BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC
NGUYỄN THỊ THU HOÀI
ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CHIẾT ĐIỂM MÙ VÀ PHƯƠNG
PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH
HÀM LƯỢNG DẠNG CROM HỮU CƠ VÀ CROM VÔ CƠ
TRONG DỊCH CHIẾT CỦA CHÈ TRỒNG TẠI XÃ TÀ XÙA,
HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
SƠN LA, NĂM 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC
NGUYỄN THỊ THU HOÀI
ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CHIẾT ĐIỂM MÙ VÀ PHƯƠNG
PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH
HÀM LƯỢNG DẠNG CROM HỮU CƠ VÀ CROM VÔ CƠ
TRONG DỊCH CHIẾT CỦA CHÈ TRỒNG TẠI XÃ TÀ XÙA,
HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA
Chuyên ngành: TN2
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Người hướng dẫn: ThS. Lê Sỹ Bình
SƠN LA, NĂM 2016
LỜI CẢM ƠN
Khóa luận được hoàn thành tại bộ môn Hóa vô cơ – phân tích – hóa lí,
Khoa Sinh-Hóa, Trường Đại học Tây Bắc
Lời đầu tiên em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS. Lê Sỹ
Bình, người đã giao đề tài và tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, động viên em trong quá
trình thực khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Sinh – Hóa và các thầy
cô giáo trong khoa đã tạo điều kiện, đã đóng góp ý kiến và cho em một môi
trường học tập và nghiên cứu tốt, phát huy năng lực khoa học của bản thân, giúp
đỡ cho em mượn dụng cụ thí nghiệm, hỗ trợ hóa chất để em thực hiện khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn tập thể Phòng Hóa Phân tích – Viện Hóa học –
Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam đã đo mẫu giúp em trong quá
trình thực hiện khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn các phòng chức năng, Trung tâm thông tin
Thư viện đã hết sức giúp đỡ em trong quá trình em thực hiện khóa luận này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã động viện về
tinh thần cũng như vật chất cho em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận.
Do chưa có nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu khoa học nên đề tài
không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô và độc giả góp ý để
khóa luận hoàn thiện hơn.
Sơn La, ngày 09 tháng 05 năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Thị Thu Hoài
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Tên tiếng Anh
Tiếng Việt
Phương pháp điện di mao
CE
Capillary Electrophoresis
CMC
Critical Micelle Concentration
Nồng độ mixen tới hạn
CP
Cloud Point
Điểm mù
CPE
Cloud Point Extraction
Kỹ thuật chiết điểm mù
CPE-FAAS
ETAAS
F-AAS
GFAAS
HMDE
HPLC
ICP
Flame Atomic Absorption
Spectrometry
quản
Quang phổ hấp thụ nguyên
tử kỹ thuật ngọn lửa sau khi
chiết điểm mù
Electrothermal Atomic
Phổ điện nhiệt hấp thụ
Absorption Spectrometry
nguyên tử
Flame Atomic Absorption
Phổ hấp thụ nguyên tử sử
Spectrometry
dụng kĩ thuật ngọn lửa
Graphite furnace-atomic
Phổ hấp thụ nguyên tử sử
absorption spectrophotometry
dụng kĩ thuật lò graphit
Hanging Mercury Drop Electrode
Điện cực thủy ngân treo
High-performance liquid
chromatography
Sắc ký lỏng hiệu năng cao
Inductively Coupled Plasma
Phổ phát xạ nguyên tử
Inductively Coupled Pla sma
Phổ phát xạ nguyên tử
Atomic Emission Spectrometry
plasma cao tần cảm ứng
LOD
Limitation of detection
Giới hạn phát hiện
LOQ
Limited Of Quantities
Giới hạn định lượng
Ppm
Part Per Million
Một phần triệu
SPE
Solid Phase Extraction
Chiết pha rắn
UV
Ultraviolet
Tia tử ngoại
ICP-AES
MỤC LỤC
PHẦN I: MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................... 1
2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ................... 2
3. MỤC TIÊU CỦA KHÓA LUẬN ..................................................................... 7
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................... 7
5. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, THỜI GIAN, PHẠM VI NGHIÊN CỨU ....... 7
PHẦN II. NỘI DUNG ......................................................................................... 8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................... 8
1.1. Giới thiệu về nguyên tố crom......................................................................... 8
1.1.1. Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên của nguyên tố crom (Cr) ... 8
1.1.2. Tính chất vật lí............................................................................................ 8
1.1.3. Tính chất hóa học ........................................................................................ 9
1.1.4. Ứng dụng của crom ................................................................................... 10
1.1.5. Vai trò sinh học của crom ......................................................................... 11
1.1.6. Độc tính của crom ..................................................................................... 12
1.1.7. Sự tạo phức của ion Cr(III) ....................................................................... 13
1.2. Tổng quan về cây chè ................................................................................... 13
1.2.1. Nguồn gốc, đặc điểm và sự phân bố của cây chè ..................................... 13
1.2.2. Thành phần hoá học của lá chè tươi.......................................................... 16
1.2.3. Công dụng của cây chè ............................................................................. 17
1.3. Tổng quan về sự phân bố của cây chè tại xã Tà Xùa ................................... 18
1.3.1. Điều kiên tự nhiên ..................................................................................... 18
1.3.2. Điều kiện kinh tế, xã hội ........................................................................... 19
1.3.3. Sự phân bố của cây chè Tà Xùa ................................................................ 19
1.4. Các phương pháp xác định crom.................................................................. 19
1.4.1. Phương pháp cực phổ ................................................................................ 19
1.4.2. Phương pháp von-ampe hòa tan ................................................................ 21
1.4.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (phương pháp trắc quang) ....... 22
1.4.4. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử ......................................................... 22
1.5. Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử...................................... 23
1.5.1. Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử.......................................................... 24
1.5.2. Nguyên tắc của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). .................. 25
1.5.3. Ưu nhược điểm của phép đo AAS ............................................................ 26
1.5.4. Trang thiết bị của phép đo AAS: .............................................................. 27
1.5.5. Đối tượng và phạm vi ứng dụng của phương pháp AAS.......................... 28
1.5.6. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử đối với Cr. ................................ 29
1.5.7. Một số công trình đã nghiên cứu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử.
............................................................................................................................. 29
1.6. Các phương pháp xác định từng dạng crom ................................................ 31
1.6.1. Điện di ....................................................................................................... 31
1.6.2. Sắc ký rây phân tử ..................................................................................... 32
1.6.3. Chiết pha rắn ............................................................................................. 33
1.6.4. Chiết điểm mù ........................................................................................... 34
1.6.4.1. Khái niệm ............................................................................................... 34
1.6.4.2. Nguyên tắc.............................................................................................. 34
1.6.4.3. Đặc điểm của phương pháp chiết điểm mù ............................................ 37
1.6.4.4. Các tác nhân sử dụng để tạo phức với kim loại ..................................... 38
1.6.4.5. Ứng dụng của phương pháp CPE........................................................... 38
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ....................................................................... 41
2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất thí nghiệm ..................................................... 41
2.1.1. Thiết bị ...................................................................................................... 41
2.1.2. Dụng cụ ..................................................................................................... 41
2.1.3. Hóa chất..................................................................................................... 41
2.1.4. Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn ..................................................... 42
2.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu ........................................................................... 43
2.2.1. Lấy mẫu ..................................................................................................... 43
2.2.2. Xử lí sơ bộ ................................................................................................. 44
2.2.3. Chuẩn bị mẫu nước chè ............................................................................. 44
2.3. Phương pháp xác định hàm lượng crom trong mẫu chè .............................. 44
2.3.1. Xác định hàm lượng Cr tổng trong mẫu nước chè................................... 44
2.3.2. Xác định dạng Cr trong mẫu nước chè ..................................................... 44
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 45
3.1. Khảo sát các điều kiện chiết điểm mù đối với phép phân tích Cr3+ và đánh
giá hiệu suất của phương pháp chiết điểm mù .................................................... 45
3.1.1. Ảnh hưởng của pH ................................................................................... 45
3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ 8-HQ .................................................................. 46
3.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ triton X-100 ....................................................... 47
3.1.4. Đánh giá hiệu suất của phương pháp CPE đối với Cr3+............................ 48
3.2. Đường chuẩn crom ....................................................................................... 49
3.3. Xây dựng quy trình phân tích....................................................................... 50
3.3.1. Xác định hàm lượng crom tổng chiết trong nước chè............................... 50
3.3.1.1. Sử dụng phương pháp vô cơ hóa ướt ..................................................... 51
3.3.1.2. Sử dụng phương pháp chiết điểm mù .................................................... 51
3.3.2. Xác định dạng crom liên kết với flavonoid trong nước chè .................... 51
3.4. Phân tích mẫu thực ....................................................................................... 52
3.4.1. Kết quả phân tích crom tổng chiết trong nước chè ................................... 52
3.4.1.1. Sử dụng phương pháp vô cơ hóa ướt ..................................................... 52
3.4.1.2. Sử dụng phương pháp chiết điểm mù .................................................... 52
3.4.2. Kết quả phân tích hàm lượng crom liên kết với flavonoid trong nước chè
............................................................................................................................. 53
3.4.3. Xác định hàm lượng crom tự do và phức yếu trong nước chè.................. 54
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 57
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Tên bảng
Bảng 1: Thống kê các công trình nghiên cứu về phương pháp
chiết điểm mù xác định crom
Bảng 1.1: Một số hằng số vật lý của crom
Bảng 1.2: Sản lượng chè của các nước trên thế giới (đơn vị tính:
nghìn tấn)
Bảng 1.3: Giá trị nhiệt độ điểm mù của một số chất hoạt động bề
mặt
Trang
3
9
14
36
Bảng 2.1: Các mẫu chè tươi được lấy tại xã Tà Xùa
43
Bảng 3.1: Sự ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ của crom
45
Bảng 3.2: Sự ảnh hưởng của nồng độ 8-HQ đến độ hấp thụ của
crom
Bảng 3.3: Sự phụ thuộc độ hấp thụ của crom vào nồng độ triton
X-100
Bảng 3.4: Sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ của crom theo
CPE
Bảng 3.5: Hàm lượng crom tổng chiết trong nước chè theo
phương pháp vô cơ hóa
Bảng 3.6: Hàm lượng crom tổng chiết trong nước chè theo
phương pháp chiết điểm mù
Bảng 3.7: Hàm lượng crom liên kết với flavonoid trong nước
chè theo phương pháp chiết điểm mù
Bảng 3.8: Hàm lượng crom tự do và phức yếu trong nước chè
46
48
50
52
53
53
54
DANH MỤC HÌNH
Tên hình
Hình 1.1. Quy trình chiết điểm mù
Hình 1.2. Tần suất sử dụng SF trong chiết điểm mù từ năm
2000 đến 2012
Hình 1.3. Tần suất sử dụng các phương pháp phân tích kết hợp
với CPE từ 2000 đến 2012
Trang
35
37
39
Hình 3.1. Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ của crom
45
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ 8-HQ đến độ hấp thụ của Cr
47
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ Trion X-100 đến độ hấp thụ
của Cr
Hình 3.4. Đường chuẩn Cr theo phương pháp chiết điểm mù
Hình 3.5. Quy trình phân tích hàm lượng Cr tổng chiết trong
nước chè
48
50
51
Hình 3.6. Quy trình phân tích dạng crom liên kết với flavonoid
trong nước chè
Hình 3.5. So sánh hàm lượng crom liên kết với flavonoid và
hàm lượng crom tự do và phức yếu trong nước chè
52
54
PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trà là một loại đồ uống được nhiều quốc gia trên thế giới ưa chuộng và sử
dụng, trong đó có Việt Nam. Trà được sản xuất từ búp và lá non của cây chè.
Tục uống trà đã trở thành nét văn hóa lâu đời của mỗi dân tộc, mỗi quốc gia trên
mọi miền lãnh thổ. Ước tính mỗi ngày chúng ta uống khoảng 18 đến 20 tỷ cốc
trà. Không chỉ dùng để tạo ra đồ uống, chè còn được các chuyên gia y tế chứng
nhận là một vị thuốc quý có thể giúp chúng ta phòng và chữa nhiều loại bệnh
trong cuộc sống. Như vậy, chè là một loại cây công nghiệp dài ngày, có giá trị
kinh tế cao, được trồng ở nhiều nơi.
Trong lá chè có rất nhiều khoáng chất cần thiết cho sức khỏe con người
như kẽm, mangan, magie, sắt, đồng, titan, nhôm, brom, natri, kali, niken, crom,
photpho. Các nhà khoa học đã bỏ nhiều công sức để nghiên cứu vai trò của các
nguyên tố vi lượng có trong trà và chỉ ra rằng chúng có một vai trò quan trọng
trong quá trình trao đổi chất của cơ thể con người. Tình trạng thiếu hoặc dư thừa
các nguyên tố vi lượng này đều có thể gây bệnh.
Hiện nay, một số nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá chất lượng
trà bằng cách phân tích một số thành phần hóa học có trong trà để tìm ra sự ảnh
hưởng của nó đến sắc tố da và các đặc tính hương liệu. Tuy nhiên, công việc này
đã gặp phải rất nhiều khó khăn bởi các thành phần kim loại có trong trà thường
không giống nhau, chúng thường phụ thuộc vào các loại trà (xanh hoặc đen) và
các nguồn địa chất. Nghiên cứu và kiểm tra để khống chế các chất có hại, đặc
biệt là các kim loại nặng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người.
Trên thế giới và trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu xác định
hàm lượng tổng Cr và nồng độ từng dạng của Cr trong các mẫu nước, mẫu đất
và mẫu thực phẩm nhưng chưa có nhiều công trình nghiên cứu phân tích hàm
lượng một số dạng của Cr trong lá chè.
Bắc Yên là một vùng nguyên liệu chè của tỉnh Sơn La. Thương hiệu chè
Tà Xùa đã được biết đến là một loại chè đặc sản của huyện Bắc Yên với chất
1
lượng cao, giá thành đắt. Cho đến nay chưa có đề tài nào xác định hàm lượng
các dạng của Cr trong lá chè trên địa bàn huyện Bắc Yên.
Hiện nay có một số phương pháp để xác định hàm lượng dạng crom trong
các mẫu như: điện di, sắc kí rây phân tử, chiết pha rắn, chiết điểm mù... Phương
pháp chiết điểm mù là phương pháp có các đặc điểm sau: cách tiến hành đơn
giản, sử dụng lượng ít hóa chất, các hóa chất sử dụng không độc, hệ số làm giàu
lớn.…Cho đến nay, ở nước ta có rất ít công trình nghiên cứu về phương pháp
chiết điểm mù.
Xuất phát từ những lí do trên, tôi đã chọn khóa luận: “ Ứng dụng kĩ thuật
chiết điểm mù và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định
hàm lượng dạng crom hữu cơ và crom vô cơ trong dịch chiết của chè trồng tại
Xã Tà Xùa, Huyện Bắc Yên, Tỉnh Sơn La.”
2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
2.1. Lịch sử nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới, có một số công trình nghiên cứu về ứng dụng phương pháp
chiết điểm mù để xác định hàm lượng kim loại trong các mẫu môi trường, mẫu
sinh học. Chúng tôi thống kê trong bảng sau:
2
Bảng 1: Thống kê các công trình nghiên cứu về phương pháp chiết điểm mù xác định crom
Chất tạo
Chất hoạt
phức
động bề mặt
Hòa tan pha giàu
chất hoạt động bề
mặt
Tài
PP Phân
Giới hạn phát
Khoảng tuyến
Hệ số
Phân tích mẫu
liệu
tích
hiện
tính
làm giàu
thực
tham
khảo
HNO3(1+1)
GFAAS
23 ng L-1
0.25–2 μg L-1
25,2
Triton X-114
HNO3
ICP-OES
2,1 μg L-1
15-1000 μg L-1
13
5-Br-PADAP Triton X-114
HNO3
ICP-OES
2,5 μg L-1
10-1000 μg L-1
13
1% HNO3 in etanol
FAAS
0,7 μg L-1
2,5-80 μg L-1
48
Nước sông
47
GFAAS
0,02 μg L-1
Up to 20 μg L-1
83,5
Huyết thanh người
59
5-Br-PADAP Triton X-114
PAN
Lá cây cam
Đolomit và tro
xương
Đolomit và tro
xương
PAN
Triton X-114
PAN
Triton X-114
TAN
Triton X-114
Metanol
HPLC
7,5 μg L-1
50-5000 μg L-1
45
Trầm tích hồ
TAN
Triton X-114
Metanol
HPLC
3,5 μg L-1
50-5000 μg L-1
40
Trầm tích hồ
APDC
Triton X-114
1 mol L-1 HNO3 in
ICP-OES,
methanol
FAAS
APDC
APDC
Triton X-114
Triton X-114
0,1 mol L-1 HNO3
in metanol
1 mol L-1 HNO3 in
methanol
0,2 mol L-1 HNO3
in methanol
Nước sông, hồ
1,0-30 μg L-1
FAAS
55
49
49
37
Nước sông
Nước biển gần bờ,
ETAAS
0,003 μg L-1
0,01 – 0,1 μg L-1
200
nước biển và nước
tự nhiên
3
60
APDC
None Cr(VI)
APDC
Cr(III)
Triton X-114
methanol
and aliquat-
Nước biển, nước
FAAS
0,2% HCl
336
ICP-DRC-
Cr(VI)
MS
0,025 μgL-1 Cr
(III)
8-HQ Cr(III)
1 mol L HNO3 in
methanol
0,65 μg L-1
FAAS
Triton X-114
Methanol
UV
detection
DDTC
Dithizone
1,5-Diphenycarbazide
Triton X-100
Triton X-114
Triton X-114
1 mol L-1 HNO3 in
methanol
HNO3 (1:1)
0,1 mol L-1 HNO3
in ethanol
Cr(VI)
1,4 μg L-1 Cr(III)
HPLC with
DDTC
Up to 100 μgL-1
sông, nước hồ và
41
nước tiểu
-1
Triton X-114
0,6 μg L-1
0,010 μg L-1
Triton X-114
APDC
Cr(VI)
1 mol L-1 HNO3 in
0,2-10 μg L-1
Nước máy, nước hồ,
10
0,3 -5 μg L-1
nước ngầm của
61
thành phố
Upto 85 μg L-1
120
Upto 130 μg L-1
75
65
3,4 μg L-1 Cr(III)
50-1000 Cr(III)
Cr(III)
5,2 μg L-1 Cr(VI)
50-2000 Cr(VI)
19
Cr(VI)
Nước sông, nước
biển và hóa mĩ
phẩm
Tuyết, nước sông,
nước biển và nước
thải
Nước máy, nước
FAAS
0,08 μg L-1
Upto 100 μg L-1
98
đập và nước thải
72
công nghiệp
ICP-OES
0,73 μg L-1
ETAAS
1 ng L-1
4
9
3-300 ng L-1
92
Dầu khí và sản xuất
nước
Nước máy và nước
sông
57
58
Nước sông, nước
8-HQ
Triton X-114
Methanol
SPF
0,2 μg L-1
0,5-10 μg L-1
75
biển và trong viên
41
nén
8-HQ
Triton X-100
8-HQ
Triton X-114
Bis
0,1 mol L-1 HNO3
1 mol L-1
HNO3 in methanol
GFAAS
0,022 μg
FAAS
75 ng L-1
FAAS
0,17 μg L-1
0,5-10 μg
50
100
Thuốc lá và tro
thuốc lá
Nước hồ, nước thải
và nước cất
71
56
(2-
methoxybenz
aldehyde)ethylenediam
Trton X-114
1 mol L-1 HNO3 in
metanol
ine
5
0,17-150 μg L-1
57
Nước máy và nước
sông
46
2.2. Lịch sử nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, có rất ít công trình nghiên cứu về kĩ thuật chiết điểm mù để
xác định hàm lượng kim loại trong các mẫu sinh học, mẫu thực phẩm và mẫu
môi trường.
Năm 2014, Lê Thị Hạnh đã xác định chì, cadimi bằng phương pháp quang
phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửa sau khi chiết điểm mù (CPE-FAAS).
Tối ưu hóa các điều kiện xác định các kim loại Pb, Cd bằng phương pháp FAAS: khảo sát các điều kiện tách và làm giàu bằng kỹ thuật chiết điểm mù; ảnh
hưởng của pH; ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử Dithizone; ảnh hưởng của
nồng độ chất hoạt động bề mặt Triton X-100; nhiệt độ và thời gian cân bằng; tỉ
lệ của các ion Pb2+, Cd2+ trong hỗn hợp chiết; khảo sát nồng độ đệm; khảo sát độ
nhớt; ảnh hưởng của một số ion kim loại đến việc xác đinh Pb, Cd. Trình bày
ứng dụng phương pháp CPE- FAAS xác định Pb, Cd trong mẫu nước [10].
Năm 2014, trong công trình đăng trên Tạp chí Hóa học các tác giả
Nguyễn Thị Hiên, Lưu Thị Nguyệt Minh, Vũ Đức Lợi, Dương Tuấn Hưng và Lê
Sỹ Bình đã nghiên cứu xác định dạng mangan trong lá chè bằng phương pháp
chiết điểm mù và phổ hấp thụ nguyên tử. Dạng Mn(II)-flavonoid và dạng
Mn(II)-phức yếu được tách ra nhờ phương pháp chiết điểm mù. Giới hạn phát
hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) lần lượt là 0,063 và 0,21 μg/L.
Phương pháp đã được ứng dụng phân tích một số mẫu chè tại Thái Nguyên [12].
Ở Việt Nam đã có một số đề tài sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ
nguyên tử để xác định hàm lượng kim loại nặng trong chè như:
Năm 2011, Nguyễn Như Lâm đã xác định hàm lượng cadimi và chì trong
chè xanh ở Thái Nguyên bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [15].
Năm 2011, Đặng Quốc Trung đã Xác định asen trong chè xanh ở Thái
Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [29].
Năm 2013, Đỗ Thị Nga đã ứng dụng Phương pháp quang phổ hấp thụ
nguyên tử xác định kẽm và mangan trong chè xanh ở Thái Nguyên [20].
Năm 2014, trong bài báo đăng trên tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
các tác giả Nguyễn Đăng Đức, Lê Thị Vân, Nguyễn Tô Giang, Đỗ Thị Nga đã
6
Xác định hàm lượng đồng, crom trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phương
pháp phổ hấp thụ nguyên tử [9].
3. MỤC TIÊU CỦA KHÓA LUẬN
- Áp dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử định lượng
crom tổng trong mẫu chè khô.
- Nghiên cứu, khảo sát và thiết lập các điều kiện tối ưu để xây
dựng phương pháp định lượng crom tổng chiết, crom ở dạng liên kết
flavonoids, crom ở dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp
chiết điểm mù kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1. Phương pháp lấy mẫu, xử lí sơ bộ mẫu
4.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng
crom.
4.3. Phương pháp chiết điểm mù để chiết dạng crom trong nước chè.
5. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, THỜI GIAN, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
5.1. Đối tượng nghiên cứu
Hàm lượng crom – hữu cơ và crom- vô cơ trong nước chè
5.2. Phạm vi nghiên cứu
Chè trồng tại Xã Tà Xùa, Huyện Bắc Yên, Tỉnh Sơn La.
5.3. Thời gian nghiên cứu
Từ tháng 11 năm 2015 đến tháng 5 năm 2016 chia thành các giai đoạn
sau:
Từ 01/10/2015 đến 30/10/2015 thu thập, nghiên cứu tài liệu, khảo sát thực
địa.
Từ 01/11/2015 đến 15/12/2015 khảo sát các điều kiện tối ưu với phép
chiết điểm mù Cr(III).
Từ 16/12/2015 đến 30/12/2015 dựng đường chuẩn của crom trong điều
kiện chiết điểm mù.
Từ 01/01/2016 đến 04/02/2016 lấy mẫu và phân tích mẫu
Từ tháng 04 đến tháng 05 hoàn thiện khóa luận.
7
PHẦN II. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về nguyên tố crom
1.1.1. Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên của nguyên tố crom (Cr)
[21],[22],[32].
Cr có số thứ tự 24 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố, thuộc
nhóm VIB, chu kỳ 4. Cr có tên Latinh là chromium.
2
2
6
2
6
5
1
Cấu hình electron: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
Các trạng thái oxi hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6 với +3 là ổn
định nhất. Các trạng thái +1, +4, +5 là khá hiếm. Các hợp chất của crom với
trạng thái oxi hóa +6 là những chất có tính oxi hóa mạnh.
Crom là một nguyên tố tương đối phổ biến trong tự nhiên. Trong vỏ trái
đất crom chiếm 6.10-3 % tổng số nguyên tử. Khoáng vật chính của crom là sắt
cromit [Fe(CrO2)2]. Crom là nguyên tố thứ 21 phong phú nhất trong vỏ trái đất
với nồng độ trung bình là 100ppm. Hợp chất của crom được tìm thấy trong môi
trường do sự sói mòn của crom ở trong các loại đá, có thể xuất hiện do núi lửa
phun trào. Nồng độ trong đất là khoảng từ 1- 3.000 mg/kg. Những nước có giàu
mỏ quặng crom là Ca-dắc-tan (Kazakhstan), Nam Phi, Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kì và
Dim-ba-bu-ê (Zimbabwe). Nước ta có một mỏ sa khoáng cromit khá lớn ở Cổ
Định, Tân Ninh, Triệu Sơn, Thanh Hóa, mỏ này đã được khai thác nhiều năm.
Cr kim loại được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện, người ta dùng
bột Al khử Cr2O3 ở nhiệt độ cao.
t
Cr2O3 + 2Al
2Cr + Al2O3
o
Cr thu được bằng phương pháp này có độ tinh khiết khoảng 97,99%, tạp
chất thường là Fe.
1.1.2. Tính chất vật lí [22]
Cr là kim loại màu trắng bạc, có ánh kim. Dưới đây là một số hằng số vật
lý quan trọng của crom.
8
Bảng 1.1. Một số hằng số vật lý của crom
Hằng số vật lí
Giá trị
Năng lượng ion hóa (eV)
I1
6,76
I2
16,49
I3
30,95
Nhiệt độ nóng chảy (0C)
187,5
Nhiệt độ sôi (0C)
219,7
Nhiệt thăng hoa (kJ/mol)
368,2
Bán kính nguyên tử (Å)
1,27
Tỉ khối (g/cm3)
7,2
Độ cứng (thang Moxơ)
5
Độ dẫn điện (Hg = 1)
7,1
Cr có khối lượng riêng lớn, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, rất khó nóng chảy
và khó bay hơi, khi Cr rất tinh khiết đều mềm, dễ chế hóa cơ học, tuy nhiên khi
có lẫn tạp chất trở nên cứng và giòn.
Crom lần đầu tiên được nhà bác học người pháp Vocolanh điều chế vào
năm 1797. Tên gọi crom (chrome) xuất phát từ tiếng Hi Lạp “Chrome” có nghĩa
là màu sắc. Vì các hợp chất của crom đều có màu.
1.1.3. Tính chất hóa học [22]
Với đơn chất
+) Không phản ứng trực tiếp với H2, nhưng tạo nên dung dịch rắn với H2
ở các nhiệt độ khác nhau.
+) Ở điều kiện thường không phản ứng với oxi do trên bề mặt có một lớp
oxit mỏng bảo vệ. Khi đốt nóng ngoài không khí, nhất là ở dạng bột chúng phản
ứng với oxi để tạo nên oxit khác nhau.
300 C
4Cr + 3O2
2Cr2O3
o
Khi nung nóng bột Cr với bột S trong ampun kín thu được các sufua có
thành phần khác nhau như: CrS, Cr2S3, Cr3S4, Cr5S6, Cr7S8.
9
Với halogen: Phản ứng với F2 ngay ở điều kiện thường tạo CrF4, các
halogen còn lại cần đun nóng.
Cr 2F2 CrF4
Cr tác dụng với N2 tạo nitrua. Khi nung Cr trong khí quyển N2 ở 9000C
tạo ra Cr2N và ở 12000C tạo ra CrN.
1
900o C
2Cr N 2
Cr2 N
2
1200 C
2Cr + N2
2CrN
o
Ở nhiệt độ cao Cr phản ứng trực tiếp với C, Si tạo lên cacbua và silisua
như Cr2C3, CrSi, Cr3Si, CrSi2...
Với hợp chất
Tác dụng với nước ở nhiệt độ cao (600 – 8000C) crom tác dụng với nước
giải phóng hiđro.
t
2Cr + 3H2O
Cr2O3 + 3H2
o
Cr có thể tan trong dung dịch loãng của HCl, H2SO4, mới đầu phản ứng
xảy ra chậm vì kim loại được màng oxit bền bảo vệ, khi đun nóng màng oxit tan
ra crom tan dễ dàng và giải phóng khí hiđro.
Ví dụ:
Cr + 2HCl → CrCl2 + H2
EoCr2+ /Cr = - 0,091V
Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3, H2SO4 đặc, nguội.
Crom không tan trong dung dịch kiềm nguội nhưng tan trong dung dịch
kiềm nóng chảy với nitrat hay clorat kim loại kiềm tạo cromat.
Cr Na 2CO3 3NaNO3 Na 2CrO4 3NaNO2 CO2
1.1.4. Ứng dụng của crom [22]
Crom được sử dụng trong ngành luyện kim để tăng khả năng chống ăn
mòn và đánh bóng bề mặt.
Làm thuốc nhuộm và sơn: oxit crom (Cr2O3) là chất đánh bóng kim loại
với tên gọi phấn lục. Các muối crom nhuộm màu cho thủy tinh thành màu xanh
lục của ngọc lục bảo. Crom là thành phần tạo ra màu đỏ của hồng ngọc, vì thế
10
nó được sử dụng trong sản xuất hồng ngọc tổng hợp. Nó tạo ra màu vàng rực rỡ
của thuốc nhuộm và sơn.
Là một xúc tác cromit được sử dụng làm khuôn để nung gạch ngói, các
muối crom được sử dụng trong thuộc da, kali dicromat (K2Cr2O7), là một thuốc
thử hóa học, được sử dụng trong quá trình làm vệ sinh các thiết bị bằng thủy tinh
trong phòng thí nghiệm cũng như trong vai trò một tác nhân chuẩn độ. Nó cũng
được sử dụng làm chất ổn định màu cho các thuốc nhuộm vải.
Oxit crom (hóa trị IV) (CrO2) được sử dụng trong sản xuất băng từ, tạo
hiệu suất tốt hơn. Trong y học, crom như là chất phụ trợ ăn kiêng để giảm cân,
thông thường dưới dạng Clorua crom (hóa trị III) hay picolinat crom (III). Ngoài
ra còn được dùng làm phụ gia cho vào xăng hexacacbonyl crom [Cr(CO)6], làm
dây dẫn điện chịu nhiệt độ cao borua crom (CrB)...
1.1.5. Vai trò sinh học của crom [7],[27]
Crom có thể tồn tại ở dạng hóa trị +3 hoặc +6. Nồng độ crom trong nước
uống thường thấp hơn 2 µg/L (mặc dù thực tế đã có trường hợp nồng độ crom
trong nước uống cao tới 120 µg/L). Nhìn chung, thực phẩm là nguồn chính đưa
crom vào cơ thể người. Sự hấp thụ crom tùy thuộc trạng thái oxy hóa của chất
đó. Crom (VI) hấp thu qua dạ dày, ruột nhiều hơn crom (III) và còn có thể thấm
qua màng tế bào. Các hóa chất hóa trị 6 của Crom để gây viêm loét da, xuất hiện
mụn cơm, viêm gan, viêm thận, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thư phổi,...
IARC đã xếp crom (VI) vào nhóm 1 và Crom (III) vào nhóm 3.
Thông thường, hàm lượng crom trong cơ thể động vật và thực vật vào
khoảng 10-3 ÷ 10-4 %, còn trong cơ thể người khoảng 10-3 ÷ 10-6 % nhu cầu crom
hằng ngày của cơ thể con người là khoảng 50 ÷ 200µg. Crom có ích cho cơ thể
người lớn là đồng hóa cacbonhidrat và lipit kép. Sự thiếu crom trong cơ thể dẫn
đến sự tăng đường huyết. Y học khuyến cáo phụ nữ đang mang thai và mẹ đang
trong thời kì cho con bú, bệnh nhân tiểu đường và người trên 45 tuổi nên sử
dụng những thực phẩm chứa nhiều crom như thuốc lên men, gan động vật, rau
quả tươi.
11
Không có dấu hiệu về tác động độc hại của crom (III) tuy nhiên crom (VI)
rất độc vì nó có hoạt tính làm biến đổi gen và gây ung thư. Cơ chế của tác động
này còn chư rõ ràng. Có thể là CrO42- xâm nhập vào tế bào sẽ bị khử thành các
phần tử trung gian crom (IV) và crom (V) trước khi trở thành crom (III). Các
phần tử trung gian này tương tác với các nhóm -SH của các peptit hoặc các
nhóm photphat của AND… Bằng cách đó chúng ảnh hưởng đến các chức năng
của những phần tử quan trọng này.
1.1.6. Độc tính của crom [27]
Với đặc tính lí hóa của crom (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo
màu tốt…) nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi, tác hại của nó gây ra càng
nhiều. Crom được xếp vào nhóm có khả năng gây ung thư. Crom thường tồn tại
dưới dạng là Cr(VI) và Cr(III). Trong đó các hợp chất Cr(VI) rất độc, độc hơn
nhiều so với Cr(III). Tuy nhiên con người lại hấp thụ Cr(VI) nhiều hơn Cr(III).
Crom kim loại thì không độc.
Crom xâm nhập vào cơ thể người bằng ba con đường là qua da, qua tiêu
hóa và hô hấp. Dù xâm nhập bằng con đường nào thì crom cũng được hòa tan
vào trong máu ở nồng độ 0,001 mg/l. Sau đó chúng chuyển vào hồng cầu và hòa
tan nhanh trong hồng cầu 10 ÷ 20 lần. Từ hồng cầu crom chuyển vào các tổ
chức phủ tạng rồi được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua
nước tiểu. Ở các cơ quan phủ tạng, crom hòa tan dần vào máu, rồi đào thải qua
nước tiểu từ vài tháng đến vài năm.
Qua da: Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da
bởi bề mặt da là bộ phận dễ bị ảnh hưởng, niêm mạc mũi dễ bị loét. Phần sụn
của vách mũi dễ bị thủng. Khi da tiếp xúc trực tiếp với dung dịch Cr(VI), chỗ
tiếp xúc sẽ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương. Khi Cr(VI) xâm
nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với protein tạo thành phản ứng kháng
nguyên, kháng thể gây hiện tượng dị ứng, bệnh tái phát. Khi tiếp xúc trở lại,
bệnh sẽ tiến triển nếu không được cách ly và sẽ trở thành tràm hóa.
Qua đường hô hấp: Khi crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn đến
bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích
12
(sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi). Khi ở dạng hóa hơi chất này sẽ gây
bỏng nghiêm trọng cho hệ thống hô hấp của người bị thấm nhiễm.
Qua đường tiêu hóa: Con đường xâm nhập, đào thải crom ở cơ thể người
chủ yếu qua con đường thức ăn, lên mô để tạo ra sự phát triển tế bào không
nhân, gây ung thư. Tuy nhiên với hàm lượng cao, Crom làm kết tủa các protein,
các axit nuclêic và ức chế lên men cơ bản. Cr(VI) hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều
hơn Cr(III). Mức độ hấp thụ qua đường ruột tùy thuộc vào dạng hợp chất mà nó
sẽ hấp thụ và còn có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr(III) chỉ hấp thụ 1% thì
lượng hấp thụ của Cr(VI) sẽ lên tới 50%.
1.1.7. Sự tạo phức của ion Cr(III)
Revanasiddappa H D and Kiran Kumar T N (2002) đã xác định Cr(VI)
bằng phương pháp đo quang với thuốc thử Trifluoperazine Hydrochloride trong
môi trường H3PO4. Dung dịch có màu đỏ, độ hấp thụ quang cực đại ở bước sóng
505 nm. Hệ số hấp thụ mol là 1,08.104 l.mol-1cm-1. Giới hạn phát hiện 0,003
mg/L [63].
Rubina Soomro, M. Jamaluddin Ahmed và Najma Memon đã xác định
hàm
lượng
Cr
trong
mẫu
bằng
cách
dùng
bis
(salicylaldehyde)
orthophenylenediamine (BSOPD) tạo phức với Cr(VI), sau đó đo quang. Phức
có hệ số hấp thụ mol là 3,5.105 L.mol-1.cm-1, bước sóng hấp thụ cực đại của
phức là 482 nm, giới hạn phát hiện 1,5 μg/L [64].
Sung-Il Kim, Dong-Jin Woo, Myung-Hee Lee, Gun-Jo Woo, Dae-Kyung
Kang, and Ki-Won Cha (2003) đã xác định hàm lượng Cr(III) dùng kĩ thuật
HPLC ghép đầu dò UV. Phức Cr-(pic)3 màu đỏ, hấp thụ cực đại ở bước sóng
264 nm [66].
Phức tạo thành giữa Cr(III) với 8-hydroxyquynoline có công thức Cr(8HQ)3, Cr(VI) không tạo phức với 8-hydroxyquynoline [41].
1.2. Tổng quan về cây chè
1.2.1. Nguồn gốc, đặc điểm và sự phân bố của cây chè
Cây chè cao 1 – 6m có tên khoa học là Camellia Sinensis. Lá chè có màu
xanh, mọc so le, hình trái xoan, dài 4 – 10 cm, rộng 2 - 2,5 cm, có mũi ở đỉnh,
13
phiến lá lúc non có lông mịn, khi già thì dày, bóng, mép khía răng cưa rất đều.
Hoa chè thường có từ 5 - 6 cánh, màu trắng, mọc riêng lẻ ở nách lá, có mùi
thơm, nhiều nhụy. Quả chè thường có ba van, chứa một hạt gần tròn, đôi khi
nhăn nheo [29].
Cây chè được trồng dưới 1500 năm trước đây. Sự trồng chè thích hợp ở
các vùng có lượng mưa 12-150 cm và nhiệt độ 12-30oC. Điều kiện phát triển
tối ưu là lượng mưa 250 – 300 cm và nhiệt độ trung bình 18-20oC (Williges
2004). Cây chè được trồng ở các vùng có độ cao từ 2200 mét so với mực nước
biển, một số cây chè tìm thấy ở độ cao 3000 m. Độ cao càng lớn thường kèm
theo chất lượng chè tốt hơn. Lượng ánh sáng cần thiết hằng ngày đối với cây chè
là từ 5 đến 11 giờ. Đất trồng chè tốt được khuyến cáo là loại đất pha cát, khô
ráo, thoát khí, lớp đất trồng sâu và giàu dinh dưỡng với nhiều mùn và pH thấp.
Hạn hán, ngập úng, nhiệt độ cao quá mức và sương giá là những nguyên nhân có
hại cho sự sinh trưởng của cây chè và kết quả có thể làm giảm chất lượng sản
phẩm về các mặt hóa học, mùi vị [68].
Vùng trồng chè đại trà bao gồm phía tây nam Trung Quốc (các tỉnh Vân
Nam, Tứ Xuyên, Quảng Tây, Quý Châu), Bắc Lào, Bắc Việt Nam, Myanma,
Campuchia và vùng phía bắc Ấn độ. Ngoài ra, cây chè còn được trồng ở các
vùng như: phía đông Trung Quốc, Nhật Bản, Nam Triều Tiên, Thái Lan và Đài
Loan. Ngày nay, cây chè được trồng chủ yếu ở vùng có địa hình cao ở vùng
vành đai chè và các nước khác ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và vùng có nhiệt
độ ôn hòa như: Sri Lanka, Indonesia, các nước Trung Phi, Thổ Nhĩ Kỳ,
Argentina và Nga [68].
Sản lượng chè của các nước trên Thế giới từ năm 2006 đến năm 2013
được thống kê trong bảng 1.2 [43].
Bảng 1.2: Sản lượng chè của các nước trên thế giới (đơn vị tính: nghìn tấn)
2006-08
2009
2010
2011
2012
2013
Thế giới
3891.2
4040.0
4364.7
4627.0
4784.5
5063.9
Viễn đông
2892.2
3089.7
3280.3
3579.1
3753.3
3965.6
Bangladesh
56.8
60.0
60.0
59.6
62.5
66.2
14
Trung Quốc
1150.5
1344.4
1475.1
1623.2
1789.8
1924.5
Ấn Độ
986.4
982.1
970.3
1119.7
1129.0
1200.4
Indonesia
150.3
156.9
156.6
150.8
150.9
152.7
Sri Lanka
311.3
291.2
331.4
327.5
328.4
343.1
Việt Nam
158.0
177.3
192.0
202.1
200.0
185.0
Các nước khác
78.9
77.8
94.8
96.2
92.7
93.8
Châu Phi
535.9
520.5
616.1
591.7
580.2
649.5
6.6
6.7
6.9
7.0
8.7
8.8
Kenya
345.2
318.3
403.3
383.1
373.1
436.3
Malawi
44.9
52.6
51.6
47.1
42.5
46.5
Rwanda
19.1
20.5
22.2
24.1
24.7
25.2
Nam Phi
3.5
2.0
2.1
2.2
2.2
2.5
Tanzania
32.6
32.1
31.6
33.0
32.3
32.4
Uganda
42.4
51.0
59.4
56.3
57.9
58.3
Zimbabwe
12.4
7.3
8.6
8.4
8.5
8.5
Các nước khác
29.0
30.0
30.2
30.6
30.4
30.9
97.7
89.8
107.4
107.8
98.3
95.0
Argentina
79.6
73.4
90.7
91.2
81.3
78.9
Brazil
8.5
7.6
7.7
7.7
7.8
7.0
Các nước khác
9.7
8.8
8.9
8.8
9.2
9.1
Vùng Cận Đông
255.1
238.2
262.0
251.1
251.5
253.5
Iran
41.4
39.6
27.0
29.5
26.5
26.5
Thổ Nhĩ Kỳ
213.7
198.6
235.0
221.6
225.0
227.0
7.1
7.2
7.2
6.6
6.4
6.5
94.7
86.0
83.0
82.1
85.9
84.7
(Đại lục)
Burundi
Mỹ La tinh và
Ca-ri-bê
Châu Đại
Dương
Nhật Bản
15
Khoảng chừng 76-78% lượng chè sản xuất và tiêu thụ trên thế giới là chè
đen, 20-22% là chè xanh, nhỏ hơn 2% là chè Ôlong [43].
1.2.2. Thành phần hoá học của lá chè tươi [2],[17]
* Nước: Nước trong lá chè xanh chiếm từ 75 - 80%.
* Tanin (hay flavanoit): Tanin hay còn gọi là hợp chất phenol trong đó có
90% là dạng catechin.
Catechin chè là một trong những nhóm chất thuộc lớp flavanoit, có nhiều
trong lá cây chè xanh. Trong lá chè có chứa đến 20% tanin. Tanin trong chè có
tác dụng như một vitamin P, có tác dụng chống khuẩn và chống oxi hoá mạnh.
Tanin tồn tại trong cây chè xanh là các hợp chất catechin: epicatechin (EC),
hoặc dưới dạng cấu trúc kết hợp với các nhóm axit gallic: (-)-epigallocatechin
gallate (EGCG), (-)-epigallocatechin (EGC), (-)-epicatechingallate (ECG), ()- epicatechin (EC), (-)-gallocatechin gallate (GCG)…
OH
OH
O
HO
OH
OH
OH
O
HO
O
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
ECG (Epigallocatechin gallat)
EC (Epicatechin)
OH
OH
OH
O
HO
OH
O
HO
OH
O
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
EGC (Epigallocatechin)
ECG (Epicatechin gallat)
16