gần thế +0,25V

so với điện cực clomen bảo hòa, khi có dung dịch ion clorua 1M thì thủy ngân bị

oxy hóa đến clorua thủy ngân (I) không tan ở thế 0V so với điện cực so sánh

Như vậy, việc dùng điện cực giọt thủy ngân chủ yếu bị hạn chế bới sự nghiên cứu

các quá trình catot, mặc dầu một số phần tử dễ bị oxy hóa cũng có thể được xác

định bằng phương pháp này