Tài liệu [123doc] nghien cuu anh huongcua nhiet do va nong do den qua trinh dieu che phuc sat polysaccarit tu dextrin va sat iii clorua

  • Số trang: 26 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 9 |
  • Lượt tải: 0

Mô tả:

Sắt là thành phần cấu tạo chính của hemoglobin (Hb) trong hồng cầu có nhiệm vụ vận chuyển và phân phối oxy đi nuôi cơ thể.Tất cả các mô và tế bào trong cơ thể đều cần oxy để hoạt động tốt, thiếu máu sẽ dẫn đến việc các tế bào không được cung cấp đủ oxy để hoạt động khiến cơ thể mệt mỏi, thờ ơ, khó tập trung, kém chú ý khi làm việc. Thiếu máu nặng còn gây chóng mặt, hoa mắt, nhịp tim nhanh, khó thở khi lao động gắng sức, dễ mắc các bệnh nhiễm trùng hay suy tim. Vì thế nhu cầu được cung cấp sắt hàng ngày ở các lứa tuổi và các giới có khác nhau, tuy nhiên sắt là nguyên tố không thể thiếu trong các nguồn dinh dưỡng hàng ngày. Liệu pháp sử dụng thuốc hay các thực phẩm bổ sung sắt để điều trị bệnh thiếu máu do thiếu sắt đã trở nên rất phổ biến trên thế giới. Rất nhiều loại hợp chất sắt dạng vô cơ (FeSO4…) và hữu cơ (sắt fumarat, NaFeEDTA, các phức chất của sắt với polysaccarit…) đã được dùng vào mục đích này. Các loại thuốc hoặc nguyên liệu cho việc bào chế thuốc chống thiếu máu do thiếu sắt hiện ở Việt Nam hiện nay đều nhập khẩu từ nước ngoài. Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp nhằm tiến tới sản xuất loại hợp chất thích hợp dùng làm nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu phục vụ nhu cầu trong nước là vấn đề khoa học mang tính thực tiễn cao. Do việc sử dụng các phức sắt polysaccarit trong điều trị thiếu máu do thiếu sắt trong vài thập niên gần đây tỏ ra rất có hiệu quả, nhiều nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu cấu trúc của một số phức sắt trong nhóm hợp chất này. Nhiều nghiên cứu cho thấy sắt tồn tại trong phức với polysaccarit ở dạng akaganeite. Tuy nhiên, các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành akaganeite và phức sắt polysaccarit chưa được đề cập nhiều. Vì vậy, tôi mạnh dạn chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởngcủa nhiệt độ và nồng độ đến quá trình điều chế phức sắt- polysaccarit từ dextrin và sắt ( III) clorua
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy ThS.Nguyễn Đình Vinh đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài này. Không những thế, trong quá trình nghiên cứu đề tài thầy đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình cho em những kiến thức lý thuyết, cũng như các kỹ năng trong quá trình tiến hành, cách giải quyết vấn đề, đặt câu hỏi … Thầy luôn là người truyền động lực trong em, giúp em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu khoa học. Cho phép em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo, các anh chị kỹ thuật viên phòng thí nghiệm Hóa học, trường Đại học Khoa học đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất, máy móc và nhiệt tình giúp đỡ em cũng như các sinh viên khác hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè cũng như tập thể lớp Cử Nhân HóaK8 đã luôn sát cánh và động viên em trong những giai đoạn khó khăn nhất. Trong quá trình thực hiện đề tài, do còn hạn chế về mặt kinh nghiệm cũng như trình độ nghiên cứu nên còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô, các nhà khoa học và các bạn. En xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 3 năm 2013 Sinh viên Vũ Thị Thúy Hà 1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................5 1.1 Tổng quan về akaganeite...............................................................................5 1.1.1 Cấu trúc...................................................................................................5 1.1.2 Sự phân bố..............................................................................................5 1.1.3 Tính chất.................................................................................................6 1.1.4 Ứng dụng................................................................................................6 1.2 Tổng quan về polysaccarit:............................................................................7 1.3 Cấu trúc của phức sắt polysaccarit................................................................8 1.4 Ứng dụng của phức sắt polysaccarit............................................................10 1.5 Các phương pháp điều chế phức sắt polysaccari.........................................12 1.6 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc phức sắt polysaccarit......................13 1.6.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X....................................................................14 1.6.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét(SEM)................................................14 1.6.3 Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR......................................................15 1.6.4 Phương pháp TEM .............................................................................16 1.6.5 Phương pháp nhiệt ........................................................................17 1.6.5.1 Phương pháp phân tích nhiệt .............................................................17 1.6.5.2 Phương pháp nung mẫu ....................................................................17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM...............................................................................19 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị...........................................................................19 2.1.1 Hóa chất................................................................................................19 2.1.2 Dụng cụ.................................................................................................19 2.1.3 Thiết bị..................................................................................................19 2.2 Quy trình điều chế.......................................................................................19 2.3 Các phương pháp phân tích thành phần và cấu trúc sản phẩm....................20 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X(XRD).......................................................20 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và phương pháp TEM .........21 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt.................................................................21 2.3.4 Phương pháp phân tích nhiệt.................................................................21 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...........................................................22 2 3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ................................................................22 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ................................................................23 3.3 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG .............................................................................24 KẾT LUẬN.............................................................................................................27 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................28 3 LỜI MỞ ĐẦU Sắt là thành phần cấu tạo chính của hemoglobin (Hb) trong hồng cầu có nhiệm vụ vận chuyển và phân phối oxy đi nuôi cơ thể.Tất cả các mô và tế bào trong cơ thể đều cần oxy để hoạt động tốt, thiếu máu sẽ dẫn đến việc các tế bào không được cung cấp đủ oxy để hoạt động khiến cơ thể mệt mỏi, thờ ơ, khó tập trung, kém chú ý khi làm việc. Thiếu máu nặng còn gây chóng mặt, hoa mắt, nhịp tim nhanh, khó thở khi lao động gắng sức, dễ mắc các bệnh nhiễm trùng hay suy tim. Vì thế nhu cầu được cung cấp sắt hàng ngày ở các lứa tuổi và các giới có khác nhau, tuy nhiên sắt là nguyên tố không thể thiếu trong các nguồn dinh dưỡng hàng ngày. Liệu pháp sử dụng thuốc hay các thực phẩm bổ sung sắt để điều trị bệnh thiếu máu do thiếu sắt đã trở nên rất phổ biến trên thế giới. Rất nhiều loại hợp chất sắt dạng vô cơ (FeSO4…) và hữu cơ (sắt fumarat, NaFeEDTA, các phức chất của sắt với polysaccarit…) đã được dùng vào mục đích này. Các loại thuốc hoặc nguyên liệu cho việc bào chế thuốc chống thiếu máu do thiếu sắt hiện ở Việt Nam hiện nay đều nhập khẩu từ nước ngoài. Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp nhằm tiến tới sản xuất loại hợp chất thích hợp dùng làm nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu phục vụ nhu cầu trong nước là vấn đề khoa học mang tính thực tiễn cao. Do việc sử dụng các phức sắt polysaccarit trong điều trị thiếu máu do thiếu sắt trong vài thập niên gần đây tỏ ra rất có hiệu quả, nhiều nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu cấu trúc của một số phức sắt trong nhóm hợp chất này. Nhiều nghiên cứu cho thấy sắt tồn tại trong phức với polysaccarit ở dạng akaganeite. Tuy nhiên, các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành akaganeite và phức sắt polysaccarit chưa được đề cập nhiều. Vì vậy, tôi mạnh dạn chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởngcủa nhiệt độ và nồng độ đến quá trình điều chế phức sắt- polysaccarit từ dextrin và sắt ( III) clorua 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về akaganeite 1.1.1 Cấu trúc Tinh thể akaganeite ở dạng đơn tà có cấu trúc 3 chiều, được tạo thành từ các hình bát diện ghép thành từng cặp, những cặp này tạo thành những đường ống dài. . Tham số tế bào: a = 10.561Å, b = 3.031Å, c = 10.483Å, β = 90. Tỷ lệ: a: b: c = 3.484: 1: 3.459 Clorua Hidro Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể β-FeOOH Trong cấu trúc của akaganeite, 8 bát diện tạo thành một đường ống với các ion Cl- trung hòa bên trong. Các ion Cl- có tác dụng trung hòa bề mặt dương của các tinh thể làm bền thêm cấu trúc. Akaganeite có thể được biểu diễn bằng công thức: β-Fe 3+O(OH,Cl). 1.1.2 Sự phân bố Akaganeite là sản phẩm phong hóa của các loại đá có chứa FeS, nhưng chỉ tìm thấy với số lượng miligram. Ngoài ra, β-FeOOH được hình thành trong quá trình ăn mòn thép khi tiếp xúc với môi trường có chứa clo [7]. Khoáng sản akaganeite có trong các mẫu đất đá, phân bố rộng rãi trên bề mặt trái đất như: Nhật Bản, Trung Quốc, Mỹ, Canada, Đức... [12]. β-FeOOH cũng được tìm thấy trong các mẫu đá được lấy từ mặt trăng, điều này giúp các nhà khoa học kết luận được rằng: nước tồn tại trên mặt trăng. Trên thực tế, thiên thạch và các mẫu đá chứa β-FeOOH đã hấp thụ hơi nước từ không khí [5]. 5 Hình 1.2 Khoáng sản akaganeite (β-FeOOH) 1.1.3 Tính chất Akaganeite có màu vàng nâu hoặc màu nâu gỉ, khối lượng riêng khoảng 3.52 g/cm3. Tinh thể ở dạng đơn tà. β-FeOOH có khả năng hấp phụ các cation do trong mạng tinh thể có các anion Cl-, diện tích bề mặt lớn (228 m 2/g) và đường kính lỗ xốp nhỏ (4.3 nm). Nó thể hiện tính năng điện hóa tốt với công suất phóng điện cao (khoảng 302 mA) [9]. β-FeOOH bị phân hủy ở nhiệt độ cao, sản phẩm của quá trình này thường là các oxit sắt (III) (Fe2O3) [9]. 1.1.4 Ứng dụng Akaganeite có ứng dụng rất lớn trong lĩnh vực khoa học và công nghệ. Nó được dùng làm chất xúc tác, chất cảm biến khí, là nguyên liệu để tổng hợp vật liệu từ. Dùng trong máy ghi âm có từ tính, thành phần của nam châm [10]. Ngoài ra, βFeOOH được dùng làm vật liệu điện cực, là thành phần không thể thiếu của pin liti. β-FeOOH có khả năng hấp phụ tốt nên được dùng để loại bỏ chất hoạt động bề mặt, làm vật liệu hấp phụ asen và các kim loại nặng khác. Điều này có ý nghĩa lớn trong việc xử lý ô nhiễm asen trong nước ngầm. β-FeOOH có khả năng hấp thụ tốt photpho nên được dùng trong xử lý nước hồ bơi [12]. 6 Mặt khác do có nhiều tính chất như luôn luôn tồn tại ở dạng không ion, được cơ thể hấp thụ tốt, độc tính thấp… nên β-FeOOH là thành phần chính chứa sắt trong các phức chất với polysaccarit dùng làm dược phẩm bổ sung sắt và điều trị bệnh thiếu máu do thiếu sắt. Trong các phức này, nhân sắt β-FeOOH liên kết với polysaccarit qua cầu –OH [5]. 1.2 Tổng quan về polysaccarit: Polysaccarit có công thức tổng quát (C6H10O5)n là một hợp chất cao phân tử được tạo nên bởi các monosaccarit theo liên kết glicozit giữa nhóm hidroxyl ở vị trí C1 với nhóm hidroxyl khác của monosaccarit, tạo nên các polysaccarit có những tính chất hoàn toàn khác với đường đơn và oligosaccarit. Các polysaccarit có khả năng tạo phức với các muối của các kim loại có hoá trị chuyển tiếp như Fe+3, Mn+2, Co+2... các phức tạo thành bền vững dễ hấp thụ trong cơ thể của động vật. Từ những năm 1960 trở lại đây người ta đã nghiên cứu tổng hợp và đưa ra sản xuất các loại phức polysaccarit có trọng lượng phân tử từ 3000-7000 với một số kim loại để làm thuốc cho lợn con và sau này dùng cho cả người. Dextrin Dextrin là một nhóm trọng lượng phân tử thấp carbohydrate được sản xuất bởi quá trình thủy phân tinh bột hoặc glycogen . Dextrin là hỗn hợp polyme của đơn vị D-glucose liên kết α-(1 → 4) hoặc α-(1→6) glycosid. Dextrin có thể được sản xuất từ việc sử dụng tinh bột enzyme như amylases, như trong quá trình tiêu hóa trong cơ thể người và trong quá trình Malting và mashing, [3] hoặc bằng cách áp dụng nhiệt khô trong điều kiện có tính axit (nhiệt phân). Quá trình này được sử dụng trong công nghiệp, và cũng có thể xảy ra trên bề mặt của bánh mì trong quá trình nướng, góp phần hương vị, màu sắc và độ nét. Dextrin sản xuất bởi nhiệt cũng được biết đến là pyrodextrins. Trong quá trình đun nóng trong điều kiện axit thủy phân tinh bột và các bộ phận tinh bột chuỗi ngắn một phần tái gắn kết với liên kết α (1-6) vào các phân tử tinh bột bị suy thoái. 7 Hình 1.2: Cấu trúc phân tử dextrin 1.3 Cấu trúc của phức sắt polysaccarit Mô hình bổ sung của sắt polysaccarit được trình bày trong ba giả thuyết. Đầu tiên là “mô hình vị trí liên kết”, sắt liên kết thông qua các nhóm chức của polysaccarit. Cầu nội của sắt (III) phối hợp với nhóm hidroxyl tạo thành cầu nối giữa hai ion sắt (III) để tạo ion trung tâm phối hợp với các nhóm chức khác nhau của polysaccarit [6, 9, 10, 11, 21]. Cầu nội được hoàn chỉnh với các phân tử nước trong dung dịch. Thứ hai là “mô hình keo”, sắt ở dạng FeOOH kết tủa được bao phủ bằng polysaccarit [13, 14]. Liên kết chéo của polysaccarit sẽ tạo ra một vỏ biopolyme bền làm bền hạt sắt oxi-hidroxit. Mô hình cuối cùng là không phân biệt tương tác bao gồm hai mô hình. Các nhóm chức của polysaccarit hình thành nhân cho các ion kim loại, và dạng “cấu trúc nano” kết khối trong polysaccarit [15, 20]. Kích thước và hình dạng phụ thuộc vào các loại polysaccarit và các yếu tố (pH, nhiệt độ…). Mô hình phối trí của sắt polysaccarit có thể phối hợp với sắt trong ba giả thuyết, như vị trí liên kết (a), dạng keo (b), và kết hợp của mô hình vị trí liên kết và mô hình keo (c), như trong hình 3  Mô hình vị trí liên kết [6]  Mô hình keo [14] 8 (c) Kết hợp của mô hình vị trí liên kết và mô hình keo [15] Hình 1.3 Mô hình phối trí của sắt polysaccarit 1.4 Ứng dụng của phức sắt polysaccarit Fe là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho sinh vật. Nó được kết hợp với protein như là một phần của sắt chứa trong cơ thể mà kết hợp thành protoporphyrin IX. Khi trạng thái oxi hóa của Fe là +2 (dạng Fe(II)), nó hình thành phức của cấu trúc heme [18]. Heme có liên quan đến quá trình trao đổi chất, ví dụ, vận chuyển oxi (hemoglobin), dự trữ oxi (myoglobin). Phi-heme có chứa protein được sử dụng cho vận chuyển sắt (transferrin). Trong chế độ ăn uống của nam giới ở độ tuổi trưởng thành 10-30 mg sắt/ngày, trong đó phụ thuộc vào chế độ ăn uống mà lượng sắt hấp thụ được 5-10% từ thực phẩm như thịt, cá, gia cầm [12]. Sắt được hấp thụ ở tá tràng và trên ruột chay. Nếu lượng sắt bị hấp thụ từ các chất ức chế thực phẩm: polyphenol (trong các loại rau nhất định), axit tannic (trong chè), hàm lượng axit phytic (trong thóc, ngũ cốc và một số loại rau), và Canxi (trong các sản phẩm từ sữa) hoặc hấp thụ tế bào, nó sẽ ảnh hưởng đến cân bằng sắt và dẫn đến thiếu máu do thiếu sắt. Sắt là một nguyên tố cần thiết bởi vì nó là một phần trung tâm của huyết cầu tố, trong đó vận chuyển oxi trong máu. Thiếu máu thiếu sắt là một vấn đề sức khỏe trên toàn thế giới đó là đặc biệt phổ biến ở phụ nữ trẻ và trẻ em. 9 Trong dược phẩm, phức sắt được ứng dụng rộng rãi để bổ sung sắt trong điều trị thiếu máu do thiếu sắt. Những người mắc bệnh dạ dày không thể bổ sung sắt bằng cách uống sắt. Những bệnh nhân này có thể sử dụng sắt ngoài đường tiêu hóa (sắt dextran, sắt sucrozơ, sắt sorbital). Sắt ngoài đường tiêu hóa được biết đến ở Mỹ là sắt dextran, và ở Châu Âu là sắt sucrozơ, đã được sử dụng trong hơn 50 năm. Sắt ngoài đường tiêu hóa khác được biết đến là Natri gluconat sắt (II) đã được sử dụng ở Châu Âu trong 30 năm. Qua vài năm Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) phê duyệt sắt sucrozơ và Natri gluconat sắt (II) được sử dụng ở Mỹ. Khi so sánh độc tính, sắt dextran có nhiều tác dụng phụ hơn hai sản phẩm còn lại. Tốc độ truyền nhanh của sắt dextran có một phản ứng phản vệ gây ảnh hưởng dẫn đến hậu quả nghiêm trọng [19]. Sắt giúp tạo ra các tế bào máu đỏ mang oxi đi khắp cơ thể. Phức sắt polysaccarit: cung cấp khoảng 46% nguyên tố sắt với các phần trăm còn lại polysaccarit. Sắt polysaccarit tạo ra một phản ứng tích cực hemalopoletic được hiển thị bằng cách tăng hemoglobin và hematocrit ở những bệnh nhân trẻ em và người già. 10 Hình 1.5 Một số thuốc điều trị bệnh thiếu máu 1.5 Các phương pháp điều chế phức sắt polysaccarit Các polysaccarit là tác nhân tạo phức thích hợp để ổn định các hạt sắt oxihidroxit kích thước nano trong dung dịch keo. Các polysaccarit có nhiều nhóm hidroxyl sắp xếp được một cách thích hợp có khả năng liên kết tạo phức vòng càng với bề mặt các hạt sắt oxi-hidroxit. Với polysaccarit trung tính, sự tạo phức với sắt thuận lợi ở pH cao, bởi vì các nhóm hidroxyl phân ly H + do đó mang điện tích âm và sẽ liên kết chặt chẽ hơn với cation sắt. Sự tạo phức vòng càng với sắt lại dẫn tới sự phân ly H+ của các nhóm hidroxyl xung quanh, do đó càng giúp tăng độ bền của phức [7, 8]. Điều chế phức chất sắt polysaccarit thường được thực hiện theo 2 phương pháp: Phương pháp 1: Đi từ muối sắt (II), tác nhân kiềm (NaOH, Na 2CO3, NH3…), tác nhân oxi hóa (O2 không khí, H2O2…), polysaccarit. Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 Fe(OH)2 + [O] → FeOOH Phương pháp 2: Đi từ muối sắt (III) (FeCl3, Fe2 (SO4)3, Fe(NO3)3….), tác nhân kiềm (NaOH, Na2CO3, NH3…), polysaccarit, dung môi (zopropanol, metanol, etanol, axeton…). Cho dung dịch muối sắt (III) phản ứng với polysaccarit, quá trình được thực hiện trong môi trường axit yếu, tuy nhiên, môi trường kiềm sẽ thuân lợi hơn. Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 Fe(OH)3 → FeOOH + H2O Trong quá trình phản ứng, giá trị pH thường tăng từ từ, để điều chỉnh pH, ta sử dụng kiềm (NaOH, Na 2CO3, NH3…). Có thể thúc đẩy phản ứng bằng cách gia nhiệt, thông thường phản ứng được thực hiện trong khoảng 60-70oC. Thời gian phản ứng có thể diễn ra vài chục phút đến vài giờ. Khi phản ứng kết thúc, dung dịch được làm mát và một biện pháp thích hợp ( pha loãng hoặc lọc) sẽ được lựa chọn để loại bỏ cặn không tan. Sau khi làm mát, giá trị pH cần được điều chỉnh về trung tính hoặc thấp hơn một chút, ví dụ pH khoảng 5 đến 7 bằng cách thêm axit (HCl, H2SO4) hoặc bazơ (NaOH, Na2CO3, NH3…). Phức chất sắt (III) được tách khỏi dung dịch bằng phương pháp kết tủa với ancol (etanol, metanol…) hoặc bằng cách phun khô sau khi đã tinh chế dung dịch 11 để loại bỏ các muối. Các dung dịch sau khi tinh chế có thể dùng trực tiếp cho việc điều chế thuốc. Các phức chất sắt (III) thu được có hàm lượng sắt từ 10-40% theo khối lượng, đặc biệt thường gặp từ 20-35% theo khối lượng. Chúng thường dễ tan trong nước. Từ đó có thể điều chế dung dịch nước trung tính có hàm lượng sắt từ 1-20 g/100 ml. Các dung dịch này có thể được khử khuẩn bằng phương pháp nhiệt. 1.6 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc phức sắt polysaccarit 1.6.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X Phương pháp nhiễu xạ tia X được ứng dụng để nghiên cứu cấu trúc của vật liệu sét hữu cơ tổng hợp được. Ngoài ra phương pháp này còn được ứng dụng để xác định động học của quá trình chuyển pha, kích thước hạt và xác định trạng thái đơn lớp bề mặt của chất xúc tác ôxit kim loại trên chất mang. Nhiễu xạ tia X là một phương pháp quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc tinh thể. Các bước sóng của tia X nằm trong khoảng 1 đến 50 Å. Chúng có năng lượng lớn nên xuyên vào chất rắn. Khi chiếu tia X vào các mạng tinh thể, các tia X phản xạ từ 2 mặt cạnh nhau có hiệu quang trình: = BC + CD = 2BC = 2dsin Hình 1.6 Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể chất rắn Khi tia X lan truyền trong chất rắn Khi các tia này giao thoa với nhau ta sẽ thu được cực đại nhiễu xạ thoả mãn phương trình Vulf-bragg: = 2dsin = n 12 Trong đó: d : khoảng cách giữa hai mặt song song : là góc giữa tia X và mặt phẳng pháp tuyến n : là số bậc phản xạ ( n = 1,2,3 …) Như vậy khoảng cách giữa các mạng lưới tinh thể là : Từ các cực đại nhiễu xạ trên giản đồ nhiễu xạ tia X, tìm được 2 thì có thể tính được d. So sánh giá trị d tìm được với d chuẩn sẽ xác định được cấu trúc của mẫu. Từ giản đồ nhiễu xạ tia X có thể thu được một số thông tin quan trọng như: mức độ trật tự của tinh thể, khoảng cách giữa các mặt mạng và khích thước hạt. 1.6.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Nhờ khả năng cho ảnh có độ phóng đại lớn, rõ nét và chi tiết, kinh hiển vi điện tử quét (SEM) được ứng dụng để nghiên cứu hình thái hạt của vật liệu organoclay tổng hợp được. Hình 8: Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM Chú giải: 1-Nguồn phát điện tử đơn sắc; 2- Thấu kính điện tử; 3-Mẫu nghiên cứu; 4-Detector điện tử thứ cấp; 5- Detector điện tử xuyên qua; 6- Khuếch đại tín hiệu; 7- Bộ lọc tia Phương pháp SEM có thể thu được những ảnh có chất lượng ba chiều cao, có sự rõ nét hơn và không đòi hỏi sự phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu. Tuy nhiên phương pháp này lại cho hình ảnh với độ phóng đại nhỏ hơn TEM. Phương pháp SEM đặc biệt hữu dụng vì nó cho độ phóng đại có thể thay đổi từ 10 đến 100 000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị 3 chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng và phân tích cấu trúc. 13 Chùm electron từ ống phóng được đi qua một vật kính và được lọc thành một dòng hẹp. Vật kính chứa một số cuộn dây (cuộn lái electron) được cung cấp với điện thế không đổi, cuộn dây tạo nên một điện từ trường tác động lên chùm electron, từ đó chùm electron sẽ quét lên bề mặt mẫu tạo thành một tường quét. Tín hiệu của cuộn lái cũng được chuyển đến ống Katot để điều chỉnh quá trình quét ảnh trên màn hình đồng bộ với quá trình quét electron trên bề mặt mẫu. Khi chùm electron đập vào bề mặt mẫu tạo thành một tập hợp các hạt thứ cấp đi tới Katot, tại đây nó được nó được chuyển thành tín hiệu và được khuếch đại. Tín hiệu được gửi tới ống tia Katot và được quét lên màn hình nên ảnh. Độ nét của ảnh được xác định bởi số hạt thứ cấp vào ống tia Katot, số hạt này lại phụ thuộc vào góc bắn ra của electron khỏi bề mặt mẫu, tức là phụ thuộc vào mức độ lồi lõm của bề mặt. Vì thế ảnh thu được sẽ phản ánh diện mạo của bề mặt vật liệu. 1.6.3 Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR Phương pháp này sử dụng một chùm tia sáng đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại (5010.000cm-1). Qua chất phân tích một phần nằng lượng bị chất hấp thụ làm giảm cường độ tia tới. Sụ hấp thụ này tuân theo định luật Lambert- Beer D lg I0 k .d .c I D: Mật độ quang 0 I , I: Cường độ ánh sáng trước và sau khi ra khỏi chất phản ứng c: Nồng độ chất phân tích Phân tử hấp thụ năng lượng sẽ thực hiện dao động (xê dịch các hạt nhân nguyên tử xung quanh vị trí cân bằng) làm giảm độ dài liên kết giữa các nguyên tử và các góc hoá trị tăng giảm tuần hoàn, chỉ có những dao động làm biến đổi momen lưỡng cực điện của liên kết mới xuất hiện tín hiệu hồng ngoại. Đường biểu diễn sự phụ thuộc của độ truyền quang vào bước sóng là phổ hấp thụ hồng ngoại. Mỗi nhóm chức hoặc liên kết có một tần số (bước sóng) đặc trưng bằng các peak trên 14 phổ hồng ngoại. Như vậy, căn cứ vào các nguyên tử hay nhóm nguyên tử, từ đó xác định cấu trúc của chất phân tích. 15 1.6.4 Phương pháp TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (tiếng Anh: transmission electron microscopy, viết tắt: TEM) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số Hình 1.6.4: Sơ đồ cấu tạo máy TEM 1.6.5. Phương pháp nhiệt 1.6.5.1. Phương pháp phân tích nhiệt Các phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng và nhiệt vi sai có thể cho ta thông tin về quá trình chuyển pha và chuyển cấu trúc của mẫu nghiên cứu. Nguyên tắc của phương pháp phân tích nhiệt là ghi lại các hiệu ứng nhiệt và sự thay đổi trọng lượng mẫu khi nung mẫu ở những điều kiện xác định. Dựa trên hiệu ứng nhiệt (thu nhiệt, phát nhiệt) thu được trên giản đồ phân tích nhiệt ta biết quá trình tách nước, chuyển pha, nóng chảy,… tương ứng sự thay đổi trọng lượng trên giản đồ TGA (do các quá trình tách các chất bay hơi), và ta có thể đoán các quá trình chuyển pha, chuyển cấu trúc mẫu nghiên cứu. 1.6.5.2. Phương pháp nung mẫu Ngoài ra để xác định hàm lượng sắt trong mẫu phức sắt tinh bột, người ta còn sử dụng phương pháp nung mẫu. 16 Dựa vào kết quả phân tích nhiệt thì thấy rằng phức sắt tinh bột phân hủy hoàn toàn thành pha hematite (Fe2O3) ở 600oC, nên các mẫu được nung đến nhiệt độ này để xác định hàm lượng Fe trong phức. Cách tiến hành: Cho mẫu vào chén nung (chén đã sấy khô), cân trọng lượng m 1, đưa chén có chứa mẫu vào tủ nung, nung ở khoảng 600 oC trong vòng 2h. Sau khi nung, mẫu được để nguội, cân trọng lượng (mẫu + chén) m2. Hàm lượng Fe2O3 trong sản phẩm: P= (m1 – m2).100 (%) M Hàm lượng Fe trong sản phẩm: % mFe = (%) Trong đó: P: Phần trăm Fe2O3 trong sản phẩm M : Khối lượng mẫu phân tích m1: Khối lượng mẫu + chén trước khi nung m2 : Khối lượng mẫu + chén sau khi nung 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 2.1.1 Hóa chất - Sắt (III) clorua, FeCl3.6H2O 99% (Trung Quốc). - Natri hidroxit, NaOH 99% (Trung Quốc). -Dextrin (Trung Quốc). - Etanol, C2H5OH (Việt Nam). - Nước cất. 2.1.2 Dụng cụ - Cốc chịu nhiệt 100 ml, 200 ml, 500 ml - Buret 25 ml - Pipet 20 ml - Bình định mức 100 ml, 250 ml - Ống ly tâm - Cối nghiền - Đũa thủy tinh 2.1.3 Thiết bị - Máy khuấy từ gia nhiệt (Heidolph Đức). - Máy ly tâm (Hettiech Pháp). - Máy pH (Đức). - Cân phân tích (Đức). - Tủ sấy (M 109014 Hàn Quốc). - Lò nung (Đức) 2.2 Quy trình điều chế - Việc điều chế phức sắt dextrin được thực hiện theo quy trình chung như sau: *Điều chế dung dịch dextrin. Hòa tan dextrin vào 100ml nước cất, khuấy liên tục điều chỉnh nhiệt độ ở 900C, đến 900C thì thêm 5ml dung dịch NaOH 1M vào. Sau đó để ở nhiệt độ 90 0C khoảng 30 phút, rồi bỏ ra để nguội hỗn hợp tới nhiệt độ phòng. *Điều chế phức sắt dextrin 18 Bước 1: Lấy 100ml dung dịch FeCl 3 0,1M cho vào cốc 500ml, đặt trên máy khuấy từ và gia nhiệt đến nhiệt độ cần nghiên cứu, tới nhiệt độ đã xác định thì nhỏ từ từ dung dịch dextrin đã điều chế vào cốc chứa dung dịch muối sắt. Bước 2: Sau đó thêm từ từ dung dịch NaOH 1M cho tới khi pH=7 thì dừng lại ( đo bằng máy đo pH). Bước 3: Tiếp tục khuấy hỗn hợp thêm 4h. Để nguội hỗn hợp phản ứng tới nhiệt độ phòng. Bước 4: Quay ly tâm để loại bỏ cặn không tan. Bước 5: Trộn dung dịch sau ly tâm với etanol có cùng thể tích, xuất hiện kết tủa màu nâu đỏ. Để lắng kết tủa. Sau đó bỏ nước lọc, để lại kết tủa. Bước 6: Quay ly tâm kết tủa, Lọc và rửa sạch kết tủa nhiều lần bằng dung dung dịch rượu nước (tỉ lệ 1:1) theo thể tích nước, rửa tới khi hết kết tủa trắng (thử bằng AgNO3). Bước 7: Sản phẩm được sấy trong 48 giờ ở 700C, sau đó nghiền mịn. 2.3 Các phương pháp phân tích thành phần và cấu trúc sản phẩm 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X(XRD) Sản phẩm điều chế theo quy trình trên được khảo sát định tính nhanh các thành phần pha bằng phương pháp phổ nhiễu xạ tia X. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu được ghi trên máy SIEMENS D500 (CHLB Đức) tại Viện Vật Liệu- Viện Khoa Học Việt Nam. 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và truyền quang TEM Hình dạng và kích thước hạt của mẫu được xác định bằng phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM). Ảnh SEM được chụp trên kính hiển vi điện tử quét JSM-5300 (Nhật Bản) và phương pháp truyền tải hiển vi điện tử TEM (JEM 1010, Hàn Quốc). Cả hai phương pháp trên được tại Viện Vệ Sinh Dịch Tễ Việt Nam 2.3.3 Phương pháp phổ hồng ngoại Để xác định cấu trúc của phức sắt, ta sử dụng phương pháp phổ hồng ngoại FTIR, 410-Nicolet, Mỹ. 2.3.4 Phương pháp phân tích nhiệt: Hàm lượng sắt của sản phẩm được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt (DTA- TGA). Phép đo được thực hiện trên máy DTG-60H Shimadzu, Nhật Bản. 19 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự tạo phức giữa sắt và dextrin, các thí nghiệm được tiến hành ở các nhiệt độ khác nhau từ 40 đến 80oC. Giản đồ XRD của các mẫu được đưa ra trên hình 3.1 Hình 3.1 Giản đồ XRD của các mẫu điều chế ở các nhiệt độ khác nhau Từ giản đồ XRD ta thấy các mẫu hình thành ở các nhiệt độ 40, 50 và 60 oC đều tồn tại ở dạng gần như vô định hình. Các pic đặc trưng rất thấp và một số pic gần như không có. Khi nhiệt độ tăng lên 70oC thì sản phẩm xuất hiện các tinh thể akaganeite với các pic nhiễu xạ đặc trưng ở các vị trí 2θ 11.9, 26.9, 35.0, 39.2, 46.4, 55.9. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng lên 80oC, thì các pic nhiễu xạ này thậm chí còn cao và nhọn hơn. Như vậy, có thể thấy rằng nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành nhân akaganeite trong phức. Khi nhiệt độ tăng lên thì độ tinh thể và kích thước của nhân akaganeite tăng lên. Điều này có thể được giải thích là khi nhiệt độ tăng lên thì tốc độ hình thành pha akaganeite tăng do đó chúng kết hợp với nhau đế tạo thành tinh thể có kích thước lớn hơn. Tuy nhiên, nếu độ tinh thể và kích thước lớn sẽ ảnh hưởng đến sự hấp thụ sắt trong cơ thể. Do vậy, để tổng hợp phức chứa nhân akaganeite với kích thước nhỏ cần tiến hành ở khoảng nhiệt độ là 70oC. 20
- Xem thêm -