Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von – ampe hoà tan sử dụng điện cực cacbon biến tính bằng chitosan

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

HUỲNH THỊ LINH PHƢƠNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ
BẰNG PHƢƠNG PHÁP VON – AMPE HÒA TAN
SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC CACBON BIẾN TÍNH BẰNG CHITOSAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH
MÃ SỐ : 60440118

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS: NGUYỄN HẢI PHONG

Thừa Thiên Huế, năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi,
các số liệu và các kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung
thực, đƣợc các đồng tác giả cho phép sử dụng và chƣa đƣợc công
bố trong bất kì một công trình nào khác.

Tác giả

Huỳnh Thị Linh Phƣơng

LỜI CÁM ƠN
Những lời đầu tiên trong luận văn này, tôi xin được bày tỏ
lòng biết ơn chân thành đến PGS .TS. Nguyễn Hải Phong đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi về cả vật chất lẫn tinh thần để tôi có
thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Hóa học

, bộ môn

Hóa Phân Tích , trường Đại Học Sư Phạm Huế đã tạo điều kiện thuận
lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hóa Phân
Tích, phòng thí nghiệm Hóa học Ứng dụng trường Đại Học Khoa Học
Huế đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận
văn này.
Xin chân thành cảm ơn ThS. Đặng Thị Thanh Nhàn đã tận tình
chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm.
Cuối cùng xin được gửi lời cảm ơn gia đình và bạn bè tôi đã
động viên và giúp đỡ cả vật chất lẫn tinh thần trong thời gian thực hiện
luận văn.
Thừa Thiên Huế , tháng 10 năm 2018
Học viên

Huỳnh Thị Linh Phƣơng


MỤC LỤC

MỤC LỤC ....................................................................................................................... 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ........................................................ 4
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................ 6
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................... 9
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................... 11
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................. 13
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 13
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................... 13
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................... 13
6. Cấu trúc của luận văn ............................................................................................ 13
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 15
1.1. GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP VON – AMPE HÒA TAN ANOT ........... 15
1.1.1. Nguyên tắc chung của phƣơng pháp von – ampe hòa tan anot .................... 15
1.1.2. Các kỹ thuật ghi đƣờng von-ampe hòa tan anot ........................................... 16
1.1.3. Điện cực sử dụng trong phƣơng pháp von-ampe hoà tan ............................ 18
1.2. GIỚI THIỆU CHITOSAN- CHITOSAN POLYTHIOPHEN ........................... 19
1.2.1. Chitosan – polythiophen .................................................................................. 19
1.2.2. Phản ứng điều chế chitosan – polithiophen......................................................... 19
1.2.3. Tổng hợp chitosan polithyophene ................................................................ 20
1.2.4. Một số đặc trƣng của chitosan – polythiophen ............................................ 20
1.3. SƠ LƢỢC VỀ AXIT URIC (UA) ...................................................................... 21
1.3.1. Giới thiệu về axit uric ................................................................................... 21
1.3.2. Ảnh hƣởng của axit uric đến sức khỏe con ngƣời ........................................ 22
1.4. SƠ LƢỢC VỀ XANTHIN (XA) ........................................................................ 22
1.4.1. Giới thiệu về xanthin .................................................................................... 22
1.4.2. Ảnh hƣởng của xanthin đến sức khỏe con ngƣời ......................................... 23
1.5. SƠ LƢỢC VỀ HYPOXANTHIN (HX) ............................................................. 23
1.5.1. Giới thiê ̣u về hypoxanthin ............................................................................ 23

1

1.5.2. Tác động của hypoxanthin đối với cơ thể ngƣời .......................................... 24
1.6. SƠ LƢỢC VỀ CAFFEIN ................................................................................... 24
1.6.1. Giới thiê ̣u về caffein ..................................................................................... 24
1.6.2. Tác động của CA đối với cơ thể ngƣời ........................................................ 25
1.7.CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH AXIT URIC, XANTHIN,
HYPOXANTHIN VÀ CAFFEIN ................................................................................. 26
1.7.1. Phƣơng pháp phân tích sắc kí ....................................................................... 26
1.7.2. Phƣơng pháp phân tích điện hóa .................................................................. 27
Chƣơng 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 31
2.1. NỘI DUNG NGHIEN CỨU ............................................................................... 31
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................... 31
2.2.1. Chuẩn bị điện cực làm việc .......................................................................... 31
2.2.2. Phƣơng pháp phân tích điện hóa .................................................................. 31
2.2.3. Phƣơng pháp thống kê .................................................................................. 32
2.3. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT ........................................................... 33
2.3.1. Thiết bị và dụng cụ ....................................................................................... 33
2.3.2. Hóa chất ........................................................................................................ 33
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................... 34
3.1. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TÍNH ĐIỆN HÓA CỦA CÁC LOẠI
ĐIỆN CỰC ................................................................................................................ 35
3.1.1. Lựa chọn điện cực làm việc.......................................................................... 35
3.1.2. Lựa chọn số vòng quét khử CTs-PTH thành CTs-PTH(act) ........................ 38
3.1.3. Khảo sát lƣợng vật liệu biến tính ................................................................. 38
3.2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ĐIỆN HÓA TRÊN BỀ MẶT ĐIỆN CỰC......... 39
3.2.1. Khảo sát pH ..................................................................................................... 39
3.2.2. Khảo sát tốc độ quét ..................................................................................... 42
3.3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KĨ THUẬT
VON-AMPE XUNG VI PHÂN................................................................................. 47
3.3.1. Ảnh hƣởng của thế làm giàu ........................................................................ 47

3.3.2. Khảo sát thời gian làm giàu .......................................................................... 48
3.3.3. Khảo sát biên độ xung .................................................................................. 49
2


3.4. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ CHẤT CẢN TRỞ ....................... 50
3.4.1. Ảnh hƣớng của các hợp chất hữu cơ ............................................................ 51
3.4.2. Ảnh hƣởng của các hợp chất vô cơ .............................................................. 56
3.5. ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHƢƠNG PHÁP .......................................... 56
3.5.1. Độ lặp lại của dòng đỉnh hòa tan .................................................................. 57
3.5.2. Khoảng tuyến tính ........................................................................................ 58
3.5.3. Giới hạn phát hiện và độ nhạy...................................................................... 62
3.6. PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ .............................................................................. 63
3.6.1. Lý lịch mẫu và tiến trình phân tích .............................................................. 63
3.6.2. Phân tích mẫu thật và đánh giá độ đúng của phƣơng pháp phân tích .......... 63
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 68

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

STT

Tiếng Việt

Tiếng Anh

Viết tắt

1

Axit acorbic

Ascorbic acid

AA

2

Axit uric

Uric acid

UA

3

Biên độ xung

Pulse amplitude

E

4

Chitosan polithyophen

Chitosan polithyophene

CTs-PTH

5

Caffein

Caffeine

CA

6

Dòng đỉnh hòa tan

Peak current

Ip

7

Dung dịch đệm photphat

Phosphate buffer solution

PBS

8

Dung dịch đệm BrittonRobinson

Britton-Robinson buffer solution

B-RBS

9

Dopamin

Dopamine

DA

10

Điện cực làm việc

Working Electrode

WE

11

Điện cực than thủy tinh

Glassy carbon electrode

GCE

12

Độ lệch chuẩn

Standard Deviation

S

13

Độ lệch chuẩn tƣơng đối

Relative Standard Deviation

RSD

14

Độ thu hồi

Recovery

Rev

15

D-Gluco

D-Glucose

DG

16

Giới hạn định lƣợng

Limit of quantification

LOQ

17

Giới hạn phát hiện

Limit of detection

LOD

18

Hypoxanthin

Hypoxanthine

HX

19

L-Cysteine

L-Cysteine

LS

20

Sắc ký lỏng hiệu năng
cao

High performance liquid
chromatography

HPLC

21

Sóng vuông

Square Wave

SqW

4


22

Thế làm giàu

Accumulation potential

EAcc

23

Thế đỉnh

Peak potential

Ep

24

Thời gian làm giàu

Accumulation time

tAcc

25

Tốc độ quét thế

Sweep rate

v

26

Von-ampe hòa tan anot

Anodic Stripping Voltammetry

ASV

27

Von-ampe vòng

Cyclic Voltammetry

CV

28

Xanthin

Xanthine

XA

29

Xung vi phân

Differential Pulse

DP

5

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.Sự biến thiên thế theo thời gian (a) và đƣờng von-ampe hoà tan trong
phƣơng pháp DP – ASV (b).....................................................................................17

Hình 1.2. Phản ứng điều chế chitosan – polithiophen........................................19
Hình 1.3. Phổ IR của CTs – PTH............................................................................20
Hình 1.4. Ảnh SEM chụp bề mặt của CTs – PTH...................................................21
Hình 1.5. Cấu trúc phân tử của axit uric..................................................................21
Hình 1.6. Cấu trúc phân tử xanthin........................................................................23
Hình 1.7. Cấu trúc phân tử của hypoxanthin...........................................................24
Hình 1.8. Các đồng phân thƣờng gặp của caffein...................................................25
Hình 2.2.Sơ đồ tiến trình thí nghiệm theo phƣơng pháp von-ampe vòng..............31
Hình 2.3. Sơ đồ tiến trình thí nghiệm theo phƣơng pháp von-ampe hòa tan anot
xung vi phân............................................................................................................32
Hình 3.4.Các đƣờng CVS của UA, XA, HX và CA có nồng độ là 3.10-4M trong
đệm PBS 0,2 M (pH = 7) sử dụng điện cực CTs-PTH/GCE...................................36
Hình 3.5. Các đƣờng hòa tan CVS (a) và DP-ASV (b) của UA, XA, HX và CA có
nồng độ 3.10-4 M trong đệm PBS 0,2 M sử dụng các loại điện cực khác nhau......37
Hình 3.6.Cƣờng độ dòng đỉnh (IP) của UA, XA, HX và CA khi sử dụng các loại điện
cực khác nhau bằng phƣơng pháp DP-ASV..............................................................37
Hình 3.4.Các đƣờng khử CTs-PTH bằng phƣơng pháp von-ampe vòng...............38
Hình 3.5.Các đƣờng DP-ASV(a) và IP (b) tại các vòng quét khác nhau................38
Hình 3.6. Các đƣờng DP-ASV(a) và IP(b) của UA, XA, HX và CA với lƣợng vật
liệu khác nhau..........................................................................................................39
Hình 3.7. Các đƣờng DP-ASV(a) và IP (b) tại các pH khác nhau..........................40
Hình 3.8.Đƣờng hồi quy tuyến tính thể hiện mối tƣơng quan giữa Ep và pH.........41
6

Hình 3.9.Các đƣờng von-ampe vòng theo tốc độ quét khác nhau..........................43
Hình 3.10.Các đƣờng hồi quy tuyến tính biểu diễn mối tƣơng quan giữa IP và v½
..................................................................................................................................44
Hình 3.11.Các đƣờng hồi quy tuyến tính biểu diễn mối tƣơng quan giữa EP và
ln(ʋ)..........................................................................................................................45
Hình 3.12.Các đƣờng hồi quy phi tuyến biểu diễn mối tƣơng quan giữa EP và v..46
Hình 3.13.Các đƣờng DP-ASV (a) và sƣ̣ biế n đô ̣ng của I P(b) của UA, XA, HX và
CA ở các thế làm giàu khác nhau.............................................................................48
Hình 3.14.Các đƣờng DP-ASV (a) và đƣờng biể u diễn sự biến động của Ip (b) với
các thời gian làm giàu khác nhau.............................................................................49
Hình 3.15. Các đƣờng DP-ASV (a) và IP (b) tại các biên độ xung khác nhau........49
Hình 3.16.Các đƣờng DP-ASV của UA, XA và HX ở các nồng độ AA khác nhau
..................................................................................................................................51
Hình 3.17.Các đƣờng DP-ASV của UA, XA và HX ở các nồng độ DA khác
nhau...............................................................................................................................
...52
Hình 3.18.Các đƣờng DP-ASV của UA, XA và HX ở các nồng độ PA khác
nhau...............................................................................................................................
...53
Hình 3.19.Các đƣờng DP-ASV của UA, XA và HX ở các nồng độ DG khác
nhau...............................................................................................................................
..54
Hình 3.20.Các đƣờng DP-ASV của UA, XA và HX ở các nồng độ LS khác
nhau...............................................................................................................................
...55
Hình 3.21. Các đƣờng DP-ASV của UA, XA và HX ở các nồng độ Ca(NO3)2 (a) ;
NaCl (b) và MgSO4 (c) khác nhau............................................................................56

7

Hình 3.22. Các đƣờng DP-ASV ở ba nồng độ UA, XA và HX với ba thí nghiệm
khác nhau TN1 (a), TN2 (b) và TN3 (c)...............................................................58
Hình 3.23.Các đƣờng DP-ASV tƣơng ứng với thí nghiệm 1 (a), thí nghiệm 2 (b),
thí nghiệm 3 (c) và các phƣơng trình hồi quy tuyến tính biểu diễn mối tƣơng quan
giữa IP và nồng độ của các chất tƣơng ứng UA (d), XA (e), HX (f).......................60
Hình 3.24.Các đƣờng DP-ASV của UA, XA và HX ở các nồng độ thêm chuẩn
đồng thời khác nhau (a), Các đƣờng hồi quy tuyến tính biểu diễn mối tƣơng quan
giữa IP và nồng độ của UA, XA và HX (b)..............................................................61
Hình 3.25. Các đƣờng DP-ASV của mẫu M1 (a) và mẫu M1 spike (b).................65
Hình 3.26. Các đƣờng DP-ASV của mẫu M2 (a) và mẫu M2 spike (b) .................65
Hình 3.27. Các đƣờng DP-ASV của mẫu M3 (a) và mẫu M3 spike (b)..................66
Hình 3.28. Các đƣờng DP-ASV của mẫu M4 (a) và mẫu M4 spike (b) .................66

8


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Một số dao động đặc trƣng trên phổ IR của CTs – PTH.........................20
Bảng 1.2. So sánh các điện cực biến tính khác nhau trong việc xác định đồng thời
Ua, XA, HX và CA...................................................................................................28
Bảng 3.1. Các thông số cố định ban đầu trong phƣơng pháp von-ampe vòng CV
dùng để khử CTs-PTH.............................................................................................34
Bảng 3.2. Các thông số cố định ban đầu trong phƣơng pháp von-ampe vòng hòa
tan (CVS) dùng để nghiên cứu đặc tính điện hóa....................................................35
Bảng 3.3. Các thông số cố định ban đầu trong phƣơng pháp von-ampe hòa tan anot
xung vi phân DP-ASV.............................................................................................35
Bảng 3.4.Giá trị Ep,TB và RSD tại các pH khác nhau theo phƣơng pháp DP-ASV
..................................................................................................................................40
Bảng 3.5.Giá trị IP,TB và RSD với các tốc độ quét khác nhau theo phƣơng pháp CV

..................................................................................................................................44
Bảng 3.6.Giá trị EP,TB và RSD với các tốc độ quét khác nhau theo phƣơng pháp CV
.................................................................................................................................45
Bảng 3.7. Các điều kiện thích hợp để xác định UA, XA, HX, CA bằ ng phƣơng pháp
DP-ASV sƣ̉ du ̣ng điê ̣n cƣ̣c biến tính CTs-PTH(act)/GCE........................................50
Bảng 3.8. Ảnh hƣởng của AA đến tín hiệu hòa tan của chất phân tích....................51
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của DA đến tín hiệu hòa tan của chất phân tích....................52
Bảng 3.10. Ảnh hƣởng của PA đến tín hiệu hòa tan của chất phân tích..................53
Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của DG đến tín hiệu hòa tan của chất phân tích..................54
Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của LS đến tín hiệu hòa tan của chất phân tích...................55
Bảng 3.13.Các giá trị IP,TB, SD, RSD và ½.RSDH khi đo lă ̣p la ̣i ở 3 nồng độ khác
nhautheo phƣơng pháp DP-ASV.............................................................................57

9


Bảng 3.14.Giá trị IP,TB của UA, XA và HX ở các nồ ng đô ̣ thêm chuẩn khác nhau đối
với từng chất theo phƣơng pháp DP-ASV..........................................................59
Bảng 3.15.Giá trị IP,TBcủa UA, XA và HX ở các nồng độ thêm chuẩn đồng thời
khác nhau theo phƣơng pháp DP-ASV....................................................................61
Bảng 3.16.LOD, LOQ của phƣơng pháp DP-ASVsƣ̉ du ̣ng điện cực biến tính CTsPTH(act)/GCE..........................................................................................................62
Bảng 3.17.Lý lịch của các mẫu nƣớc tiểu...............................................................63
Bảng 3.18. Kết quả kiểm tra độ lặp lại của phƣơng pháp phân tích........................64
Bảng 3.19.Kết quả xác định nồng độ của UA và XA và độ đúng trong mẫu thật...64

10


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Nƣớc ta trong những năm gần đây do điều kiện kinh tế phát triển, chất lƣợng
cuộc sống của ngƣời dân đƣợc nâng lên, bên cạnh đó xuất hiện một số ngƣời có thói
quen sinh hoạt và ăn uống không hợp lý đã làm cho bệnh gout ngày một tăng.
Nguyên nhân tăng axit uric máu có thể do tăng sản xuất hoặc giảm thải axit uric,
thậm chí có trƣờng hợp do đồng thời cả 2 trƣờng hợp. Trong quá trình tổng hợp axit
uric, xanthin oxidase là một enzyme quan trọng, đóng vai trò nhƣ một chất xúc tác
phản ứng oxy hóa hypoxanthin thành xanthinvà phản ứng oxy hóa xanthin thành
axit uric. Đây là phản ứng trong giai đoạn cuối của quá trình chuyển hóa purin
trong cơ thể. Do đó, việc kiểm soát và đánh giá nồng độ axit uric, xanthin,
hypoxanthin đang là mục tiêu quan tâm hàng đầu của con ngƣời. Chính vì vậy, đòi
hỏi ngành hoá học phân tích phải phát triển và hoàn thiện các phƣơng pháp phân
tích có độ nhạy, độ chọn lọc cao và giới hạn phát hiện thấp để xác định các hợp chất
hữu cơ. Nhiều phƣơng pháp phân tích đa tính năng đã ra đời và đƣợc ứng dụng rộng
rãi nhƣ phƣơng pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis), sắc kí lỏng
hiệu năng cao (HPLC), sắc kí khí ghép khối phổ (GC-MS) [2,3,4,5,12] và phân tích
điện hóa [1, 6, 11]. Tuy nhiên, các phƣơng pháp UV-Vis, HPLC và GC-MS lại bộc
lộ nhiều hạn chế, đặc biệt là chi phí thiết bị và chi phí phân tích rất cao, trong khi đó
phƣơng pháp phân tích bằng điện hóa mà điển hình là các phƣơng pháp von-ampe
hoà tan (SV) mang lại nhiều ƣu điểm nhƣ: độ nhạy, độ chính xác, tính chọn lọc cao
và giới hạn phát hiện thấp, đặc biệt là chi phí thiết bị và chi phí phân tích rẻ và do
đó, rất thích hợp cho việc phân tích trực tiếp một số hợp chất hữu cơ. Trong phƣơng
pháp SV, hƣớng nghiên cứu phát triển cực làm việc đã và đang đƣợc các nhà khoa
học rất quan tâm.
Chitosan và chitin là những polysacharid có nhiều ứng dụng quan trọng trong
các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y dƣợc và bảo vệ môi trƣờng nhƣ: sản xuất

11


glucosamin, chỉ khâu phẫu thuật, thuốc kem, vải, sơn, chất bảo vệ hoa quả, bảo vệ

môi trƣờng... Chitin và chitosan đƣợc sản xuất từ vỏ giáp xác nhƣ tôm, cua...
Ở Việt Nam, giáp xác là nguồn nguyên liệu dồi dào chiếm 1/3 tổng sản
lƣợng nguyên liệu thủy sản. Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, tỷ lệ
cơ cấu các mặt hàng đông lạnh giáp xác chiếm từ 70 đến 80% công suất chế biến.
Hàng năm các nhà máy chế biến đã thải bỏ một lƣợng phế liệu giáp xác khá
lớn khoảng 70.000 tấn/năm. Việc sản xuất chitosan có nguồn gốc từ vỏ tôm mang
lại hiệu quả kinh tế cao và góp phần giải quyết lƣợng lớn rác thải trong ngành thực
phẩm.
Vì khả năng ứng dụng rộng rãi của chitin-chitosan nên nhiều nƣớc trên thế
giới trong đó có Việt Nam đã nghiên cứu và sản xuất sản phẩm này.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi lựa chọn đề tài luâ ̣n văn :
“Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phƣơng pháp von-ampe
hòa tan sử dụng điện cực cacbon biến tính bằng chitosan”.

12


2. Mục đích nghiên cứu
Trong đề tài này, mục đích sẽ nghiên cứu chế tạo điện cực làm việc bằng cách
biến tính điện cực glassy carbon bởi chitosan polythiophen để xác định đồng thờiaxit
uric (UA), xanthin (XA) vàhypoxanthin (HX) bằng phƣơng pháp von-ampe hòa tan
xung vi phân.
Xây dựng quy trình phân tích xác địnhđồng thời axit uric (UA), xanthin (XA)
vàhypoxanthin (HX)bằng phƣơng pháp von-ampe hòa tan xung vi phân sử dụng điện
cực biến tính và áp dụng xác định chúng trong các mẫu nƣớc tiểu.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu chế tạo điện cực biến tính cho phƣơng pháp von-ampe nhằm xác
định UA, XA và HX trong mẫu nƣớc tiểu.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp von-ampe vòng (CV) đƣợc sử dụng nhằm nghiên cứu đặc tính

điện hóa của UA, XA, HX và CAtrên điện cực biến tính.
- Phƣơng pháp von-ampe hòa tan anot dùng kỹ thuật xung vi phân nhằm
nghiên cứu xác định đồng thời UA, XA, HX và CAtrên điện cực biến tính.
- Phƣơng pháp thống kê để xử lý số liệu và đánh giá độ tin cậy của phƣơng
pháp.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển điện cực làm việc (WE) trong
phƣơng pháp von-ampe hòa tan và nghiên cứu quy trình xác định UA, XA, HX và
CA.
- Ý nghĩa thực tiễn: Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để phân tích UA, XA,
HX trong mẫu nƣớc tiểu, từ đó làm cơ sở để có thể phân tích trong các mẫu sinh học
khác.
6. Cấu trúc của luận văn

13


Luận văn đƣợc chia thành các chƣơng sau:
Chƣơng 1. Tổng quan
+ Giới thiệu về phƣơng pháp von-ampe hòa tan anot: nguyên tắc, các kỹ
thuật ghi đƣờng von-ampe hòa tan anot và các loại điện cực sử dụng trong phƣơng
pháp von-ampe.
+ Tổng quan về chitosan polythiophen.
+ Giới thiệu về UA, XA, HX và CA.
Chƣơng 2. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
+ Nội dung nghiên cứu: Khảo sát các đặc tính von-ampe hòa tan của UA,
XA, HX và CAtrên điện cực biến tính; khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố đến tín
hiệu hòa tan của UA, XA, HX để áp dụng phân tích một số mẫu nƣớc tiểu.
+ Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng phƣơng pháp von-ampe vòng, phƣơng
pháp von-ampe hòa tan anot dùng kỹ thuật xung vi phân và phƣơng pháp thống kê

xử lý số liệu.
Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
+ Kết quả khảo sát đặc tính điện hóa của các loại điện cực
+ Kết quả khảo sát các yếu tố lên quá trình tạo màng
+ Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố đến tín hiệu hòa tan
+ Kết quả đánh giá độ tin cậy của phƣơng pháp
+ Kết quả phân tích mẫu thực tế
- Kết luận và kiến nghị
- Tài liệu tham khảo

14


Chƣơng 1. TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP VON – AMPE HÒA TAN ANOT
Phƣơng pháp von-ampe hòa tan (SV) đƣợc khởi nguồn từ sự phát triển thành
công phƣơng pháp cực phổ của nhà khoa học J. Heyrovsky. Đến thập niên 1960, lý
thuyết về phƣơng pháp SV trên điện cực giọt thủy ngân treo và màng thủy ngân đã
bắt đầu phát triển. Những năm sau đó, cùng với tiến bộ về công nghệ điện tử,
phƣơng pháp SV với kỹ thuật xung vi phân đã bắt đầu ứng dụng vào thực tiễn.
Trong thập niên 1980, với thiết bị máy vi tính và phần mềm điều khiển đã đƣợc
thƣơng mại hóa rộng rãi và đến thập niên 1990, phƣơng pháp von – ampe hòa tan
anot xung vi phân (DP-ASV) và von – ampe hòa tan anot sóng vuông (SW-ASV)
đã đƣợc một số quốc gia trên thế giới , chẳng hạn nhƣ Mỹ (USA) đã đƣơ ̣c xem là
một trong những phƣơng pháp phân tích tiêu chuẩn để xác định đồng thời một số
kim loại nhƣ kẽm (Zn), cadimi (Cd) và chì (Pb) [9].
Tuy nhiên, tùy thuộc vào phƣơng pháp SV và đối tƣợng phân tích mà nguyên
tắc của phƣơng pháp có khác nhau. Sau đây là nguyên tắc chúng của phƣơng pháp
von-ampe hòa tan anot.

1.1.1. Nguyên tắcchung của phƣơng pháp von – ampe hòa tan anot
Phƣơng pháp von – ampe hòa tan anot (ASV) là một trong các phƣơng pháp
von – ampe hòa tan và vì vậy, quá trình phân tích cũng bao gồm hai giai đoạn: giai
đoạn làm giàu và giai đoạn hòa tan.
1.1.1.1. Giai đoạn làm giàu:
Bản chất của giai đoạn làm giàu là tập trung chất cần phân tích trong dung
dịch lên trên bề mặt điện cực làm việc (WE) ở một thế và thời gian xác định. Trong
giai đoạn làm giàu, dung dịch đƣợc khuấy trộn đều bằng khuấy từ hoặc dùng điện
cực rắn đĩa quay. Quá trình tập trung chất phân tích lên trên bề mặt WE có thể bằng
hai cách:

15


- Điện phân làm giàu: cách này thƣờng đƣợc sử dụng để xác định trực tiếp
các kim loại nhƣ Zn, Cd, Pb và một số chất hữu cơ, với các WE khác nhau [9].
- Hấp phụ làm giàu: theo cách này thƣờng đƣợc sử dụng để xác định trực tiếp
các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Các hợp chất vô cơ và hữu cơ có thể hấp phụ trực
tiếp hoặc có thể tạo phức với ion kim loại rồi hấp phụ lên trên bề mặt WE [15].
1.1.1.2.. Giai đoạn hòa tan:
Thực chất của giai đoạn hòa tan là hòa tan chất phân tích ra khỏi bề mặt WE
bằng cách quét thế về phía dƣơng hơn (gọi là quét anot). Trong giai đoạn này, quá
trình xảy ra trên điện cực là ngƣợc với giai đoạn làm giàu [9].
Trong giai đoạn này, thƣờng không khuấy dung dịch phân tích.
Nếu sử dụng kỹ thuật xung vi phân (Differential Pulse) thì gọi là phƣơng
pháp DP-ASV, còn nếu dùng kỹ thuật sóng vuông (Square Wave) thì gọi là SWASV đối với việc xác định kim loại và một số chất hữu cơ. Riêng đối với quá trình
làm giàu là hấp phụ thì đƣợc gọi là von – ampe hòa tan anot hấp phụ xung vi phân
(DP-AdASV) hoặc sóng vuông (SW-AdASV).
Đƣờng von – ampe hòa tan thu đƣợc có dạng đỉnh (peak). Thế đỉnh (Ep hay
Up) và cƣờng độ của dòng đỉnh hòa tan (Ip) phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: thành

phần nền (chất điện ly nền, pH, chất tạo phức,...), bản chất của điện cực làm việc,
thế và thời gian điện phân làm giàu, điều kiện thủy động học (sự khuấy trộn hoặc
quay điện cực,...) trong giai đoạn làm giàu, tốc độ quét thế trong giai đoạn hòa tan,
kỹ thuật ghi đƣờng von – ampe hòa tan,…Trong đó, Ep dùng để định tính và Ip dùng
để định lƣợng chất phân tích.
1.1.2. Các kỹ thuật ghi đƣờng von-ampe hòa tan anot
Trong phƣơng pháp ASV, để ghi đƣờng von–ampe hòa tan, có thể dùng các
kỹ thuật khác nhau nhƣ von–ampe xoay chiều (AC), von-ampe xung vi phân (DP),
von–ampe sóng vuông (SW). Dƣới đây sẽ giới thiệu nguyên tắc của kỹ thuật von–
ampe đƣợc dùng phổ biến trong phƣơng pháp ASV là DP[9].
Kỹ thuật von-ampe xung vi phân (DP) đƣợc dùng phổ biến nhất để ghi

16


đƣờng von–ampe hòa tan. Theo kỹ thuật này, những xung thế có biên độ nhƣ nhau
khoảng từ 10 đến 100 mV và bề rộng xung không đổi khoảng từ 30 đến 100 ms
đƣợc đặt chồng lên mỗi bƣớc thế (xem Hình 1.1).

Hình 1.1.Sự biến thiên thế theo thời gian (a) và đƣờng von-ampe hoà tan trong
phƣơng pháp DP – ASV (b).
Trong đó,

- Uampl (mV): biên độ xung;

- Ustep (mV): bƣớc thế;

- tpulse (ms): bề rộng xung;

- Ustart (mV): thế đầu;

- tstep (s): thời gian mỗi bƣớc thế; - Ip (A): dòng đỉnh hòa tan;
- tmeas (ms): thời gian đo dòng;

- Up (mV): thế đỉnh hòa tan.

Dòng đƣợc đo hai lần: trƣớc khi nạp xung (I1) và trƣớc khi ngắt xung (I2),
khoảng thời gian đo dòng thông thƣờng là từ 10 đến 30 ms. Dòng thu đƣợc là hiệu
của hai giá trị dòng đó (Iđo = I2 I1) và Iđo đƣợc ghi là hàm của thế đặt lên điện cực
làm việc. Khi xung thế đƣợc áp vào, dòng tổng cộng trong hệ sẽ tăng lên do sự tăng
dòng Faraday (If) và dòng tụ điện (Ic). Dòng tụ điện giảm nhanh hơn nhiều so với
dòng Faraday vì:
Ic  Ic0.e-t/RC* và If  t-1/2
Ở đây, t - thời gian, R - điện trở, C* - điện dung vi phân của lớp kép.
Theo cách ghi dòng nhƣ trên, dòng tụ điện ghi đƣợc trƣớc lúc nạp xung và
trƣớc lúc ngắt xung là gần nhƣ nhau và do đó, hiệu số dòng ghi đƣợc chủ yếu là
dòng Faraday. Nhƣ vậy, kỹ thuật von–ampe xung vi phân cho phép loại trừ tối đa

17


ảnh hƣởng của dòng tụ điện.
1.1.3. Điện cực sử dụng trong phƣơng pháp von-ampe hoà tan
Để tiến hành phân tích bằng phƣơng pháp von–ampe hòa tan nói chung và
von–ampe hòa tan anot nói riêng, ngƣời ta dùng hệ thiết bị gồm một máy cực phổ
và một bình điện phân gồm 3 điện cực:
- Điện cực làm việc (WE) nhƣ điện cực rắn đĩa quay bằng kim loại hoặc vật
liệu nền là cacbon, điện cực giọt thủy ngân tĩnh (SMDE), điện cực giọt thủy ngân
treo (HMDE), điện cực màng kim loại (MeFE) hoặc điện cực biến tính.
- Điện cực so sánh, thƣờng là điện cực calomen hoặc bạc/bạc clorua.

- Điện cực phụ trợ, thƣờng dùng là điện cực platin (Pt).
Nắp bình điện phân còn có lỗ hổng để dẫn luồng khí trơ (N2, Ar ...) vào dung
dịch phân tích để đuổi và loại oxy hòa tan trong dung dịch.
Trong phần tổng quan này, chúng tôi chỉ đề cập đến loại điện cực biến tính,
còn các loại điện cực làm việc khác không đề cập đến và có thể tham khảo trong các
tài liệu chuyên ngành.
Điện cực biến tính – một loại điện cực đƣợc quan tâm nghiên cứu trong
nhiều năm gần đây – đặc biệt biến tính bằng vâ ̣t liê ̣u polyme dẫn điê ̣n , đƣợc tạo ra
bằng các cách nhƣ sau:
i) Điện cực biến tính đƣợc chế tạo bởi hạt nano kim loại [1, 7], hay cacbon
nano [13]. Đƣợc thực hiện bằng cách gắn các hạt nano kim loại trực tiếp trên bề mặt
điện cực GCE, cacbon pase, hoặc chính điện cực kim loại đó. Thƣờng chế tạo bằng
phƣơng pháp ex situ, điện phân dung dịch chứa Men+ dạng nano (sử dụng phƣơng
pháp von-ampe vòng) để gắn các hạt nano trên bề mặt điện cực [17],… hay phủ trực
tiếp bằng cách nhúng điện cực trong hệ keo nano kim loại hoặc nhỏ giọt dung dịch
keo nano kim loại lên bề mặt điện cực [20, 24],…
ii) Một kiểu điện cực biến tính khác đƣợc nghiên cƣ́u nhiều là điê ̣n cƣ̣c nề n
đƣợc phủ lên bề mặt mô ̣t polyme dẫn điê ̣n . Loại điện cực này đƣợc đặc biệt chú ý
trong các lĩnh vực cảm biến hóa học và cảm biến sinh học. Bởi vì chúng thể hiện
18


nhiều lợi thế trong việc phát hiện một số chất phân tích do tính nhạy cảm, chọn lọc
và tính đồng nhất của chúng trong giai đoạn điện phân làm giàu, kết bám mạnh lên
bề mặt điện cực và sự ổn định hóa học của những màng polyme dẫn điện. Các
polyme này thƣờng đóng vai trò là tác nhân oxy hóa để oxy hóa chất hữu cơ đƣợc
làm giàu trên bề mặt điện cực. Điện cực loại này đƣợc chế tạo đơn giản bằng cách
nhỏ giọt dung dịch polyme (hoặc trộn với một chất kết dính) lên bề mặt điện cực
…một số trƣờng hợp tiến hành quét CV trong dung dịch chứa monomer.
1.2. GIỚI THIỆU CHITOSAN- CHITOSAN POLYTHIOPHEN

1.2.1. Chitosan – polythiophen
Trên thế giới, CTs– PTH là một vật liệu copolime mới đƣợc bắt đầu nghiên
cứu trong những năm gần, tuy nhiên loại vật liệu này hiện nay vẫn chƣa có có tài
liệu nghiên cứu trong nƣớc.
Năm 2014, CTs – PTH đƣợc tổng hợp thành công cùng với các copolime khác
là chitosan – polipyrol và chitosan – polianilin bằng phản ứng copolime hóa có mặt
chất oxi hóa. Nghiên cứu này của Mehmet Cabuk và các cộng sự đã mở ra một
hƣớng phát triển mới cho vật liệu copolime. Vật liệu copolime này khắc phục đƣợc
các khuyết điểm của từng polime riêng lẻ nhƣ độ ổn định nhiệt và độ dẫn điện, đồng
thời tạo ra các tính chất mới vƣợt trội. Loại vật liệu mới này hứa hẹn nhiều ứng
dụng lĩnh vực xử lí ô nhiễm môi trƣờng và sinh học [19].

1.2.2. Phản ứng điều chế chitosan – polithiophen

Hình 1.2.Phản ứng điều chế chitosan – polithiophen.

19


1.2.3. Tổng hợp chitosan polithyophene
- Lấy 1,3 mL thiophen và 20 mL nƣớc vào bình cầu 2 cổ, sau đó tiến hành
siêu âm trong 30 phút (dung dịch 1);
- Đặt bình cầu lên máy khuấy từ có điều nhiệt bằng glixerol ở 60 oC;
- Cân chính xác 42 gam CTs và 10 mL dung dịch axit CH3COOH, khuấy đều
hỗn hợp (dung dịch 2);
- Hòa tan 4,13 g (NH4)2S2O8 trong 20 mL nƣớc (dung dịch 3);
- Tiếp theo cho dung dịch 2 vào dung dịch 1. Cuối cùng cho từ từ dung dịch
3 vào hỗn hợp và khuấy từ liên tục trong 6 giờ, ở nhiệt độ là 60 oC. Kết quả thu
đƣợc chitosan polythiophen (CTs-PTH).

1.2.4. Một số đặc trƣng của chitosan – polythiophen
1.2.4.1. Phổ hồng ngoại

Hình 1.3. Phổ IR của CTs – PTH.
Bảng 1.1. Một số dao động đặc trƣng trên phổ IR của CTs – PTH.
Số sóng, cm-1
679 - 617
1155 - 1061
1319

Liên kết
Dao động hóa trị của C-S
Dao động hóa trị của C-O-C (Liên kết β-1,4-glicozit)
Dao động hóa trị của C-N

1647 - 1630

Dao động hóa trị của C=O trong amit và của C=C trong vòng thơm

2959 - 2860

Dao động hóa trị của C-H trong vòng

3449

Dao động hóa trị của N-H, dao động hóa trị của -OH

20

Kết quả đo phổ IR cho thấy sự xuất hiện các pic của các nhóm chức cơ bản
trong phân tử CTs nhƣ –N–H, –C=O trong amit và của PTH nhƣ: –C=C, –C–S, –
CHcủa vòng là đều đƣợc tìm thấy trong phổ IR của CTs – PTH.
Một số dao động trên phổ IR của CTS – PTH đƣợc trình bày ở Bảng 1.1.
1.2.4.2.Ảnh chụp SEM
Dƣới đây là hình ảnh của CTs – PTH khi đƣợc chụp bởi kính hiển vi điện tử
quét:

Hình 1.4. Ảnh SEM chụp bề mặt của CTs – PTH.
Ảnh SEM cho thấy bề mặt CTs – PTH có các hạt polythiophen dạng cầu,
phủ kín trên bề mặt chitosan và cấu trúc tƣơng đối đồng đều.
1.3. SƠ LƢỢC VỀ AXIT URIC (UA)
1.3.1. Giới thiệu về axit uric
O
H
N

HN

O
O

N
H

N
H

Hình 1.5. Cấu trúc phân tử của axit uric.
-Axit uriclà một hợp chất dị vòng của cacbon, nitơ, oxi, và hidro với công

thức C5H4N4O3.
- Tên IUPAC: 7,9–dihydro–1H–purine–2,6,8(3H)–trione
- Khối lƣợng phân tử: 168,11g/mol

21


Tính chất vật lý: UA là chất không mùi, tinh thể dạng bột màu trắng. Khối
lƣợng riêng: 1,87 g/cm3;bị phân hủy ở 300oC.Độ tan trong nƣớc: 6mg/100 mL nƣớc
ở20oC; pKa = 5,6. Nói chung, độ hòa tan trong nƣớc của axit uric là khá thấp, độ
hòa tan của axit uric trong nƣớc nóng nhiều hơn trong nƣớc lạnh và dễ bị kết tinh
lại. Vì vậy đó là một trong những nguyên nhân chủ yếu dẫn tới bệnh gout[29].
1.3.2. Ảnh hƣởng của axit uric đến sức khỏe con ngƣời
Axituricđƣợctạothànhtừ cácionvàmuốiđƣợcgọilàurat. Axit uric đƣợc tạo
thành trong cơ thể do quá trình chuyển hóa purin. Sau đó chúng đƣợc hòa tan trong
máu và đƣa đến thận và thải ra ngoài qua nƣớc tiểu. Axit uric tăng có thể do quá
trình tăng purinvà/hoặc giảm thải axit uric quađƣờng nƣớc tiểu hoặc cả hai quá trình
này. Khi nồng độ axit uric tăng cao kéo dài trong máu có thể dẫn đến một
dạng viêm khớp đƣợc biết đến với tên bệnh gout. Các hạt lắng đọng trong và xung
quanh các khớp dẫn đến hậu quả viêm, sƣng và đau khớp, lắng đọng dƣới da tạo
nên các hạt tophi, có thể tạo sỏi thận và suy thận.
Axit uric là nguyên nhântrực tiếp gây ra bệnh gout. Axit uric là sản phẩm
phụ của quá trình chuyển hóa purin trong cơ thể. Đây là một axit yếu nên thƣờng
đƣợc ion hóa thành muối urat hòa tan trong huyết tƣơng và dịch ngoại bào. Nồng độ
bão hòa của muối mononatri urat trong huyết tƣơng là 415 μmol/l (hay > 6,8
mg/dl). Ở nồng độ cao hơn tinh thể urat sẽ bị kết tủa. Trong nƣớc tiểu, axit uric dễ
dàng hòa tan và đƣợc thải ra ngoài. pH có ảnh hƣởng tới sự hòa tan axit uric trong
nƣớc tiểu. Ở pH 5,0, nồng độ bão hòa của axit uric là 390 – 900 μmol/l (hay 6 – 15
mg/dl). Còn ở pH 7,0, nồng độ bão hòa của axit uric là 9480 – 12000 μmol/l (hay
158 – 200mg/dl). Lƣợng axit uric thải ra trong nƣớc tiểu bình thƣờng khoảng trên

800mg/dl[1, 29].
1.4.SƠ LƢỢC VỀ XANTHIN (XA)
1.4.1. Giới thiệu vềxanthin
- Tên theo IUPAC: 3,7–Dihydropurine–2,6–dione
- Tên gọi khác: 1H–Purine–2,6–dione
- Công thức phân tử: C5H4N4O2
- Khối lƣợng phân tử: 152,11 g/mol
22