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


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM
2.1. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
2.1.1. Dụng cụ
Các dụng cụ thủy tinh: buret, pipet, bình định mức của Đức có độ chính
xác cao được ngâm rửa thường xuyên bằng hỗn hợp kali đicromat và axit
sunfuric đặc 98%.
2.1.2. Thiết bị, máy móc
● Máy phân tích điện hóa đa chức năng 757VA Computrace, Metrohm
- Điện cực làm việc: điện cực giọt Hg
- Điện cực so sánh: điện cực Ag/AgCl
- Điện cực phù trợ: điện cực Pt
● Máy pH meter Precisa 900, Thụy Sĩ
● Cần phân tích STARTORIUS (độ chính xác ± 0,2 mg)
● Xử lý số liệu trên máy tính, dùng chương trình Excel)
2.1.3. Hóa chất
● Axit ascobic (North general pharmaceutical factory China)
● Axit axetic băng
● Natri axetat, natri clorua, NaH2PO4.2H2O, K2HPO4.3H2O
● Axit pecloric, axit oxalic, axit tactric, axit citric
Các hóa chất đều thuộc loại tinh khiết phân tích (PA).
Các dung dịch nghiên cứu đều được pha từ lượng cân chính xác hóa
chất chuẩn bằng bình định mức đã được kiểm tra độ chính xác thể tích.

Tạ Thị Liên

21

K32C - Hoá học


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

2.2. CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.2.1. Nghiên cứu cơ bản
Trong bản khóa luận này, em tập trung nghiên cứu điều kiện tối ưu xác
định Vit.C trên cơ sở thiết bị, máy móc, hóa chất, môi trường phòng thí
nghiệm ở Việt Nam. Mục đích là xác định Vit.C trong các đối tượng thực tế
một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả.
Bảng 2.1: Chƣơng trình ghi sóng cực phổ của vit.C
Chế độ đo

DP

Dòng

100nA/10Ma

Điện cực

HMDE

Kích thước giọt

4

Tốc độ khuấy (rpm)

2000

Thời gian đuổi khí ban đầu

90s

Thời gian khuấy sau khi cho mẫu

3s

Thời gian cân bằng trước khi quét thế

10s

Thế bắt đầu

-0,25V

Thế kết thúc

+0,1V

Bước nhảy thế

6mV

Biên độ xung

50mV

Thời gian 1 xung

0,04s

Tốc độ quét

15mV/s

Giá trị pic

Tính theo độ cao

Tạ Thị Liên

22

K32C - Hoá học


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

2.2.1.1. Khảo sát tính chất cực phổ của Vit.C trong một số nền

Xét phương trình cho e- của axit ascobic:
CH2OH
OH
O

HO

CH 2OH
OH
O

O
OH

O

O

2H +

2e-

O

Ax it dehidr oascobic

Ax it ascobic

Trong phương trình trên, có sự góp mặt của H+, vì vậy nồng độ H+ ảnh
hưởng nhiều đến hoạt tính cực phổ của axit ascobic. Em chọn điều kiện ghi

tín hiệu cực phổ của axit ascobic trong các nền đệm, nhằm duy trì pH ổn định
trong suốt quá trình đo. Theo tài liệu nghiên cứu, ba loại đệm hay được dùng
trong phân tích các chất hữu cơ bằng phương pháp cực phổ là đệm xitrat +
hidrophotphat, đệm axetat và đệm photphat. Em tiến hành ghi sóng cực phổ
xung vi phân của axit ascobic trong ba nền như trên.
Chẩn bị dung dịch nền
 Nền đệm xitrat + hidrophotphat
- Pha dung dịch axit xitric 0,1M (cân 10,500g axit xitric, hòa tan bằng
nước thành 500ml dung dịch).
- Pha dung dịch hidrophotphat 0,2M (cân 22,82g muối K2HPO4.3H2O,
hòa tan bằng nước thành 500ml dung dịch).
- Trộn hai dung dịch trên để được các dung dịch đệm có pH khác nhau
pH

V dd Axit xitric 0,1M(ml)

V dd hiđrophotphat 0,2M (ml)

3

20,55

79,45

5

51,5

48,5

7

82,35

17,65

Tạ Thị Liên

23

K32C - Hoá học


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

 Nền đệm photphat
- Pha dung dịch NaH2PO4 1/15M: cân 5,2062g NaH2PO4.2H2O, định
mức thành 500ml
- Pha dung dịch K2HPO4 1/15M: cân 7,6072g K2HPO4.3H2O, định
mức thành 500ml dung dịch
- Trộn hai dung dịch trên theo thể tích
pH

V dd NaH2PO4 1/15M (ml)

V dd K2HPO4 1/15M (ml)

5

99,5

0,95

6

87,9

12,1

7

38,8

61,2

8

3,1

96,9

 Nền đệm axetat
- Pha dung dịch CH3COOH 0,2M: hút 7,5ml axit axetic, định mức
thành 500ml dung dịch.
- Pha dung dịch CH3COONa 0,2M: cân 8,203g nattri axetat hòa tan
vào nước, định mức thành 500ml dung dịch.
- Trộn hai dung dịch theo thể tích
pH

V dd axit axetic 0,2M (ml)

V dd Natri axetat 0,2M (ml)

3,6

92,5

7,5

4,6

51,0

49,0

5,6

9,5

90,5

Thực nghiệm:
Lấy 10ml dung dịch đệm vào bình đo, đuổi khí oxi hòa tan 300s, đo
đường nền, thêm 0,1ml dung dịch Vit.C 500 mg/l vào bình đo, ghi sóng cực
phổ của Vit.C tương ứng. Nhận xét chất lượng pic của Vit.C trong các nền
đệm khác nhau.

Tạ Thị Liên

24

K32C - Hoá học


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

2.2.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của oxi hòa tan
Đo đường cực phổ của dung dịch chứa Vit.C 2mg/l trong đệm axetat
0,2M, thời gian đuổi khí lần lượt là 3s, 30s, 60s, 90s, 120s, 150s. Chọn thời
gian đuổi khí khi pic của Vit.C đã ổn định.
2.2.1.3. Khảo sát pH của nền axetat
Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến pic của Vit.C. em chuẩn bị một
dãy dung dịch đệm axetat 0,1M có pH khác nhau bằng cách trộn hai dung
dịch axit axetic 0,1M và natri axetat 0,1M theo tỷ lệ thể tích (9,5 : 0,5), (8 : 2),
(5 : 5), (2 : 8), (0,5 : 9,5), đo pH của các dung dịch đó trên máy pH meter.
Tiến hành ghi đường cực phổ của Vit.C ở ba nồng độ 1, 2, 3 mg/l trong
các nền đã chẩn bị. Lặp lại 2 lần, chọn nền axetat có pH thích hợp cho các
phép đo tiếp sau.
2.2.1.4. Khảo sát nồng độ nền axetat
Để loại trừ dòng điện chuyển, nồng độ chất điện ly trơ trong dung dịch
phải lớn hơn nồng độ chất nghiên cứu khoảng 50 lần, khoảng nồng độ chất
phân tích đo bằng cực phổ tốt nhất theo tài liệu là 10-5 ÷ 10-4M, vậy nồng độ
điện ly trơ nên lớn hơn hoặc bằng 0,01M tương đương nồng độ nền axetat
(5:5) là 0,02M. Tuy nhiên thực tế nghiên cứu cho thấy cần nồng độ nền lớn
hơn , vì vậy em tiến hành khảo sát pic của Vit.C trong các dung dịch nền có
nồng độ khác nhau như sau:

● Chuẩn bị dung dịch đệm axetat
- Dung dịch đệm axetat 1M (CH3COOH 0,5M; CH3COONa 0,5M):
Cân 20,5075g natri axetat cho vào bình định mức 500 ml, thêm nước cất hai
lần, hòa tan hoàn toàn, thêm 18,75 ml axit axetic băng, định mức đến vạch.
- Pha loãng dung dịch đệm axetat 1M bằng nước cất hai lần để được
các dung dịch đệm có nồng độ 0,5M; 0,2M; 0,1M; 0,05M; 0,01M; 0,005M.

Tạ Thị Liên

25

K32C - Hoá học