NGHIÊN CỨU CÁC QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH SẮT TRONG SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

Sắt là thành phần thiết yếu của hemoglobin, một protein trong hồng cầu có chức năng chuyển oxy từ phổi đến các mô. Sắt cần thiết cho sự tăng trưởng, phát triền hoạt động bình thường của tế bào và tổng hợp một số hormone và liết kết mô. Thiếu sắt là tình trạng thiếu dưỡng chất thường gặp nhất, ảnh hưởng tới khoảng 500 đến 600 triệu người trên thế giới. Tình trạng này thậm chí xảy ra ở cả những nước công nghiệp do ăn quá nhiều và dẫn đến thừa cân. Trong thực tế những năm gần đây, tình trạng suy dinh dưỡng đang gia tăng xét trên góc độ thiếu các dưỡng chất như muối khoáng (sắt, kẽm, selen), vitamin (axit folic) và các axit béo thiết yếu. Do áp dụng chế độ ăn không đầy đủ, tình trạng có thể vẫn đangị ước tính dưới mức thực tế bởi những đối tượng này có thể không có biểu hiện lâm sàng ngay từ đầu.Hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu chất sắt bằng các phương pháp phân tích hiện đại. Vấn đề đặt ra là cần có một quy trình phân tích cụ thể, dễ thực hiện…Do đó, tôi tiến hành khảo sát và xây dựng quy trình phân tích chất sắt bằng phương pháp đo quang phổ (phương pháp chuẩn) trong sữa và các sản phẩm sữa.

TỔNG QUAN VỀ CHẤT SẮT TRONG MẪU SỮA

Tổng quan về sắt và các dạng tồn tại của sắt trong thực phẩm

1.1.1 Tổng quan về sắt và các hợp chất sắt

Sắt, với ký hiệu hóa học Fe và số nguyên tử 26, thuộc phân nhóm VIIIB trong bảng tuần hoàn nguyên tố Trước đây, nhóm này được gọi là nhóm VIII trong phiên bản ngắn của bảng tuần hoàn Từ năm 1963 đến 1968, nhóm nguyên tố này đã được phân loại lại thành VIIIB trong dạng dài của bảng tuần hoàn, tương ứng với một phân nhóm phụ của nhóm VIII Mặc dù nhóm VIIIB và nhóm VIII có sự tương đồng về công thức thành phần của các oxit, chúng không có nhiều điểm chung về cấu tạo và tính chất.

Nhóm VIIIB trong bảng tuần hoàn gồm 9 nguyên tố được sắp xếp thành 3 cột, bao gồm: sắt (Fe), ruteni (Ru), osmi (Os), coban (Co), rodi (Rh), iridi (Ir), niken (Ni), paladi (Pd) và platin (Pt) Các nguyên tố này đều có những đặc điểm hóa học và vật lý riêng biệt, góp phần quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu khoa học.

Bảng 1 1 Một số đặc điểm của các nguyên tố nhóm VIIIB []

Nguyên tố, số thứ tự

Cấu hình electron hóa trị

𝟑𝟑𝟑𝟑 𝟖𝟖 𝟒𝟒𝟒𝟒 𝟐𝟐 1,24 Nguyên tố, số thứ tự

𝟒𝟒𝟑𝟑 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟒𝟒 𝟏𝟏 1,37 Nguyên tố, số thứ tự

Nguyên tố nhóm VIIIB nằm ở giữa các chu kỳ lớn và đều có một hoặc hai electron ở lớp ngoài cùng, do đó chúng được phân loại là kim loại Tính chất của các nguyên tố này tương đồng với nhau trong cùng một chu kỳ Trong khi các nhóm VB, VIB, VIIB có xu hướng giảm khả năng tạo oxit axit khi trạng thái oxi hóa cao của nguyên tố giảm, ngoại trừ Fe, Ru, và Os, các ion kim loại nhóm VIIIB lại dễ dàng hình thành nhiều phức chất bền.

Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa học

GVHD: Trần Nguyễn An Sa 2

Sự biến đổi tính chất của các nguyên tố trong mỗi cột tương tự như sự biến đổi trong các nhóm kim loại chuyển tiếp Khi di chuyển từ nguyên tố trên xuống dưới trong mỗi cột, độ bền của hợp chất tương ứng với trạng thái oxi hóa cao tăng lên Trạng thái oxi hóa đặc trưng nhất của sắt (Fe) là +2 và +3.

Một số đặc điểm của nguyên tố sắt được trình trên bảng 1.2 []

Bảng 1 2 Đặc điểm của sắt

Năng lượng ion hóa, Ev Thế điện cực chuẩn, V

Nguyên tử sắt (Fe) có cấu hình electron ngoài cùng là 4s², với bán kính nguyên tử giảm dần khi số electron trong obitan 3d tăng lên Sự tăng cường điện tích hạt nhân dẫn đến lực hút mạnh hơn đối với electron, làm giảm bán kính nguyên tử mặc dù số lượng electron có thể tăng.

Sắt có hai trạng thái oxi hóa chính là +2 và +3 Độ bền của hợp chất E(III) giảm khi so sánh với các thế điện cực 𝐸𝐸 𝑀𝑀 0 3+ /𝑀𝑀 2+ và năng lượng ion hóa I3 của Fe Sự giảm độ bền này được lý giải bởi cấu hình electron 3d 6 (Fe 2+), với độ bền tăng dần khi gần đạt cấu hình electron bão hòa 3d 10.

Sắt là một kim loại ánh kim, có màu trắng xám, với bốn đồng vị bền trong tự nhiên bao gồm 54 Fe, 56 Fe (chiếm 91,68%), 57 Fe và 58 Fe Kim loại này dễ dàng được dát rèn và dát mỏng, và dưới đây là một số hằng số vật lý của sắt.

Bảng 1 3 Hằng số vật lý quan trọng của kim loại sắt

Nhiệt thăng hoa, Kj/mol

Tỉ khối Độ cứng (thang Moxo) Độ dẫn điện (Hg=1)

Sắt có 4 dạng thù hình bền ở những khoảng nhiệt độ xác định:

Fe 𝛼𝛼 Fe 𝛽𝛽 Fe 𝛾𝛾 Fe 𝛿𝛿 Fe lỏng

Các dạng 𝛼𝛼 và 𝛽𝛽 của sắt có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối, nhưng khác nhau về kiến trúc electron, dẫn đến Fe 𝛼𝛼 có tính sắt từ trong khi Fe 𝛽𝛽 có tính thuận từ Ngoài ra, Fe 𝛼𝛼 không hòa tan carbon, trong khi Fe 𝛾𝛾 lại có cấu trúc tinh thể kiểu lập phương tâm diện.

(Hình 1.1b) và tính thuận từ, Fe 𝛿𝛿 có kiến trúc lập phương tâm khối như Fe 𝛼𝛼 nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy

Hình 1 1 Kiến trúc tinh thể của Fe 𝜶𝜶 và Fe 𝜷𝜷 (a) Kiến trúc tinh thể của Fe 𝜸𝜸 (b)

Khác với hầu hết các kim loại, sắt (Fe) có tính sắt từ, cho phép nó bị nam châm hút và trở thành nam châm dưới tác dụng của dòng điện Tính từ của sắt đã được phát hiện từ thời cổ xưa, cách đây hơn hai ngàn năm, khi người Trung Hoa đã biết sử dụng tính từ này không chỉ ở cấp độ nguyên tử hay ion mà chủ yếu là trong mạng lưới tinh thể của chất.

Sắt tạo nên rất nhiều hợp kim quan trọng Tùy thuộc vào lượng C trong sắt người ta chia ra: sắt mềm (< 0,2%C), thép (0,2 – 1,7%C) và gang (1,7 – 5%)

Sắt là những kim loại có hoạt tính hóa học trung bình, hoạt tính đó giảm xuống từ

Sắt (Fe) thường không phản ứng với các nguyên tố phi kim như O2, S, Cl2, Br2 do có màng oxit bảo vệ, trừ khi được đun nóng Khi kim loại ở trạng thái chia nhỏ, phản ứng diễn ra mạnh mẽ, và ở kích thước rất nhỏ, sắt có thể tự cháy trong không khí ngay cả ở nhiệt độ thường Hiện tượng này xảy ra do tổng bề mặt tiếp xúc lớn giữa các hạt kim loại và không khí, cùng với sự sai lệch lưới tinh thể của hạt so với cấu trúc bền của kim loại.

Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe2O3 và ở nhiệt độ cao hơn, tạo nên Fe3O4:

Khí Cl2 phản ứng nhanh chóng với Fe để tạo ra FeCl3, một hợp chất dễ bay hơi, do đó không hình thành lớp bảo vệ Trong khi đó, khi phản ứng với N2, kim loại chỉ cần nhiệt độ không quá cao để thực hiện phản ứng.

Khi đun nóng nhẹ, sắt (Fe) phản ứng với lưu huỳnh (S) tạo ra các hợp chất không hợp thức có thành phần gần với kim loại M (M = Fe) Sự hiện diện của lưu huỳnh làm giảm chất lượng thép, vì vậy cần phải loại bỏ nó trong quá trình luyện thép.

Sắt (Fe) có khả năng phản ứng trực tiếp với khí carbon monoxide (CO) để tạo ra cacbonyl kim loại Là một trong số ít kim loại bền vững trong môi trường kiềm, sắt vẫn giữ được tính chất của mình cả ở trạng thái dung dịch và nóng chảy, mặc dù oxit không thể hiện tính chất này.

GVHD: Trần Nguyễn An Sa 4 lưỡng tính Fe tan trong dung dịch axit khi đứng trước Sn, giải phóng khí H2 và tạo thành muối E 2+, trong đó Fe dễ dàng tan hơn.

Axit sunfuric đặc và axit nitric đặc không tác dụng với sắt (Fe) mà còn làm thụ động hóa kim loại này khi nguội Sắt tinh khiết có khả năng bền vững với không khí và nước, như được chứng minh bởi cột sắt ở Đeli, Ấn Độ, tồn tại mà không bị rỉ sét suốt hơn 1500 năm Ngược lại, sắt chứa tạp chất dễ bị ăn mòn do tác động của hơi ẩm, khí CO2 và O2 trong không khí, dẫn đến hiện tượng rỉ sét.

2Fe + 3/2O2 + nH2O = Fe2O3.nH2O Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế:

Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất, đứng hàng thứ tư sau O, Si, và

Tổng quan về mẫu thực phẩm

Sữa là một chất lỏng màu trắng, đục, có độ nhớt gấp hai lần nước, với vị ngọt nhẹ và mùi hương không quá mạnh Về mặt hóa lý, sữa được xem như một thể keo, bao gồm các cầu béo có đường kính từ 3-5 micromet và các micen protein với đường kính khoảng 0,1 micromet, phân tán trong nước.

Sữa bao gồm hai thành phần chính là chất khô và nước, và hai thành phần này có mối liên hệ chặt chẽ về mặt lý hóa Sự thay đổi của một trong hai thành phần sẽ ảnh hưởng đến tính chất của sữa.

Sữa chứa gần 100 chất khác nhau, bao gồm đạm, mỡ, đường, vitamin, khoáng chất và men, với đầy đủ 20 loại axit amin, 18 loại axit béo, 25 loại muối khoáng, 12 loại vitamin, 10 loại men và 4 loại đường Sự đa dạng này cho thấy sữa là thực phẩm thiết yếu cho sự phát triển của cơ thể con người, đồng thời là nguồn dinh dưỡng duy nhất có thể thay thế sữa mẹ cho trẻ sơ sinh trong những ngày đầu đời.

Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của sữa phụ thuộc vào giống gia súc, tuổi, chế độ dinh dưỡng, chế độ chăm sóc và kỹ thuật vắt sữa Bảng 1.7 trình bày thành phần hóa học của một số loại sữa.

Bảng 1 7 Thành phần hóa học của một số loại sữa

Loại sữa Nước Chất khô Chất béo Protein Casein Whey Protein Lactose Tro

Sữa từ các loại động vật khác nhau có thành phần hóa học rất đa dạng, với sữa cừu chứa hàm lượng protein và chất béo cao nhất, tiếp theo là sữa trâu Dựa vào thành phần hóa học và mùi vị, người ta có thể sản xuất các sản phẩm sữa đặc từ từng loại sữa cụ thể, chẳng hạn như sữa chua kumis từ sữa dê Bảng 1.8 cung cấp thông tin về thành phần hóa học trung bình của 1 lít sữa bò.

Bảng 1 8 Thành phần hóa học trung bình của 1 lít sữa bò

Stt Thành phần Trọng lượng (g)

1 Thành phần tạo hình hoặc cung cấp năng

Stt Thành phần Trọng lượng (g)

2 Chất khoáng ở trạng thái có vết

Chất xúc tác sinh học

- Vitamin 4-5% thể tích của sữa ra

3 Chất khí hoà tan khỏi vú

Nước liên kết chiếm khoảng 3,44% trong các sản phẩm, và vi sinh vật không thể phát triển trong môi trường này Hàm lượng nước liên kết phụ thuộc vào thành phần của hệ keo, bao gồm protein, phospharit và polysacarit Trong sản phẩm sữa, hàm lượng nước liên kết rất đa dạng: sữa gầy có 2,13-2,59%, sữa đầu là 4,15%, và trong quá trình sản xuất bơ, nước liên kết là 1,75% Đặc biệt, nước liên kết sẽ đóng băng ở nhiệt độ dưới 0 độ C và không hòa tan với muối hay đường.

Lipit sữa là thành phần thiết yếu của sữa, cung cấp năng lượng cao với 9,3 kcal cho mỗi gram chất béo Mỡ sữa chứa hơn 20 loại axit béo cùng với các vitamin hòa tan trong chất béo như A, D và E Thành phần hóa học của mỡ sữa bao gồm glyxerit, photphatit và glycolipit.

Protein trong sữa là loại protein hoàn chỉnh, chứa hầu hết các axit amin, đặc biệt là các axit amin không thay thế Protein đóng vai trò cấu tạo nên các tế bào, do đó, nó rất quan trọng cho sự sống của cơ thể động vật.

Lactoza là thành phần chính trong gluxit của sữa, tồn tại dưới hai dạng: tự do và liên kết với protein cùng các gluxit khác Tỷ lệ giữa lactoza tự do và lactoza liên kết là 8/1.

Muối trong sữa chỉ chiếm khoảng 0,7-0,8%, nhưng đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người và quy trình sản xuất sữa Sữa chứa các cation như K+ và Na+, góp phần vào nhiều chức năng sinh lý thiết yếu.

Mg + , Ca + và các anion của các axit phosphoric, limonic, clohydric nên trong sữa có

GVHD: Trần Nguyễn An Sa 14 nhiều loại muối khác nhau: Muối clorua: KCl, NaCl, CaCl2, MgCl2,… Muối phosphat:

KH2PO4, NaH2PO4, K2H PO4, Na2HPO4,… Muối xitrat: K2(C6 H6 O7), Na2(C6 H6 O7),

Vitamin giữ vị trí rất quan trọng trong việc nuôi dưỡng cơ thể người và động vật

Vitamin đóng vai trò quan trọng trong quá trình đồng hóa chất dinh dưỡng của cơ thể, bên cạnh lipit, protit, gluxit và muối khoáng Thiếu vitamin có thể dẫn đến nhiều bệnh lý nghiêm trọng như tê liệt, phù nề, và giảm khả năng sinh sản, đồng thời gây rối loạn trong quá trình đồng hóa các chất.

Chất khoáng: bao gồm các nguyên tố: Ca, Na, Mg, K, Fe, Cu, Co, Ni, I, Cl, P, S,

Al, Pb, Sn, Ag, As,

Enzyme có mặt trong sữa từ tuyến sữa, vi sinh vật trong không khí và nhiều nguồn khác Con người cũng chủ động bổ sung vi khuẩn, nấm men hoặc enzyme Tất cả enzyme trong sữa và các loại enzyme dùng trong chế biến sữa được chia thành các nhóm: oxydoreductara, transpheraza, hydrolaza, liaza, izomeraza và ligaza.

Sữa chứa khoảng 700ml khí hòa tan mỗi lít, bao gồm 50-70% CO2, 5-10% oxy và 20-30% nitơ Sau khi vắt, sữa có lượng khí lớn, nhưng sau đó giảm dần đến mức bình thường Oxy trong sữa có thể gây hại do thúc đẩy các quá trình oxy hóa.

Hệ vi sinh vật trong sữa: bao gồm vi khuẩn, nấm mốc, nấm men

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

Tổng quan lý thuyết về phương pháp quang phổ nguyên tử AAS [5]

2.1.1 Tổng quan lý thuyết về phương pháp quang phổ

Phân tích quang phổ là tập hợp các phương pháp phân tích quang học dựa trên tính chất quang học của nguyên tử, ion, phân tử và nhóm phân tử, như tính chất phát xạ và hấp thụ quang Tùy thuộc vào điều kiện kích thích và phương tiện thu ghi, có nhiều cách phân chia các phép đo quang phổ, chẳng hạn như phép đo phổ phát xạ và hấp thụ nguyên tử hay phổ hồng ngoại Hai cách phân chia chính được coi là phù hợp hơn trong lĩnh vực này.

Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, gồm có:

- Phổ pháp xạ nguyên tử

- Phổ hấp thụ nguyên tử

Phổ huỳnh quang nguyên tử là hiện tượng xảy ra khi các điện tử hóa trị của nguyên tử trong trạng thái khí tự do chuyển mức năng lượng do bị kích thích.

Phương pháp phân tích phổ phân tử, gồm có:

- Phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VIS

- Phổ hồng ngoại (IR và NIR)

Phổ của một phân tử được xác định bởi các điện tử hóa trị của nguyên tử, bao gồm cả những điện tử trong liên kết và cặp điện tử tự do Những điện tử này có khả năng chuyển mức năng lượng khi bị kích thích.

2.1.2 Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử

Vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử, là phần tử cơ bản nhỏ nhất giữ được tính chất của nguyên tố hóa học Mỗi nguyên tử bao gồm một hạt nhân nằm ở giữa, chiếm khoảng 1/10.000 thể tích của nguyên tử, và các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân trong không gian lớn của nguyên tử Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ.

GVHD: Trạng thái cơ bản của nguyên tử là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất Khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chiếu ánh sáng có bước sóng nhất định vào đám hơi, các nguyên tử sẽ hấp thụ bức xạ tương ứng với bước sóng mà chúng có thể phát ra Quá trình này giúp nguyên tử nhận năng lượng và chuyển lên trạng thái kích thích với năng lượng cao hơn Đây là đặc trưng của nguyên tử trong trạng thái hơi, và quá trình hấp thụ năng lượng này tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố đó.

2.1.3 Cấu trúc của vạch phổ hấp thụ nguyên tử

Các vạch phổ hấp thụ nguyên tử có cấu trúc tương tự như các vạch phổ phát xạ, nhưng thường không đơn sắc và có độ rộng lớn hơn Độ rộng của vạch phổ hấp thụ được xác định bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm độ rộng tự nhiên, độ rộng kép, độ rộng Lorenz và độ rộng cấu trúc tinh vi, tạo thành tổng thể độ rộng toàn phần của vạch phổ hấp thụ.

Hình 2 1 Độ rộng của vạch phổ phát xạ 2.1.4 Nguyên tắc và trang bị của phép đo AAS

Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là phương pháp phân tích dựa trên việc đo phổ hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do trong trạng thái hơi khi chiếu bức xạ đơn sắc qua đám hơi của nguyên tố Để thực hiện phép đo này, cần tiến hành một số quá trình nhất định.

Quá trình chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do được gọi là hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu, sử dụng hệ thống nguyên tử hóa mẫu Qua đó, chúng ta thu được đám hơi của các nguyên tử tự do, tạo ra môi trường hấp thụ bức xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử Khi chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi, các nguyên tử trong đám hơi sẽ hấp thụ bức xạ và tạo ra phổ hấp thụ Cường độ của chùm tia sáng bị hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố trong môi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ được gọi là nguồn phát bức xạ đơn sắc Cuối cùng, hệ thống máy quang phổ thu toàn bộ chùm sáng, phân li và đo cường độ của vạch phổ hấp thụ nguyên tố, với cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố trong mẫu phân tích.

Nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử được thể hiện qua quá trình cụ thể Để thực hiện phép đo này, hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên tử cần phải bao gồm các thành phần cơ bản thiết yếu.

Nguồn phát tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố phân tích, bao gồm vạch phổ phát xạ đặc trưng, được chiếu vào môi trường hấp thụ chứa các nguyên tử tự do Các nguồn phát này có thể là đèn canh rỗng (HCL), đèn phóng điện không điện cực (EDL) hoặc nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu.

Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích bao gồm hai kỹ thuật chính: nguyên tử hóa bằng ngọn lửa đèn khí, được gọi là phép đo F-AAS, và nguyên tử hóa không ngọn lửa, với phép đo ETA-AAS.

Trong kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, hệ thống này bao gồm:

- Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa và thực hiện quá trình aerosol hóa mẫu (tạo thể sol khí)

- Đèn để nguyên tử hóa mẫu (Burner head) để đốt cháy hỗn hợp khí có chứa mẫu ở thể huyền phù sol khí

Khi nguyên tử hóa mẫu bằng kỹ thuật không ngọn lửa, thường sử dụng lò nung nhỏ bằng graphit (cuvet graphit) hoặc thuyền Tangtan (Ta) để thực hiện quá trình này.

GVHD: Trần Nguyễn An Sa 18 nguyên tử hóa mẫu nhờ nguồn năng lượng điện có thế thấp (nhỏ hơn 12 V) nhưng nó có dòng rất cao (50-800 A)

Hình 2 2 Hệ thống nguyên tử hóa mẫu 2.1.5 Những ưu và nhược điểm của phép do AAS

Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử có những ưu điểm và nhược điểm riêng, giống như các phương pháp phân tích khác Những điểm mạnh và điểm yếu này cần được xem xét kỹ lưỡng để hiểu rõ hơn về hiệu quả và ứng dụng của phương pháp trong các lĩnh vực phân tích.

Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là một phương pháp phân tích có độ nhạy và độ chọn lọc cao, cho phép xác định gần 60 nguyên tố hóa học với độ nhạy từ 1.10^-4 đến 1.10^-5% Đặc biệt, khi áp dụng kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa, độ nhạy có thể đạt tới n.10^-7% Nhờ vào độ nhạy vượt trội, phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như phân tích lượng vết kim loại, đặc biệt trong các mẫu y học, sinh học, nông nghiệp và kiểm tra hóa chất có độ tinh khiết cao.

Bảng 2 1 Độ nhạy cảm của các nguyên tố theo phép đo AAS

Stt Nguyên tố F-AAS ETA-AAS λ(nm) Flame Độ nhạy (àg/mL) Độ nhạy (ng/mL)

2.1.5 Đối tượng và phạm vi ứng dụng của AAS Đối tượng chính của phương pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử là phân tích lượng nhỏ (lượng vết) các kim loại trong các loại mẫu khác nhau của các chất vô cơ và hữu cơ Với các trang bị và kĩ thuật hiện nay, bằng phương pháp phân tích này người ta có thể định lượng được hầu hết các kim loại (khoảng 65 nguyên tố) và một số kim đến giới hạn nồng độ cỡ ppm (micrôgam) bằng kĩ thuật F-AAS, và đến nồng độ ppb (nanogam) bằng kĩ thuật ETA-AAS với sai số không lớn hơn 15%

Tổng quan lý thuyết về phương pháp quang phổ phân tử UV – Vis

Trong phổ bức xạ điện từ, tia tử ngoại và ánh sáng khả kiến chỉ chiếm một khoảng hẹp từ 2-760nm Cả nguồn bức xạ và bộ phận phát hiện của hai vùng này có nhiều điểm tương đồng, vì vậy trong các thiết bị sử dụng phổ tử ngoại thường kết hợp cả vùng khả kiến.

Vùng tử ngoại xa bao gồm các tia bức xạ có bước sóng dưới 200nm, tuy nhiên, nó ít được sử dụng do năng lượng cao có khả năng phá vỡ liên kết trong các phân tử.

Vùng tử ngoại gần và vùng khả kiến (VIS) bao gồm các tia bức xạ có bước sóng từ 200-400nm và 400-800nm, tương ứng Vùng tử ngoại gần chứa các tia có bức xạ sóng ngắn, trong khi vùng khả kiến là nơi mà mắt người có thể nhận diện ánh sáng.

2.2.2 Định luật Lambert-Beer và hệ số hấp thụ Được phát triển từ định luật Lambert, hệ số k trong biểu thức I = I.e -kl được biểu diễn qua nồng độ và một hệ số khác

Độ truyền qua (T) được xác định bằng công thức T = I/I₀, trong đó I₀ là cường độ của chùm tia đơn sắc khi chiếu qua dung dịch có chiều dài l (cm) Sau khi chùm tia đi qua dung dịch, cường độ còn lại là I, cho thấy mức độ hấp thụ của dung dịch đối với ánh sáng.

𝐼𝐼0× 100(%) Độ hấp thụ (A): được gọi là mật đọ quang (D) hoặc độ tắt (E)

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ UV-Vis:

Các mẫu đo UV-Vis phổ biến thường là dung dịch, và khả năng hấp thụ UV-Vis của chúng chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố Cấu trúc của chất tan và dung môi, tính chất cũng như nồng độ của dung dịch, cùng với khả năng đáp ứng của thiết bị đo là những yếu tố chính tác động đến khả năng hấp thụ này.

- Nhóm mang màu và nhóm trợ màu: làm cho phân tử có thể hấp thụ các bước sóng dài hơn

- Ảnh hưởng của vị trí không gian: vị trí các liên kết ảnh hưởng đến sự hấp thụ của phân tử, đặc biệt là các hệ liên hợp

Một số nhóm hợp chất có màu đặc trưng như alken và dien có khả năng hấp thụ ánh sáng xung quanh 200nm Các hợp chất carbonyl đơn giản hấp thụ ở khoảng 270-290nm, trong khi các hợp chất enon và polynenon làm giảm khoảng cách năng lượng giữa HOMO và LUMO Ngoài ra, các dẫn xuất thế một lần của benzen có khả năng hấp thụ ở các bước sóng 184nm, 204nm và 254nm.

Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ bức xạ UV-Vis của dung môi, với các hợp chất hóa học như nước (205 nm), methanol (210 nm) và aceton (210 nm) có khả năng hấp thụ ở các bước sóng nhất định Sự tương tác giữa các lưỡng cực và liên kết hydro cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

- Ảnh hưởng của pH: làm thay đổi cấu trúc phân tử

- Nồng độ và các tương tác khác trong dung dịch

2.2.4 Điều kiện áp dụng định luật Lambert-Beer:

Từ các yếu tố ảnh hưởng nêu trên có thể rút ra các điều kiện cơ bản để có thể áp dụng định luật để tính toán như sau:

- Thiết bị phải có khả năng tạo ra chùm tia có độ đơn sắc nhất định Độ đơn sắc càng cao càng tốt

- Chất thử phải bền trong dung dịch và bền dưới tác dụng của tia UV-Vis

- Dung dịch phải nằm trong khoảng nồng độ thích hợp

- Dung dịc phải trong suốt để hạn chế tối đa các hiện tượng quang học khác

2.2.5 Định lượng trong phương pháp UV/Vis

2.2.5.1 Định lượng dung dịch có 1 thành phần: Để xác định nồng độ dung dịch C, qua giá trị độ hấp thu A, người ta cần xác định hệ số K Dựa vào nguyên tắc kỹ thuật đường chuẩn, kỹ thuật thêm đường chuẩn và xác định nồng độ khi biết hệ số hấp thụ, chuẩn độ đo quang

2.2.5.2 Định lượng dung dịch có nhiều thành phần: Để xác định được dung dịch có nhiều thành phần, dựa vào tính cộng của độ hấp thụ ánh sán và nguyên tắc định lượng nhiều thành phần, đo quang hỗn hợp tại nhiều bước sóng, quang phổ đạo hàm

2.2.6 Máy quang phổ UV-Vis:

Máy quang phổ UV-Vis bao gồm các bộ phận chính như nguồn sáng, bộ phận đơn sắc hóa, buồng chứa mẫu, và bộ phận thu nhận và xử lý tín hiệu Các máy quang phổ có khả năng đo trong vùng tử ngoại thường cũng có thể đo trong vùng khả kiến, tuy nhiên, có những máy chỉ đo được trong vùng khả kiến Sự khác biệt này chủ yếu do cấu tạo của nguồn sáng và bộ phận đơn sắc hóa.

QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH SẮT TRONG MẪU SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM LÀM TỪ SỮA

Cách lấy mẫu sữa và các sản phẩm từ sữa [11]

Tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn chi tiết về các phương pháp lấy mẫu sữa và sản phẩm sữa nhằm phân tích vi sinh vật, các chỉ tiêu vật lý, hóa học và cảm quan, đồng thời không bao gồm các phương pháp lấy mẫu tự động hoặc bán tự động.

3.1.2 Khi báo cáo lấy mẫu

Các mẫu cần phải đi kèm với một bản sao đã được ký bởi người lấy mẫu được ủy quyền hoặc có ghi họ tên, và phải có chữ ký của các nhân chứng có mặt.

- Địa điểm, ngày và thời gian lấy mẫu (chỉ cần ghi thời gian lấy khi có thỏa thuận 2 bên liên quan)

- Tên và chữ ký của người lấy mẫu được ủy quyền và của người làm chứng bất kỳ

- Phương pháp lấy mẫu chính xacsm gồm cả kỹ thuật chuẩn bị mẫu và đồng hóa mẫu

- Bản chất và số đơn bị tạo thành chuyển hàng, cùng với ký hiệu sản xuất, nếu có

- Số nhận biết và ký mã hiệu của mẻ sản xuất mà từ đó mẫu được lấy ra

- Số lượng mẫu được nhận biết đúng theo mẻ mà từ đó mẫu được lấy ra

- Nếu cần ghi địa chỉ mẫu sẽ được gửi đến

- Nếu có thể ghi tên và địa chỉ của nhà sản xuất hoặc người bán, ngươi đóng gói sản phẩm

3.1.3 Thiết bị và dụng cụ lấy mẫu

Dụng cụ lấy mẫu cần phải được làm từ thép không gỉ, với chất liệu có độ bền tương đương để đảm bảo không làm biến đổi mẫu, từ đó ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra sau này.

Tát cả các bề mặt dụng cụ lấy mẫu phải trơn nhẫn và không rạn nứt Tất cả cá góc phải lượn tròn

3.1.4 Sử dụng chất bảo quản

Thông thường, không cần thêm chất bảo quản vào các mẫu để kiểm tra vi sinh hoặc kiểm tra cảm quan; tuy nhiên, một số sản phẩm sữa có thể được bổ sung chất bảo quản, với điều kiện nhất định.

- Có hướng dẫn của phòng thử nghiệm

- Bản chất của chất bảo quản này không ảnh hưởng đến các phép phân tích và phép thử về cấu trúc và mùi

- Bản chất và lượng chất bảo quản được nêu trong báo cáo lấy mẫu và tốt nhất là ghi rõ trên nhãn

- Phải tuân thủ các hướng dẫn an toàn đối với tất cả chất bảo quản được sử dụng,

3.1.5 Bảo quản và vận chuyển mẫu

Trong quá trình vận chuyển, cần chú ý tránh mùi, ánh sáng trực tiếp và các điều kiện có hại khác Hãy đảm bảo tuân thủ các yêu cầu tối thiểu về nhiệt độ theo quy định của nhà sản xuất Mẫu sau khi lấy xong nên được bảo quản ở nhiệt độ thích hợp trong vòng 24 giờ Cả thời gian và nhiệt độ đều cần được xem xét kỹ lưỡng.

Hình 1.5 Bảo quản mẫu, nhiệt độ bảo quản và cỡ mẫu tối thiểu

3.1.6 Lẫy mẫu để kiểm tra cảm quan và phân tích hóa lý

Để đảm bảo sữa được trộn đều, bạn nên sử dụng bình, xo, hoặc can nhỏ để trộn kỹ, có thể rót qua lại, khuấy hoặc sục Đối với thùng hoặc bể chứa sữa, hãy khuấy bằng máy ít nhất 5 phút cho đến khi sữa đạt được độ đồng nhất.

Nếu thùng chứa được trang bị hệ thống khuấy trộn chu kỳ có hẹn giờ, việc lấy mẫu có thể thực hiện sau 1 – 2 phút trộn Tuy nhiên, nếu cánh khuấy gần sát bề mặt sữa, không nên sử dụng dụng cụ khuấy để tránh tạo bọt.

Để thu được mẫu sữa đại diện, việc trộn sữa trong chén cân là rất quan trọng Nếu sữa không được trộn đều, việc lấy mẫu sẽ không chính xác Trong trường hợp này, cần phải khuấy trộn bổ sung, và lượng trộn này sẽ được xác định qua thực nghiệm Ngoài ra, nếu thể tích sữa cần lấy mẫu lớn hơn dung tích của chén cân, thì mẫu đó sẽ đại diện cho toàn bộ lô hàng.

Trong quá trình vận chuyển sữa bằng thùng chứa lớn, kho chứa, xitec đường bộ và xitec đường sắt, cần phải trộn kỹ sữa bằng phương pháp phù hợp trước khi lấy mẫu Các phương pháp trộn có thể bao gồm khuấy trộn cơ học hoặc sử dụng luồng khí nén sạch để tránh tạo bọt Khi sử dụng nén, cần lưu ý tránh mọi ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm Thời gian trộn cũng phụ thuộc vào khoảng thời gian mà sữa đã ở trạng thái tĩnh.

3.1.7 Khi vận chuyển bằng đường bộ, đường sắt cần tiến hành như sau:

Khi lấy mẫu sữa trong vòng 30 phút sau khi làm đầy, cần khuấy trộn ít nhất 5 phút bằng pittong hoặc dụng cụ khuấy cơ học Nếu sữa được bảo quản lâu trong xitec, thời gian khuấy trộn phải kéo dài tối thiểu 15 phút.

Khi xitec được đổ đầy để vận chuyển bằng đường bộ và đường sắt, việc trộn sữa đúng cách chỉ có thể thực hiện thông qua khuấy cơ học, đặc biệt khi có hiện tượng tách kem rõ rệt.

Phương pháp lấy mẫu sữa và sản phẩm từ sữa này áp dụng cho từng trường hợp lấy mẫu khác nhau.

Các phương pháp xác định sắt trong sữa

3.2.1 Xác định Fe bằng phương pháp đo phổ (Phương pháp chuẩn) – thuốc thử Bathophenanthrolin (TCVN 6270:2011) [10]

Tiêu chuẩn này mô tả phương pháp chuẩn để xác định hàm lượng sắt trong sữa và các sản phẩm từ sữa thông qua đo phổ Phương pháp này áp dụng cho nhiều loại sản phẩm như sữa, sữa gầy, whey, buttermilk, sữa chua, sữa cô đặc, sữa đặc có đường, sữa bột nguyên chất, sữa bột gầy, bột whey, bột buttermilk, cream, bơ, butterfat khan, butteroil, butterfat, ghee, kem lạnh thực phẩm, phomat, phomat chế biến, casein, caseinat và các chất đồng kết tủa.

Chất hữu cơ được phân hủy bằng hỗn hợp axit nitric và axit sulfuric Đối với các sản phẩm như cream, butterfat khan, butteroil, butterfat và ghee, cần phải loại bỏ chất béo trước khi tiến hành Đối với bơ, quá trình này bao gồm việc tách và vô cơ hóa serum.

Khử ion sắt (III) thành ion sắt (II) và tạo phức với bathophenanthrolin Hợp chất sắt (II) sau đó được chiết bằng isoamyl alcohol Cuối cùng, đo phổ hấp thụ của dung dịch màu đỏ ở bước sóng 533 nm.

Sử dụng các thiết bị, dụng cụ của phòng thử nghiệm thông thường và cụ thể như sau:

- Máy li tâm, có khả năng tạo gia tốc quay 2 500g, với các ống có dung dịch ít nhất là 150 ml

- Dụng cụ nghiền, phù hợp với mẫu

- Rõy, cú lỗ với kớch thước 500 àm, ISO 565 [1] là bằng vật liệu khụng chứa sắt

- Đầu đốt nhỏ hoặc bếp điện, loại không phát ra các hạt chứa sắt

- Bình phân hủy (Kjeldahl), có dung tích khoảng 70 ml, có nút mài thủy tinh, được hiệu chuẩn ở phần dưới cổ bình ở 50 ml

- Bi thủy tinh, tốt nhất là bi thạch anh, không giải phóng sắt trong quá trình phân hủy

- Ống đong, có dung tích 5 ml, 10 ml và 25 ml phù hợp với yêu cầu trong TCVN

- Pipet chia độ, dung tích 1 ml, 2 ml và 5 ml, chia độ từng khoảng 0,1 ml, phù hợp với quy định trong TCVN 7150 (ISO 835)

- Pipet một vạch, dung tích 1 ml, 2 ml, 3 ml, 4 ml, 5 ml, 10 ml và 25 ml, phù hợp với quy định của loại A trong TCVN 7151 (ISO 648)

- Máy đo phổ, thích hợp để đo độ hấp thụ ở sóng 533 nm, được trang bị các cuvet có chiều dài đường quang 10 mm

Để phân tích sữa, sữa gầy và whey, mẫu cần được đưa về nhiệt độ 20 o C ± 2 o C và trộn đều Nếu chất béo trong sữa phân tán không đều, làm nóng mẫu từ từ đến 40 o C, sau đó trộn nhẹ và làm nguội nhanh về 20 o C ± 2 o C Cân 10 g mẫu thử với độ chính xác 10 mg, cho vào bình phân hủy, sau đó thêm 3 ml axit nitric và 1,8 ml dung dịch kali sulfat.

3.2.2 Xác định Fe bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS

Tiêu chuẩn này hướng dẫn phương pháp xác định hàm lượng kẽm, đồng, và sắt trong thực phẩm thông qua kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (FAAS), đồng thời xác định hàm lượng cadimi và chì bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng lò graphit (GFAAS) sau khi thực hiện quá trình phân hủy bằng vi sóng.

Tiểu chuẩn này có thể áp dụng để xác định các nguyên tố nói trên với các nồng độ như sau:

Sản phẩm được phân hủy bằng axit nitric và hydro peroxide dưới áp suất cao trong lò vi sóng Sau đó, dung dịch thủy phân được pha loãng bằng nước Chì và cadimi được xác định bằng phương pháp GFAAS, trong khi kẽm, đồng và sắt được xác định bằng FAAS.

Chỉ sử dụng các thuốc thử loại tinh khiết phân tích và sử dụng nước cất hoặc nước đã loại ion, có điện trở ≥ 18 M.cm

3.2.2.4 Máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử:

Đầu đốt không khí/axetylen hoặc đầu đốt nito oxit/axetylen được sử dụng cho phân tích FAAS và GFAAS, với việc áp dụng nhiệt điện và hiệu chỉnh nền phù hợp để đảm bảo độ chính xác trong kết quả phân tích.

Để tiến hành phân hủy, cần sử dụng cân để đo từ 0,2g đến 0,5g mẫu thử khô với độ chính xác đến 0,1mg và cho vào bình phân hủy Đối với mẫu thử ướt, khối lượng tối đa không được vượt quá 2g và hàm lượng chất khô không quá 0,5g.

Pha loãng: dung dịch được pha loãng tiếp với axt nitric 3M Đo quang phổ hấp thụ nguyên tử: kỹ thuật FAAS, GFAAS

Tính và biểu thị kết quả theo công thức: 𝐶𝐶 = (𝑎𝑎−𝑏𝑏)𝑑𝑑𝑑𝑑×25

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tiêu đề	Nghiên Cứu Các Quy Trình Xác Định Sắt Trong Sữa Và Các Sản Phẩm Từ Sữa
Tác giả	Nguyễn Ngọc Phương Anh
Người hướng dẫn	ThS. Trần Nguyễn An Sa
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hcm
Chuyên ngành	Khoa Công Nghệ Hóa Học
Thể loại	báo cáo đồ án chuyên ngành
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	43
Dung lượng	687,48 KB