Tài liệu Xác định hàm lượng vitamin c trong nước ép dưa hấu va thrio cam bằng phương pháp vôn ampe

Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 MỞ ĐẦU VitaminC (Vit.C) hay còn được gọi là axit L-ascobic là một trong những loại hợp chất phổ biến và có vai trò quan trọng đối với sự sống của con người. Vit.C đóng vai trò thiết yếu trong các quá trình sinh hóa xảy ra trong cơ thể người, nó tham gia vào quá trình trao đổi chất, điều tiết quá trình sinh tổng hợp hoormon, là chất đề kháng cho cơ thể sinh vật, chất chống lão hóa các tế bào . . . Nếu thiếu Vit.C có thể gây bệnh Scrobut, biểu hiện ban đầu: mệt mỏi, đau cơ, xương khớp, chán ăn, da khô ráp, chảy máu chân răng, xuất huyết dưới da, vết thương chậm liền sẹo, thiếu máu, … Nếu không điều trị kịp thời sẽ bị phù tiểu cầu, thần kinh bị kích thích, xuất huyết não và chết. Vit.C còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm với vai trò là chất chống oxi hóa. Nó giúp cho các sản phẩm giữ được sự tươi ngon trong quá trình bảo quản. Nhiều loại hàng hóa trên thị trường như nước giải khát, nước ép trái cây đóng hộp, bột dinh dưỡng trẻ em… chứa Vit.C nhằm duy trì chất lượng sản phẩm. Các loại trái cây tươi như nước ép Dưa hấu là nguồn cung cấp Vit.C tự nhiên, rât tốt cho sức khỏe. Ngoài ra Vit.C cũng được tổng hợp theo con đường nhân tạo như nước uống đóng hộp (Triocam) đáp ứng nhu cầu cao về vitamin của cơ thể người cũng như của các ngành công nghiệp có liên quan. Vitamin C có trong hầu hết các loại rau quả tươi, trái cây xanh chua, có ít trong thịt. Tuy nhiên Vit.C là một chất rất dễ bị phân hủy trong điều kiện nhiệt độ và ánh sáng bình thường. Do đó, việc xác định nó trong các đối tượng trên một cách chính xác, nhanh chóng là một yêu cầu hàng đầu được đặt ra. Ở Việt Tạ Thị Liên 1 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nam, phương pháp xác định hàm lượng Vit.C trong các phòng thí nghiệm chủ yếu là phương pháp chuẩn độ thể tích, có độ chính xác và độ nhạy không cao. Theo nghiên cứu Vit.C là một hợp chất có tính khử, có thể phân tích bằng các phương pháp điện hóa, đặc biệt là phương pháp vôn-ampe (cực phổ). Đây là một trong những phương pháp phân tích hợp chất hữu cơ nhanh và đạt được độ chính xác cao, hơn thế nữa chi phí cho máy móc và hóa chất rất phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm ở Việt Nam. Vì vậy em đã chọn đề tài: “XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG VITAMIN C TRONG NƢỚC ÉP DƢA HẤU VÀ THRIO CAM BẰNG PHƢƠNG PHÁP VÔN-AMPE”. Nhiệm vụ chính đặt ra: - Nghiên cứu quy trình xác định Vit.C bằng phương pháp vôn-ampe (cực phổ) một cách nhanh chóng, độ chính xác cao, chi phí thấp, dễ thực thi trong các phòng thí nghiệm ở Việt Nam. - Đánh giá độ tin cậy của quy trình phân tích. - Ứng dụng xác định Vit.C trong các đối tượng trên thị trường: các sản phẩm nước đóng hộp, nước trái cây tươi… Tạ Thị Liên 2 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 NỘI DUNG Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. ĐẠI CƢƠNG VỀ VITAMIN C 1.1.1. Công thức và nhận định Vitamin C là tên thường gọi của axit L-ascobic, có tên quốc tế là: 2-oxo-L-threo-hexono-1,4-lactone-2,3-enediol. hoặc: (R)-3,4-đihydroxy-5-((S)-1,2-đihydroxylethyl)furan-2-(5H)-one. Công thức phân tử: C6H8O6 Khối lượng phân tử: 176,1 Nhiệt độ nóng chảy: 193°C Công thức cấu tạo: 6CH2OH 5 OH O 4 HO 3 1 2 O OH (*) pK1 (C3-OH): 4,2 pK2 (C2-OH): 11,6 Trong công thức cấu tạo của axit ascobic, C4*, C5* là Cacbon bất đối, vì vậy tồn tại 4 đồng phân quang học: axit L-ascobic, axit izo L-ascobic, axit Dascobic, axit izo D-ascobic. Trong các đồng phân này chỉ có axit L-ascobic và axit izo L-ascobic là có tác dụng chữa bệnh, còn các đồng phân D và iso D là các antivitamin là chất ức chế tác dụng của vitamin. Trong thiên nhiên chỉ tồn tại dạng axit L-ascobic, còn các đồng phân khác chỉ thu được bằng con đường tổng hợp. Tạ Thị Liên 3 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Axit ascobic rắn là những tinh thể đơn tà, không màu, không mùi, có vị chua, nóng chảy ở 193°C. Axit asscobic dễ tan trong nước, ít tan hơn trong rượu và không tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực. Axit ascobic rất dễ bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ. Vì vậy cần bảo quản axit ascobic trong bóng tối và nhiệt độ thấp. 1.1.2. Tính chất hóa học a. Tính khử Axit ascobic là chất khử mạnh, có bán phản ứng như sau: CH2OH OH O HO CH 2OH OH O O OH O Ax it L- ascobic O 2H + 2e- O Ax it L- dehidr oascobic Thế khử của nó phụ thuộc nhiều vào pH của môi trường. Axit ascobic ở dạng khan, khá bền vững, nhưng do trong phân tử có 2 nhóm OH đính vào C chưa no (C2, C3) nên khi bị ẩm ướt hoặc ở trong dung dịch nó rất dễ bị oxi hóa, ngay cả bởi oxi không khí, nhất là khi có mặt các ion kim loại: đồng, sắt, magiê… theo phản ứng sau: CH 2OH CH2OH OH OH O HO O O O 1/ 2 O2 OH O H 2O O Sản phẩm tạo ra là axit L-đehiđroascobic, chất này cũng có hoạt tính sinh học tương tự như axit L-ascobic, nhưng không bền, nó dễ bị thủy phân Tạ Thị Liên 4 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 phá vòng tạo axit 2,3-đixetogulonic CH2OH-(CHOH)2-CO-CO-COOH, là chất không có tác dụng sinh hóa. Tốc độ oxi hóa axit ascobic thành axit L-đehiđroascobic càng lớn khi pH càng tăng. Các chất saccarozơ, carotenoit, flavonoit,… có khả năng làm chậm quá trình oxi hóa của axit ascobic nên được dùng làm chất ổn định hóa Vit.C. Cơ chế sự phân hủy của axit ascobic bởi chất oxi hóa có thể được biểu diễn theo sơ đồ sau: CH 2OH CH 2OH OH OH O O O - 2e- 2H + O +2e +2H + HO OH HO C HO OH [ O] H 2O HO O Ax it L- ascobic COOH C O O HO CH 2OH CH 2OH C HO HO HO C O [ O] CH 2OH HO C O OH [ O] HO C OOH [ O] HO [ O] CH 2OH C O C O CH 2OH CH 2OH C HO OH CH 2OH C HO CH 2OH CH 2OH CH 2OH COOH H 2O Ax it 2,3- dix etogulonic [ O] CH 2OH COOH CH 2OH Ax it L- dehidr oascobic COOH OH [ O] COOH [ O] COOH COOH [ O] COOH [ O] C O CH 2OH Có thể thấy, axit L-ascobic đầu tiên bị oxi hóa thành axit Lđehiđroascobic. Dưới tác dụng của nước, axit L-đehiđroascobic bị thủy phân mở vòng tạo thành axit 2,3-đixetogulonic không còn hoạt tính vitamin nữa. Phản ứng này không thuận nghịch, tăng nhanh theo pH và nhiệt độ của dung dịch. Tiếp theo, axit 2,3-đixetogulonic bị phân hủy thành một loạt các sản phẩm trung gian khác, cuối cùng tạo axit oxalic. Tạ Thị Liên 5 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Ngoài sự phân hủy theo kiểu oxi hóa, axit ascobic còn có xu hướng phân hủy theo kiểu thủy phân trong môi trường kiềm hoặc axit mạnh thành fufurol và các sản phẩm khác qua phản ứng decacboxyl hóa và dehydrat hóa Tương tự như vậy,axit ascobic dễ dàng nhường hiđro cho các peoxit, vì vậy ngăn không cho các peoxit oxi hóa các hợp chất khác. Do đó, người ta sử dụng axit ascobic làm chất chống oxi hóa trong công nghiệp chế biến. b. Tính axit Trong dung dịch nước axit ascobic là một axit yếu ở nấc 1, pK a,1=4,2 tương ứng với quá trình phân ly H+ của nhóm OH đính vào C3 (*), và rất yếu ở nấc 2, pKa,2 = 11,6 tương ứng với sự phân li H+ của nhóm OH đính vào C2 (*). Axit ascobic dễ dàng phản ứng với dung dịch bazơ mạnh như NaOH, KOH, Ca(OH)2 tạo muối. CH 2 OH CH2OH OH OH O HO O O O NaOH OH NaO H 2O OH Các muối này dễ tan trong nước hơn axit ascobic nên trong công nghiệp họ sử dụng dạng muối của axit ascobic làm chất bảo quản các dung dịch nước quả. Trong dung dịch kiềm đặc, vòng  -lacton bị phá vỡ tạo muối gluconat. CH 2OH OH O HO O NaOH CH 2 OH ( CHOH) C 3 OH COONa H 2O O Tuy nhiên, khi axit hóa và đun nhẹ thì vòng lacton lại lặp lại. Tạ Thị Liên 6 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 c. Tác dụng với axit hữu cơ tạo este Trong CTCT của axit ascobic có nhiều nhóm OH như nhóm chức rượu, có khả năng tạo este với các axit hữu cơ, đặc biệt là các axit béo như axit panmitic, axit stearic. Sản phẩm este dạng 6-O-axyl L-ascobic (ascobyl panmitat, ascobyl stearat) có mạch cacbon dài, dễ tan trong dầu. Những este này được tổng hợp dùng làm chất bảo quản chất béo trong công nghiệp chế biến. Một số dẫn xuất khác của axit ascobic cũng được sử dụng là: CH2OH CH2OH OH O HO OH O O RO OR 2- O- ankyl ax it ascobic O HO O OH 6- O- ankanoyl ascobat HO OH 5,6- O- ankyliden ax it ascobic CH 2OH OH O O HO OH CH 2OH OH O O O 3- O- ankyl ax it ascobic CH 2OCOR O R OH O O OCOR 2- O- ankanoyl ascobat ROCO O OH 3- O- ankanoyl ascobat Trong đó, R là các gốc hiđrocacbon mạch dài, có thể no hoặc không no, giúp cho các dẫn xuất của axit ascobic dễ tan trong dầu béo hơn. 1.1.3. Hoạt tính sinh hóa Vit.C có tác dụng tăng cường sức đề kháng cho cơ thể, chống lại các hiện tượng choáng hoặc ngộ độc hóa chất, độc tính của vi trùng do tính chất khử mạnh của Vit.C. Vit.C tham gia vào quá trình oxi hóa khử khác nhau của cơ thể như: Chuyển hóa hợp chất thơm thành phenol; quá trình hyđroxyl hóa triptophan thành hyđroxyltritophan; điều hòa sự tạo AND từ ARN; chuyển procolagen Tạ Thị Liên 7 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 thành colagen, nhờ có quá trình hyđroxyl hóa prolin thành oxyprolin cần thiết cho việc tổng hợp colagen, vì vậy Vit.C làm cho vết thương mau lành. Vit.C có vị trí quan trọng trong quá trình hình thành các hoormon của tuyến giáp trạng và tuyến trên thận. Khi cơ thể thiếu Vit.C sẽ xuất hiện các triệu chứng bệnh lí như: chảy máu ở lợi, răng, lỗ chân lông hoặc các cơ quan nội tạng. Đó là do thành các mạch máu bị mỏng. Cơ thể bình thường có nhu cầu Vit.C trong 24h là: 60÷80 mg 1.1.4. Các nguồn cung cấp Vit.C Trong tự nhiên, thực vật tổng hợp được Vit.C, do đó Vit.C có nhiều trong rau xanh đặc biệt là ớt và các loại rau cải, rau ngót….; Trong các loại quả như: cam, chanh, bưởi, ổi, khế, táo, dưa hấu… không thấy xuất hiện Vit.C trong các sản phẩm từ động vật như: thịt, trứng, sữa… Một số cơ thể sống có khả năng tổng hợp vitamin C từ D-glucozo nhờ tác dụng của enzim theo sơ đồ sau: HOHC H OH HO H H OH O H CH 2OH HOHC H OH HO H H OH O H COOH [ O] enzim [ H] enzim CH 2OH H OH HO H H OH H OH COOH D- glucozo CH 2OH CH 2OH OH O enzim OH H HO O OH O [ O] enzim HO H O OH Ax it L- ascobic Tạ Thị Liên 8 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Ngoài ra con người tổng hợp Vit.C nhằm các mục đích khác nhau. Các chế phẩm dược chỉ chứa Vit.C, hay các viên vitamin tổng hợp trong đó có Vit.C dùng mục đích chữa bệnh, tăng cường sức đề kháng cho người ốm. Các loại nước hoa quả, giải khát, bột dinh dưỡng trẻ em, sữa… chứa một lượng nhỏ Vit.C, là một tiêu trí quảng cáo cho sản phẩm. Một lượng lớn Vit.C làm chất bảo quản thực phẩm. Trong công nghiệp dược phẩm, Vit.C được tổng hợp qua các giai đoạn sau: CH O CH 2OH CH 2OH CH 2OH H OH H OH C O H 3C O C HO H H 2/Ni HO H C oxi hóa HO H + 2CH 3COCH 3 O H H OH H OH Acetobacter xylinum H OH H 3C H+ CH 3 H O O HO H HO H HO H H C CH 2OH CH 2OH CH 2OH CH 3 CH 2 O D- Sobozo D- glucozo D- Sobitol [ O] HO C O HO C H HO H CH 2OH COOH CO CO H+ T automehóa C OO HO H H HO H + 2H 2O, H + - 2CH 3COCH 3 CH 2OH H 3C O C C O H H 3C H O O H CH 3 C CH 2 O Vitamin C CH 3 1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VIT.C Có thể chia các phương pháp xác định Vit.C thành 2 nhóm lớn: - Nhóm các phương pháp phân tích hóa học - Nhóm các phương pháp phân tích công cụ 1.2.1. Phƣơng pháp phân tích hóa học Trong các phương pháp phân tích hóa học, phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử được sử dụng nhiều nhất, dựa vào tính chất dễ bị oxi hóa thành axit Tạ Thị Liên 9 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 đehiđroascobic của axit ascobic. Để oxi hóa người ta sử dụng các thuốc thử khác nhau như: 2,6-điclophenolindophenol, brom, iot, thuốc thử Feling… 2,6-điclophenoindophenol được coi như là thuốc thử chuẩn dùng để chuẩn độ chính xác Vit.C một cách trực tiếp. Nó là một chất oxi hóa có màu xanh đậm, có công thức phân tử là: C12H6Cl2NO2,  max trong dung dịch nước bằng 602 nm. Khi phản ứng với axit ascobic nó bị khử thành một hợp chất không màu. C6H8O6 – 2H+ - 2e  C6H6O6 C12H7Cl2NO2 + 2H+ + 2e  C12H9Cl2NO2 Người ta có thể theo dõi quá trình chuẩn độ bằng mắt, đo quang hay đo điện thế. Việc chuẩn độ axit ascobic thông thường được tiến hành bằng cách nhỏ từ từ dung dịch thuốc thử từ buret vào dung dịch nghiên cứu chứa axit ascobic trong môi trường có pH thích hợp. Điểm cuối chuẩn độ được nhận ra khi có sự xuất hiện màu của giọt thuốc thử dư đầu tiên. Trong các đối tượng khác như rau quả, lương thực, thực phẩm thường chứa các chất khử khác nữa và dung dịch nghiên cứu thường có màu và đục, gây khó khăn cho việc xác định điểm cuối chuẩn độ. Thực chất đã xảy ra phản ứng: 5Br   BrO3  6H   3Br2  3H 2O C6 H8O6  Br2  C6 H 6O6  2Br   2H  Khi hết axit ascobic lượng BrO3- cho vào sẽ sinh ra Br2 không được phản ứng tiếp. Sau đó xác định lượng Br2 dư đó bằng phương pháp chuẩn độ iot bằng dung dịch natri thiosunfat chuẩn. Tuy nhiên các phương pháp chuẩn độ tiến hành khá phức tạp, đồng thời có độ chọn lọc, độ nhạy và độ chính xác không cao. Vì vậy từ khi các phương Tạ Thị Liên 10 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 pháp phân tích công cụ ra đời, người ta khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các phương pháp phân tích hóa học. 1.2.2. Nhóm các phƣơng pháp phân tích công cụ Thời gian gần đây, cùng với sự phát triển như vũ bão trong tất cả các lĩnh vực của xã hội, những yêu cầu đặt ra cho ngành phân tích là phải nhanh, chính xác, quy trình đơn giản, lượng mẫu tiêu thụ nhỏ, không những tiết kiệm tiền của, công sức mà cả thời gian cho xã hội. Với sự hỗ trợ của các phương pháp phân tích công cụ và những thiết bị hiện đại, việc xác định Vit.C cũng đã đạt được những yêu cầu đó. Đặc biệt, quy trình phân tích nhanh và đa số trường hợp không phải xử lí mẫu trước khi giảm thiểu được sự mất mát Vit.C trong quá trình định lượng. Các phương pháp phân tích công cụ có thể xác định Vit.C gồm nhóm các phương pháp phân tích quang học và nhóm các phương pháp phân tích điện hóa. Trong đó hầu hết các phương pháp đều xác định Vit.C một cách gián tiếp. Như đã trình bày, dung dịch Vit.C là không màu, do đó không thể cho tín hiệu đo quang ở vùng khả kiến,vì vậy người ta thường dùng một tính chất nào đó của Vit.C mà sự biến đổi nồng độ Vit.C sẽ gây ra tín hiệu quang biến đổi tương ứng, cùng tăng hoặc cùng giảm theo hàm lượng Vit.C. Hay khi dùng phương pháp hấp thụ nguyên tử, do Vit.C rất dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao nên không thể cho tín hiệu trực tiếp trên máy AAS. Để hỗ trợ thêm cho các phương pháp phát hiện Vit.C, các kỹ thuật tách cũng được kết hợp để tăng độ chính xác, độ nhạy và độ chọn lọc của phương pháp phân tích. Có thể kể đến các kỹ thuật sắc ký, gồm sắc ký khí (GC), sắc ký lỏng cao áp (HPLC), kỹ thuật tiêm mẫu phân tích vào dòng chảy (FIA). Tạ Thị Liên 11 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 1.2.2.1. Phƣơng pháp phân tích quang học Vit.C là chất rắn dạng tinh thể không màu, dung dịch Vit.C cũng trong suốt nhưng nó dễ bị oxi hóa và có tác dụng ức chế hay xúc tác cho các phản ứng phát quang, thông qua đó người ta có thể định lượng Vit.C. Các tác giả sử dụng chất oxi hóa khác nhau và thông qua nó gián tiếp xác định hàm lượng Vit.C. Kali cromat được sử dụng làm chất oxi hóa axit ascobic, kali cromat còn dư sẽ phản ứng với điphenyl cacbazit (DPC) có mặt axit nitric tạo phức màu có λmax = 548nm sẽ tỷ lệ thuận với lượng kali cromat dư và tỷ lệ nghịch với lượng Vit.C trong mẫu. 2CrO42  3C6 H8O6  10H   Cr 3  3C6 H 6O6  8H 2O CrO42  Sym  DPC  Cr  DPC phúc (max  548nm) Cr(III) tạo ra trong phản ứng thứ nhất là rất nhỏ nên không đóng góp đáng kể vào mật độ quang A đo ở λ max=548nm. Ưu điểm của phương pháp là sử dụng hóa chất đơn giản, dễ kiếm, máy đo quang không đắt tiền, phổ biến trong các phòng thí nghiệm. Hơn nữa, theo nghiên cứu thì các chất khác có mặt trong đối tượng nghiên cứu cùng với Vit.C: các hợp chất glucozo, fructozo, sucrozo, lactozo, saccarozo: các axit thường xuất hiện trong trái cây như: axit xitric, axit oxalic, axit malic, axit tactric, các muối natri clorua, caxi clorua … Không gây ảnh hưởng đến kết quả đo ở mức sai số ± 5% khi hàm lượng của chúng gấp 200 lần lượng axit ascobic. Trong điều kiện thí nghiệm đó, tác giả và cộng sự đã xây dựng được đường chuẩn tuyến tính hàm lượng Vit.C đến 5µg/ml (tương ứng 5ppm, khoảng 3.10-5 mol/l) và giới hạn phát hiện tới 0,02 µg/ml (20 ppm, khoảng 10-7 mol/l). Ứng dụng xác định Vit.C trong thuốc viên và thuốc nước chứa Vit.C, nước ép hoa quả, các loại rượu hoa quả cho kết quả tốt. Tạ Thị Liên 12 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Vit.C có khả năng phản ứng với nhiều chất oxi hóa khác nhau, do vậy các tài liệu nghiên cứu xác định hàm lượng Vit.C bằng phương pháp phân tích quang học rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên không tránh khỏi một phần Vit.C có thể phản ứng với oxi không khí hay các chất khử khác cũng có thể phản ứng với các chất oxi hóa đó. 1.2.2.2. Nhóm các phƣơng pháp phân tích điện hóa 1.2.2.2.1. Sơ lƣợc về các phƣơng pháp cực phổ và phƣơng pháp vôn ampe  Nguyên tắc của phương pháp Nhóm các phương pháp phân tích cực phổ và vôn-ampe là những phương pháp quan trọng nhất trong số các phương pháp phân tích điện hóa. Các phương pháp này đều dựa trên lý thuyết về quá trình điện cực, phụ thuộc chủ yếu vào việc đưa chất điện hoạt từ trong lòng dung dịch đến bề mặt điện cực làm việc và ghi đường vôn-ampe (đường biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng Faraday vào giá trị thế củ điện cực làm việc so với điện cực so sánh). Hình 1.1: sơ đồ thiết bị phân tích vôn-ampe Tạ Thị Liên 13 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2  Điện cực làm việc Trong các phương pháp phân tích vôn-ampe, điện cực làm việc thường dùng là: điện cực giọt Hg, điện cực rắn làm từ Platin, vàng, bạc,hoặc cacbon kính. Phương pháp phân tích cực phổ sử dụng điện giọt Hg, hay dùng là điện cực giọt treo (HMDE),điện cực giọt rơi (DME), và điện cực giọt tĩnh (SMDE). Điện cực là giọt Hg lỏng hình cầu có đường kính khá nhỏ (≤1mm), được rơi ra từ một mao quản có chiều dài khoảng 10÷15 cm, với đường kính trong khoảng 30÷50µm, mao quản được nối với bình chứa Hg bằng một ống dẫn nhỏ polietilen. Trong điện cực giọt rơi, giọt Hg liên tục được hình thành ở đầu ống mao quản và rơi ra do lực hấp dẫn, kích thước và chu kỳ (hay tốc độ chảy) của giọt Hg được điều khiển bởi kích thước mao quản và chiều cao của bình chứa Hg. Tốc độ đó được quy ước tính bằng khối lượng Hg rơi ra khỏi mao quản trong một đơn vị thời gian (theo mg/s). Thông thường người ta chọn kích thước mao quản và chiều cao bình chứa sao cho tốc độ chảy khoảng 1,5÷4,0 mg/s, chu kỳ mỗi giọt khoảng 2÷6s. Trong điện cực giọt treo (thường dùng trong phân tích von-ampe vòng), giọt Hg có kích thước nhỏ, có thể thay đổi được tùy theo yêu cầu thực nghiệm. Giọt được hình thành rất nhanh và được giữ ở đầu mao quản trong quá trình đo. Ưu điểm của điện cực giọt Hg: - Khoảng thế phân tích rộng, quá thế H2 trên điện cực giọt Hg lớn, vì vậy mở rộng khoảng thế phân tích đến -1V (so với điện cực calomen bão hòa) trong môi trường axit và đến -2V trong môi trường bazơ. Tuy nhiên do có quá trình oxi hóa của Hg lỏng nên điện cực chỉ được sử dụng đến -0,3V hoặc 0,4V (so với điện cực calomen bão hòa) tùy môi trường. Tạ Thị Liên 14 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 - Bề mặt giọt luôn được đổi mới và không bị làm bẩn bởi sản phẩm của phản ứng điện cực. - Với các điện cực hiện đại, giọt Hg được điều khiển bởi hệ thống van khí, do vậy độ lặp lại của giọt cao, tăng độ lặp, độ đúng và độ chính xác khi phân tích. - Kích thước giọt nhỏ nên lượng chất tiêu tốn khi phân tích là không đáng kể, do đó sự giảm nồng độ trong quá trình phân tích do sự oxi hóa khử trên điện cực thực tế là không xảy ra.  Điện cực so sánh Thường hay sử dụng điện cực Ag/AgCl hay điện cực calomen bão hòa. Điện cực so sánh phải có thế ổn định.  Sóng cực phổ khuếch tán - Sóng cực phổ cổ điển có dạng bậc thang, dòng cực đại id tỷ lệ tuyến tính với nồng độ chất phân tích trong dung dịch id=f(C), người ta lợi dụng tính chất này để phân tích định lượng. Tuy nhiên sóng cực phổ cổ điển có độ phân giải không cao cũng như có dòng dư lớn. Do đó hạn chế độ nhạy của phương pháp chỉ xác định được 10-5M và khả năng xác định nhiều chất cùng trong một hỗn hợp là khó khăn, độ chọn lọc kém. (Hình 1.2) - Với kỹ thuật quét thế, kỹ thuật ghi dòng hiện đại đã khắc phục được nhược điểm đó, đồng nghĩa với tăng độ nhạy lên rất nhiều, có thể kể đến. + Cực phổ sóng vuông (SqW) + Cực phổ dòng xoay chiều hình sin (AC) + Cực phổ xung thường và xung vi phân (NP và DP) + Các phương pháp vôn-ampe trên điện cực đĩa quay + Phân tích điện hóa hòa tan Với độ nhạy đối với Tạ Thị Liên 15 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 + Cực phổ cổ điển (DC) 10-4 ÷ 10-6M + Cực phổ sóng vuông và xung vi phân 10-6 ÷ 10-8M + Vôn-ampe hòa tan anot điện cực giọt Hg treo 10-6 ÷ 10-9M + Vôn-ampe hòa tan anot dùng cực màng Hg 10-8 ÷ 10-10M trên cực rắn đĩa Có thể thấy các phương pháp phân tích điện hóa rất phong phú và đa dạng. Phạm vi đối tượng nghiên cứu rộng, cả hợp chất vô cơ và hàng nghìn hợp chất hữu cơ các loại. Trong đó Vit.C là một trong những hợp chất hữu cơ được nghiên cứu ứng dụng theo nhiều cách khác nhau dưới lý thuyết của các phương pháp phân tích điện hóa. 1.2.2.2.2. Ứng dụng các phƣơng pháp phân tích điện hóa xác định Vit.C Phương pháp phân tích điện hóa được dùng chủ yếu là các phương pháp phân tích cực phổ và phương pháp vôn-ampe. Trong đó việc sử dụng điện cực Hg, đặc biệt là có sự hỗ trợ của thiết bị điện tử, kết nối với máy vi tính tăng độ nhạy và độ chính xác của phép phân tích lên rất nhiều đồng thời quy trình cho phép phân tích nhanh, không cần xử lý mẫu phức tạp, tránh được sự mất mát Vit.C do sự oxi hóa không khí. Trước năm 1950, phương pháp cực phổ cổ điển đã được áp dụng xác định hàm lượng Vit.C trong nhiều mẫu thuốc, rau, quả. Nhiều công trình nghiên cứu đã tìm được điều kiện thích hợp cho phép xác định Vit.C. Tuy nhiên do giới hạn của phương pháp cực phổ cổ điển mà việc định lượng Vit.C vẫn bị gây cản trở bởi một số chất có thế khử gần với thế khử của axit ascobic. Các hợp chất sunfuhydryl thường có mặt trong các mô thực vật là một trong số đó. Vì vậy đối tượng phân tích còn hạn chế. Gần đây các kỹ thật quét thế và ghi dòng được hỗ trợ bởi các thiết bị điện tử hiện đại, những máy điện hóa đa chức năng ra đời và rất phổ biến ở các phòng thí nghiệm. Những nhược điểm đó được khắc phục, nhưng không Tạ Thị Liên 16 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 nhiều công trình nghiên cứu xác định xác định Vit.C trực tiếp trên điện cực giọt Hg mà một số nghiên cứu đi theo hướng chế tạo điện cực biến tính, điện cực sinh học, chủ yếu là tạo màng sinh học hay màng polyme, các loại màng được chế tạo đều có khả năng hoạt động điện hóa với axit ascobic. Khả năng tự động hóa tăng lên, cho phép xác định 120 mẫu/giờ. Tuy nhiên tuổi thọ của các điện cực này ngắn do trong quá trình phân tích axit ascobic đã khử các ion kim loại trên bề mặt điện cực. Để duy trì điện cực người ta thường cho thêm vào hỗn hợp phản ứng một chất oxi hóa để tái tạo các ion trên bề mặt, Julio Cesar đã dùng H2O2 là chất oxi hóa giúp tái tạo ion Cu2+ từ ion Cu+, là sản phẩm của phản ứng điện cực với axit ascobic. Quay trở lại điện cực giọt Hg, ngoài nhược điểm duy nhất là tính độc của Hg thì nó vẫn là điện cực tối ưu trong phương pháp cực phổ xác định các chất hữu cơ. Tuy nhiên các hãng sản xuất cũng đã khắc phục tối đa nhược điểm này, kích thước hạt nhỏ (đường kính < 1mm), nếu sử dụng giọt treo thì khối lượng Hg cho phép đo là không đáng kể, có thể thu hồi được, ví dụ: một giọt Hg ở thiết bị phân tích điện hóa đa năng VA757 của Metrohm có diện tích bề mặt từ 0,15 ÷ 0,60 mm2. Thế của axit ascobic trên điện cực Hg, trong điều kiện nền thích hợp (so với điện cực Calomen bão hòa) cách khá xa thế khử của các ion kim loại cũng như các vitamin và các hợp chất khác. Các vitamin A, D, B1, B2, B6, B12, Bc đều có sóng cực phổ ở khoảng thế âm, từ -0,3V của vitamin B2 trong nền đệm Britton-Robinson pH =1,81 ÷ -2,01V của vitamin D2 trong nền H2O:dioxan 1:9, TBAOHO 1M, còn thế của Vit.C là +0,23V trong nền axetat 0,05M pH=3, NaNO3 0,01M. Thêm nữa, dùng kỹ thuật xung vi phân (DDP), giúp cho việc xác định vị trí và chiều cao pic của Vit.C một cách rõ ràng và chính xác. Điều này có nghĩa là có khả năng xác định trực tiếp Vit.C trên điện cực giọt Hg mà không cần xử lý mẫu để loại những chất nền ảnh Tạ Thị Liên 17 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 hưởng đến bản chất hóa học của phương pháp. Quy trình nhanh, chính xác, khả năng phân tích hàng loạt là có thể đạt được. Vì vậy em chọn sử dụng điện cực giọt Hg treo trong phân tích Vit.C. 1.2.2.2.3. Phƣơng pháp cực phổ xung vi phân Phương pháp cực phổ xung vi phân là phương pháp phân tích điện hóa hiện đại, được cải tiến cả về kỹ thuật quét thế và kỹ thuật ghi dòng, khắc phục được đa số nhược điểm của phương pháp cực phổ cổ điển và phương pháp xung thường. Trong phương pháp xung vi phân, điện cực được phân cực bằng một điện áp một chiều biến thiên tuyến tính với tốc độ chậm. Ghi dòng tại hai thời điểm trước khi nạp xung và trước khi ngắt xung. Đường biểu diễn sự khác nhau giữa hai dòng này vào thế điện cực có dạng pic, rất dễ xác định, có độ phân giải cao. Do vậy mà phương pháp xung vi phân giảm tối đa dòng dư, một hạn chế của cực phổ cổ điển (hình 1.2) Sự phụ thuộc dòng cực đại trong cực phổ xung vi phân vào các thông số của quá trình đo cực phổ được tính toán lý thuyết cho hệ thức sau: 1/ 2  D  i  n.F .S .C.    .t x  . P( 2  1)   P  1  P   (1.1) Trong đó: n: số e- trao đổi trong phản ứng điện cực F: hằng số Faraday S: diện tích bề mặt điện cực C: nồng độ chất điện hoạt D: hệ số khuếch tán tx: thời gian một xung σ = exp(n.F.∆E/(2RT)) (1.2) P = exp[(nF/(RT))(E-E1/2+∆E/2)] (1.3) Tạ Thị Liên 18 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 ∆E: biên độ xung R: hằng số khí T: nhiệt độ Kelvin E1/2: thế bán sóng Tại thế đỉnh pic, P=1 thì phương trình (1.1) còn lại là 1/ 2  D  i  n.F .S .C.    .t x  .   1   1 (1.4) EP = E1/2 - ∆E/2 (1.5) Bán chiều rộng của pic được xác định bới công thức: W1/2 = 2.R.T/(n.F).cosh-1.[2 + cosh.(n.F.∆E/(2.R.T))] (1.6) Do vậy khi tăng biên độ xung thì theo phương trình (1.4) dòng i tăng theo (1.6), do đó giảm độ phân giải của phương pháp. Trong trường hợp biên độ xung đủ nhỏ (|∆E| < 20/n mV) thì bán chiều rộng được tính bởi công thức (1.7). W1/2 = 3,52.R.T/(n.F) = 90/n mV ở 25oC (1.7) Vì vậy để đạt được giá trị dòng lớn đồng thời W1/2 đủ nhỏ, thường đặt biên độ xung khoảng từ 10÷100 mV. Hình 1.2 so sánh sự giống và khác nhau về kỹ thuật biến đổi thế và kỹ thuật ghi dòng giữa các phương pháp cực phổ cổ điển (DC), cực phổ xung thường (NP) và cực phổ xung vi phân (DP). Thấy rõ ưu điểm của phương pháp cực phổ xung vi phân từ việc phân tích sóng cực phổ có dạng pic là tăng độ nhạy, tăng độ phân giải, độ chọn lọc. Tạ Thị Liên 19 K32C - Hoá học Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Hình 1.2: Sơ đồ biểu diễn sự biến thiên thế theo thời gian và dạng sóng cực phổ trong một số phƣơng pháp (a) Thế biến thiên trong thời gian đo cực phổ (b) Thế biến thiên trong 1 chu kì giọt, (▪: thời điểm ghi dòng) (c) Sóng cực phổ DC: Cực phổ cổ điển NP: Cực phổ xung thường DP: Cực phổ xung vi phân Tạ Thị Liên 20 K32C - Hoá học