Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo sensor huỳnh quang xác định dư lượng Clenbuterol trong chăn nuôi

Chia sẻ: Dopamine Grabbi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:127

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm thiết lập qui trình chế tạo sensor huỳnh quang từ chấm lượng tử CdTe, CdS và graphen sử dụng hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang (FRET) có khả năng nhận biết Clenbuterol . Mời các bạn tham khảo nội dung đề tài!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo sensor huỳnh quang xác định dư lượng Clenbuterol trong chăn nuôi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Đào Văn Chƣơng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SENSOR HUỲNH QUANG XÁC ĐỊNH DƢ LƢỢNG CLENBUTEROL TRONG CHĂN NUÔI LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Hà Nội - Năm 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Đào Văn Chƣơng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SENSOR HUỲNH QUANG XÁC ĐỊNH DƢ LƢỢNG CLENBUTEROL TRONG CHĂN NUÔI Chuyên ngành : Kỹ thuật hóa học Mã số : 9520301 LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Chức danh, tên HD1 : PGS.TS Ngô Trịnh Tùng 2. Chức danh, tên HD2 : PGS.TS Dương Nghĩa Bang Hà Nội – Năm 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của tôi. Các số liệu kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Đào Văn Chƣơng
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, sự cảm phục và kính trọng tới PGS.TS Ngô Trịnh Tùng và PGS.TS Dương Nghĩa Bang là hai người Thầy đã tận tâm hướng dẫn khoa học, định hướng nghiên cứu, đóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện hóa học, Ban lãnh đạo Học Viện Khoa học và Công nghệ đã quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học và Công nghệ Bộ Công an, Ban lãnh đạo và toàn thể cán bộ chiến sĩ Trung tâm kiểm định đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thiện luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn quan tâm, khích lệ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án này. Tác giả luận án Đào Văn Chƣơng
iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT ........................................ vii DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................x DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................xi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................4 1.1. Chất tăng trọng CLB ............................................................................................4 1.1.1. Chất tăng trọng trong chăn nuôi ...................................................................4 1.1.2. Công thức hóa học và tính chất của CLB .....................................................6 1.1.3. Ứng dụng của CLB .......................................................................................6 1.1.4. Thực trạng sử dụng CLB trên thế giới và ở Việt Nam .................................7 1.1.4.1. Thực trạng sử dụng CLB trên thế giới ..................................................7 1.1.4.2. Thực trạng sử dụng CLB tại Việt Nam ................................................10 1.1.5. Tình hình nghiên cứu phát hiện CLB .........................................................13 1.1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................13 1.1.5.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước .......................................................15 1.1.6. Một số phương pháp phát hiện CLB ..........................................................19 1.1.6.1. Phương pháp khối phổ ........................................................................19 1.1.6.2. Phương pháp điện hóa ........................................................................21 1.1.6.3. Phương pháp quang học .....................................................................24 1.1.6.4. Phương pháp sinh học .........................................................................24 1.2. Chấm lượng tử....................................................................................................27 1.2.1. Tính chất của Qds .......................................................................................29 1.2.2. Một số phương pháp chế tạo GQds ............................................................ 31 1.2.2.1. Chế tạo GQds theo cách từ dưới lên ...................................................33 1.2.2.2 Chế tạo GQds theo cách từ trên xuống ................................................38 1.3. Hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang FRET ..........................40 1.3.1. Nguyên tắc ..................................................................................................40
iv 1.3.2. Cơ chế hoạt động của hiệu ứng FRET ........................................................42 1.3.2.1. Một số điều kiện cần phải được thỏa mãn để cho FRET xảy ra .........42 1.3.2.2. Phát hiện hiệu ứng FRET ....................................................................43 1.3.3. Ứng dụng hiệu ứng FRET và Qds chế tạo sensor huỳnh quang .................44 1.3.3.1. Ứng dụng hiệu ứng FRET và chấm lượng tử chế tạo sensor huỳnh quang xác định hàm lượng maltozơ .....................................................45 1.3.3.2. Ứng dụng hiệu ứng FRET và Qds chế tạo sensor huỳnh quang xác định DNA ..................................................................................................46 1.3.1.3. Ứng dụng hiệu ứng FRET và Qds chế tạo sensor huỳnh quang trong nghiên cứu enzym ..................................................................................47 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM .............................................................................49 2.1. Hóa chất .............................................................................................................49 2.2. Chế tạo sensor huỳnh quang dạng dung dịch xác định CLB dựa vào hiệu ứng FRET ..................................................................................................................49 2.2.1. Phản ứng diazo CLB ...................................................................................49 2.2.2. Phản ứng cộng hợp của diazo CLB với napthyletylen diamin (NED) .......50 2.2.3. Sensor huỳnh quang phát hiện CLB sử dụng Qds CdTe ............................ 50 2.2.4. Sensor huỳnh quang phát hiện CLB sử dụng Qds CdS .............................. 51 2.2.5. Tổng hợp GQds và chế tạo sensor huỳnh quang phát hiện CLB sử dụng GQds ............................................................................................................51 2.2.5.1. Tổng hợp GQds ...................................................................................51 2.2.5.2. Sensor huỳnh quang phát hiện CLB sử dụng GQds ............................ 51 2.3. Kỹ thuật đánh giá khả năng phát hiện CLB trong mẫu thực.............................. 52 2.3.1. Kỹ thuật đánh giá CLB bằng phương pháp sensor huỳnh quang sử dụng hiệu ứng FRET ............................................................................................. 53 2.3.2. Kỹ thuật đánh giá CLB bằng phương pháp ELISA ....................................54 2.3.3. Kỹ thuật đánh giá CLB bằng phương pháp HPLC/MS .............................. 58 2.4. Các phương pháp nghiên cứu .............................................................................59 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN .............................................................. 60 3.1. Khảo sát tính chất của các Qds ..........................................................................60 3.1.1. Tính chất của Qds CdTe .............................................................................60
v 3.1.2. Tính chất của Qds CdS ...............................................................................61 3.1.3. Tính chất của GQds ....................................................................................63 3.2. Nghiên cứu chế tạo sensor huỳnh quang xác định CLB sử dụng hiệu ứng FRET ...65 3.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của sensor huỳnh quang được chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET. ...........................................................................65 3.2.2. Nghiên cứu biến tính CLB tạo ‘khóa’ trong sensor ....................................66 3.2.2.1. Phản ứng diazo hóa CLB ....................................................................66 3.2.2.2. Phản ứng cộng hợp giữa DCL và ligand ............................................69 3.2.3 Đánh giá khả năng liên kết của NED với Qds .............................................71 3.2.3.1 Đánh giá khả năng tạo liên kết của NED với Qds CdTe .....................72 3.2.3.2 Đánh giá khả năng tạo liên kết của NED với Qds CdS .......................73 3.2.3.3 Đánh giá khả năng tạo liên kết của NED với GQds ............................ 74 3.3. Nghiên cứu hiệu ứng FRET của sensor chế tạo từ Qds khác nhau ....................76 3.3.1 Nghiên cứu hiệu ứng FRET của sensor được chế tạo từ Qds CdTe ............77 3.3.2 Nghiên cứu hiệu ứng FRET của sensor được chế tạo từ Qds CdS ..............78 3.3.3 Nghiên cứu hiệu ứng FRET của sensor được chế tạo từ GQds ...................80 3.4 Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang được chế tạo từ Qds CdTe, CdS, GQds sử dụng hiệu ứng FRET ..................................................82 3.4.1 Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang được chế tạo từ Qds CdTe có sử dụng hiệu ứng FRET. ......................................................82 3.4.2. Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang được chế tạo từ Qds CdS có sử dụng hiệu ứng FRET .........................................................84 3.4.3. Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang được chế tạo từ GQds có sử dụng hiệu ứng FRET .............................................................. 85 3.5. Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET trong mẫu thực ...........................................................87 3.5.1. Đánh giá khả năng xác định CLB của sensor trong mẫu thịt lợn ...............87 3.5.2. Đánh giá khả năng xác định CLB của sensor trong mẫu nội tạng lợn .......88 3.5.3. Đánh giá khả năng xác định CLB của sensor trong mẫu nước tiểu lợn .....89 3.5.4. Đánh giá khả năng xác định CLB của sensor trong mẫu thức ăn chăn nuôi ..............................................................................................................90
vi 3.6. So sánh khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET với phương pháp ELISA và HPLC/MS .................................92 3.6.1 So sánh khả năng xác định CLB bằng phương pháp huỳnh quang sử dụng sensor được chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET với phương pháp ELISA .........92 3.6.2 So sánh khả năng xác định CLB bằng phương pháp huỳnh quang sử dụng sensor được chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET với phương pháp HPLC/MS .............................................................................................................93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................98 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN.......................................................99 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ....................................................100 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................101
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT  k.t. : Bước sóng kích thích Antibody : Kháng thể ATP : Adenozin triphotphat BDMS : Tert-butyldimethylsilyl BRET : Truyền năng lượng cộng hưởng phát quang sinh học BSA : Albumine huyết thanh bò Cds : Sợi carbon CI : Ion hóa bằng tác nhân hóa học CLB – OVA : Clenbuterol – ovalbumin CLB, clen : Clenbuterol CPC : Cetylpyridinium clorua CRP : C-reactive protein CZTS : Copper zinc tin sulfide DCL : Diazo clenbuterol DHLA : Dihydrolipoic axit DNA : Deoxyribonucleic axit ECL : Electrochemiluminescent EDC : 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) cacbodiimide EDTA : Axit ethylnediamine-tetraacetic Eg : Năng lượng độ rộng vùng cấm EG : Graphite nở EGC : Graphen liên kết với ethylendiamin EI : Ion hóa bằng electron ELISA : Phương pháp xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết với enzym ESI : Ion hóa tia điện FE-SEM : Phương pháp hiển vi điện tử quét trường phát xạ FRET : Truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang FT-IR : Phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier
viii GCE : Bề mặt điện cực cacbon thủy tinh GC-MS : Sắc ký khí ghép khối phổ GNPs : Nano vàng GO : Graphen oxit GQds : Chấm lượng tử graphen HDA : Hexadecylamine HDDO : 1,2-hexadecanediol HPA : Hexylphoshonic axit HPLC-MS : Sắc ký lỏng ghép khối phổ HQ : Quang phổ huỳnh quang HR-TEM : Kính hiển vi điện tử độ phân giải cao HRP : Peroxidase cây cải ngựa IgG : Kháng thể dê kháng chuột IR : Phổ hồng ngoại LC : Sắc ký lỏng LC-MS-MS : Sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép đầu dò khối phổ LFA : Lateral flow assay MBP : Maitose binding protein MPA : axit 3-mercaptopropionic MPS : 3-mercapto-1-propansulfonic axit MRL : Giới hạn dư lượng tối đa MSA : Mercapto succinic axit MWNTs : Ống nano cacbon da lớp NDCL : Naphthyletylene diamine-diazo clenbuterol NED : N-(1-Naphthyl)ethylenediamine dihydrocloride NHS : N-hydroxysuccinimide ODE : 1-octadecene OM : Kính hiển vi quang học PBS : Đệm photphat, pH = 7,4 PL : Phổ phát huỳnh quang PLD : Lắng đọng xung laze
ix PMMA : Poly(methyl methacrylate) PXRD : Nhiễu xạ tia X với mẫu dạng bột Qds : Quantum dots Qds MIP- : Chấm lượng tử CdTe gắn polymer in phân tử CdTe QuEChERS : Quick, easy, cheap, effective, rugged and safe Quencher : Tín hiệu dập tắt huỳnh quang sal : Salbutamol SEM : Phương pháp hiển vi điện tử quét SPME : Vi phân đoạn pha rắn TACN : Tiêu chuẩn thức ăn chăn nuôi TBP : Tributylphosphine TEM : Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TOP/TOPO : Trioctyl phosphin/Trioctyl phosphin oxit UV-Vis : Phổ tử ngoại – khả kiến XRD : Phương pháp nhiễu xạ tia X HPLC/MS/MS : Sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép khối phổ UHPLC- : Sắc ký lỏng áp suất siêu cao hai lần khối phổ. MS/MS UPLC/MS/MS : Ultra performance liquid chromatography - mass spectrometer – mass spectrometer
x DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Họ β2- agonist .......................................................................................5 Bảng 1.2. Các chất cấm sử dụng trong chăn nuôi ở Việt Nam............................ 12 Bảng 1.3. So sánh tính chất của các chất huỳnh quang hữu cơ/protein và Qds ........30 Bảng 1.4. Bảng phân loại ba hướng chế tạo sensor thông dụng ..........................45 Bảng 2.1. Năng lượng phân mảnh của CLB ........................................................58 Bảng 3.1. So sánh GQds điều chế từ L-glutamic và QDs điều chế từ CA theo ........65 Bảng 3.2. Nồng độ CLB trong các mẫu sensor phát xạ huỳnh quang .................82 Bảng 3.3. So sánh khả năng phát hiện CLB của các sensor huỳnh quang chế tạo từ các Qds khác nhau ....................................................................86 Bảng 3.4. So sánh độ chính xác của mẫu thịt lợn ở các nồng độ khác nhau .......88 Bảng 3.5. So sánh độ chính xác của mẫu nội tạng lợn ở các nồng độ khác nhau ...89 Bảng 3.6. So sánh độ chính xác của mẫu nước tiểu ở các nồng độ khác nhau ...90 Bảng 3.7. So sánh độ chính xác của mẫu thức ăn ở các nồng độ khác nhau .......91 Bảng 3.8. Đặc điểm của bộ kít ELISA của Tecna-Ý dùng xác định CLB ..........92 Bảng 3.9. Độ chính xác của mẫu thức ăn ở các nồng độ khác nhau theo phương pháp ELISA............................................................................93 Bảng 3.10. So sánh độ chính xác của phương pháp sensor và phương pháp ELISA khi xác định dư lượng CLB trong mẫu thức ăn chăn nuôi ....93 Bảng 3.11. Nồng độ chuẩn của CLB khi tiến hành phân tích trên hệ thống HPLC/MS – Varian. ............................................................................95 Bảng 3.12 . Kết quả phân tích CLB trên hệ thống HPLC/MS/MS.........................96 Bảng 3.13. So sánh độ chính xác của phương pháp sensor và phương pháp HPLC/MS khi xác định dư lượng CLB trong mẫu thức ăn chăn nuôi ....97
xi DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Cấu trúc chung của họ β2-agonist ............................................................4 Hình 1.2. Công thức cấu tạo của CLB.....................................................................6 Hình 1.3. Bò và lợn được nuôi bằng thức ăn có chứa CLB ....................................8 Hình 1.4. Đoàn kiểm tra và lấy mẫu tại chợ đầu mối của thành phố Hồ Chí Minh ...11 Hình 1.5. Đoàn thanh tra, kiểm tra chất tăng trọng trong mẫu thức ăn chăn nuôi .....12 Hình 1.6. Quá trình chế tạo và cơ chế nhận biết của sensor ECL .........................23 Hình 1.7. Quá trình xử lý mẫu khi phân tích bằng phương pháp ELISA .............25 Hình 1.8. Các loại chấm lượng tử dạng lõi/vỏ ......................................................28 Hình 1.9. Hai cách cơ bản điều chế GQds ............................................................ 32 Hình 1.10. GQds được điều chế bằng cách nhiệt phân CA .....................................33 Hình 1.11. Quy trình chế tạo và tính chất của GQds đươc điều chế từ pyren.........34 Hình 1.12. Sự biến đổi màu sắc của GQds tại các giá trị pH khác nhau khi được điều chế từ 1,5-dinitronaphthalen .................................................34 Hình 1.13. Quy trình điều chế và khảo sát một số tính chất F-GQds .....................35 Hình 1.14. Quá trình chế tạo và kích thước của N-GQds được chế tạo từ TATB ........37 Hình 1.15. Chế tạo GQds bằng xúc tác kim loại .....................................................37 Hình 1.16. Chế tạo GQds pha tạp Flo .....................................................................40 Hình 1.17. Mô hình hiệu ứng FRET........................................................................41 Hình 1.18. Giản đồ Jablonski mô tả hiệu ứng FRET ..............................................42 Hình 1.19. Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của một cặp chất cho và nhận .........43 Hình 1.20. Quang phổ huỳnh quang của chất cho, chất nhận và dung dịch hỗn hợp của chất cho và chất nhận .............................................................. 44 Hình 1.21. Mô hình cơ chế hoạt động của sensor hiệu ứng FRET dùng Qds của Mauro .....................................................................................45 Hình 1.22. Mô hình và cơ chế hoạt động của sensor sinh học DNA nano Qds (a,b) và thiết bị kiểm tra (c) ..................................................................46 Hình 1.23. Sơ đồ cảm biến FRET cơ bản để phát hiện các protease hoạt động. (A) Quá trình FRET thông thường, (B) FRET sử dụng Qds. D và A là chất cho và chất nhận, tương ứng. .....................................................48 Hình 2.1. Phản ứng diazo hóa CLB ......................................................................50
xii Hình 2.2. Phản ứng cộng hợp giữa NED và DCL .................................................50 Hình 2.3. Sơ đồ sự hình thành GQds từ phản ứng nhiệt phân axit L-glutamic .....51 Hình 2.4. Quy trình xử lý mẫu thức ăn chăn nuôi .................................................52 Hình 2.5. Quy trình xử lý mẫu nước tiểu .............................................................. 53 Hình 2.6. Các hình ảnh đưa kít thử về nhiệt độ phòng ..........................................54 Hình 2.7. Chuẩn bị giếng thử ................................................................................55 Hình 2.8. Hình ảnh làm khô các giếng thử sau khi rửa .........................................55 Hình 2.9. Hình ảnh thao tác đưa dung dịch đệm màu vào giếng thử ....................56 Hình 2.10. Giai đoạn ủ mẫu.....................................................................................56 Hình 2.11. Hình ảnh hút dung dịch đệm kết thúc....................................................57 Hình 2.12. Chuẩn bị các mẫu dung dịch để đọc bước sóng trên máy đọc Elisa Reader.....57 Hình 3.1. Ảnh TEM của Qds CdTe trong dung dịch ............................................60 Hình 3.2. Phổ hấp thụ và phát xạ của Qds CdTe...................................................61 Hình 3.3. Ảnh TEM của Qds CdS .........................................................................62 Hình 3.4. Phổ hấp thụ (đường nét liền) và Phổ phát xạ (đường nét đứt) của Qds CdS .................................................................................................62 Hình 3.5. Hình ảnh HR-TEM của GQds ............................................................... 63 Hình 3.6. Phổ hấp thụ (1) và phát xạ (2) của GQds ..............................................64 Hình 3.7. Phổ hấp thụ (bên trái) và phát xạ (bên phải) của GQds được điều chế từ CA ......................................................................................................64 Hình 3.8. Cơ chế làm việc của sensor dựa vào hiệu ứng FRET sử dụng chấm lượng tử ..................................................................................................65 Hình 3.9. Cơ chế của phản ứng diazo hóa CLB ...................................................67 Hình 3.10. Phổ hấp thụ UV-Vis của CLB và DCL ở các độ pH khác nhau ...........67 Hình 3.11. Phổ hấp thụ UV-vis của diazo-CLB được tổng hợp ở các tỷ lệ CLB/NaNO2 khác nhau .........................................................................68 Hình 3.12. Phổ hấp thụ UV-Vis của liên hợp giữa DCL và NED được tổng hợp tại các độ pH khác nhau .................................................................69 Hình 3.13. Phổ hồng ngoại của muối diazo ............................................................ 70 Hình 3.14. So sánh phổ UV-Vis của CLB, DCL và NDCL ....................................71 Hình 3.15. Ảnh TEM của Qds CdTe (trái); CdTe-NED (phải)............................... 72 Hình 3.16. Phổ phát xạ của Qds CdTe và Qds CdTe sau khi gắn ligand NED .......73
xiii Hình 3.17. Ảnh TEM của Qds CdS (trái); CdS-NED (phải)...................................73 Hình 3.18. Phổ phát xạ của Qds CdS và Qds CdS sau khi gắn ligand NED ...........74 Hình 3.19. Ảnh TEM của GQds (trái); GQds-NED (phải) .....................................75 Hình 3.20. Phổ huỳnh quang của GQds và GQds gắn NED ...................................75 Hình 3.21. Phổ FTIR của GQds (a), hỗn hợp GQds – NED (b); hỗn hợp GQds, NED và DCL (c) ....................................................................................76 Hình 3.22. Phổ trùng chập của chất cho và chất nhận.............................................77 Hình 3.23. Phổ phát xạ của sensor được chế tạo từ Qds CdTe khi có và không có tổ hợp chất nhận với nồng dộ CLB 10-5M ........................................78 Hình 3.24. Sự trùng chập giữa phổ hấp thụ UV-vis của chất nhận và phổ phát xạ của chất cho Qds CdS .......................................................................79 Hình 3.25. Phổ thời gian sống huỳnh quang của chấm lượng tử CdS (1) và sensor với CLB ở các nồng độ 10-8 g/mL (2); 10-6 g/mL (3) ................79 Hình 3.26. Phổ phát xạ của sensor được chế tạo từ Qds CdS khi có và không có tổ hợp chất nhận với nồng độ CLB 10-5 M .......................................80 Hình 3.27. Sự chồng chập giữa phổ hấp thụ của chất nhận (1) và phổ phát xạ của chất cho GQds (2) ...........................................................................81 Hình 3.28. Phổ phát xạ của sensor được chế tạo từ GQds khi có và không có tổ hợp chất nhận với nồng độ CLB 10-5 M............................................81 Hình 3.29. Sự thay đổi cường độ huỳnh quang theo nồng độ CLB ........................83 Hình 3.30. Tương quan giữa nồng độ CLB (CCLB) với cường độ phát xạ của sensor ...83 Hình 3.31. Phổ phát xạ của mẫu sensor với CLB ở các nồng độ khác nhau ...........84 Hình 3.32. Đường tuyến tính giữa cường độ phát quang của mẫu sensor phụ thuộc vào log (CCLB, g/mL) ................................................................ 85 Hình 3.33. Phổ huỳnh quang của GQds trong sensor tại các nồng độ CLB khác nhau ....85 Hình 3.34. Mối quan hệ giữa cường độ phát quang của GQds với logarit nồng độ CLB ...................................................................................................86 Hình 3.35. Phổ phát xạ của sensor khi có mẫu thịt lợn đã được thêm chuẩn với các nồng độ khác nhau ..........................................................................88 Hình 3.36. Phổ phát xạ của sensor khi có mẫu nội tạng lợn đã được thêm chuẩn với các nồng độ khác nhau ..........................................................89 Hình 3.37. Phổ phát xạ của sensor khi có mẫu nước tiểu lợn đã được thêm chuẩn với các nồng độ khác nhau ..........................................................90
xiv Hình 3.38. Phổ phát xạ của sensor khi có mẫu thức ăn chăn nuôi đã được thêm chuẩn với các nồng độ khác nhau ..........................................................91 Hình 3.39. Phổ sắc ký của CLB ..............................................................................94 Hình 3.40. Phổ khổi chuẩn của CLB xác định ion sơ cấp .......................................94 Hình 3.41. Phổ khối chuẩn của CLB khi tiến hành phân mảnh ion sơ cấp .............95 Hình 3.42. Phổ khối của các mẫu chuẩn .................................................................96
1 MỞ ĐẦU Khi xã hội ngày càng phát triển thì vấn đề sức khoẻ của con người càng được chú trọng, trong đó vấn đề an toàn thực phẩm và vệ sinh môi trường được đặt lên hàng đầu vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của con người. Sự tồn dư của các chất độc hại có trong thực phẩm đang là vấn đề đáng lo ngại đối với người tiêu dùng. Hiện nay, vì lợi nhuận người chăn nuôi đã thêm các chất tăng trọng như clenbuterol (CLB), salbutamol (sal)… vào trong thức ăn để kích thích tăng trưởng, rút ngắn thời gian xuất chuồng. Các chất tăng trọng tồn dư trong thực phẩm khó bị phân hủy và bay hơi trong quá trình chế biến, nếu ăn phải có thể gây ngộ độc cấp với các triệu chứng: run cơ, đau tim, tim đập nhanh, tăng huyết áp, choáng váng, thậm chí tử vong. Vì vậy việc nghiên cứu xác định hàm lượng chất tăng trọng trong thực phẩm là vấn đề cần thiết đối với sức khoẻ cộng đồng. CLB là một chất thuộc họ β-agonist, ban đầu CLB được biết đến là thành phần quan trọng của thuốc điều trị một số bệnh có liên quan tới đường hô hấp như suyễn, hen suyễn, có tác dụng thông mũi và dãn phế quản do CLB có tác dụng làm dãn cơ trơn của cuống phổi. Tuy nhiên từ những năm 1980 đã có những nghiên cứu chỉ ra rằng trong chăn nuôi với việc sử dụng CLB ở liều lượng cao gấp nhiều lần điều trị bệnh thì có các tác dụng phụ như giảm khả năng tích lũy chất béo tăng tính lũy nạc, ức chế sự phát triển của xương và đặc biệt là có tốc độc tăng trưởng nhanh do đó thời gian chăn nuôi được rút ngắn lại, mang lại lợi nhuận cao cho người chăn nuôi. Bằng cách nào đấy CLB xâm nhập vào cơ thể con người ở liều lượng cao hơn mức quy định trong điều trị bệnh sẽ gây ra một số tác dụng phụ ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người, có biểu hiện như nôn, chóng mặt, suy thận cấp, ảnh hưởng tới hệ thần kinh ở một liều lượng quá cao có thể gây tử vong. CLB có thời gian bán hủy lâu do vậy tồn dư CLB trong vật nuôi khi xâm nhập vào cơ thể con người được cho là vô cùng nguy hiểm. Trên thế giới đã có nhiều vụ ngộ độc do sử dụng thực phẩm có chứa CLB, năm 2006 đã có trường hợp tử vong đầu tiên do ngộ độc thực phẩm có chứa CLB. Chính do những hậu quả to lớn của việc sử dụng chất tạo nạc một cách bất hợp pháp trong chăn nuôi, trên thế giới từ năm 1990 đã có những văn bản quy phạm rõ ràng, ban hành danh mục chất tạo nạc nghiêm cấm được sử dụng trong chăn nuôi, đã có những hình thức cũng như các biện pháp xử lý mạnh mẽ được áp dụng
2 trong đó có sử dụng tới hình thức khởi tố, phạt tù, phạt tiền. Mặc dù đã nghiêm cấm sử dụng cùng với việc áp dụng các hình thức sử phạt nặng song do những lợi ích kinh tế to lớn từ việc sử dụng một cách bất hợp pháp chất cấm CLB mang lại, điều này khiến cho một bộ phận không nhỏ người chăn nuôi vẫn đang lén lút sử dụng chất này trong chăn nuôi. Chính vì vậy đòi hỏi phải có phương pháp phù hợp phục vụ cho việc phát hiện tồn dư CLB trong thực phẩm cũng như trong hoạt động chăn nuôi là vô cùng cần thiết. Đã có nhiều phương pháp phân tích CLB được áp dụng, các phương pháp này chủ yếu dựa trên các sensor hiện có như MS, ECL, ELISA. Gần đây một công nghệ mới sử dụng chấm lượng tử đang được ứng dụng rộng rãi. CLB được được phát hiện tại phòng phân tích thức ăn và sản phẩm chăn nuôi thuộc Viện chăn nuôi bằng quy trình phân tích của nhà sản xuất bộ kít chuẩn CLB. Trung tâm dịch vụ phân tích và thí nghiệm thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu phương pháp phân tích CLB bằng phương pháp phân tích sắc ký khí ghép khối phổ GC/MS. Cục cảnh sát phòng chống tội phạm về môi trường hiện đang sử dụng phương pháp HPLC/MS để phát hiện CLB trong công tác phòng, chống tội phạm về vi phạm an toàn vệ sinh thực phẩm. Trên thế giới CLB được phát hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như ELISA, HPLC/MS, GC/MS, ECL.v.v. Hầu hết các phương pháp này đòi hỏi quá trình xử lý mẫu phức tạp và thời gian phân tích kéo dài. Chính vì vậy việc tìm ra một phương pháp mới tiết kiệm thời gian phân tích, có quy trình thực hiện đơn giản, phù hợp với khả năng đầu tư trang thiết bị, với điều kiện quản lý là vô cùng cần thiết. Chấm lượng tử (Qds) với nhiều tính chất vượt trội, hiện đang được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực quang học. Với các tính chất quang học đặc biệt như hiệu suất truyền quang cao, cường độ phát quang mạnh, hệ số dập tắt huỳnh quang cao, thời gian phát quang dài và có khả năng có hiệu ứng cộng hưởng huỳnh quang trong nhiều trường hợp. Chính do những đặc điểm đó từ những năm đầu của thế kỷ XX đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng Qds để chế tạo sensor quang học nhằm phát hiện, nhận biết và định lượng một số tác nhân, đặc biệt là các tác nhân hóa học và sinh học. Dựa trên nhu cầu thực tế của cơ quan quản lý, thực trạng sử dụng chất cấm CLB trong chăn nuôi và khả năng ứng dụng của Qds trong việc chế tạo sensor huỳnh quang, tôi đã lựa chọn đề tài luận án “Nghiên cứu chế tạo sensor huỳnh quang xác định dư lượng clenbuterol trong chăn nuôi”.
3 Nghiên cứu này giúp chỉ ra một cách thức mới, một phương pháp mới phục vụ công tác quản lý, phát hiện và kiểm soát các hoạt động vi phạm về việc sử dụng chất cấm CLB trong chăn nuôi. Mục tiêu nghiên cứu: Thiết lập qui trình chế tạo sensor huỳnh quang từ chấm lượng tử CdTe, CdS và graphen sử dụng hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang (FRET) có khả năng nhận biết CLB. Nội dung nghiên cứu: - Chế tạo sensor huỳnh quang sử dụng Qds bán dẫn. - Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang được chế tạo từ Qds CdS, CdTe và graphen sử dụng hiệu ứng FRET - Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET trong mẫu thực. - Đánh giá khả năng xác định CLB của phương pháp sensor huỳnh quang chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET với phương pháp ELISA và HPLC/MS
4 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Chất tăng trọng CLB 1.1.1. Chất tăng trọng trong chăn nuôi Chất tăng trọng hay chất tạo nạc là một hợp chất hóa học thuộc họ β- agonist được xếp vào loại chất độc cấm sử dụng trong chăn nuôi trên toàn thế giới. Họ β- agonist gồm 2 nhóm: - Nhóm β1- agonist: gồm các chất có tác dụng kích thích tim, được dùng để điều trị sốc tim, suy tim cấp tính như dobutamine, isoproterenol, xamoterol, epinephrine…. - Nhóm β2- agonist: Gồm các chất làm giãn cơ, được dùng để điều trị hen suyễn, bệnh phổi mãn tính: sal (salbuterol), CLB, ractopamin, epinephrin (thúc chín tố), fenoterol, formoterol, fsoproterenol (β1 và β2), metaproterenol, salmeterol, terbutalin, isoetarin, pirbuterol, procaterol, ritodrin, epinephrin. 1 R OH 2 R NH 5 R 3 R H 4 R Hình 1.1. Cấu trúc chung của họ β2-agonist [1,2] Tương ứng với các R1, R2, R3, R4, R5 là các chất β2- agonist khác nhau (Bảng 1.1). Trong những chất nêu ở Bảng 1.1 phía dưới thì sal, CLB và ractopamin là ba chất đứng đầu trong danh mục 18 chất kháng sinh, hóa chất bị cấm sử dụng trong chăn nuôi. Họ β- agonist là các hợp chất tổng hợp phenethanolamin được sử dụng như là một tác nhân dùng để trị các bệnh về hô hấp trong y học [1]. Chúng còn có tác dụng làm tăng hàm lượng protein, kích thích tăng trưởng nhờ quá trình chuyển hóa hàm lượng mỡ tích tụ thành các mô cơ ở vật nuôi [1,3]. Tuy nhiên, chúng lại gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người khi tiêu thụ những thức ăn có nguồn gốc từ động vật bị nhiễm các chất này, gây ra những vụ ngộ độc thực phẩm do sự tích tụ