(Luận văn thạc sĩ) đánh giá hiện trạng môi trường khu vực nhà máy xử lý rác thải xuân sơn, thị xã sơn tây thành phố hà nội và đề xuất giải pháp quản lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Ngô Gia Long

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHỔ RAMAN CỦA TETRACYCLINE
NỒNG ĐỘ THẤP BẰNG KỸ THUẬT SERS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Ngô Gia Long

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHỔ RAMAN CỦA TETRACYCLINE
NỒNG ĐỘ THẤP BẰNG KỸ THUẬT SERS

Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 8440130.05
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Nguyễn Thế Bình

Hà Nội – 2019

LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Thế Bình người thầy đã ln tận tình giúp đỡ tơi trong nhiều năm qua, dành thời gian trực tiếp
hướng dẫn tôi trong suốt q trình hồn thành luận văn cao học này, cũng như đã
tạo điều kiện cho tơi có cơ hội được làm việc tại Bộ môn Quang lượng tử, Khoa Vật
lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên.
Tiếp theo, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô tại Khoa Vật lý –
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên nói chung và các thầy cơ tại Bộ mơn Quang
lượng tử nói riêng – những người thầy và cũng là những người đồng nghiệp đã luôn
tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thành viên trong nhóm nghiên cứu hiệu
ứng tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) đã giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến
quý báu và luôn động viên tôi trong q trình thực hiện đề tài luận văn.
Tơi cũng xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Lê Văn Vũ, GS.TS. Đào Trần Cao,
TS. Nguyễn Việt Tuyên, TS. Lương Trúc Quỳnh Ngân cùng các đồng nghiệp tại
Trung tâm Khoa học Vật liệu – Khoa Vật lý và Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện hết sức nhiệt tình giúp tơi
thực hiện các phép đo Raman.
Tôi xin dành những lời yêu thương tới gia đình, người yêu và bạn bè đã ln
ở bên, chăm sóc và khích lệ tơi vượt qua những khó khăn để có thể hồn thành tốt
luận văn này.
Cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới đề tài nghiên cứu cấp nhà
nước mã hiệu ÐTÐLCN-01/18 đã tài trợ kinh phí học tập và nghiên cứu cho tơi
trong suốt khóa học 2017-2019.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song luận văn này không tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự thơng cảm và đóng góp ý kiến của các nhà
khoa học, của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 01 tháng 11 năm 2019
Học viên cao học

Ngô Gia Long


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

AAS

Atomic Absorption Spectroscopy

Quang phổ hấp thụ nguyên tử

airPLS

adaptive iteratively reweighted
Penalized Least Squares

ATC

Anhydrotetracycline

Au

Gold

Vàng

CCD

Charge Coupled Device

Linh kiện ghép điện tích

CRD

Chronic Respiratoty Disease

Bệnh “hen” gà

CTC

Chlotetracycline

EATC

Epianhydrotetracycline

EF

Enhancement Factor

ELISA

ETA-AAS
ETC

F-AAS
FIB
GC-MS

HOMO
HPLC

Enzyme-Linked Immunosorbent
Assay

Hệ số tăng cường
Kỹ thuật miễn dịch gắn enzym

Electro -Thermal-Atomization

Quang phổ hấp thụ nguyên tử

Atomic Absorption Spectroscopy

nhiệt điện

Epitetracycline
Flame Atomic Absorbtion

Quang phổ hấp thụ nguyên tử

Spectroscopy

sử dụng ngọn lửa

Focused Ion Beam

Chùm ion tập trung

Gas Chromatography–Mass
Spectrometry

Sắc ký khí ghép nối khối phổ

Highest Occupied Molecule

Orbital phân tử bị chiếm ở mức

Orbital

cao nhất

High Performance Liquid

Sắc ký lỏng hiệu năng cao


Chromatography
High-Performance Liquid
HPLC-DAD

Chromatography with DiodeArray Detection

LC-MS
LSP

LUMO

Liquid Chromatography–Mass
Spectrometry

Lowest Unoccupied Molecular

Orbital phân tử không bị chiếm

Orbital

ở mức thấp nhất

MRL

Maximum Residue Limit

OTC

Oxytetracycline
Quang phổ học Raman tăng

spectroscopy

cường bề mặt

Shell-Isolated NanoparticleEnhanced Raman Scattering
Silicon

TC

Tetracycline

UV-Vis

Giới hạn dư lượng tối đa

Surface-enhanced Raman

Si

TEM

Sắc ký lỏng ghép nối khối phổ
Plasmon bề mặt định xứ

Malachite Green

SHINES

đầu dò DAD (màng đi ốt)

Localized Surface Plasmon

MG

SERS

Sắc ký lỏng hiệu năng cao với

Transmission Electron
Microscopy
Ultraviolet–Visible

Silíc

Kính hiển vi điện tử truyền qua
Tử ngoại-khả kiến


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................

01

CHƢƠNG 1: TETRACYCLINE VÀ TÁN XẠ RAMAN TĂNG CƢỜNG
BỀ MẶT............................................................................................................
1.1.

Tetracycline........................................................................................

03
03

1.1.1. Giới thiệu về nhóm kháng sinh Tetracycline......................................

03

1.1.2. Tác dụng kháng sinh của Tetracycline...............................................

04

1.1.3. Quy định về tồn dư kháng sinh nhóm Tetracycline trong thực phẩm
của quốc tế và Việt Nam....................................................................

06

1.1.4. Phổ Raman của Tetracycline.............................................................

08

1.2.

Tán xạ Raman tăng cƣờng bề mặt (SERS)........................................

18

1.2.1. Tán xạ Raman....................................................................................

18

1.2.2. Tán xạ Raman tăng cường bề mặt......................................................

20

1.2.3. Các cấu trúc nano kim loại cho hiệu ứng SERS.................................. 27
1.3.

Phƣơng pháp hiệu chỉnh tín hiệu nền sử dụng thuật toán airPLS
và áp dụng vào xử lý phổ Raman.......................................................

33

1.3.1. Giới thiệu về airPLS..........................................................................

33

1.3.2. Lý thuyết............................................................................................

34

CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU.................... 38
2.1.

Các phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm và đo đạc...................... 38

2.1.1. Phương pháp ăn mòn laser chế tạo hạt nano kim loại trong chất
lỏng.
2.1.2. Phương pháp đo quang phổ hấp thụ UV-Vis......................................

38
41

2.1.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM............................ 42
2.1.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS............................... 44
Các thiết bị sử dụng chính..................................................................

46

2.2.1. Laser Nd: YAG Quanta Ray Pro 230.................................................

46

2.2.2. Hệ thu phổ tán xạ Raman LabRAM HR 800......................................

47

2.2.

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN......................... 50


3.1.

Chế tạo keo hạt nano kim loại Au trong nƣớc cất bằng phƣơng
pháp ăn mòn laser...............................................................................

3.2.

50

Nghiên cứu chế tạo đế SERS sử dụng keo hạt nano Au chế tạo
bằng ăn mịn laser...............................................................................

52

3.2.1. Quy trình chế tạo đế SERS.................................................................

52

3.2.2. Khảo sát và tối ưu hóa hiệu quả tăng cường tín hiệu Raman của đế
SERS.................................................................................................

54

Nghiên cứu thu phổ SERS của Tetracycline hydrochloride............

64

3.3.1. Thu phổ Raman của bột Tetracycline hydrochloride.........................

65

3.3.

3.3.2. Thu phổ SERS của Tetracycline hydrochloride nồng độ thấp............ 66
KẾT LUẬN.......................................................................................................

69

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................

71


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Quy định của nhà nước về dư lượng tối đa kháng sinh nhóm
Tetracycline trong một số loại thực phẩm (Oxytetracycline / Tetracycline /
Chlotetracycline)................................................................................................ 07
Bảng 1.2: Các dịch chuyển SERS của Tetracycline và các dao động của liên

kết

phân

tử

được

quy

gán

...................................................................................

10

Bảng 3.1: Các dịch chuyển SERS của Malachite Green và các dao động của
liên

kết

phân

tử

được

quy

gán.............................................................................

59

Bảng 3.2: Các dịch chuyển Raman của Tetracycline và các dao động của
liên

kết

phân

tử

gán....................................................................................

được

quy
66


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cơng thức cấu tạo của các phân tử kháng sinh nhóm
Tetracycline.....

03

Hình 1.2: Phổ SERS của Tetracycline hydrochloride với bước sóng kích
thích

632,8

nm.............................................................................................................

09

Hình 1.3: So sánh của phổ Raman (λkt = 1064nm) của Tetracycline (đường
D) và một số dẫn xuất pha trong trong dung dịch H2O có tính axit (pH = 1)
bao gồm Oxytetracycline (A), Doxycycline (B), Minocycline (C) và dưới
dạng

tinh

thể:

Minocycline

Tetracycline
(G),

hydrochloride

Doxycycline

(E),
(H),

Methacycline

(F),

Oxytetracycline

(I).................................................................

12

Hình 1.4: So sánh của phổ Raman (λkt = 1064nm) của Tetracycline (đường
D) và một số dẫn xuất pha trong trong dung dịch D2O có tính axit (pD = 1)
bao gồm Oxytetracycline (A), Doxycycline (B), Minocycline (C) và
Tetracycline lưỡng cực (tetracycline zwitterion) (E) kết tinh từ dung dịch
D2O có tính axit...

13

Hình 1.5: Phổ Raman của Tetracycline phụ thuộc vào độ pH và pD. pH = 2
(A), pH = 3.6 (B), pH = 3.9 (D), pH = 11 (D), pD = 11(E), pD = 3.5 (F), pD
=

2

(G)...................................................................................................................

14

Hình 1.6: Phổ Raman của Tetracycline trong dung dịch H2O có tính axit với
các bước sóng kích thích khác nhau λkt = 280 nm (A), λkt = 400 nm (B), λkt =
1064 nm (C). Ở đây cũng có trình bày phổ hồng ngoại của Tetracycline (D)
và kết quả tính tốn hóa học lượng tử (chiều cao của cột tỉ lệ thuận với cường 16

độ phổ hồng ngoại).............................................................................................
Hình 1.7: Q trình thay đổi hóa học giữa TC, ETC, ATC và
EATC.................

17

Hình 1.8: Phổ SERS của Tetracycline hydrochloride hết hạn (a) và cịn hạn
(b).......................................................................................................................

18

Hình 1.9: Vạch tán xạ Rayleigh và các vạch tán xạ Stokes và đối Stokes
trong

phổ

tán

xạ

Raman...............................................................................................

19

Hình 1.10: Mơ hình dao động của đám mây electron khi bị chiếu
sáng..............
Hình

21
Sơ

1.11:

đồ

nguyên

lý

của

SERS...............................................................

22

Hình 1.12: Sơ đồ mức năng lượng đặc trưng của một phân tử hấp phụ trên bề
mặt kim loại........................................................................................................ 26
Hình 1.13: Ảnh TEM của hạt keo Ag citrate (a) và keo hạt Au borohydride
(b).......................................................................................................................

28

Hình 1.14: Ảnh TEM của hạt nano lõi/vỏ Au/ SiO2, lớp vỏ SiO2 có độ dày
trung

bình

6

±

2

nm.............................................................................................

29

Hình 1.15: Phổ Raman của bột methyl parathion (a), vỏ quả cam sạch (b), vỏ
quả cam có methyl parathion(c), vỏ quả cam có hạt nano Ag/SiO2 (d), vỏ
quả

cam

có

methyl

parathion

và

hạt

nano

Ag/SiO2

(e)..............................................
Hình

1.16:

Ảnh

SEM

29
của

các

hạt

và

đảo

nano

vàng...........................................

30

Hình 1.17: Ảnh SEM của các cấu trúc nano hình sao và lá nano
vàng................

30

Hình 1.18: Sơ đồ mơ tả q trình tạo ra đế SERS bằng E-beam
Lithography.....

31


Hình 1.19: Ảnh SEM các cột SiO2 có các hạt nano Ag ở trên đỉnh
cột...............
Hình

32
Phổ

1.20:

SERS

và

phổ

Raman

thường

của

benzenethion........................
Hình

Cấu

1.21:

32

trúc

hoa

(A,

B,

và

C)

lá

bạc

(D).................................................
Hình

Sợi

1.22:

33

giấy

lọc

phủ

hạt

nano

vàng........................................................
Hình

Sơ

1.23:

33

đồ

khối

thật

tốn

airPLS..............................................................
Hình

2.1:

Mơ

hình

ngun

lý

37

ăn

mịn

laser

trong

chất

lỏng................................
Hình

Sơ

2.2:

39
đồ

bố

trí

thí

nghiệm

ăn

mịn

laser..................................................
Hình

2.3:

Ảnh

chụp

hệ

40
đo

phổ

hấp

thụ

UV-2450

Shimadzu..............................

42

Hình 2.4: Ảnh chụp hệ kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010JEOL...........

44

Hình 2.5: Ảnh chụp máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS3300....................

46

Hình 2.6: Đầu laser............................................................................................ 46
Hình 2.7: Bộ nguồn...........................................................................................

46

Hình 2.8: Bảng điều khiển................................................................................. 46
Hình

2.9:

Hệ

thu

phổ

tán

xạ

Raman

LabRAM

HR

800......................................
Hình

2.10:

Sơ

đồ

48
thu

phổ

tán

xạ

Raman

LabRAM

HR

800................................

48

Hình 3.1: Phổ hấp thụ UV-Vis của keo hạt nano vàng trong nước
cất................

51


Hình 3.2: Ảnh TEM (a) và phân bố kích thước của các hạt nano Au trong
nước

cất

(b).........................................................................................................
Hình

Phổ

3.3:

nhiễu

xạ

tia

X

của

51

hạt

nano

Au....................................................
Hình

3.4:

Ảnh

chụp

52

SEM

của

đế

4Au/Si

trên

mép

vết

trịn................................

53

Hình 3.5: Kết quả xử lý nền phổ SERS của MG xử dụng thuật tốn
airPLS.....

57

Hình 3.6: Phổ Raman của MG (10000 ppm) trên đế Si khơng có hạt nano Au
(a) và phổ SERS của MG (10 ppm) trên đế 2Au/Si tại 3 điểm đo khác nhau
(b)

(c)

(d)..................................................................................................................
Hình

Phổ

3.7:

hấp

thụ

UV-Vis

của

58

Malachite

Green.........................................

59

Hình 3.8: Phổ SERS của MG (10 ppm) trên đế Si với số lớp hạt nano Au
khác

nhau:

2Au/Si

(a),

4Au/Si

(b)

và

6Au/Si

(c).........................................................

60

Hình 3.9: Phổ Raman của MG (10000 ppm) trên đế Si khơng có hạt nano Au
(a)

và

phổ

SERS

của

MG

(10

ppm)

trên

đế

4Au/Si

(b)........................................

61

Hình 3.10: Phổ SERS của MG với các nồng độ khác nhau trên đế 4Au/Si:
0,1

ppm

(a),

1

ppm

(b)

và

10

ppm

(c)..................................................................
Hình

3.11:

Phổ

SERS

của

MG

63

nồng

độ

0,1

ppm

trên

đế

4Au/Si........................
Hình

3.12:

63

Phổ

hấp

thụ

UV-Vis

của

hydrochloride.......................
Hình

3.13:

Phổ

Tetracycline
64

Raman

của

bột

Tetracycline 65


hydrochloride...............................
Hình 3.14: Phổ Raman của Tetracycline hydrochloride nồng độ 10000 ppm

trên đế Si không tăng cường (a) và phổ SERS của Tetracycline hydrochloride
với các nồng độ khác nhau trên đế 4Au/Si: 1000 ppm (b), 100 ppm (c), 10
ppm

(d)

và

1

ppm

(e)..................................................................................................

67

Hình 3.15: Phổ SERS của Tetracycline hydrochloride nồng độ 1 ppm trên đế
4Au/Si................................................................................................................. 68


MỞ ĐẦU
Hiện nay, vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm đang nhận được sự quan tâm của
toàn xã hội. Trong đó, kiểm sốt mức dư lượng thuốc kháng sinh và hóa chất bảo vệ
thực vật trong thực phẩm là việc làm vơ cùng cần thiết và cấp bách, có liên quan tới
sức khỏe của cộng đồng và ảnh hưởng đến một nền kinh tế tăng trưởng xanh, bền
vững.
Một trong những loại kháng sinh phổ biến nhất thường bị lạm dụng trong thú
y và ni trồng thủy sản đó là Tetracycline vì giá thành rẻ. Đây là nhóm kháng sinh
có phổ kháng khuẩn rộng, có khả năng chống các lồi vi khuẩn gây bệnh trên thủy
sản. Sử dụng Tetracycline trong thời gian dài có thể làm cho vi khuẩn nhờn thuốc,

ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ miễn dịch của thủy sản cũng như ảnh hưởng xấu
đến sức khỏe người tiêu dùng, gây ra nhiều bệnh về thận, dị tật bẩm sinh và các
bệnh về xương... Tetracycline có cấu trúc phân thử phức tạp, bao gồm nhiều loại
dẫn xuất khác nhau như Tetracycline (C22H24N2O8), Oxytetracycline (C22H24N2O9),
Chlotetracycline (C22H23ClN2O8),....
Cho đến nay, các phương pháp xác định các chất ô nhiễm và phụ gia độc hại
trong thực phẩm phổ biến dựa trên sắc ký có thể kể đến như sắc ký lỏng hiệu năng
cao (HPLC), khối phổ kế - sắc ký lỏng (LC-MS) và ELISA. Các phương pháp này
đều có hạn chế đó là địi hỏi nhiều thời gian và phịng thí nghiệm đắt tiền, yêu cầu
quy trình xử lý mẫu phức tạp cũng như cần nghiên cứu viên có kinh nghiệm để thực
hiện kiên trì và chính xác các phép đo.
Gần đây, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra quang phổ học Raman tăng cường bề
mặt (SERS) là một phương pháp rất ưu việt để phát hiện lọc lựa các hợp chất bao
gồm dư lượng kháng sinh và thuốc bảo vệ thực vật độc hại trong thực phẩm như
malachite green, nitrofuran, tetracycline, chloramphenicol và các phụ gia cấm khác
như melanin [52,67,45,34,44]. Đặc điểm nổi trội của SERS đó là có thể cung cấp
thơng tin đặc trưng về các thành phần hóa học và sinh hóa (được ví như “dấu vân
tay” của vật liệu) và địi hỏi rất ít quy trình chuẩn bị mẫu. Mặc dù vẫn còn nhiều
tranh luận và cần thêm các nghiên cứu về cơ chế của hiệu ứng SERS nhưng tác

1


dụng tăng cường tín hiệu Raman với hệ số rất cao (106 - 108) của SERS đã sớm
được đưa vào ứng dụng thực tiễn.
Trong những năm gần đây, tán xạ Raman tăng cường bề mặt SERS đã được
nghiên cứu tại Bộ môn Quang lượng tử - Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên, ĐHQGHN [8-9]. PGS. TS. Nguyễn Thế Bình – Trưởng bộ mơn Quang
lượng tử và các cộng sự hiện đang thực hiện một đề tài nghiên cứu cấp nhà nước mã
hiệu ÐTÐLCN-01/18 với tiêu đề “Nghiên cứu chế tạo cảm biến Raman ứng dụng

xác định dư lượng thuốc kháng sinh và thuốc bảo vệ thực vật trong thực phẩm”. Đề
tài luận văn cao học “Nghiên cứu xác định phổ Raman của Tetracycline nồng độ
thấp bằng kỹ thuật SERS” là một phần định hướng nghiên cứu đóng góp vào kết
quả chung của đề tài cấp nhà nước này.
Mục đích của đề tài luận văn là: Tìm hiểu lý thuyết về phổ Raman của
Tetracycline và thuật toán airPLS dùng để xử lý tín hiệu nền trong phổ Raman;
Nghiên cứu chế tạo đế SERS bằng phương pháp lắng đọng (drop-cast) keo hạt nano
Au trên đế tinh thể Si phẳng (silicon wafer) và tối ưu hóa quy trình chế tạo với chất
thử Malachite Green; Nghiên cứu thu phổ SERS của Tetracycline nồng độ thấp sử
dụng đế SERS đã được chế tạo. Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu
tham khảo, luận văn được chia thành 3 chương như sau:
Chƣơng 1: Tetracycline và tán xạ Raman tăng cường bề mặt
Chƣơng 2: Thiết bị sử dụng và phương pháp nghiên cứu
Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

2


CHƢƠNG 1:
TETRACYCLINE VÀ TÁN XẠ RAMAN TĂNG CƢỜNG BỀ MẶT
1.1. Tetracycline
1.1.1. Giới thiệu về kháng sinh nhóm Tetracycline
Việc phát minh ra kháng sinh và các đặc tính của chúng đã tạo ra một cuộc
cách mạng trong y học và cứu lồi người thốt khỏi nhiều thảm dịch do vi trùng gây
ra. Việc sử dụng kháng sinh trong thức ăn chăn ni được đánh dấu bằng một thí
nghiệm của Stokstad và Juke (1949) khi cho gia cầm ăn thức ăn có bổ sung
Aureomycin thấy rằng tốc độ sinh trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn của gia cầm
tăng rõ rệt. Từ đó rất nhiều cơng trình nghiên cứu về kháng sinh như chất bổ sung
trong thức ăn chăn nuôi được thực hiện và bắt đầu từ những năm 1950 và 1960 của
thế kỷ 20, một kỷ nguyên mới của ngành chăn nuôi đã được mở ra khi kháng sinh

được coi như một yếu tố không thể thiếu và đã tạo nên một bước đột phá về năng
suất và hiệu quả chăn ni ở nhiều nước trên thế giới.

Tên kháng sinh

X1

X2

R

X3

Tetracycline

H

OH

CH3

H

Chlortetracycline

Cl

OH

CH3

H

Oxytetracycline

H

OH

CH3

OH

Minocycline

N(Me)2

H

H

H

Doxycycline

H

H

CH3

OH

Hình 1.1: Công thức cấu tạo của các phân tử kháng sinh nhóm Tetracycline [42]

3


Trong số đó, Tetracycline là kháng sinh phổ rộng được sử dụng rộng rãi
trong thú y để điều trị các bệnh nhiễm khuẩn của gia súc, gia cầm. Tetracycline
được cấp bằng sáng chế vào năm 1953 và được đưa vào sử dụng năm 1978. Ba loại
kháng sinh nhóm Tetracycline quan trọng và được dùng phổ biến hiện nay ở nước
ta là: Oxytetracycline - C22H24N209 (gọi tắt là OTC), Tetracycline - C22H24N208 (gọi
tắt là TC), và Chlotetracycline - C22H23ClN208 (gọi tắt là CTC) [2].
Công thức cấu tạo của một số phân tử kháng sinh nhóm Tetracycline (bao
gồm ba nhóm chính OTC, TC, CTC) được trình bày trong hình 1.1. Nhóm kháng
sinh này có cấu trúc rất phức tạp, cơ bản gồm bốn vòng benzen với các thành phần
khác nhau trên mỗi vòng.
1.1.2. Tác dụng kháng sinh của Tetracycline
Cơ chế tác dụng: Tetracycline được vận chuyển theo phương thức tích cực
qua màng bào tương của các vi khuẩn mẫn cảm với thuốc. Các yếu tố vận chuyển
tích cực này chỉ có ở vi khuẩn mà khơng có ở tế bào cơ thể vật chủ. Sau khi thuốc
vượt qua màng bào tương, sẽ gắn vào tiểu phần 30s của Ribosom và đồng thời cũng
gắn cả vào ARN thơng tin, từ đó ngăn cản sự gắn kết các axít amin vào chuỗi Peptid
qua đó ức chế quá trình tổng hợp Protein của vi khuẩn. Kháng sinh nhóm
Tetracycline đều có tác dụng kìm khuẩn. Cả ở khu vực nội dịch và ngoại dịch tế
bào, đều có tác dụng như nhau. Thuốc này sẽ khơng có hiệu quả đối với các bệnh
nhiễm trùng do virus (ví dụ như bệnh cảm, cúm thông thường).
Phổ tác dụng: Kháng sinh nhóm Tetracycline có phổ tác dụng rất rộng.
Chúng tác dụng với rất nhiều loại vi khuẩn Gram dương và âm, nhiều loại

Mycoplasma, Clamidia, Richketsia; tác dụng cả với các Protozoa (ở nồng độ cao)
như Theileria, Anaplasma, Eperythrozoom. Tác dụng tốt với các Clostridium,
Listeria, Streptococcus, E.rhusiopathiae, Brucella, B,bronchiseptica, Klebsiella.
Không tác dụng với P.aeruginosa, P. vulgaris [3].
Hấp thu vào cơ thể: Tetracycline thường được hấp thu theo đường uống,
hoặc cũng có thể tiêm tĩnh mạch, tiêm bắp cho động vật, tiêm dưới da cho gia cầm.
Nếu đưa thuốc bằng đường miệng, kháng sinh nhóm Tetracycline có thể giữ được

4


nồng độ tác dụng trong máu từ 2 - 4 giờ. OTC được thải qua phân với nồng độ 2,5
mg/g phân khi cho uống ở người. Khả năng hấp thu của thuốc sẽ giảm đi nhiều nếu
cho uống cùng với sữa, các sản phẩm của sữa và các muối của các ion Al2+, Mn2+ ,
Mg2+, Ca2+…
Trong trường hợp tiêm, thuốc được hấp thu gần như hồn tồn, nhanh chóng
đạt nồng độ hữu hiệu trong máu hơn đường uống. Tiêm cũng giúp thuốc phân bố
trong dịch tổ chức đồng đều hơn, rộng hơn so với uống. Do vậy hiệu quả điều trị
cũng cao hơn.
Sau khi uống khoảng 2 - 4 giờ, thuốc sẽ đạt nồng độ hữu hiệu trong máu và
có thể giữ trong khoảng 6 giờ hoặc lâu hơn, đôi khi có thể kéo dài tới 24 giờ đến 30
giờ. Nếu cứ sau 6 giờ lại uống 250 mg, nồng độ thuốc trong máu đạt 1 - 3 µg/ml.
Cịn với liều 500 mg, nồng độ thuốc trong máu đạt 3 - 5 µg/ml. Liều 1 g nồng độ sẽ
cịn cao hơn 5 µg/ml. Nồng độ này duy trì trong suốt thời gian điều trị.
Khi tiêm liều 250 - 500 mg, nồng độ thuốc trong máu đạt từ 5 - 10 µg/ml.
Ứng dụng: Tetracycline có thể sử dụng để phịng trị các bệnh
Actinobacillosis,

Anaplasmosis,

Babeliosis,

Leptospirosis,

Listeriosis,

Mycoplasmosis, Pasteurellosis, Shigellosis, viêm da do Streptococcus (Dermatitis),
Mastitis, viêm xoang mũi lợn, viêm phổi do Mycoplasma, CRD - gia cầm.
Khi điều trị các bệnh do Ecoli và Salmonella gây nên, nhất thiết phải kiểm
tra kháng sinh đồ để biết chắc chắn vi khuẩn còn mẫn cảm với thuốc mới sử dụng.
Ngoài ra, các vi khuẩn P.multosida và S.aureus cũng đã xuất hiện hiện tượng kháng
thuốc.
Tác dụng phụ của Tetracycline: Tetracycline và Oxytetracycline sử dụng
cho thú non có thể là nguyên nhân gây đổi màu của xương, vàng răng, nâu hoặc
xám màu. Liều cao hay uống kéo dài có thể làm xương chậm phát triển hoặc vết
thương lâu lành. Tetracycline sử dụng ở nồng độ cao có thể gây ra tổn thương cho
gan (nguyên sinh chất tế bào gan bị thay đổi gây gan nhiễm mỡ, thùy gan nhỏ lại),
đặc biệt trong những bệnh nhân suy giảm chức năng thận. Trong những nghiên cứu
trên động vật nhai lại, liều cao Tetracycline có thể gây trì trệ sự nhai lại do giảm

5


nhu động tiêu hóa. Trên những lồi thú nhỏ, Tetracycline có thể là ngun nhân gây
ra buồn nơn, ói mửa, biếng ăn và tiêu chảy. Không sử dụng được Tetracycline cho
mèo vì nó gây ra đau bụng, sốt, rụng lơng và suy nhược. Tetracycline có thể gây ra
phản ứng nhạy cảm với ánh sáng (hiếm), gây độc cho gan hoặc loạn huyết.
1.1.3. Quy định về tồn dƣ kháng sinh nhóm Tetracycline trong thực phẩm của
quốc tế và Việt Nam
Những tác hại nghiêm trọng khi sử dụng kháng sinh bừa bãi trong chăn nuôi

hiện nay là một vấn đề đã được nhìn nhận rõ ràng. Tuy nhiên nếu loại bỏ hồn toàn
kháng sinh ra khỏi điều trị và thức ăn chăn ni thì chắc chắn sẽ làm tăng chi phí
sản xuất; sản lượng gia súc, gia cầm hàng năm sẽ không đáp ứng được nhu cầu
trong nước và suất khẩu. Vấn đề đặt ra là các cơ quan quản lý về chất lượng vệ sinh
an toàn thực phẩm, chất lượng thuốc thú y mà trong đó có sử dụng kháng sinh phải
quy định sao cho đúng và an toàn cho sức khỏe con người.
Trên thế giới, Uỷ ban Châu Âu, Mỹ và các nước phát triển khác đã ban hành
các quy định giới hạn cho phép thuốc, hoá chất dùng trong thú y bao gồm cả thuốc
kháng sinh được dùng trong sản phẩm động vật (quyết định số 2377/90 EC), theo
đó các sản phẩm có nguồn gốc từ động vật phải được kiểm sốt dư lượng và tn
thủ các quy trình cụ thể (chỉ thị số 96/23 EC).
Uỷ ban Tiêu chuẩn về Thực phẩm quốc tế (Codex) đã đưa ra các quy định
giới hạn tối đa dư lượng (MRL) của các nhóm Tetracycline trong gia súc lớn, lợn,
cừu, gia cầm, cá, tôm hùm. Tức là hàm lượng kháng sinh cao nhất được phép tồn dư
trong thực phẩm mà không ảnh hưởng đến cơ thể người và vật nuôi khi sử dụng sản
phẩm đó làm thức ăn. Giá trị MRL được xác định bởi 3 yếu tố:
(1) Lượng tối thiểu có tác dụng được kiểm chứng trên động vật thí nghiệm
hay điều trị.
(2) Mức an toàn trong khoảng 1% hay thấp hơn, nếu được chấp nhận trong y
học, hoặc mức an toàn cao hơn 1% nếu có bất cứ bằng chứng nào cho thấy có nguy
cơ giống như các thí nghiệm trên những hợp chất tương tự.

6


(3) Các yếu tố dẫn đến sự cân bằng trong các mơ ở một khẩu phần ăn trung
bình.
Tại Việt Nam, do chưa có các nghiên cứu đánh giá nguy cơ toàn diện cho
kháng sinh loại này nên chưa đưa ra được các quy định riêng. Hiện nay, Việt Nam
đang sử dụng các tiêu chuẩn quốc tế Codex làm quy định. Ngày 19/12/2007, Bộ Y

Tế ban hành thông tư giới hạn tối đa ơ nhiễm sinh học và hóa học trong thực phẩm
kèm Quyết định số 50/2016/TT-BYT, trong đó có đề cập giới hạn tối đa dư lượng
kháng sinh nhóm Tetracycline trong thực phẩm như sau:
Bảng 1.1: Quy định của nhà nước về dư lượng tối đa kháng sinh nhóm Tetracycline
trong một số loại thực phẩm (Oxytetracycline / Tetracycline / Chlotetracycline)
Thực phẩm

MRL (

)

Trâu, bò
Thịt

200

Gan

600

Thận

1200

Sữa (

)

100

Lợn
Thịt

200

Gan

600

Thận

1200

Thịt

200

Gan

600

Thận

1200

Cừu

Sữa (

)

100

Gia cầm
Thịt

200

Gan

600

7

Ghi chú


Thận

1200

Trứng

400

Thịt

200

Thịt

200

Cá
Chỉ áp dụng với
Oxytetracycline

Tôm hùm
Chỉ áp dụng với
Oxytetracycline

1.1.4. Phổ Raman của tetracycline
Quang phổ học Raman là một phương pháp nghiên cứu rất hữu hiệu, mang
lại nhiều thông tin về môi trường vật chất như cấu trúc và các liên kết trong phân tử.
Một trong những ưu điểm của phương pháp này là dịch chuyển Raman khơng phụ
thuộc vào bước sóng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bản chất mơi trường tán xạ.
Bằng việc thu phổ Raman của Tetracycline, ta có thể thu được những thơng
tin giúp ích trong việc xác định đặc tính và chất lượng của thuốc. Tuy nhiên,
Tetracycline là một chất hữu cơ có cấu trúc phân tử rất phức tạp bao gồm 4 vòng
Benzene với các thành phần khác nhau trên mỗi vịng, có nhiều loại dẫn xuất khác
nhau, dễ bị oxi hóa và bị biến đổi tính chất khi ở các điều kiện khác nhau của độ
pH, nhiệt độ, ở dạng tinh thể, bột hay dung dịch và thời gian oxy hóa... Do đó phổ
Raman của Tetracycline cũng chịu ảnh hưởng của các yếu tố này.
a) Phổ Raman của Tetracycline hydrochloride và các dịch chuyển Raman đặc
trưng
Theo tìm hiểu của tác giả, trên các tạp chí khoa học ở Việt nam hiện nay
chưa có cơng bố nào về việc thu phổ Raman của Tetracycline. Ngay cả trên thế giới,
những nghiên cứu về phổ Raman của Tetracycline hydrochloride cũng không nhiều.
Những công bố quốc tế này đều cho thấy các dịch chuyển Raman của Tetracycline
rất phức tạp và có thể sai khác từ 20 đến 30 cm-1 tùy thuộc vào từng loại dẫn xuất và

các điều kiện thu phổ cụ thể [42].

8


Trên thực tế, mặc dù một số lượng lớn các dẫn xuất của Tetracycline đã được
tổng hợp [51], ở dạng dược phẩm, người ta lại thường sử dụng Tetracycline
hydrochloride (C22H24N2O8•HCl) vì nó dễ hấp thụ hơn vào cơ thể so với các dạng
gốc của Tetracycline. Luận văn này tập trung nghiên cứu phổ Raman của
Tetracycline hydrochloride. Ngoài ra, do phổ Raman thường của Tetracycline
hydrochloride rất yếu nên phần lớn các nghiên cứu Raman của Tetracycline
hydrochloride đều tập trung vào hiệu ứng SERS.
Trên hình 1.2 là phổ SERS của Tetracycline hydrochcloride tinh khiết được
đo bởi Di Jin và các cộng sự [44]. Trong thí nghiệm này, dung dịch Tetracycline
hydrochcloride pha trong nước khử ion được trộn theo tỷ lệ thể tích 1:1 với dung
dịch keo hạt nano vàng đường kính trung bình cỡ 55nm chế tạo bằng phương pháp
khử tri-sodium citrate. Phổ SERS của Tetracycline hydrochcloride được kích thích
bởi ánh sáng laser tại bước sóng 632,8 nm có sự xuất hiện của các đỉnh 1617, 1560,
1450, 1311, 1278, 1183, 1137, 947, 719, 597 và 498 cm-1.
Các liên kết phân tử và dạng dao động được gán tương ứng với các dịch
chuyển SERS được tổng hợp và trình bày trên bảng 1.2 [18,63].

9


Hình 1.2: Phổ SERS của Tetracycline hydrochloride với bước sóng kích thích
632,8 nm [18]
Bảng 1.2: Các dịch chuyển SERS của Tetracycline và các dao động của liên kết
phân tử được quy gán [18,63]
(Kí hiệu υ: dao động dãn, δ: dao động uốn, : dao động uốn ngoài mặt phẳng, w:

dao động lắc ngoài mặt phẳng)

10


Dịch chuyển

Liên kết phân tử và

SERS (cm-1)

dạng dao động đƣợc quy gán

498

Xoắn và/hoặc uốn (của các vòng)

549/597

δ(amid-ONH)

719

w(amin-NH), v(CO6,12),γ(OH3,6,10,12,12a)

942/947

υ(CO3)

1060

υ(CO6,12)

1141/1060/1137
1170

υ(CO10)

1183

υ(CO3)

1249

υ(CO10)

1252

δ(CH4, 5a, 5, 5a), δ(CH10), δ(CH7, 8, 9), δ(OH12), υ(D)

1278

1314/1311

δ(CH4, 4a, 5a), δ(OH12), δ(amid-NH), υ(CO10), υ(CO3),
υ(CH7, 8, 9), υ(amid-NC), υ(C4aC5), υ(D)
υ(C9C10, C10C10a, C10aC11), υ(CO11, 12), υ(CO3),
δ(CH7,8,9)

1449/1450

δ(CH7, 8, 9), δ(OH12), υ(D), υ(CO10, CO11, CO12),

1480

δ(amid-CH3)

1573/1560
1590
1619/1617

δ(OH10, 12), υ(D), υ(C11aC12)
υ(CO1), υ(amid-CO), δ(amid-CNH), υ(CO3), υ(C2C3),
υ(OH10, 12), υ(amid-CO2)

b) Một số yếu tố ảnh hưởng đến phổ Raman của Tetracycyline

11


 Ảnh hưởng của các dẫn xuất khác nhau của Tetracycline
Trong hình 1.3 và 1.4, phổ Raman với bước sóng kích thích λkt = 1064nm
của tetracycline hydrochloride và một số dẫn suất khác trong dung dịch H2O và
D2O có tính axit được so sánh với phổ Raman tương ứng của vật liệu rắn [42].
Kết quả cho thấy phổ Raman của các hợp chất có nhiều điểm giống nhau
đúng như kỳ vọng do có sự tương đồng trong cấu trúc hóa học. Tuy nhiên, khi đi
vào chi tiết, ta có thể nhận ra sự dịch đỉnh khoảng 20 đến 30 cm-1 và/hoặc thay đổi
cường độ tỉ độ tỉ đối giữa các đỉnh. Các dao động tương ứng này do đó phải liên
quan đến chuyển động của các nguyên tử carbon C7, C6, C5 và các nguyên tử thuộc
các nhóm chức gắn với chúng (hình 1.1).

Một điểm thú vị khác khi so sánh hình 1.3 và hình 1.4 là sự thay đổi rõ rệt về
hình dạng phổ khi chuyển từ dung mơi sang dung môi H2O sang D2O (deuterated
solvent – dung môi có một hay nhiều nguyên tử hydro được thay thế bởi deuteri).
Biết các giá trị pKa của tetracycline, người ta kết luận rằng tại pD = 1, ba nguyên tử
hydro trong OH3, NH4 và OH12 (hình 1.1) được thay thế bằng deuteri. Trong phổ
Raman của các mẫu deuterated, ba đỉnh phổ có cường độ tỉ đối cao xuất hiện vào
khoảng 1443, 1512 và 1609 cm-1 . Chúng được đóng góp chính bởi dao động cục bộ
(local vibrations) OD, đồng thời cũng có một phần đóng góp đáng kể bởi các dao
động C – C trên bộ khung [42]. Một nguyên nhân khác dẫn đến sự khác biệt trong
dạng phổ dao động này cũng có thể được giải thích bởi các liên kết hydro (liên kết
deuteri) liên phân tử giữa dung mơi và các nhóm carbonyl và/hoặc nhóm hydroxyl.
Ngồi ra, tất cả các đỉnh được tìm thấy trong phổ của dung dịch tetracycline
đều có đỉnh tương ứng trong phổ của tinh thể rắn mặc dù chúng có cường độ tỉ đối
khác nhau. Điều này cho thấy rằng cấu trúc của Tetracycline trong cả hai thể rất
tương đồng, nhưng không giống hệt nhau. Theo đó, C. F. Leypold và các cộng sự
giả định rằng tương tác với tinh thể nước không phải là nguyên nhân chính dẫn đến
sự khác biệt [42].

12