Nghiên cứu phương pháp chiết tách cao màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dung dịch kiềm

Và trên thế giới các nhà khoa học đã chứng minh được chất màu chiết từ hạt điều nhuộm không gây độc hại, không ảnh hưởng đến sức khoẻ con người nên được CODEX đưa vào danh mục các loại p

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA HÓA -

NHIỆM VỤ CỦA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Võ Thị Thiên Nhẫn

Lớp: 10SHH

1 Tên đề tài: Nghiên cứu phương pháp chiết tách cao màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dung dịch kiềm

2.Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị:

Hạt điều khô, bộ dụng cụ chưng ninh Máy đo quang UV-Vis, máy đo pH, máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS Tủ sấy, lò nung, cân phân tích, cốc thủy tinh, bình tam giác, bếp cách thủy, cốc sứ, các loại pipet, bình định mức…

3 Nội dung nghiên cứu:

- Xác định độ ẩm, hàm lượng tro, hàm lượng kim loại trong hạt điều

- Chiết tách phẩm màu annatto bởi các dung môi: NaOH, cồn, dung dịch amoniac

- Dùng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để khảo sát bước sóng hấp thụ và dựa vào mật độ quang để chọ n điều kiện tối ưu về phương pháp

- Nhận định, lựa chọn giá trị tối ưu về phương pháp

- Định tính, định lượng dịch chiết của quy trình đã chọn

- Kiểm tra, đánh giá lại quy trình đã chọn

4 Giáo viên hướng dẫn: GS,TS Đào Hùng Cường

5 Ngày giao đề tài: 30/07/2013

6 Ngày hoàn thành: 20/05/2014

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 25 tháng 5 năm 2014

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày…tháng…năm 2014

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đ ại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Hóa học– Trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đ ạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Các thầy cô không những truyền đạt cho em những kiến thức sách vở mà còn chỉ bảo cho

em những kinh nghiệm cuộc sống, tất cả những điều đó sẽ giúp cho em vững tin bước vào đời

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và s ự tri ân sâu sắc đến Thầy giáo GS.TS Đào Hùng Cường, người đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để em nghiên cứu khoa học Thầy đã tận tình giúp đỡ, dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này, cũng như hoàn thành luận văn này Em kính chúc thầy thật nhiều sức khỏe để tiếp tục sự nghiệp trồng người của mình và gặt hái nhiều thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô công tác tại phòng thí nghiệm khoa Hóa trường Đại học Sư Phạm, Trường Đại Học Bách Khoa đã tạo điều kiện, giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Trong quá trình làm luận văn, bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học, trình độ

lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp c ủa các thầy cô

để giúp luận văn hoàn thiện hơn Em xin cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2014

Sinh viên

Võ Thị Thiên Nhẫn

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa

Trang phụ bìa Nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình ảnh LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Sơ lược về cây điều nhuộm 4

1.1.1 Đặc điểm sinh thái 4

1.1.1.1 Tên gọi 4

1.1.1.2 Phân loại khoa học 4

1.1.1.3 Nguồn gốc và phân bố 4

1.1.2 Đặc tính thực vật 5

1.1.3 Thành phần hóa học của hạt điều nhuộm 5

1.2 Chất màu tự nhiên 6

1.2.1 Khái niệm 6

1.2.2 Phân loại 7

1.3 Tính chất hóa học của phẩm màu annatto 9

1.3.1 Bixin 10

1.3.2 Norbixin 11

1.4 Ứng dụng của phẩm màu hạt điều 13

1.4.1 Trong y dược 13

1.4.2 Trong thực phẩm 13

1.4.3 Thuốc nhuộm màu tự nhiên 14

1.5 Tình hình nghiên cứu 15

1.6 Một số phương pháp chiết tách phẩm màu 17

1.6.1 Nguyên tắc chiết tách phẩm màu annatto 17

1.6.2 Phương pháp chiết 18

1.6.3 Phương pháp hòa tan trong dung môi hữu cơ .19

1.6.4 Phương pháp kết tinh 20

1.7 Phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 20

1.7.1 Giới thiệu phương pháp 20

1.7.2 Trang bị của phép đo .21

1.7.3 Nguyên tắc phép đo 21

1.8 Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 23

1.8.1 Giới thiệu phương pháp 23

1.8.2 Máy đo quang UV-Vis 23

1.8.3 Nguyên tắc phép đo 24

Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất .26

2.1.1 Thu gom nguyên liệu 26

2.1.2 Xử lí nguyên liệu 26

2.1.3 Thiết bị-dụng cụ và hóa chất 26

2.1.3.1 Thiết bị-dụng cụ 26

2.1.3.2 Hóa chất 27

2.2 Các phương pháp xác định chỉ tiêu hóa lí 27

2.2.1 Xác định độ ẩm 27

2.2.2 Xác định hàm lượng tro bằng phương pháp tro hóa mẫu 27

2.2.3 Xác định hàm lượng một số kim loại trong hạt điều nhuộm, trong cao annatto bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử .28

2.3 Phương pháp chiết và khảo sát các điều kiện chiết annatto từ hạt điều nhuộm 28 2.3.1 Phương pháp chiết 29

2.3.2 Khảo sát điều kiện chiết 30

2.4 Kiểm tra đánh giá chất lượng phẩm màu annatto .31

2.4.1 Kiểm tra định tính 31

2.4.2 Kiểm tra định lượng 32

2.5 Sơ đồ nghiên cứu 32

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 34

3.1 Kết quả xác định một số chỉ tiêu hóa lí của hạt điều nhuộm 34

3.1.1 Độ ẩm 34

3.1.2 Hàm lượng tro 34

3.1.3 Hàm lượng kim loại 35

3.2 Xây dựng quy trình chiết tách phẩm màu annatto trong dung môi NaOH .35

3.2.1 Khảo sát nồng độ dung dịch NaOH chiết tối ưu 35

3.2.2 Khảo sát tỉ lệ rắn lỏng tối ưu 38

3.2.3 Khảo sát thời gian chiết tối ưu 40

3.2.4 Khảo sát nhiệt độ tối ưu 42

3.3 Khảo sát các điều kiện chiết tách phẩm màu annatto bằng hỗn hợp dung môi cồn 85 độ và dung dịch amoniac .44

3.3.1 Khảo sát tỉ lệ rắn lỏng tối ưu 44

3.3.2 Khảo sát thời gian chiết tối ưu 46

3.3.2 Khảo sát nồng độ amoniac chiết tối ưu 47

3.4 Chọn dung môi chiết tối ưu 49

3.5 Kiểm tra, đánh giá chất lượng phẩm màu annatto 51

3.5.1 Kết quả kiểm tra định tính 51

3.5.2 Kết quả đánh giá cảm quan và độc tính của phẩm màu 52

3.5.3 Định lượng tổng phẩm màu 53

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AAS : Quang phổ hấp thụ phân tử

CTPT : Công thức phân tử

CTCT : Công thức cấu tạo

D : Mật độ quang

M : Mẫu

R/L : Tỉ lệ nguyên liệu rắn/ dung môi lỏng

UV-Vis: Phổ tử ngoại khả kiến

JECFA : Ủy ban chuyên gia Quốc tê về phụ gia thực phẩm do Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc và Tổ chức Y tế thế giới phối hợp điều hành

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

BYT : Bộ y tế

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

3.4 Mật độ quang của dịch chiết ở các nồng độ NaOH khác nhau 36

3.6 Mật độ quang của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở các tỉ

3.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L đến hàm lượng phẩm màu khi chiết

3.8 Mật độ quang của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở các

3.9 Ảnh hưởng của thời gian chiết trong dung dịch NaOH

3.13 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/ lỏng đến hàm lượng phẩm màu

3.14 Mật độ quang của dịch chiết trong dung môi cồn và amoniac

3.15 Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng phẩm màu trong

3.16 Mật độ quang của dịch chiết trong hỗn hợp cồn và dung dịch

3.17 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch amoniac khi chiết trong

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

3.3 Phổ UV-Vis của dịch chiết trong dung môi NaOH ở các thời

3.4 Phổ UV-Vis của dịch chiết trong dung môi NaOH ở các nhiệt

3.6 Phổ UV-Vis của dịch chiết trong cồn và dung dịch amoniac ở

3.7 Phổ UV-Vis của dịch chiết trong cồn và dung dịch amoniac ở

3.9 Phẩm màu annatto tan trong dung dịch KOH và ít tan trong cồn 96 độ 51

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Tính thẫm mỹ là một trong những tiêu chí để đánh giá sự thành công của nghệ thuật ẩm thực Vì thế màu sắc và cách bày trí món ăn luôn là những yếu tố được chú trọng hàng đầu ngay từ khâu chế biến Một món ăn với màu sắt bắt mắt sẽ góp phần tạo nên sự hấp dẫn cho món ăn, kích thích thị giác và c ả vị giác của thực khách Hòa theo guồng quay phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm, phẩm màu tổng hợp dần được phổ biến bởi ưu điểm rẻ, màu sắc đa dạng, bắt mắt và bền hơn so với phẩm màu tự nhiên Tuy nhiên việc sử dụng các phẩm màu tổng hợp không rõ nguồn gốc, xuất xứ, chưa được kiểm định có khả năng sinh ung thư, độc tính trên gen, độc tính thần kinh gây nguy hại đến sức khỏe con người Chính vì thế, trong những năm trở lại đây, việc sử dụng phẩm màu tự nhiên ngày càng trở nên được ưu chuộng Phẩm màu tự nhiên ngoài việc giúp các món ăn trở nên bắt mắt về mặt thẩm mỹ còn là nguồ n cung cấp các chất dinh dưỡng có lợi trong cơ thể, có tác dụng chống ôxy hóa, kháng viêm, hỗ trợ ngăn ngừa ung thư đường tiêu hóa

Ngay từ xa xưa, ông cha ta đã biết dùng các chất màu tự nhiên từ thực vật như màu đỏ từ gấc, cà chua, ớt chín; màu tím từ hoa dâm bụt chua, lá cẩm; màu xanh từ lá dứa thơm, rau ngót; màu vàng t ừ nghệ để làm phụ gia cho thực phẩm, giúp cho món ăn trông ngon miệng, đẹp mắt, thu hút hơn Một trong những chất màu tự nhiên được sử dụng từ rất lâu và khá phổ biến đó là chất màu annatto

có màu đỏ và vàng được lấy từ hạt điều nhuộm Người dân lấy chất màu bằng cách đun dầu nóng, cho hạt điều vào, khuấy cho ra màu rồi lấy dịch đó để làm màu thực phẩm hoặc cho trực tiếp hạt điều nhuộm vào trong thức ăn để tạo màu

Và trên thế giới các nhà khoa học đã chứng minh được chất màu chiết từ hạt điều nhuộm không gây độc hại, không ảnh hưởng đến sức khoẻ con người nên được CODEX đưa vào danh mục các loại phẩm màu tự nhiên sử dụng an toàn trong thực phẩm, dược phẩm, đem lại tính hấp dẫn cho thực phẩm Ngoài ra, loại phẩm màu này còn có hoạt tính sinh học có tác dụng chữa bệnh: giảm cholesterol trong máu,

mang tính nhuận trường, chữa các bệnh như sốt, kiết lị, viêm gan, cao huyết áp, động kinh, tiêu diệt các gốc tự do và các loại men gây ung thư trong thức ăn, nước uống…., do đó giá trị sử dụng của nó càng được nâng cao

Trước những nghiên cứu ứng dụng rộng rãi của phẩm màu annatto nói riêng

và hạt điều nói chung ở nước ta đã có nhiều nhà hóa học quan tâm nhưng đến nay vẫn chưa có một quy trình công nghệ sản xuất ổn định và hiệu quả để triển khai quy

mô công nghiệp, hầu hết vẫn sản xuất lẻ tẻ và sử dụng tại gia Ngoài ra nguồn nguyên liệu cho loại phẩm màu này chỉ mọc ở vùng nhiệt đới nên ta rất có ưu thế

Vì vậy việc nghiên cứu chiết tách chất màu với hàm lượng chất màu cao nhất là một việc làm cần thiết, quan trọng và có ý nghĩa lớn nhằm ứng dụng rộng rãi chất màu

tự nhiên trong thực phẩm, góp phần tích cực phát triển cây công nghiệp ở nước ta Với mong muốn có thể góp phần vào việc nghiên cứu trên nên tôi chọn đề tài

“ Nghiên cứu phương pháp chiết tách cao màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dung dịch kiềm.”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình chiết tách phẩm màu annatto

từ hạt điều nhuộm bằng dung môi vô cơ và hữu cơ, lựa chọn quy trình chiết tách hiệu quả nhất và kiểm tra lại quy trình đã lựa chọn

- Kiểm tra, đánh giá chất lượng phẩm màu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: hạt điều nhuộm

- Phạm vi nghiên c ứu: Quá trình thực nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm Hóa học, trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp chiết chưng ninh, ngâm chiết

- Phương pháp trọng lượng, phương pháp đo quang UV – Vis, AAS

5 Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu lý thuyết

− Cây điều nhuộm: Mô tả, đặc điểm sinh thái

− Phẩm màu annatto: Nguồn gốc, thành phần hóa học, ứng dụng

− Các phương pháp chiết tách: Chưng ninh, hòa tan bằng dung môi, kết tinh

− Phương pháp hấp thụ phân tử UV – Vis

− Phưuơng pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý: Xác định độ ẩm toàn phần, hàm lượng chất hữu cơ, vô cơ…

 Nghiên cứu thực nghiệm

− Xử lý mẫu: Thu thập, phân loại, rửa, sấy…

− Xác định độ ẩm toàn phần, hàm lượng tro của mẫu điều nhuộm nghiên cứu

− Xác định hàm lượng kim loại nặng trong hạt điều nhuộm bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

− Chiết tách phẩm màu annatto bởi các dung môi vô cơ: NaOH, NH3, hữu cơ: Rượu etylic 85%

− Dùng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để khảo sát bước sóng hấp thụ, dựa vào độ hấp thụ để nghiên cứu khảo sát tối ưu các điều kiện chiết

− Nhận định, chọn lựa giá trị tối ưu về phương pháp

− Định tính, định lượng dịch chiết của quy trình đã chọn

− Kiểm tra, đánh giá lại quy trình đã chọn

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

− Cung cấp thông tin khoa học về các quy trình tách chiết phẩm màu annatto trong hạt điều nhuộm, nghiên cứu lựa chọn quy trình hiệu quả nhất

− Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm trong công nghiệp

7 Bố cục luận văn

Luận văn chia làm 3 chương:

Chương 1- Tổng quan tài liệu

Chương 2- Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3- Kết quả và thảo luận

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược về cây điều nhuộm

1.1.1 Đặc điểm sinh thái [2],[4],[13], [19]

1.1.1.1 Tên gọi

- Tên thường gọi : Cây Điều màu, Cây Cà ri, sâm phụng, chầm phù

- Tên tiếng Anh: Achiote, Aploppas, Anatto, Annatto, Arnatto, Lipstick Tree

- Tên tiếng Pháp: Atole, Roucou, Roucouyer

- Tên khoa học: Bixa orellana L

Hình 1.1 Cây điều nhuộm

1.1.1.2 Phân loại khoa học

Ngành (division): Thực vật có hoa (Angiospermae)

Lớp (class): Hai lá mầm (Eudicots)

Bộ (ordo): Cẩm quỳ (Malvales)

Họ (familia): Điều nhuộm (Bixaceae)

Chi (genus): Điều nhuộm (Bixa)

Loài (species): Bixa orellana

1.1.1.3 Nguồn gốc và p hân bố

Điều nhuộm hay còn gọi là điều màu, cà ri (Bixa orellana) là một loài cây bụi hay cây gỗ nhỏ thuộc họ Điều nhuộm (Bixaceae), có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới của Châu Mỹ Cây điều nhuộm có được trồng nhiều ở Bolivia, Brazil, Colombia, Ecuador, Jamaica, Mexico, Peru, Puerto Rico và Cộng hòa Đô-mi-ni-ca

Cây điều nhuộm đưọc nhập vào Ấn Độ và khu vực Đông Nam Á, do người Tây Ban Nha đưa tới đây trong thế kỷ 17 để làm chất nhuộm màu thực phẩm có màu vàng

đỏ Sau này được du nhập vào các nước Hoa Kỳ, Ấn Độ, Đông Nam Á và Châu Phi

Ở Việt Nam cây điều nhuộm được nhập nội để trồng trong thời kỳ Pháp thuộc, hiện nay loài cây này mọc hoang dại hoặc được trồng rải rác ở vùng nam bộ như Cà Mau, Kiên Giang, Cần Thơ

1.1.2 Đặc tính thực vật [2],[4],[13]

Điều nhuộm là cây nhiệt đới, xanh lá quanh năm, có thể sống tới 50 năm Cây gổ nhỏ, cao 4-5 m, có thể đến 10 m, có nhiều cành Lá đơn mềm, nhẵn, hình tam giác, đầu nhọn, hình tim ở gốc, nhọn ở chóp, dài 12cm, rộng 7cm hoặc hơn; cuống phình ở đỉnh, dài 3-4 cm Hoa tương đối lớn, có màu tím hay trắng, mọc thành chùy ngắn ở đầu cành ngọn hay các nhánh Quả màu đỏ tím, hình cầu, bao bọc bởi gai cứng, mọc thành chùm, hình tim, mở bằng hai van, mỗi mảnh chứa nhiều hạt Quả non có màu xanh thẫm, mềm dễ bóp, hạt bên trong màu đỏ tươi, ướt, trơn Quả già vỏ màu xanh hơi vàng, hạt màu đỏ thẫm, khô cứng Khi quả chín, quả

bị khô và tự nứt thành hai mảnh Trong mỗi quả có khoảng 50 hạt Hạt hơi có dạng lập phương trên một cuống ngắn, xung quanh hạt có lớp lổn nhổn màu đỏ

Hình 1.2 Hoa và quả điều nhuộm non và chín 1.1.3 Thành phần hóa học của hạt điều nhuộm

Trong hạt khô của cây điều nhuộm (Bixa orellana) có chứa Cellulose: từ 40% đến 45% cellulose Đường sucrose: từ 3,5% đến 5,5% Chất béo: cố định 3%

Chất màu : từ 4,5% lên 5,5% Tinh dầu: từ 0,3% đến 0,9% Protein: từ 13% đến 16% Quả chứa nhiều vitamin A (khoảng 3,2%) Ngoài ra trong hạt cây điều nhuộm còn có chất alpha-và beta-carotenoids và các thành phần khác như selenium, magiê, canxi

Thành phần chính trong chất màu annatto là bixin ( chủ yếu là cis-bixin, là một este monomethyl của dicarboxylic acid norbixin) chiếm tỉ lệ hơn 80% là chất tạo màu đỏ và norbixin (acid dicarboxilic) tạo màu vàng Tùy theo độ chín của hạt

mà tỉ lệ bixin và norbixin thay đổi Bên cạnh bixin và norbixin, một số lượng lớn các chất màu khác được nghiên cứu tính chất từ phần chiết của cây điều nhuộm bao gồm 6 apocarotenoids (C30 và C32) và 8 diapocarotenoids (C19, C22, C24, C25) và một dẫn xuất của carotenoid (C14) Chúng chỉ chiếm một tỉ lệ nhỏ

Ngoài ra trong phần cơm của hạt điều còn chứa bixaghanene, bixein, bixol, crocetin, acid ellagic, ishwarane, isobixin, phenylalanine, salicylic acid, threonine, acid tomentosic, và tryptophan

Hình 1.3 Hạt điều nhuộm non và già

1.2.2 Phân loại

Chất màu tự nhiên thường chia ra 3 nhóm chính:

 Clorophyl (màu xanh) còn gọi là diệp lục tố hay chất màu xanh lá cây của thực vật Hàm lượng clorophyl trong cây xanh chiếm 1% chất khô

Clorophyl có vai trò cực kì quan trọng trong quá trình quang hợp - quá trình chủ yếu tạo ra các chất hữu cơ và tạo ra nguồn oxy duy nhất trên quả đất Clorophyl không những cho màu xanh mà còn có khả năng che mờ các chất màu khác

Clorophyl có 2 loại

Clorophyl a: có công thức C55 H72 O4N4Mg

Clorophyl b : thức C55H70O6N4Mg

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của Chlorophyll

 Carotenoit là nhóm chất màu hoà tan trong chất béo làm cho quả và rau có màu da cam, màu vàng và màu đỏ Nhóm này gồm từ 65 đến 70 chất màu tự nhiên, tiêu biểu là caroten, lycopen, xanthophy, capxantin và criptoxanthin

Carotenoit có trong đa số cây (trừ một số nấm) và hầu như có trong tất cả cơ thể động vật Hàm lượng carotenoit trong lá xanh chiếm khoảng 0,07 – 0,2% chất khô Tất cả các carotenoit đều không hoà tan trong nước, rất nhạy đối với acid và chất ôxy hoá, nhưng lại bền vững với kiềm Một trong những đặc điểm của carotenoit là có nhiều nối đôi liên hợp tạo nên những nhóm mang màu của chúng

Tất cả các carotenoit tự nhiên có thể xem như dẫn xuất của licopen

+ Lycopen: màu đỏ, có nhiều trong cà chua

+ Caroten: màu da cam, có nhiều trong cà rốt, mơ

+ Xanthophyl: màu vàng lòng đỏ trứng gà (C40H56O), có nhiều trong lá xanh, đồng thời nó cũng có trong cà chua cùng với lycopen

+ Capxanthin: C40H58O3, là dẫn xuất của caroten, nhưng có màu nhạt hơn các carotenoid khác 10 lần Chiếm 7/8 tổng số chất màu của ớt

+ Criptoxanthin: Là một dẫn xuất monohidroxy của α-caroten, chất màu chính của cam quít (C40H56O)

+ Astacxanthin: là dẫn xuất của caroten có màu vàng đỏ, có ở các loài giáp xác, trong thành phần của mai tôm cua Trong quá trình gia nhiệt, protein bị biến tính, astacxanthin bị tách ra dưới dạng sắc tố màu vàng đỏ

Hình 1.5 Công thức cấu tạo của một số hợp chất carotenoit

 Flavanoit (có màu đỏ, xanh, vàng…), chất này có trong các gian bào Trong rau, quả và hoa, số lượng cũng như tỷ lệ các flavonoit khác nhau, do đó làm cho chúng có nhiều màu sắc khác nhau: từ màu đỏ đến màu tím Flavonoit là những dẫn

xuất của croman và cromon Croman và cromon là những phenylpropan vì có chứa

bộ khung cacbon C6 –C3 Khi croman hoặc cromon ngưng tụ với một vòng phenol nữa thì được dẫn xuất có tên là flavan

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của Flavonoid

1.3 Tính chất hóa học của phẩm màu annatto [7], [8],[6],[12]

Annatto là dịch chiết từ hạt điều nhuộm, không gây độc hại lại có hoạt tính sinh học cao, đã được CODEX đưa vào danh mục các loại phẩm màu tự nhiên được sử dụng an toàn cho thực phẩm và dược phẩm Phẩm màu annatto được sử dụng ở dạng bột hòa tan trong nước hoặc dạng chiết trong dầu Chất gây màu chính là cis-bixin chiếm hơn 80% phần cơm của hạt điều và cũng là nguyên nhân gây ra màu đỏ tan trong dầu Bên cạnh đó còn có norbixin là chất tạo ra màu vàng tan trong nước Ngoài ra annatto còn chứa bixaghanene, bixein, bixol, crocetin, ellagic acid, ishwarane, isobixin, phenylalanine, salicylic acid, threonine, tomentosic acid và tryptophan

Hình 1.7 Phẩm màu annatto ở dạng bột và dạng chiết trong dầu

Annatto là phẩm màu carotenoid tiêu biểu Tuy tính tan của norbixin và bixin

có giới hạn nhưng vì hiệu lực của chất màu cao nên tính hòa tan hạn chế của nó cũng không ngăn cản được sự ứng dụng rộng rãi của chất màu này trong thực

tế

Annatto bị biến đổi khi tiếp xúc với ánh sáng mạnh và trực tiếp ở nhiệt độ cao trong thời gian kéo dài Annatto ổn định ở nhiệt độ dưới 1000C và trên 125 0C thì bị chuyển hóa Ở môi trường pH thấp, norbixin bị kết tủa và có thể liên kết với protein, tinh bột và các thành phần khác để tạo ra sự đồng đều màu sắc cho sản phẩm Annatto rất bền trong môi trường kiềm và nhạy cảm với sự oxi hóa Màu của annatto dễ bị biến đổi nhưng không bị tác động bởi sự tấn công của vi khuẩn

ra nhanh hơn khi có ánh sáng hoặc có dấu vết kim loại và kết quả là làm cho màu

đỏ bị mờ và mất dần Khi thêm chất chống oxi hóa như axit ascorbic hoặc polyphenol có thể làm chậm sự oxi hóa

Khi tiếp xúc với kiềm metyl este sẽ bị thủy phân tạo thành axit dicarboxylic norbixin, một dẫn xuất tan trong nước

 Hoạt tính sinh học:

- Có tính oxy hóa và bảo vệ gan

- Chữa sốt, kiết lỵ, các bệnh về đường tiêu hóa

- Nhuận trường, chữa long đờm, bao tử, bệnh tim

dung dịch kiềm, tan ít trong etanol, không tan trong các dung môi hữu cơ Norbixin

có màu vàng cam, có khả năng kết tủa trong dung dịch có hàm lượng Ca2+ cao, norbixin phản ứng với protein chuyển thành màu đỏ hồng đào, sản phẩm này có khả năng giữ màu không lan ra xung quanh Dung dịch norbixin có thể được làm khô tạo thành dạng bột Ở dạng này annatto dễ bị oxi hóa dẫn đến sự mất màu sắc theo thời gian

- Norbixin rất nhạy với pH, sẽ chuyển từ màu vàng sang màu cam và chuyển

sang màu hồng ở pH thấp Norbixin thường kết tủa chậm ở pH=6,5 Tuy nhiên pH không ảnh hưởng đến độ bền màu

Bixin chuyển thành dạng muối norbixin khi hòa tan trong dung dịch kiềm, ở pH=7, dạng này không hòa tan trong nước

cis-Norbixin

trans-Norbixin

 Hoạt tính sinh học

- Chữa viêm gan, long đờm, ho

- Giảm huyết áp, giảm cholesterol trong máu, chữa động kinh

- Chống ung thư, là chất chống oxy hóa mạnh

Vậy từ cấu trúc của hai thành phần chính trong chất màu annatto là bixin và norbixin nhận thấy chúng đều có tính chất của một axit carboxylic, mang hệ nối đôi liên hợp, của este đối với bixin và rượu đối với norbixin

1.4 Ứng dụng của phẩm màu hạt điều [4], [10], [13],[14],

1.4.1 Trong y dược

Phẩm màu annatto có hoạt tính sinh học cao, làm giảm lượng cholesterol trong máu, mang tính nhuận trường

Các nối đôi liên hợp của bixin và norbixin có hiệu lực đặc biệt là dập tắt các gốc tự

do Điều này làm cho chúng có tính chất chống ung thư, chống lại các tác nhân oxy hóa, chống tia cực tím, giúp bảo vệ gan, thường sử dụng trong y học

Ngoài ra, phẩm màu annatto có thể sự dụng làm thuốc chữa bệnh cao huyết áp, các bệnh về tiêu hóa, chữa đau bao tử, thuốc chống say nắng, viêm amiđan, bỏng, hủi, viêm màng phổi, ngừng thở, các rối loạn trực tràng và đau đầu trong y học cổ truyền của một số quốc gia thuộc khu vực Nam Mỹ

1.4.2 Trong thực phẩm

Đã từ lâu, người ta đã biết sử dụng phẩm màu trong quá trình chế biến thực phẩm Phẩm màu giúp cho sản phẩm bắt mắt hơn, tạo ảnh hưởng tốt về chất lượng sản phẩm Hiện nay, chất màu dùng trong thực phẩm chủ yếu gồm ba loại: chất màu

nghiên cứu, các chất màu tổng

hợp có thể gây ung thư và có tác

dụng không tốt đối với sức khỏe

con người, còn chất màu tự nhiên thường không gây độc hại do được chiết suất từ các thành phần thiên nhiên, được sử dụng phổ biến để nhuộm màu cho các sản

Hình 1.8 Ứng dụng của phẩm màu annatto

trong thực phẩm, nước uống

phẩm như: bánh kẹo, mứt, nước giải khát, kem, bơ, các sản phẩm chế biến từ thịt cá…

Từ nhiều thế kỉ nay, annatto được dùng như một gia vị cho các món ăn truyền thống ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới để làm tăng sức hút của món ăn cũng như kích thích cảm quan của người dùng Nó được ướp với thịt lợn, thịt gà, cá, cả ngũ cốc và gạo để làm nổi bật màu và tăng thêm hương vị cho món

ăn Ngày nay chất màu này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp chế biến thực phẩm như tạo màu cho phomat, bơ, bột cà ry, bò khô… Ở Việt Nam, hạt điều màu cũng được xay mịn để làm gia vị và tạo màu

cho các món cá thịt…

Hoặc nấu hạt trong dầu thực vật hay

mỡ động vật để thu dịch chiết có màu đỏ,

dùng cho các món xào, món xúp hay trộn

vào bột nhão tạo màu sắc hấp dẫn hơn

Annatto gồm: bixin và norbixin

Phẩm màu bixin tan trong dầu: Dùng cho

các sản phẩm của chất béo và sữa, phô mai,

bơ, margarine, lạp xưởng, mì tôm, kem, đồ

tráng miệng, thực phẩm nướng và bánh

snack…Phẩm màu norbixin tan trong nước: dùng cho bánh kẹo, phô mai, cá xông khói, kem và các sản phẩm của sữa, đồ tráng miệng, sản phẩm của ngũ cốc và bánh

mì (phần ruột bánh), tạo màu cho đồ uống…

1.4.3 Thuốc nhuộm màu tự nhiên

Anntto là nguồn chất màu thực phẩm có từ lâu đời Mặc dù nó có thể đem lại màu sáng cho sợi nhưng công dụng của nó chỉ giới hạn trên phạm vi thực phẩm do thuốc nhuộm không bền với thời gian Người ta đã phát triển các quy trình làm cho thuốc nhuộm này bền hơn trên chất liệu tơ sợi và điều này đã mở ra một hướng phát triển mới cho thuốc nhuộm annatto bởi nó giúp tiết kiệm chi phí mà vẫn tạo ra màu sáng tự nhiên trên vải sợi, đặc biệt là silk

Hình 1.9 Annatto tạo màu cho

món ăn

Hình 1.10 Sợi nhuộm bởi phẩm màu anntto

Thuốc nhuộm không thấm vào vải tơ sợi nhiều, do đó thường sử dụng các chất cắn màu để giúp chất nhuộm tồn tại lâu trên vải sợi như: kali nhôm sunfat, kali dichromate, đồng sunfat và sắt sunfat

Thuốc nhuộm annatto có ái lực tương đối cao đối với sợi nylon và sợi polyester Màu sắc trên sợi có độ bền tương đối đối với thuốc trong khi giặt Tuy nhiên, độ bền màu của thuốc lại kém bền với ánh sáng do bản chất của thuốc nhuộm

có các liên kết đôi dễ bị oxi hóa bởi ánh sáng Nên để tăng độ bền màu của thuốc nhuộm người ta thường tăng độ dày của vải và dùng thêm các loại chất cắn màu Ngoài ra, annatto còn được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc sắc đẹp, nó được đưa thêm vào để tạo màu trong dầu gội, kem, mỹ phẩm, xà phòng…

- Lại Quốc Thuần, Khảo sát độ bền và phương pháp bền hóa hợp chất Carotenoid từ điều nhuộm (Bixa Orellana L), Luận văn thạc sĩ ngành công nghệ hóa học Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, năm 2009

-Đào Hùng Cường, Phan Thảo Thơ, Nghiên cứu thành phần và phản ứng chuyển hóa hợp chất hóa học của hạt điều nhuộm miền Trung Tây Nguyên, Đề tài cấp Nhà nước, năm 2008

-Đào Hùng Cường, Phan Thảo Thơ, Nghiên cứu chiết tách bixin từ hạt điều nhuộm bằng dung môi hữu cơ, Trường Đại học sư phạm Đà Nẵng, năm 2007

-Đào Hùng Cường, Phan Thảo Thơ, Nghiên cứu chiết tách phẩm màu hạt điều nhuộm bằng dung dịch kiềm, Trường Đại học sư phạm Đà Nẵng, năm 2008

- Đào Hùng Cường, Phan Thảo Thơ, Nghiên cứu chiết tách phẩm mà u điều nhuộm bằng dầu meizan, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 4(27), năm

2008

- Đào Hùng Cường, Phan Thảo Thơ, Nghiên cứu chiết tách nobixin theo độ chín của hạt điều nhuộm, Tạp chí Hóa học và Ứng dụng, Hội Hóa học Việt Nam, số 5 (65), năm 2007

- Đào Hùng Cường, Phan Thảo Thơ, Nghiên cứu chiết tách bixin từ hạt điều nhuộm bằng dung môi thực phẩm, Tạp chí Hóa học và Ứng dụng, Hội Hóa học Việt Nam,

số 11(95), năm 2009

- Hoàng Thị Lĩnh, Vũ Mạnh Hải, Nghiên cứu khả năng nhuộm vải của chất màu tự nhiên từ hạt điều nhuộm, Tạp chí hóa học, số đặc biệt Hội thảo NC và phát triển các sản phẩm tự nhiên, Hà Nội 11/2008

- Lê Thị Anh Đào, Đinh Ngọc Đức, Phan Thị Sửu, Tách chiết chất màu đỏ

cho thực phẩm từ hạt điều nhuộm (Bixa orellana.L) Việt Nam, Tuyể n tập

các công trình Hội nghị Khoa học và Công nghệ Hóa hữu cơ toàn quốc lần thứ ba năm 2001

- Nghiên cứu tách chiết crocin từ quả dành dành Gardenia Jasminoides Ellis, Rubiacea, chất màu vàng curcumin từ củ nghệ Curcuma Longa L màu đỏ Longa bixin và norbixin từ hạt điều nhuộm Bixa Orellana L Bixaceae màu đỏ anthocyanin từ nếp than và cây Bụp giấm Hirbicus Sabdariffa L, họ Malvaceae màu xanh Chlorophyl từ phân tằm, Đề tài NCKH bộ môn Hóa Hữu cơ, ĐH Bách Khoa

Tp HCM, năm 2005

- Hoàn thiện công nghệ chiết tách chất màu tự nhiên từ hạt Dành dành hạt Điều nhuộm và Bụt dấm, Đề mục thuộc Đề tài cấp Nhà nước, Bộ môn hương liệu và phụ gia thực phẩm Hà Nội

Trên thế giới có một số công trình sau:

- G F SilvaI; Felix M C GamarraII; A L Oliveira III; F A CabralII , Extraction of bixin from annatto seeds using supercritical carbon dioxide,

I

Department of Chemical Engineering, Federal University of Sergipe, CEP: 49100

-000, Sergipe - SE, Brazil, IIDepartment of Food Engineering, State University

of Campinas, IIIDepartment of Food Engineering, School of Animal Science and Food Engineering, University of São Paulo, Av Duque de Caxias Norte 225, CEP: 13635-900, Pirassununga, SP – Brazil

- Scotter, M J., Thorpe, S A., Reynolds, S L., Wilson, L A & Strutt, P R, Characterisation of the principal colouring components of Annatto using high performance liquid chromatography with photodiode-array detection, Food Addit Contam., 1994

- Scotter, M J., Wilson, L A., Appleton, G P & Castle, L, Analysis of Annatto (Bixa orellana) food colouring formulations 1, J Agric Food Chem., 1998

- Preston, H.D and Rickard, M.D., Extraction and chemistry of annatto,

Food Chemistry 5, 1980

1.6 Một số phương pháp chiết tách phẩm màu

1.6.1 Nguyên tắc chiết tách phẩm màu annatto

Hạt điều nhuộm khi chiết với dung môi thu được dung dịch màu Nước chiết được lọc để loại bỏ nguyên liệu không hòa tan Sau đó là quá trình liên quan đến việc loại bỏ chất béo, dung môi, kết tinh và sấy khô Hạt điều nhuộm về cơ bản được xử lí theo 3 cách Một là sự trích ly cơ học sử dụng dầu ăn hoặc dung dịch kiềm loãng Một quá trình khác là dùng một hay nhiều dung môi hữu cơ hoặc kết tinh

a Sự trích ly cơ học

Chiết với dầu: Hạt điều nhuộm được massaga trong dầu nóng, để loại bỏ lớp chất màu bằng một thiết bị nào đó gọi là “ Raspeller” Phương pháp này được sử dụng phổ biến để cung cấp màu cho thực phẩm có chứa dầu hoặc mỡ như là bơ thực vật Dịch chiết bằng dầu chủ yếu là cis- và trans-bixin

Chiết với nước: có thể dù ng nước để chiết norbixin cho dịch chiết có màu vàng cam

Chiết với dung dịch kiềm loãng: Dịch chiết thu được chứa muối kim loại kiềm của axit norbixin Dạng tự do của norbixin sẽ được kết tủa bằng axit loãng Sau đó chúng được lọc, rửa, sấy khô thành dạng rắn

b Chiết bằng dung môi hữu cơ: Hạt điều nhuộm được chiết bằng dung môi hữu

cơ (chloroform, axeton, etanol, n-hexan, etyl axetat…), loại bỏ dung môi thu được tinh thể bixin có độ tinh khiết 80- 90%

1.6.2 Phương pháp chiết [15]

Chiết là quá trình tách và phân li các chất dựa vào quá trình chuyển một chất hòa tan trong một pha lỏng (thường là nước) vào một pha lỏng khác không hòa lẫn với nó (thường là dung môi hữu cơ không hòa lẫn với nước)

Chiết là dùng dung môi thích hợp có khả năng hòa tan chất đang cần tách và tinh chế để tách chất đó ra khỏi môi trường rắn hoặc lỏng khác Thường người ta dùng một dung môi có nhiệt độ thấp và ít tan trong nước (vì các chất hữu cơ cần tinh chế thường ít tan trong nước), chất đó sẽ chuyển phần lớn lên dung môi và ta

có thể dùng phễu chiết để tách riêng dung dịch thu được ra khỏi nước

Bằng cách lặp đi lặp lại việc chiết một số lần, ta có thể tách hoàn toàn chất cần tinh chế vào dung môi đã chọn, sau đó cất loại dung môi và lấy chất tinh khiết ở nhiệt độ

và áp suất thích hợp Người ta cũng thường chiết một chất từ hỗn hợp rắn bằng một dung môi hoặc hỗn hợp với một dụng cụ chuyên dụng đặc biệt gọi là bình chiết Soxhlet Dung môi được đun nóng cho bay hơi liên tục chảy vào bình chứa hỗn hợp cần chiết tách (thường gói trong giấy lọc), nó sẽ hòa tan chất rắn cần tinh chế và nhờ một ống xiphong, dung dịch chảy xuống bì nh cầu bên dưới, dung môi nguyên

chất lại tiếp tục cất lên Phương pháp này tiết kiệm được dung môi và hiệu quả tương đối cao

Ta đun nóng hợp chất với dung môi trong bình cầu có sinh hàn hồi lưu, lọc nóng hoặc để lắng cho trong rồi chắt Khi thao tác với những lượng chất nhỏ, ta dùng ống nghiệm có lắp sinh hàn ngón tay hoặc sinh hàn không khí

Để đạt hiệu quả cao thì quá trình chiết phải được lặp đi lặp lại nhiều lần, ta

có thể tách hoàn toàn chất cần tinh chế vào dung môi đã chọn, sau đó cất loại dung môi và lấy chất tinh khiết ở nhiệt độ và áp suất thích hợp

Trong trường hợp đó nên dùng những bộ dụng cụ tự động Chúng gồm bình cầu, một thiết bị chiết và một sinh hàn hồi lưu Dung môi ở trong bình cầu được làm bốc hơi từng phần, dung môi được ngưng tụ nhỏ vào chất được chiết đựng trong một cái túi bằng giấy lọc và sau đó lại chảy vào bình Trong quá trình đó cấu tử cần được tách được làm giàu thêm trong dung môi

1.6.3 Phương pháp hòa tan trong dung môi hữu cơ [15]

Phương pháp này được dùng để tách và tinh chế các chất hữu cơ rắn, dựa trên nguyên tắc là các chất khác nhau có độ hòa tan khác nhau trong cùng một dung môi

Dung môi thích hợp để lựa chọn thường là dung môi trong đó có độ hòa tan của chất rắn cần tinh chế thay đổi nhiều theo nhiệt độ Bằng cách tạo dung dịch bão hòa ở nhiệt độ cao (thường là nhiệt độ sôi của dung môi), các tạp chất sẽ ở lại trong dung dịch Bằng cách kết tinh lại một số lần trong cùng một dung môi, hoặc trong các dung môi khác nhau, người ta có thế thu được tinh thể cần tinh chế ở dạng khá tinh khiết Cũng có khi người ta dùng một dung môi có độ hòa tan với tạp chất nhiều hơn để loại tạp chất ra khỏi chất rắn cần tinh chế Dung môi thường dùng là nước, ancol metylic, axeton, axit axetic, ete, benzene, chloroform, etyl axetat, n-hexan, ete dầu hỏa… hoặc đôi khi là hỗn hợp giữa chúng

Khi cần tách hai hay nhiều chất chứa trong hỗn hợp với những lượng tương đương nhau, người ta dùng phương pháp kết tinh phân đoạn

-Chuẩn bị dung dịch kết tinh trong dung môi thích hợp

-Lọc dung dịch nóng loại bỏ chất phụ không tan

-Làm lạnh dung dịch và gây mầm tinh thể

-Làm khô tinh thể

1.7 Phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS [3],[11],[16],[17]

1.7.1 Giới thiệu phương pháp

Phương pháp AAS còn gọi là phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric)

Các nguyên tử ở trạng thái bình thường không hấp thụ hay bức xạ năng lượng nhưng khi chúng ở trạng thái tự do dưới dạng những đám hơi nguyên tử thì chúng hấp thụ và bức xạ năng lượng Mỗi nguyên tử chỉ hấp thu những bức xạ nhất định tương ứng với những bức xạ mà chúng có thể phát ra trong quá trình phát xạ của chúng Khi nguyên tử nhận năng lượng, chúng có thể chuyển lên mức năng lượng cao hơn gọi là trạng thái kích thích

Quá trình đó gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ của nguyên tử đó Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thụ nguyên tử Phương pháp phân tích dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố được gọi là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử Đối tượng của phương pháp này là lượng nhỏ các kim loại và một số á kim trong rất nhiều đối

tượng mẫu: quặng, đất, nước khoáng, các mẫu sinh học, y học, các sản phẩm nông nghiệp, thực phẩm, nước uống, phân bón, vật liệu…

Hình 1.11 Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

1.7.2 Trang bị của phép đo

Bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

- Nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tích: thường là đèn cathod rỗng HCL (Hollow Cathode Lamp) hoặc đèn phóng điện không điện cực EDL (Electronic Discharge Lamp)

- Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích có hai loại kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu: + Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, sử dụng khí C2H2 và không khí nén hoặc oxit nitơ (N2O), gọi là Flame AAS

+ Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa, sử dụng lò đốt điện, gọi là ETA-AAS (Electro -Thermal-Atomization AAS)

- Bộ đơn sắc có nhiệm vụ thu nhận, phân ly và ghi tính hiệu bức xạ đặc trưng sau khi được hấp thu

- Hệ điện tử/ máy tính để điều khiển và xử lý số liệu

1.7.3 Nguyên tắc phép đo

Cơ sở lí thuyết của phép đo AAS là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ Vì vậy muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cần phải có các quá trình sau:

 Quá trình nguyên tử hóa mẫu: Chọn các điều kiện và một loại thiết bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng

thái hơi của các nguyên tử tự do Quá trình này nhằm tạo ra đám hơi nguyên tử tự

do của mẫu phân tích với hiệu suất cao và ổn định Có thể nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa và bằng kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa Đây là giai đoạn quan trọng nhất và có ảnh hưởng đến kết quả phép đo AAS Để thu được kết quả chính xác, phải nghiên cứu và chọn các điều kiện tối ưu cho quá trình nguyên tử hóa mẫu sao cho phù hợp với từng nguyên tố phân tích trong mỗi mẫu cụ thể là:

+Thành phần và tốc độ của hỗn hợp khí đốt tạo ra ngọn lửa

+Tốc độ dẫn của dung dịch mẫu

+Chiều cao đèn nguyên tử hóa

+Bề dày của môi trường hấp thụ

+Độ nhớt của dung dịch mẫu

Dung dịch phân tích và dung dịch dùng để lập đường chuẩn phải được chuẩn

bị trong cùng một điều kiện để có cùng thành phần hóa học, vật lý, đặc biệt là thành phần nền của mẫu, độ axit, loại axit dùng làm môi trường

 Chiếu chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa điều chế được ở trên Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi

sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó ở đây, một phần cường độ của chùm sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ và phụ thuộc vào nồng

độ của nguyên tố trong môi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần xác định gọi là nguồn bức xạ đơn sắc

Nguồn phát bức xạ đơn sắc phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

+Nguồn phát bức xạ đơn sắc phải tạo ra được chùm tia phát xạ thuần khiết, chỉ bao gồm một số vạch nhạy của yếu tố phân tích

+Chùm tia sáng phát ra phải có cường độ cao, nhưng phải bền theo thời gian

và không bị các yếu tố vật lý khác gây nhiễu, không bị ảnh hưởng bởi các dao động của điều kiện làm việc Ngoài ra không quá đắt và không quá phức tạp khi sử dụng

 Quá trình ghi đo: Gồm hệ thống phân ly ánh sáng sau khi bị hấp thụ, detector,

bộ khuếch đại và ghi đo Nhờ một hệ thống máy quang phổ, người ta thu, phân ly và chọn vạch hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo vạch cường độ của nó

Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cường độ này là phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố trong mẫu phân tích Cường độ của các vạch phổ hấp thụ sau khi thu được detector ghi nhận và khuếch đại sẽ được đưa sang hệ thống chỉ thị, ở đây nó được khuyếch đại và được xử lí để có được cường độ thực của vạc h phổ hấp thụ

1.8 Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis [3],[11], [16],[17]

1.8.1 Giới thiệu phương pháp

Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis (Utraviolet-Visible) là phương pháp phân tích dựa trên sự so sánh độ hấp thụ bức xạ đơn sắc (mật độ quang) của dung dịch nghiên cứu với độ hấp thụ bức xạ đơn sắc của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định Chủ yếu để xác định lượng nhỏ các chất, ít tốn thời gian

so với các phương pháp khác Phương pháp này còn có thể áp dụng để phân tích định tính vì mỗi dung dịch màu chỉ hấp thụ những tia sáng có bước sóng nhất định (max)

1.8.2 Máy đo quang UV-Vis

Máy UV-Vis là một thiết bị được sử dụng phổ biến trong phòng phân tích Các máy phổ hiện thường được nối với máy vi tính, do đó việc ghi phổ hết sức thuận lợi nhờ có những chương trình đo tự động theo các chế độ khác nhau Ngoài

ra, còn có thể lưu giữ phổ đối chiếu và so sánh khi cần thiết

Các bộ phận chính của máy quang phổ UV-Vis gồm: Nguồn phát bức xạ, bộ tạo đơn sắc, bộ phận chia chùm sáng, bộ phận đo và so sánh cường độ ánh sáng rồi chuyển thành tín hiệu điện (detector) và bộ phận ghi phổ

- Nguồn sáng cho hấp thụ phân tử cần có năng lượng đủ lớn trong vùng bước sóng hấp thụ của chất phân tích để cho phép sẵn sàng dò tìm và đo Ngoài ra nó còn phải ổn định trong suốt thời gian đo

- Bộ phận đơn sắc ánh sáng có tác dụng tách chùm tia song song từ nguồn sáng đến thành các tia đơn sắc truyền theo các phương khác nhau Với những máy đơn giản thì các bộ kính lọc màu cho một vùng phổ nhất định hoặc dùng lăng kính

để tách các chùm tia đơn sắc Trong các máy có độ phân giải cao và có độ nhạy cao, các bộ đơn sắc hóa là các bộ cách tử phản xạ

- Detector là bộ phận thu nhận chùm sáng và chuyển chúng thành tín hiệu điện

để đo lượng cường độ của chùm sáng đó Trong các máy đơn giản người ta dùng tế bào quang điện còn trong các máy hiện đại có độ nhạy cao thì người ta dùng các ống nhân quang điện

- Bộ phận ghi phổ là nơi tiếp nhận các tín hiệu điện sau khi được khuếch đại,

có vai trò xử lí tín hiệu, ghi lại phổ, chuyển vào máy tính để xử lý tiếp, hiển thị trên màn hình và lưu lại các dữ liệu, hoặc được xử lý và in ra qua máy in hay máy vẽ Phần mềm của máy tính có thể cho phép đo, độ hấp thụ của một dung dịch tại một bước sóng, lập đường chuẩn, quét phổ (thay đổi đèn, lần lượt thay đổi bước sóng,

đo độ hấp thụ và ghi lại toàn bộ phổ hấp thụ), cho phép làm các phép tính cộng, trừ nhân chia các phổ, phân tích dữ liệu của phép đo hỗn hợp, phép định lượng đo toàn phổ

Hình 1.12 Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis

Trong đó

(1) Nguồn phát bức xạ (4) Dung dịch chất nghiên cứu