Xác định kẽm, cađimi trong tỏi & thuốc chế biến từ tỏi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của động vật và con người, tuy nhiên với nồng độ lớn như hiện nay một số nguyên tố sẽ xâm nhập vào cơ thể với một lượng quá lớn, vượt giới hạn cho phép và có thể gây ra sự nhiễm độc nguy hiểm. Chính vì vậy, việc phân tích, xác định nồng độ, hàm lượng của các nguyên tố này trong môi trường, mà đặc biệt là trong các mẫu thực phẩm, rau quả - một nguồn gây nhiễm độc chính cho con người - là một việc làm vô cùng cần thiết để bảo đảm sức khoẻ của con người. Vì mục tiêu này, GS -TS Phạm Luận đã giao đề tài và hướng dẫn em hoàn thành bản khoá luận: ”Xác định kẽm, cađimi trong tỏi và thuốc chế biến từ tỏi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử”. chương 1 tổng quan Giới thiệu về tỏi và thuốc chế biến từ tỏi Tỏi (tên khoa học là allium sativum) là loài thực vật thân thảo, họ bách hợp, là một loại gia vị được ưa thích và không thể thiếu trong một số món ăn của dân tộc Việt Nam cũng như của rất nhiều các dân tộc khác trên thế giới. Không chỉ có vậy, ăn tỏi còn có tác dụng phòng và chữa một số loại bệnh nhất định theo kinh nghiệm của y học dân gian. Gần đây, nhờ những công trình nghiên cứu của các nhà khoa học mà chúng ta hiểu sâu sắc hơn về nguyên nhân cũng như cơ chế chữa bệnh của củ tỏi. Mặc dù vậy, những công dụng này của tỏi đã được biết đến từ hơn 3000 năm trước. Thành phần [3], [4] Theo một số tài liệu tổng hợp, củ tỏi hàm chứa một số nhóm hoạt chất chính: Tinh dầu: chủ yếu bao gồm các hoạt chất chứa lưu huỳnh, tiêu biểu như allicin, diallyldisulfide, diallyltriusulfide, allylpropyldisulfide... Các vitamin A, B1, B2,, C, E... Khoáng vi lượng: I, Se, Ge, Zn... Ngoài ra, tỏi còn chứa các enzim như aliinaza, peroxidaza, nyroxidaza và một số hoạt chất khác như scordinin, S - allylcystein, S - allylmecaptocystein, g - Glutamin 1.1.2 Tính chất sinh học và công dụng [1],[2],[3],[4],[24] Ngoài công dụng là một gia vị được ưa thích thì tỏi còn có nhiều tác dụng dược lý khác mà tiêu biểu là: Tác dụng kháng khuẩn: Tỏi là một chất kháng sinh đa năng với phổ kháng khuẩn rất rộng, có khả năng ức chế tới hơn 70 loại vi khuẩn. Người ta đã xác minh rằng diallyldisulfide, diallyltrisulfide, ajoene và một số hoạt chất chứa lưu huỳnh khác là các hoạt chất chủ yếu có tính kháng khuẩn trong tỏi. Ngoài ra tỏi còn tính kháng nấm, kháng siêu vi, kháng kí sinh trùng và còn có thể ngăn ngừa được cảm cúm, một số bệnh đường ruột, đường hô hấp. Tỏi còn có thể tăng cường hệ miễn dịch, phòng chống nhiễm trùng, bảo vệ màng tế bào, chống các tổn thương của nhiễm sắc thể. Một tác dụng đáng lưu ý nữa của tỏi là khả năng điều hoà huyết áp và điều hoà cholesterol huyết, tryglycerid huyết của tỏi. Chính vì vậy, tỏi đóng vai trò quan trọng trong các chức năng bảo vệ tim mạch, giúp phòng chống các chứng xơ vữa động mạch. Ngoài những tác dụng trên, tỏi còn có khả năng điều hoà huyết và chống sinh huyết khối, giúp phòng chống các bệnh về tim mạch, nhất là đột quỵ, nhồi máu cơ tim. Tác dụng này tương tự như aspirin nhưng lại không gây phản ứng phụ. Người ta cũng đã xác minh được các hoạt chất chủ yếu có trong tỏi như S - allylcystein(SAC), S - allylmecaptocystein ( SAMC), diallyldisulfide (DAB)... giúp làm chậm các quá trình lão hoá cũng như phòng chống các hội chứng ung thư, nhất là ung thư tiền liệt tuyến. Hoạt chất ajoene còn có tác dụng ức chế một số tác nhân gây đột biến gen, giúp ngăn chặn tiến trình gây khối u và ung thư. Có thể nói, tỏi là một dược liệu thiên nhiên quí giá, những công dụng của nó đối với cuộc sống là khó kể hết. Chính vì vậy mà việc trồng và sử dụng tỏi ngày càng được mở rộng ra trên phạm vi toàn thế giới. Các đề tài nghiên cứu về tỏi nhằm tìm ra những khả năng chữa bệnh khác cũng đang được các nhà khoa học hết sức quan tâm. Các công trình gần đây nhất đã công bố những tác dụng dược lí của tỏi là do diallydisulfide, vinyldithiin, ajoene..., đây là những chất được tạo thành do sự chuyển hoá của alicin (C6H10OS2) khi tiếp xúc với không khí. Mặc dù có những tác dụng lớn như vậy nhưng chính những hợp chất này lại tạo nên một mùi rất khó chịu khi ăn tỏi. Vì vậy các nhà khoa học đã nghiên cứu để tạo ra một số loại thuốc chế biến từ tỏi mà vẫn đảm bảo được những đặc tính ưu việt của nó như: Viên bao Dogarlic, viên nén Dogarlic, Garlic - T. Tỏi được dùng làm thuốc dưới dạng tinh dầu (garlic oil) chứa hai hoạt chất chính là allicin có mùi đặc trưng của tỏi tươi và aliin không mùi. Bằng công nghệ tiên tiến , người ta đã khử mùi của allicin mà không làm mất tính trị liệu của nó. Như vậy là, những người sợ mùi tỏi vẫn có thể nhận được những đặc tính quý giá của tỏi - một vị thuốc kì diệu. Giới thiệu về các nguyên tố kẽm, cađimi 1.2.1 Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế [6], [7], [8], [25] Trong tự nhiên Zn là nguyên tố tương đối phổ biến (nó chiếm khoảng 0,008% khối lượng vỏ quả đất) còn cađimi kém phổ biến hơn nhiều. Khoáng vật phổ biến nhất của kẽm là sphalerit (ZnS), calamin (ZnCO3), ngoài ra nó còn thường gặp cùng với khoáng galenit (PbS). Đối với cađimi, trong tự nhiên, người ta thường gặp nó lẫn trong các quặng của kẽm và trong đó, hàm lượng của cađimi thay đổi rất nhiều.Thông thường trong các quặng sphalerit và calamin, cađimi chiếm từ 0,1 tới 0,5%. Quặng chính của cađimi là greenockite (CdS), nằm lẫn trong sphalerit, ngoài ra nó có thể được tìm thấy trong nước của một số mỏ than. Một trong những nguyên liệu chính để luyện kẽm là quặng sphalerit. Người ta nung tinh quặng và thu được ôxít kẽm ZnO. Sau đó khử bằng than cốc sẽ thu được kẽm kim loại. Để tinh chế, người ta hoà tan sản phẩm thu được vào H2SO4 rồi điện phân dung dịch ZnSO4 . Cađimi thường được được điều chế từ bã thải của công nghiệp sản xuất kẽm bằng cách chế hoá chúng với H2SO4, sau đó dùng kẽm đẩy cađimi kim loại ra. Để thu được cađimi tinh khiết, người ta cũng hoà tan sản phẩm thu được trong H2SO4 và điện phân. 1.2.2 Tính chất lý học [6],[7] Kẽm, cađimi là những kim loại màu trắng bạc nhưng trong không khí ẩm, chúng dần dần bị bao phủ bởi màng ôxít nên mất ánh kim. ở nhiệt độ phòng kẽm khá giòn nhưng ở 100-1500C kẽm dễ uốn và dát thành lá. Cađimi cũng mềm, dễ rèn, dễ kéo sợi. Chúng đều là những kim loại dễ nóng chảy và dễ bay hơi (bảng 1a, 1b). Là những nguyên tố đứng cuối cùng trong dãy nguyên tố d, nhóm IIB của bảng hệ thống tuần hoàn, kẽm, cađimi đều là những nguyên tố tương đối hoạt động hoá học và có trạng thái ô xi hoá cao nhất là +2. Bảng 1a: Một số đặc điểm của kẽm và cađimi Số thứ tự nguyên tử Cấu hình electron Năng lượng ion hoá(eV) Bán kính nguyên tử (A0) Thế điện cực I1 I2 Zn 30 [Ar]3d104s2 9,39 17,96 1,39 -0,763 Cd 48 [Kr]4d105s2 8,99 16,9 1,56 -0,402 Bảng 1b: Các hằng số vật lí quan trọng của kẽm và cađimi. Kim loại Nhiệt độ nóng chảy(oC) Nhiệt độ sôi (0C) Tỷ khối Độ dẫn điện Zn 419,5 906 7,13 16 Cd 321 767 8,63 13 1.2.3 Tính chất hoá học [6], [7] 1.2.3.1 Đơn chất ở nhiệt độ thường kẽm và cađimi bền với nước do có màng ôxit bảo vệ, ở nhiệt độ cao kẽm khử hơi nước biến thành ôxit: Zn + H2O = ZnO + H2 Kẽm và cađimi dễ dàng tác dụng với axit không có tính ôxi hoá giải phóng khí H2 M + 2 H3O+ + 2H2O = [M(H2O)4]2+ + H2ư (M = Zn, Cd) Với những axit có tính ôxi hoá mạnh như HNO3, H2SO4 đặc, kẽm và cađimi tỏ ra rất hoạt động. 4Zn + 10 HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Riêng kẽm có thể tan dễ dàng trong dung dịch kiềm giải phóng H2 thể hiện tính lưỡng tính Zn + 2H2O + OH- = [ Zn(OH)4]2- + H2ư 1.2.3.2 Hợp chất của Zn(II) và Cd(II) * Oxít MO: Cả ZnO và CdO đều là những chất khó nóng chảy, hơi rất độc, ở nhiệt độ thường ZnO màu trắng còn CdO có các màu từ vàng đến nâu. Cả hai ôxit không tan trong nước mà tan trong dung dịch axit. ZnO còn tan trong dung dịch kiềm và CdO chỉ tan trong dung dịch kiềm nóng chảy. CdO + 2KOH (nóng chảy) = K2CdO2 + H2O ZnO +2 KOH = K2ZnO2 + H2O ZnO được dùng để chế tạo bột màu trắng cho sơn, hay dùng để làm chất độn cao su. * Hidroxít: Hidroxit các nguyên tố Zn, Cd đều có dạng kết tủa trắng nhầy không tan trong nước, dễ tan trong axit. Riêng Zn(OH)2 tan trong kiềm mạnh tạo phức hidroxozincat. Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] Cd(OH)2 không thể hiện rõ tính chất lưỡng tính như Zn(OH)2: nó không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy. Cả hai hidroxit đều tan trong dung dịch NH3 tạo phức amoniacat M(OH)2 + 4NH3 + 2H20 = [M(NH3)4](OH)2 * Muối: Đa số các muối của Cd(II ), và Zn (II) đều không có màu. Các muối sunfat, nitrat của các nguyên tố này đều tan tốt trong nước. Chỉ có muối sunfua, cacbonat của chúng là ít tan trong nước. Các muối Zn(II), Cd(II) clorua bị hidrat hoá tạo nên những axit tương đối mạnh. ZnCl2 + 2H2O = H2[Zn(OH)2Cl2] Do vậy dung dịch ZnCl2 đặc thường được dùng để đánh sạch sắt, thép trước khi hàn. FeO + H2[Zn(OH)2Cl2] = Fe[Zn(OH)2Cl2] + H2O Ion Zn2+ và Cd2+ tạo nên nhiều phức chất. Những ion phức thường gặp là [ZnX4]2-, [CdX4]2- (trong đó X = Cl-, Br-, I-, CN-), [Zn(NH3)4]2-, [Cd(NH3)4]2-,[Zn(NH3)6]2+, [Cd(NH3)6]2+... Tính chất sinh học [5], [21], [23] Kẽm chỉ đứng sau sắt trong số những nguyên tố lượng vết thiết yếu nhất của cơ thể con người với tổng lượng lên tới 2-3 g trong cơ thể và nhu cầu kẽm hàng ngày của một người trung bình khoảng 20 - 45 mg. Phân bố của kẽm không đồng đều, nhiều ở tinh hoàn, sau đó là tóc, xương, gan, thận, da và não. Đặc điểm của kẽm là: không có dự trữ trong cơ thể, có nửa đời sống sinh học ngắn (12,5 ngày) trong các cơ quan nội tạng nên dễ bị thiếu nếu khẩu phần ăn không được cung cấp đầy đủ. Các vai trò chính của kẽm: Tham gia vào cấu tạo các enzim trong đó có trên 200 enzim lệ thuộc kẽm là những enzim chủ yếu như men oxi hoá khử, men vận chuyển, men thuỷ phân, men cacboxypeptitdaz hay men dehidrogenaz. Kẽm có vai trò điều hoà chuyển hoá lipit và ngăn ngừa mỡ hoá gan. Kẽm tham gia vào chức phận tạo máu, vai trò này của kẽm quan trọng không kém vai trò của sắt. Qua hàm lượng kẽm, người ta còn có thể đánh giá sự suy dinh dưỡng ở tuổi đang phát triển. Ngoài ra kẽm còn rất cần thiết cho sự biệt hoá tế bào và sự ổn định màng.Thiếu kẽm, quá trình tổng hợp AND và quá trình sao chép trong tế bào bị suy yếu. Thiếu kẽm trong quá trình mang thai gây hiện tượng đứt đoạn quá trình nhân đôi ở các tế bào phôi. ở động vật bị thiếu kẽm, xảy ra các dị tật ở não, mặt, hệ thần kinh, tim, lách, xương và hệ sinh dục, tiết niệu. Như vậy, có thể nói, trong cơ thể con người cũng như trong động vật nói chung, kẽm đóng vai trò rất quan trọng. Và cũng chính vì không có dự trữ mà cơ thể đòi hỏi chúng ta phải cung cấp kẽm hàng ngày qua các thực phẩm như ngũ cốc, đậu đỗ hay gan, lòng đỏ trứng gà. Khác với kẽm, cađimi chỉ tồn tại ở dạng vết trong tổ chức của động vật và thực vật (khoảng 1 ppm) và vai trò sinh học của nó vẫn còn là vấn đề đang được tranh cãi. Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây thường tập trung vào xác định độc tính của cađimi đối với cơ thể. ở mọi dạng tồn tại, cađimi đều rất nguy hiểm, chỉ cần một lượng 30 - 40 mg cũng đủ để gây chết người. Do mỗi lần lượng cađimi thải ra khỏi cơ thể con người rất chậm (0,1% 1 ngày đêm) nên dễ diễn ra quá trình ngộ độc mạn tính. Những triệu chứng sớm nhất của nó là những tổn thất ở thận và hệ thần kinh, rối loạn chức năng các cơ quan sinh dục và rối loạn các chức năng phổi. Đặc biệt, cađimi còn phá huỷ tuỷ xương dẫn đến ung thư. Trong cơ thể, cađimi tích tụ trước hết là ở thận, gan. phổi, móng chân, tóc... trong đó, lượng cađimi trong tóc được sử dụng như một chỉ tiêu đánh giá nhiễm độc cađimi . Lượng cađimi xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu qua đường ăn uống những thực phẩm có chứa cađimi. Tuy nhiên, lượng cađimi mà chúng ta nhận được nhiều nhất là từ thực phẩm có nguồn gốc thực vật. Vấn đề là ở chỗ cađimi rất dễ dàng chuyển từ đất lên cây cối, thực vật hấp thụ tới 70% cađimi từ đất, còn 30% trong không khí. Do cađimi ngày càng được sử dụng nhiều trong công nghiệp nên sự ô nhiễm cađimi hiện nay đã bằng đúng với giới hạn cho phép (theo đánh giá của tổ chức y tế thế giới WHO). Như vậy nhờ khả năng thâm nhập vào thực vật qua đất và rễ mà cađimi dễ dàng lọt vào chuỗi thực phẩm gây nhiễm độc, nguy hại nghiêm trọng đến súc khoẻ con người. Chính vì vậy, chúng ta nhận thấy vấn đề cấp bách hiện nay là phân tích, xác định hàm lượng cađimi trong những sản phẩm nông nghiệp, qua đó góp phần kiểm tra đảm bảo chất lượng thực phẩm, tránh sự nhiễm độc cađimi. Các phương pháp xác định Kẽm và Cađimi Các phương pháp và kĩ thuật phân tích ngày càng được phát triển và hoàn thiện, để phục vụ cho phân tích định tính (phát hiện), phân tích định lượng...Căn cứ theo mức độ và khả năng ứng dụng người ta chia thành hai nhóm: Nhóm các phương pháp hoá học Nhóm này là các phương pháp (hay kĩ thuật) để phân tích, xác định hàm lượng lớn (đa lượng) của chất, thông thường lớn hơn 0,05%. Nhóm này bao gồm: Các phương pháp phân tích khối lượng Các phương pháp phân tích thể tích. Phương pháp phân tích khối lượng [11], [12], [25] Nguyên tắc: để tiến hành xác định một chất có trong mẫu phân tích, trước hết cần cân chính xác một lượng mẫu đem hoà tan thành dung dịch sau đó kết tủa chất cần phân tích. Tiến hành lọc, rửa, sấy và nung kết tủa ở nhiệt độ thích hợp ta được chất cần phân tích ở dạng hợp chất bền có thành phần xác định. Căn cứ vào khối lượng kết tủa và thành phần hoá học của nó ta sẽ xác định được hàm lượng chất cần phân tích trong mẫu. Với kẽm, người ta cho kết tủa ZnS ở pH 2-3. Giống như vậy, CdS kết tủa màu vàng trong môi trường axit cũng thường được sử dụng để định lượng cađimi theo phương pháp này. Phương pháp phân tích khối lượng cho độ chính xác cao, tuy nhiên đòi hỏi thời gian và một số thao tác phức tạp. Hơn nữa, đây là phương pháp phân tích nhằm xác định lượng lớn nên không được sử dụng trong xác định lượng vết. Phương pháp phân tích thể tích[10], [11] Đây là phương pháp xác định hàm lượng chất dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác khi cho tác dụng vừa đủ với một lượng chất định phân. Thời điểm thuốc thử tác dụng vừa đủ với lượng chất định phân - ta được điểm tương đương - được xác định bởi những chất chỉ thị phù hợp. Trong phương pháp này, kẽm và cađimi thường được xác định bằng sự tạo phức complexonat với EDTA, chỉ thị ETOO ở pH = 10. Phương pháp phân tích thể tích có ưu điểm là nhanh chóng và dễ thực hiện tuy nhiên cũng giống như phương pháp phân tích khối lượng, phương pháp này cũng không được sử dụng trong phân tích lượng vết, vì phải thực hiện quá trình làm giàu phức tạp. Phương pháp phân tích công cụ Các phương pháp phân tích điện hoá Phương pháp cực phổ [9], [14], [15] Đây là một phương pháp Von-Ampe trong đó người ta dùng điện cực giọt thuỷ ngân là cực làm việc. Trong phương pháp này, ta phân cực điện cực giọt thuỷ ngân bằng một điện áp một chiều biến thiên tuyến tính với thời gian để nghiên cứu các quá trình khử cực của các chất điện hoạt (chất phân tích) trên điện cực đó. Ngày nay các phương pháp cực phổ hiện đại như cực phổ sóng vuông, cực phổ xung ...đã đạt tới độ nhạy 10-7M. Cực phổ là phương pháp rất phù hợp khi xác định lượng vết cađimi dù trong nền axit, kiềm hay trung tính. Sử dụng nền NH3 + NH4Cl (0,8 M), ghi thế trong khoảng từ -1V đến -1.25V với tốc độ quét thế 5mV/s (theo chiều âm), trong khoá luận tốt nghiệp: ” Xác định hàm lượng kẽm trong hợp kim đồng bằng phương pháp cực phổ xung vi phân”, Trần Ngọc Phú đã thu được kết quả : Trong 1g hợp kim đồng (chìa khoá Việt Tiệp) hàm lượng Zn là 0,1365g, chiếm 13,65%[17]. Phương pháp Von-Ampe hoà tan [9], [14], [15] Phương pháp Von-Ampe hoà tan là phương pháp có độ nhạy cao (10-8-10-9 M), độ chính xác 5%, được thực hiện qua 2 giai đoạn: Giai đoạn điện phân làm giàu chất phân tích lên bề mặt điện cực dưới dạng kim loại hoặc hợp chất khó tan. Nguyên tố cần xác định được tập trung lên cực nhờ điện phân ở thế một chiều không đổi trong một thời gian xác định từ dung dịch mẫu được khuấy liên tục. Thời gian điện phân phụ thuộc vào nồng độ chất phân tích và kích thước cực làm việc. Sau đó dừng khoảng 15-60 giây. Ngừng khuấy dung dịch nhưng thế điện phân vẫn giữ nguyên. Đây là giai đoạn để kết tủa phân bố đều trên điện cực. Giai đoạn hoà tan: kết tủa trên điện cực được hoà tan bằng cách phân cực catôt hoặc anốt. Tuỳ thuộc giai đoạn này mà ta có phương pháp Von-Ampe hoà tan catốt hay Von-Ampe hoà tan anôt. Sử dụng phương pháp này để xác định kim loại nặng trong lương thực, thực phẩm, điện phân làm giàu ở thế Eđp = -1,2 V vs SCE trong 4-6 phút để xác định cađimi, ở thế -1,4 V vs SCE trong 4-5 phút để xác định kẽm, các tác giả Lê Lan Anh, Lê Trường Giang, Đỗ Việt Anh và Vũ Đức Lợi đã thu được kết quả: Trong mẫu thức ăn của gà (Gà - HMG), hàm lượng cađimi ở dưới giới hạn xác định của phương pháp còn của kẽm là 44,5 ppm. Trong mẫu ngô, hàm lượng cađimi là 0,196 ppm, Zn là 25,1 ppm [29]. Cũng với phương pháp này, phân tích trực tiếp các kim loại nặng trong nước biển Thái Bình Dương, tác giả Lê Lan Anh cùng cộng sự đã thu được kết quả là 0,24, 0,18 mg Cd/ l và 11,21, 7,89 mg Zn/l đối với các mẫu Tm 1-2, Tm 3-11 [30]. 1.3.2.2 Các phương pháp phân tích quang học 1.3.2.2,1 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [13] Phổ phát xạ nguyên tử là sản phẩm sinh ra do sự tương tác của các nguyên tử tự do ở trạng thái khí với một nguồn năng lượng nhiệt, điện... phù hợp. Đây là phương pháp có độ nhạy cao, từ n.10-3% đến n.10-4%. Đặc biệt, với nguồn kích thích phổ plasma cao tần cảm ứng (ICP) có thể đạt tới độ nhạy n.10-5 đến 10-6%. Hơn nữa phương pháp này có thể phân tích nhiều nguyên tố trong các đối tượng mẫu khác nhau với sai số dươí 10%. Các tác giả Nguyễn Văn Định, Dương ái Phương, Nguyễn Văn Đến đã phân tích các kim loại tạp chất trong mẫu kẽm tinh luyện với hàm lượng thiếc (Sn) là lớn nhất, tới 0,007%, sai số tuyệt đối mắc phải là 0,003%, hàm lượng niken (Ni) là nhỏ nhất với 0,0005% và sai số là 0,0002%, hàm lượng cađimi là 0,003% (sai số 0,002% ) [19]. 1.3.2.2.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)[13] Đây là một phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, để phân tích các kim loại có phổ hấp thụ nguyên tử và cả những hợp chất hữu cơ hay các anion không có phổ hấp thụ nguyên tử. Khi kích thích một đám hơi nguyên tử tự do bằng một chùm sáng có những buớc sóng xác định, có độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát xạ đặc trưng của các nguyên tố đó thì những nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các tia sóng này và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó. Đo cường độ vạch phổ, chúng ta sẽ xác định được nồng độ nguyên tố có trong mẫu. Để so sánh hai phương pháp phân tích: Von-Ampe hoà tan và hấp thụ nguyên tử, các tác giả Lê Lan Anh, Lê Trường Giang, Đỗ Việt Anh và Vũ Đức Lợi đã tiến hành xác định hàm lượng kim loại nặng trong lương thực, thực phẩm. Đối với mẫu thức ăn của gà (Gà - HMG), trong Von-Ampe hoà tan, hàm lượng cađimi nằm dưới giới hạn xác định của phương pháp. Trong khi đó, phép đo AAS cho kết quả là 0,250 ppm, hàm lượng kẽm cũng trong mẫu này là 44,50 ppm so với 47,62 ppm của Von-Ampe hoà tan [29]. Sử dụng phương pháp này để phân tích hàm lượng kẽm trong huyết thanh, các tác giả Phạm Luận, Đặng Quang Ngọc, Lương Thuý Quỳnh đã phân tích hàng nghìn mẫu và đưa ra kết quả: lượng Zn trung bình trong huyết thanh người bình thường, người ung thư và người mắc bệnh nhồi máu cơ tim là 1,333 mg/ml, 0,760 mg/ml và 0,920 mg/ml. Như vậy là hàm lượng kẽm trong huyết thanh giảm đáng kể khi mắc hai bệnh này. Sai số mắc phải <12% [31]. Trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Bioinorganic chemistry, khi xác định kẽm bằng AAS, các nhà khoa học Pháp đã đưa ra một kết quả tương tự với hàm lượng kẽm trong huyết thanh của các bệnh nhân như trên là 0,83 + 0,21 (SD)(mg/ml) [26]. Cũng bằng phương pháp này khi nghiên cứu xác định hàm lượng kim loại trong máu và tóc công nhân khu gang thép Thái Nguyên, Phạm Luận cùng các cộng sự đã thu được kết quả như trong bảng 2: Bảng 2: Hàm lượng kim loại trong máu và tóc công nhân khu gang thép Thái Nguyên. Mẫu Nguyên tố Nhóm có tiếp xúc (50 người) Nhóm đối chứng (115 người) Trong máu, huyết thanh (mmol/l) Zn 13,800 + 3,450 15,600 + 3,200 Cd 00,124 + 0,027 00,025 + 0,013 Trong tóc (mg/g) Zn 180,60 + 52,70 192,40 + 42,60 Cd 00,495 + 0,270 0,235 + 0,107 Như vậy, có thể kết luận rằng hàm lượng kim loại có hại như cađimi tăng rõ rệt còn nguyên tố vi lượng như kẽm lại giảm đi trong cơ thể của những công nhân làm việc tại khu gang thép Thái Nguyên [20]. 1.3.2.2.3 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV - VIS [16], [25] Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là phổ do sự tương tác của các điện tử hoá trị ở trong phân tử hay nhóm phân tử với chùm tia sáng kích thích (chùm tia sáng trong vùng UV-VIS ) tạo ra. Nó là phổ của tổ hợp sự chuyển mức của các điện tử liên kết, sự quay và sự dao động của phân tử. Cơ sở của phép đo định lượng UV-VIS là phương trình : Al = k Cb Trong đó Al: Độ hấp thụ quang của phân tử chất k: Hằng số thực nghiệm (bằng const trong cùng một điều kiện đo) b: Hằng số bản chất, (0<bÊ1) C: Nồng độ chất phân tích trong mẫu đo phổ. Phương trình này được dựa trên định luật Lambe- Beer. Dithizone (diphenyldithiocacbazon) là thuốc thử tốt cho cả kẽm và cađimi khi xác định bằng phương pháp này với hệ số hấp thụ emax rất cao (85.10-3). Với dithizon trong CHCl3, kẽm tạo phức trong khoảng pH từ 5,5 - 8,0, trong CCl4 giới hạn pH thấp hơn và phức kẽm dithizonat có lmax= 535 nm. Cũng với dung dịch dithizon trong cloroform hoặc tetraclorua cacbon cađimi được chiết từ pH = 6 -7 và phức cađimi dithzonat có lmax= 520 nm. Tác giả Dương Quang Phùng và các cộng sự - khoa Hoá ĐHSPHN đã nghiên cứu các điều kiện tối ưu khi tạo phức giữa Zn(II), Cd(II) với PAR(4-(2- pyridylazo)- rezocxin). Kết quả cho thấy: pH tối ưu khi tạo phức của Zn(II) là 11,3, Cd(II) là 10,5. PAR-Cd(II) có lmax= 493 nm, PAR-Zn(II) = 495 nm [19]. chương II Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Như ta đã biết, từ xa xưa tỏi đã được sử dụng như một loại rau gia vị có khả năng phòng và chữa nhiều loại bệnh. Tuy nhiên, ngày nay khi những tác dụng dược lí quý giá của tỏi được khoa học nghiên cứu và chứng minh một cách chắc chắn thì nhu cầu sử dụng tỏi và các thuốc chế biến từ tỏi của nhân dân đã tăng rất cao. Nghiên cứu, xác định hàm lượng kim loại nặng Zn, Cd trong tỏi và các thuốc chế biến từ tỏi nhằm góp phần bảo vệ sức khoẻ cộng đồng cũng như bảo đảm chất lượng thực phẩm - một vấn đề cần thiết hiện nay - là nội dung và đối tượng của bản khoá luận này. 2.2 Nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu Để thực hiện đề tài nêu trên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, dưới sự hướng dẫn của GS- TS Phạm Luận, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống các vấn đề sau: Khảo sát các thông số máy của hệ thống F- AAS xác định Zn, Cd, Nghiên cứu chọn nền và môi truờng cho dung dịch đo phổ Zn, Cd, Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng lên phép đo phổ của Zn và Cd, Khảo sát vùng tuyến tính của phép đo, Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp, Nghiên cứu điều kiện xử lí mẫu, và phân tích một số mẫu. Từ việc nghiên cứu các vấn đề trên, chúng tôi sẽ lựa chọn các điều kiện đo phù hợp và xây dựng một phương pháp xác định lượng vết kẽm, cađimi trong tỏi và các thuốc chế biến từ tỏi bằng kĩ thuật AAS. 2.3 Giới thiệu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Khi kích thích một đám hơi nguyên tử tự do bằng một chùm sáng có những buớc sóng xác định, có độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát xạ đặc trưng của các nguyên tố phân tích thì những nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các tia sóng này và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó. Phương trình cơ sở của phép đo định lượng các nguyên tố theo AAS: Al = aCb Trong đó: a: Hằng số thực nghiệm, Al: Cường độ của vạch phổ hấp thụ, C: Nồng độ nguyên tố trong mẫu đo phổ, b: Hằng số bản chất, 0<bÊ 1. Đối với mỗi vạch phổ l nhất định, trong những điều kiện đã được chọn thì a = const. Khi đó đo cường độ vạch phổ ta sẽ xác định được nồng độ nguyên tố trong mẫu. 2.3.1 Nguyên tắc phép đo Để thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố, cần phải thực hiện các quá trình sau: đưa mẫu phân tích về trạng thái dung dịch phù hợp. Quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu: là quá trình chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do. Đám hơi nguyên tử tự do này chính là môi trường hấp thụ bức xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử. Chiếu chùm tia bức xạ đơn sắc đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử tự do. Khi đó các nguyên tử của nguyên tố cần xác định sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó. Thu toàn bộ chùm sáng, phân li và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ hấp thụ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử. Trong một giới hạn nhất định của nồng độ C, giá trị này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố trong mẫu, Al= aC. 2.3.2 Trang bị của phép đo [13 ] Để thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, hệ thống máy đo phải gồm các phần cơ bản sau: Nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng để chiếu vào môi trường hấp thụ chứa các nguyên tử tự do của các nguyên tố phân tích. Đó có thể là đèn catôt rỗng (HCL), đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu. Hệ thống nguyên tử hoá mẫu phân tích. có hai kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu, đó là: Kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu trong ngọn lửa đèn khí (F-AAS). Trong kĩ thuật này người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí dể hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích. Vì vậy, mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hoá mẫu phụ thuộc vào đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí. Nhiệt độ ngọn lửa là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích. Kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa (ETA-AAS): là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện công suất lớn và trong môi trường khí trơ. Ưu điểm của kĩ thuật này là độ nhạy rất cao (ppb) và tốn ít mẫu. Máy quang phổ: là bộ đơn sắc có nhiệm vụ thu, phân li và chọn vạch phổ cần đo, hướng vào nhân quang điện để phất hiện tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ. Hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thụ của vạch phổ. Hệ thống này có thể là một điện kế, máy tự ghi píc của vạch phổ hay bộ hiện số digital, hệ thống máy tính... Phép đo AAS là một phép đo được sử dụng rất nhiều trong phân tích lượng vết là do những ưu điểm nổi bật của nó, đó là: Đây là phép đo có độ nhạy cao (1.10-5%). Đặc biệt, khi sử dụng kĩ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa (ETA-AAS) có thể đạt tới độ nhạy n.10-7%. Một ưu điểm lớn nữa của phép đo là tốn ít mẫu, ít thời gian cũng như hoá chất tinh khiết để làm giàu mẫu tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lí qua những giai đoạn phức tạp. Đặc biệt, phương pháp này cho phép phân tích hàng loạt mẫu với thời gian ngắn. Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm, phép đo AAS cũng có một nhược điểm là chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất trong mẫu mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu . Hoá chất và thiết bị nghiên cứu 2.4.1 Thiết bị máy móc Để nghiên cứu xác định Zn, Cd theo kĩ thuật đo phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa (F- AAS) chúng tôi sử dụng hệ thống máy quang phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử model SP- 9/800 (Philips Pye Unicam), đi kèm với máy còn có các trang thiết bị như máy nén không khí sạch với áp suất 2,5-4,5 kg/ cm2, bom khí axetilen tinh khiết (99,9%), các đèn nguồn HCL cho các nguyên tố phân tích. 2.4.2 Hoá chất sử dụng Dung dịch gốc Zn2+, Cd2+ 1000 ppm trong HCl 1%. Các dung dịch gốc của kim loại: Na, K, Sr, Ca, Mg, Ba, Co, Ni,Fe, Al, Cr..., tất cả các dung dịch này được pha từ hoá chất tinh khiết JMC và Merck. Các hoá chất tinh khiết: NH4Cl, NH4Ac, NaAc, LaCl3, HCl, HNO3....loại pA, tất cả đều được kiểm tra Zn, Cd bằng phép đo AAS trước khi dùng, nếu có vết Zn, Cd thì phải chiết loại bỏ bằng dung môi CCl4 có thuốc thử tạo phức APDC (Amoni pyrolidin dithiocacbarmate) Nước cất hai lần bằng máy cất nước GFL- 2102 của Đức. chương III kết quả nghiên cứu và bàn luận 3.1 Khảo sát các điều kiện đo phổ của kẽm và cađimi Thực chất của việc khảo sát các điều kiện đo phổ của Zn và Cd là tiến hành những nghiên cứu , thí nghiệm để tối ưu hoá các điều kiện phân tích và xây dựng một quy trình phân tích cụ thể theo kĩ thuật F - AAS . Công việc này bao gồm: 3.1.1 Khảo sát các thông số của máy đo phổ 3.1.1.1 Chọn vạch đo phổ Vạch đo phổ với độ dài sóng li là yếu tố đặc trưng cho mỗi nguyên tố, nó thể hiện khả năng hấp thụ những bức xạ có bước sóng nhất định của nguyên tử. Tuy nhiên, mỗi nguyên tố thường có một vài vạch phổ với những độ nhạy khác nhau. Theo W. J. Price, Zn và Cd có các vạch phổ như trong bảng 3. Bảng 3: Vạch đo phổ đặc trưng của Zn và Cd Zn Cd Vạch phổ (nm) Độ nhạy (ppm) Vạch phổ (nm) Độ nhạy (ppm) 213,9 1.10-2 228,8 9.10-3 307,6 70 326,1 10 Với đối tượng nghiên cứu là tỏi và các thuốc chế biến từ tỏi, hàm lượng Zn và Cd chỉ tồn tại ở mức vi lượng, chính vì vậy chúng tôi chọn những vạch phổ có độ nhạy cao, đó là 228,8 nm cho Cd và 213,9 nm cho Zn. 3.1.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của một số nguyên tố có trong mẫu có vạch đo gần với vạch đo của nguyên tố phân tích Với mỗi vạch phổ đặc trưng của một nguyên tố phân tích, có thể có rất nhiều các nguyên tố khác trong mẫu có những vạch phổ gần các vạch phổ này và nó có thể chen lấn hay gây nhiễu tới vạch phổ của nguyên tố phân tích làm cho việc đo cường độ vạch phổ phân tích rất khó khăn và thiếu chính xác. Chính vì vậy, chúng tôi khảo sát mức độ ảnh hưởng của một số nguyên tố có trong mẫu có vạch đo gần với vạch đo đã chọn của Zn và Cd. Đối với Zn (213.9 nm), các nguyên tố đó là Cu (213,85 nm), Ni (213,86 nm), Fe (213,86 nm) và với Cd (228,8 nm) có các nguyên tố Co (228,78 nm), Ni (228,71 nm) [32]. Tuy đây là những vạch phổ kém nhạy nhưng để khẳng định xem chúng có ảnh hưởng hay không, chúng tôi đã tiến hành khảo sát và kết quả được chỉ ra trong các bảng 4a, 4b. Bảng 4a Khảo sát ảnh hưởng của các nguyên tố có vạch phổ gần với vạch đo của Zn (213,90 nm). Zn (ppm) Cu (ppm) N._.