Báo cáo nghiên cứu khoa học: " TỔNG HỢP PHỨC CHẤT ĐA PHỐI TỬ CỦA NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM VÀ THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH SINH HỌC ĐẾN SỰ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG" pps

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010

84
TỔNG HỢP PHỨC CHẤT ĐA PHỐI TỬ CỦA NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM
VÀ THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH SINH HỌC ĐẾN SỰ SINH TRƯỞNG
PHÁT TRIỂN CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG
SYNTHESIS OF MULTI-LIGAND COMPLEX OF RARE EARTHS AND ITS
APPLICATION TO THE BIOLOGICAL ACTIVITY ON THE GROWTH AND
DEVELOPMENT OF THE SOYBEAN

Phạm Văn Hai
Đại học Đà Nẵng
Nguyễn Tấn Lê
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Trong bài báo này, trình bày phương pháp tổng hợp phức chất glutamat molypdat
neodim và thử nghiệm hoạt tính sinh học của phức chất đó. Phức chất này được tổng hợp từ
ion đất hiếm Nd
3+
và axit glutamic với Na
2
MoO
4
. Các điều kiện tối ưu của quá trình tổng hợp
phức được xác định thông qua phép chuẩn độ tạo phức với chất chuẩn DTPA và chất chỉ thị
Arsenazo (III). Các yếu tổ ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tổng hợp bao gồm tỉ lệ các chất
phản ứng, thời gian, nhiệt độ, pH của dung dịch cũng đã được xác định. Thông qua các
phương pháp phân tích nhi
ệt và phổ hồng ngoại đã xác định được công thức hóa học của phức
chất đa phối tử của nguyên tố đất hiếm Nd với axit glutamic và Na

2
MoO
4.
Từ phức chất đã tổng hợp, được ứng dụng để kiểm tra hoạt tính sinh học của chúng
thông qua quá trình thăm dò sự sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương. Với phương pháp
pha chế dung dịch phức chất glutamat molypdat neodim ở các nồng độ thích hợp để ngâm hạt
đậu và phun trên lá cây đậu tương đã thu được kết quả rất tốt, cụ thể chiều cao, diện tích lá,
trọng lượng tươ
i và trọng lượng khô của cây đậu tương ở giai đoạn ra hoa đều tăng lên; rút
ngắn được thời gian ra hoa; làm tăng cường độ quang hợp, cường độ hô hấp của cây; hàm
lượng protit và lipit trong hạt đều tăng.
ABSTRAST
In this paper, the neodymium glutamate molybdate complex compound has been
synthesized and tested for its biological activity.The study on the production of a complex
formation of the neodymium (III) with L-glutamic acid and sodium molybdate has been carried
out. Optimal conditions of complex synthesis have been determined via reaction performance
based on the DTPA complexometric titration method with Arsenazo (III) as an indicator.
Besides, the influences of other factors such as molar ratio of Nd
3+
:H
2
Glu:MoO
4
2-
, the
temperature, time and pH of the solution on the reaction performance have been surveyed.
Based on the thermal analysis and infrared spectroscopy methods, the formula of the multi-
ligands complex compound have been determined as Nd(HGlu)(MoO
4
).2H

2
O.
Its biological activity has been further tested on the growth and development of the
soybean. By using a suitable solution to soak the seeds and to spay on the leaves of soybean in
an experiment conducted in Danang, the following experimental results are obtained: the height,
assimilation surface, fresh and dry weight of the plant have increased; the flowering has been
premature; there has been an increase in the content of total chlorophyll, the intensity of
photosynthesis and respiration. In all, the productivity, both protein and lipid contents in the
grains of the experimental soybean have increased in comparison with the controlled lot.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010

85
1. Mở đầu
Phức chất của nguyên tố đất hiếm với một số axit hữu cơ đã được nghiên cứu và
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong y học, nông nghiệp, công nghệ sinh
học Các kết quả nghiên cứu đã khẳng định phức chất của nguyên tố đất hiếm và một
số nguyên tố vi lượng với các axit hữu cơ có hoạt tính sinh học [4], [6].
Trong bài báo này, chúng tôi thông báo kết quả nghiên cứu tổng hợp phức rắn
glutamat molypdat neodim
Nd(HGlu)(MoO
4
).2H
2
O và thử nghiệm ảnh hưởng của nó đến
quá trình sinh trưởng phát triển của cây đậu tương (Glycine max L.).
2. Phần thực nghiệm
Tiến hành thực nghiệm bằng cách tạo kết tủa Nd(OH)
3
với dung dịch NH
3

dư từ
dung dịch ban đầu Nd(NO
3
)
3
đã được xác định nồng độ, rửa kết tủa nhiều lần bằng nước
cất để làm sạch NH
3
có trong kết tủa. Tính toán lượng dung dịch axit L-glutamic và
muối natri molypdat theo tỉ lệ mol cần thiết so với Nd
3+
rồi cho vào cốc thuỷ tinh có
chứa kết tủa. Sau một thời gian nhất định, lấy mẫu để chuẩn độ lượng Nd
3+
còn lại sau
phản ứng bằng DTPA, với chất chỉ thị Arsenazo(III), trong môi trường đệm pH = 4,2.
Từ đó tính được hiệu suất của phản ứng. Cấu trúc của phức tổng hợp được khảo sát
bằng phương pháp hồng ngoại và phân tích nhiệt DTA. Hoạt tính sinh học của phức
chất được thăm dò bằng cách khảo sát ảnh hưởng của phức chất đã tổng hợp đến một số
chỉ tiêu sinh lý sinh hóa cũng như chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển, năng suất và phẩm
chất hạt của cây đậu tương. Các số liệu phân tích, xử lý số liệu được xác định theo các
phương pháp nghiên cứu sinh lý thực vật thông dụng, đảm bảo độ chính xác và tin cậy.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Tổng hợp phức rắn glutamat molypdat neodim
Trên cơ sở các điều kiện tối ưu của phản ứng tạo phức giữa axit L-glutamic
(H
2
Glu) và axit boric với neodim đã nghiên cứu [2], chúng tôi tiến hành tổng hợp phức
chất rắn glutamat molypdat neodim (GMoN) như sau: cho dung dịch Nd(NO
3

)
3
vào ống
ly tâm, tiến hành kết tủa hidroxit neodim bằng NH
4
OH với một lượng hơi thừa để kết
tủa hết Nd
3+
bằng cách nhỏ từ từ dung dịch amoniac và khuấy bằng đũa thủy tinh để tạo
kết tủa bông (để lắng phần nước trong, có pH khoảng 9). Rửa sạch kết tủa bằng phương
pháp gạn kết hợp ly tâm cho đến khi nước rửa có pH ≈ 7. Chuyển toàn bộ kết tủa
Nd(OH)
3
mới sinh vào cốc thủy tinh chứa sẵn lượng chính xác H
2
Glu và Na
2
MoO
4
,
điều chỉnh pH của dung dịch hỗn hợp về giá trị pH = 6,0. Nâng nhiệt độ lên 60
0
C và
tiến hành khuấy trộn trên máy khuấy từ có bếp ổn nhiệt trong thời gian 2 giờ. Cô hỗn
hợp phản ứng ở 60 - 70
0
C trên bếp cách thủy cho đến khi xuất hiện váng trong suốt trên
bề mặt. Để nguội, kết tủa sẽ dần tách ra, lọc lấy kết tủa, rửa bằng etanol tuyệt đối và làm
khô. Phức glutamat molypdat neodim tổng hợp được là một chất rắn màu hồng nhạt.
3.1.1. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại

Phổ hấp thụ hồng ngoại của axit H
2
Glu và phức glutamat molypdat neodim được
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010

86
ghi trên máy Impact 410-Nicolet (Mỹ) trong vùng 4000 – 400cm
−1
. Kết quả được chỉ ra
trên Hình 1, Hình 2 và Bảng 1.
Bảng 1. Các tần số hấp thụ chính của các hợp chất
Hợp chất
2
NH
ν
+
3
NH
ν
−
COO
as
ν
2
NH
δ
+
3
NH
δ

−
COO
s
ν
H
2
Glu
- 3060,35
2084,83
1644,64 - 1512,67 1419,19
GMoN 3426,17 - 1619,05 1547,99 - 1414,75
Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất khác với phổ của axit L-glutamic tự do về
hình dạng cũng như vị trí của các dải hấp thụ đặc trưng. Điều này cho thấy sự tạo phức
đã xảy ra giữa ion Nd
3+
với axit L-glutamic và molypdat.
Trên phổ hồng ngoại của phức glutamat molypdat neodim có sự dịch chuyển lớn
tại nhóm −NH
3
+
từ 3060,35cm
−1
(trong phổ của axit L-glutamic) đến 3426,17cm
−1
ứng
với dao động hoá trị của nhóm −NH
2
bão hòa, chứng tỏ có sự phối trí giữa Nd và −NH
2

gây ra sự chuyển dịch này. Hơn nữa, sự mất đi hoàn toàn cực đại hấp thụ ở 2084,83cm
−1

ứng với dao động hóa trị nhóm −NH
3
+
(trong phổ của axit L-glutamic), đồng thời xuất
hiện vân hấp thụ ở 1547,99cm
−1
ứng với dao động biến dạng của nhóm −NH
2
cũng là
một bằng chứng của sự tạo phức đã xảy ra.
Các dải hấp thụ ở 1644,64cm
−1
và 1419,19cm
−1
đặc trưng cho dao động hoá trị
bất đối xứng và đối xứng tương ứng của nhóm −COO
−
trên phổ của axit L-glutamic tự
do dịch chuyển về vùng tần số thấp hơn (1619,05cm
−1
và 1414,75cm
−1
) trên phổ của
phức chất chứng tỏ nhóm cacboxyl của axit L-glutamic đã phối trí với ion Nd
3+
.
Các dải hấp thụ ở các tần số 929,18cm

−1
; 852,20cm
−1
; 760,41cm
−1
và
698,23cm
−1
được gán cho các dao động của nhóm Molypdat MoO
4
, trong đó dải hấp thụ
ở 929,18cm
−1
ứng với dao động hoá trị của liên kết Mo=O, các dải 852,2cm
−1
và
760,41cm
−1
ứng với dao động hoá trị bất đối xứng của liên kết Mo−O và dải hấp thụ ở
698,23cm
−1
tương ứng với dao động biến dạng liên kết Mo−O.

Hình 1. Phổ hấp thụ hồng ngoại của axit L-glutamic
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010

87









Hình 2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức glutamat molypdat neodim
Từ các kết quả nghiên cứu và phân tích nêu trên có thể thấy phức chất đa phối tử
của Nd
3+
với axit L-glutamic và molypdat thu được có thành phần là Nd(HGlu)(MoO
4
).
Trong đó, axit L-glutamic và molypdat liên kết với ion Nd
3+
qua các nguyên tử nitơ và oxi.
3.1.2. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt
Giản đồ phân tích nhiệt của phức glutamat molypdat neodim được ghi trên máy
Shimadzu TA50 (Nhật Bản). Tốc độ nâng nhiệt là 10
0
C trong 1 phút ngoài không khí, ở
khoảng nhiệt độ 30-700
0

C. Kết quả nghiên cứu được trình bày ở Hình 3, Hình 4.











Hình 3. Giản đồ DTA của phức Hình 4. Giản đồ TGA của phức
Giản đồ phân tích nhiệt của phức GMoN cho thấy trên đường cong DTA có một
hiệu ứng thu nhiệt ở 52,51
0
C và một hiệu ứng tỏa nhiệt ở 349,98
0
C. Giản đồ TGA của
phức chỉ ra rằng quá trình phân hủy phức GMoN có thể chia thành 2 giai đoạn. Giai
đoạn đầu tiên hoàn tất tại 100
0
C ứng với việc giảm 7,59% khối lượng. Khối lượng giảm
nầy phù hợp với giá trị lý thuyết của 7,408% khối lượng tương ứng với 2 phân tử nước
tách ra. Giai đoạn thứ hai kết thúc ở 700
0
C ứng với 11,069% khối lượng giảm xuống
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010

88

khi nhiệt độ lên đến 425
0
C và từ 425
0
C đến 700
0
C ghi nhận sự mất đi 7,184% khối
lượng. Giai đoạn thứ hai này tương ứng với sự phân hủy dần dần của ion HGlu
−
. Sau 2
giai đoạn, khối lượng còn lại là 74,157% tương ứng với khối lượng tổng cộng
(74,068%) của ½ Nd
2
O
3
, 4 C và MoO
3
[5].
Từ các kết quả thu được ở hai phương pháp phân tích trên đây, ta có thể dự đoán
công thức của phức chất tổng hợp từ Nd
3+
, axit L-glutamic và natri molypdat là
Nd(HGlu)(MoO
4
).2H
2
O.
3.2. Thăm dò hoạt tính sinh học của phức glutamat molypdat neodim
Việc thăm dò hoạt tính sinh học của phức glutamat molypdat neodim ( GMoN )
Nd(HGlu)(MoO

4
).2H
2
O được tiến hành bằng cách khảo sát ảnh hưởng của phức đến
các chỉ tiêu sinh trưởng phát triển, sinh lý sinh hóa, năng suất và phẩm chất của cây đậu
tương, trồng thí nghiệm tại Đà Nẵng. Đậu tương là loại cây họ Đậu, giàu hàm lượng
protein, được trồng để làm thức ăn cho người và gia súc [1]. Trong các nguyên tố vi
lượng, molipden có khả năng tăng cường cố định đạm của vi khuẩn nốt sần, là thành
phần của enzim khử nitrat, tham gia vào quá trình tổng hợp protein, trao đổi hydrat
cacbon, tổng hợp diệp lục, các vitamin và axit nucleic… [3] Phức GMoN được sử dụng
với nồng độ thích hợp dùng ngâm hạt trong 2 giờ trước khi gieo và phun vào lá ở các
giai đoạn sinh trưởng khi cây được 3 lá, 5 lá, ra
hoa và kết thúc ra hoa.
3.2.1. Xác định nồng độ xử lý
Nồng độ phức GMoN xử lý được xác
định thông qua tỉ lệ nảy mầm của hạt đậu
tương. Pha loãng dung dịch phức GMoN

với
các nồng độ 50 ppm, 100 ppm, 150 ppm, 200
ppm để ngâm hạt trong thời gian 2 giờ trước khi
gieo vào đĩa petri. Sau 24 giờ gieo hạt, chúng
tôi thu được tỉ lệ nảy mầm ứng với các nồng độ
khác nhau được trình bày ở hình 5. Dựa vào kết
quả thu được, chúng tôi đã chọn nồng độ phức
GMoN 100 ppm làm nồng độ thích hợp để xử
lý ngâm hạt và phun vào lá trong suốt quá trình
thí nghiệm.
3.2.2. Ảnh hưởng của phức GMoN đến sự sinh trưởng phát triển của cây đậu tương
Dướí ảnh hưởng của phức GMoN, chiều cao cây, diện tích lá, trọng lượng tươi

và trọng lượng khô của cây đậu tương ở giai đoạn ra hoa đã có sự gia tăng
so với đối chứng. Kết quả trình bày ở bảng 2:
Bảng 2. Ảnh hưởng của phức GMoN đến các chỉ tiêu sinh trưởng của cây đậu tương
Đối chứng Phức GMoN
Chỉ tiêu theo dõi
x ± m CV% x
±
m CV% % so với ĐC
Chiều cao thân (cm) 51,50 ± 2,11 5,27 71,91
±
1,70 6,31 139,62
0
10
20
30
40
50
60
70
80
50 100 150 200
Hình 5. Ảnh hưởng nồng độ phức GMoN
đến tỉ lệ nảy mầm của hạt đậu tương.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010

89
Diện tích lá (dm
2
) 13,71 ± 0,57 4,83 16,52
±

0,61 5,72 120,41
Trọng lượng tươi (g) 50,33 ± 1,44 6,18 64,73
±
1,63 7,26 128,62
Trọng lượng khô (g) 16,56 ± 1,39 4,23 21,51
±
1,68 5,03 129,83
Theo dõi thời điểm ra hoa, chúng tôi nhận thấy cây đậu tương được xử lý phức
GMoN ra hoa sau khi gieo 50 ngày với tổng số hoa cả đợt là 74,67 hoa; cây đối chứng
ra hoa muộn hơn, ở thời điểm 53 ngày, số lượng hoa ít hơn, với tổng số 61,63 hoa.
3.2.3. Ảnh hưởng của phức GMoN đến một số chỉ tiêu sinh lý sinh hóa
Theo dõi hoạt động quang hợp và hoạt động hô hấp ở lá của cây đậu tương ở
giai đoạn 7 lá, chúng tôi thu được kết quả trình bày ở bảng 3.
Bảng 3: Ảnh hưởng của phức GMoN đến các chỉ tiêu sinh lý sinh hóa của cây đậu tương
Đối chứng Phức GMoN
Chỉ tiêu theo dõi
x
±
m CV% x
±
m CV% % so với ĐC
Hàm lượng diệp lục tổng
số (mg/g)
2,08
±
0,01 3,72 2,36
±
0,01 4,27 113,70
Cường độ quang hợp
(mg/dm

2
/giờ)
1,48
±
0,01 4,23 2,01
±
0,02 5,14 135,81
Cường độ hô hấp
(mgCO
2
/dm
2
/giờ)
1,16
±
0,03 3,18 1,30
±
0,01 4,23 112,06
Kết quả cho thấy dưới ảnh hưởng của phức GMoN đã làm tăng cường bộ máy
quang hợp, cường độ quang hợp cũng như cường độ hô hấp tạo năng lượng cho các hoạt
động của cây so với đối chứng.
3.2.4. Ảnh hưởng của phức GMoN đến năng suất của cây đậu tương
Năng suất thu hoạch của cây đậu tương dưới ảnh hưởng phức GMoN được trình
bày ở bảng 4. Kết quả cho thấy số lượng quả/cây, số lượng hạt/cây, trọng lượng hạt/cây
ở lô thí nghiệm có xử lý phức GMoN đều cao hơn đối chứng. Điều này cho thấy hoạt
tính sinh học của phức GMoN có hiệu quả đối với đời sống cây trồng.
Bảng 4. Ảnh hưởng của phức GMoN đến năng suất của cây đậu tương
Đối chứng Phức GMoN
Chỉ tiêu theo dõi
x ± m CV% x

±
m CV% % so với ĐC
Số quả/cây 44,0 ± 3,2 4,91 57,3
±
4,5 3,65 130,23
Số hạt/cây 166,8 ± 8,7 3,57 211,2
±
7,4 4,27 125,12
Trọng lượng hạt/cây (g) 33,4 ± 1,8 6,13 40,2
±
2,1 7,04 120,36
3.2.5. Ảnh hưởng của phức GMoN đến phẩm chất hạt đậu tương
Đối với cây đậu tương, hàm lượng protit và lipit trong hạt là các chỉ tiêu vô cùng
quan trọng khi đánh giá chất lượng hạt thu hoạch được. Phân tích các chỉ tiêu này,
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010

90
chúng tôi thu được số liệu trình bày ở bảng 5. Kết quả cho thấy chất lượng hạt đậu
tương đã được cải thiện khi xử lý với phức GMoN.
Bảng 5. Ảnh hưởng của phức GMoN đến chất lượng hạt đậu tương
Đối chứng Phức GMoN
Chỉ tiêu theo dõi
x ± m CV% x
±
m CV% % so với
ĐC
Hàm lượng protein (%) 41,62
±
0,92 3,21 46,73
±

0,87 4,15 112,28
Hàm lượng lipit (%) 18,76
±
0,19 5,38 21,53
±
0,13 6,13 115,32
4. Kết luận
1. Đã nghiên cứu sự tạo phức đa phối tử giữa ion đất hiếm Nd
3+
với axit L-
glutamic và natri molypdat. Đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và tìm được các điều kiện
tối ưu về nhiệt độ, thời gian, pH và tỉ lệ các chất tham gia phản ứng để tổng hợp phức
rắn đa phối tử glutamat molypdat neodim.
2. Bằng các phương pháp phân tích nhiệt vi sai, quang phổ hồng ngoại đã xác
định được thành phần của phức và công thức phân tử của phức rắn là
Nd(HGlu)(MoO
4
).2H
2
O.
3. Việc tạo phức giữa ion đất hiếm neodim và nguyên tố vi lượng Mo đã có tác
dụng tốt đến đời sống cây đậu tương: làm tăng các chỉ tiêu sinh trưởng phát triển, tăng
cường các quá trình sinh lý theo hướng thuận lợi; tăng năng suất và chất lượng hạt.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ngô Thế Dân, Trần Đình Long, Trần Văn Lài, Đỗ Thị Dung, Phạm Thị Đào, Cây
đậu tương, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1994.
[2] Phạm Văn Hai. Nguyễn Tấn Lê, Tổng hợp phức chất glutamat borat neodim và thử
nghiệm làm phân bón vi lượng cho cây vừng, Tạp chí Khoa học và Công nghệ -

Đại học Đà Nẵng, số 2 (31), tr. 66-73, 2009.
[3] Nguyễn Xuân Trường, Phân bón vi lượng và siêu vi lượng, NXB Nông nghiệp,
Thành phố Hồ Chí Minh, 2005.
[4] Nguyễn Trọng Uyển, Nguyễ
n Đình Bảng, Nghiên cứu hoạt tính sinh học của tạo
phức trong nông nghiệp, Tạp chí Khoa học trường Đại học KHTN-ĐHQG Hà Nội,
số 4, tr. 19-23, 1995
[5] Yang Li., Journal of baoji college of Arts and Sciences, Vol. 18, No. 1, 1998
[6] Yang Zupei, Zhang Banglao, Yu Yueping, Zhang Hongyu. Journal of Shaanxi
Normal University, Vol. 26, No. 1, 1998 .