Luận án Tiến sĩ Hóa học: Phân tích hàm lượng một số dạng crom, mangan trong lá chè trên địa bàn huyện Mộc Châu và huyện bắc yên tỉnh Sơn La

Chia sẻ: Dopamine Grabbi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:168

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài “Phân tích hàm lượng một số dạng crom, mangan trong lá chè trên địa bàn huyện Mộc Châu và huyện Bắc Yên tỉnh Sơn La” nhằm nghiên cứu có hệ thống phát triển phương pháp chiết điểm mù và bổ sung thêm những nghiên cứu về thành phần hóa học trong lá chè, qua đó góp phần đánh giá chất lượng chè trên địa bàn nghiên cứu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Hóa học: Phân tích hàm lượng một số dạng crom, mangan trong lá chè trên địa bàn huyện Mộc Châu và huyện bắc yên tỉnh Sơn La

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- LÊ SỸ BÌNH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ DẠNG CROM, MANGAN TRONG LÁ CHÈ TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN MỘC CHÂU VÀ HUYỆN BẮC YÊN TỈNH SƠN LA LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- LÊ SỸ BÌNH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ DẠNG CROM, MANGAN TRONG LÁ CHÈ TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN MỘC CHÂU VÀ HUYỆN BẮC YÊN TỈNH SƠN LA Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã Số: 9.44.01.18 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Vũ Đức Lợi 2. PGS.TS. Đào Văn Bảy Hà Nội - 2021
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Vũ Đức Lợi và PGS.TS. Đào Văn Bảy cùng sự cộng tác của các đồng nghiệp. Các kết quả nghiên cứu được thực hiện tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Trường Đại học Tây Bắc. Các số liệu và kết quả trong luận án này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ luận án nào khác. Tác giả luận án Lê Sỹ Bình i
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Vũ Đức Lợi và PGS.TS. Đào Văn Bảy đã tận tình hướng dẫn khoa học, chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập và thực hiện các nội dung nghiên cứu của luận án, đã cho em những lời khuyên bổ ích và động viên trong những lúc em gặp khó khăn và truyền cho em lòng say mê nghiên cứu khoa học. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, Lãnh đạo Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện về thời gian, cơ sở vật chất và hồ sơ thủ tục giúp em hoàn thành luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Tập thể Phòng Hóa phân tích - Viện Hóa học, TS. Phạm Gia Môn và ThS. Trịnh Hồng Quân và đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong phân tích mẫu phục vụ luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Trường Đại học Tây Bắc, Lãnh đạo Trung tâm Thực hành - Thí nghiệm, Trường Đại học Tây Bắc đã tạo điều kiện cho tôi được sử dụng máy móc thiết bị, cơ sở vật chất và thời gian trong suốt quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè, những người đã luôn bên cạnh chia sẻ, giúp đỡ và động viên lúc tôi khó khăn để tôi hoàn thành luận án này. Tác giả luận án Lê Sỹ Bình ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ..................................................................... xi KÝ HIỆU TỪ VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT ............................................................... xiii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 4 1.1. Giới thiệu về Mn, Cr ............................................................................................ 4 1.1.1. Giới thiệu về Mn ............................................................................................... 4 1.1.2. Giới thiệu về Cr ................................................................................................. 5 1.2. Giới thiệu chung về cây chè ................................................................................. 6 1.2.1. Nguồn gốc, đặc điểm và sự phân bố của cây chè ............................................. 6 1.2.2. Thành phần hoá học trong lá chè ...................................................................... 8 1.2.3. Công dụng của chè .......................................................................................... 12 1.3. Các kỹ thuật tách chiết Mn, Cr .......................................................................... 14 1.3.1. Chiết lỏng - lỏng.............................................................................................. 14 1.3.2. Điện di mao quản ............................................................................................ 15 1.3.3. Sắc ký rây phân tử ........................................................................................... 16 1.3.4. Chiết pha rắn ................................................................................................... 17 1.3.5. Sắc ký lỏng hiệu năng cao ............................................................................... 18 1.3.6. Chiết điểm mù ................................................................................................. 19 1.4. Các phương pháp phân tích Mn và Cr kết hợp với chiết điểm mù .................... 25 1.4.1. Phương pháp CPE – UV - Vis ........................................................................ 25 1.4.2. Phương pháp CPE - ICP - OES ....................................................................... 26 1.4.3. Phương pháp CPE - ICP - MS ........................................................................ 27 1.4.4. Phương pháp CPE – AAS ............................................................................... 28 1.5. Tình hình nghiên cứu chiết điểm mù ở Việt Nam ............................................. 31 1.6. Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu ........................ 33 1.6.1. Điều kiện tự nhiên ........................................................................................... 33 1.6.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................ 34 iii
CHƯƠNG 2. ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM.................. 37 2.1. Máy móc, thiết bị, hóa chất ................................................................................ 37 2.1.1. Máy móc, thiết bị ............................................................................................ 37 2.1.2. Hóa chất .......................................................................................................... 38 2.2. Vị trí, phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu .................................................. 39 2.2.1. Vị trí lấy mẫu .................................................................................................. 39 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu, sơ chế và bảo quản mẫu ............................................. 45 2.3. Khảo sát các điều kiện tối ưu phép chiết điểm mù Mn(II), Cr(III) và xây dựng quy trình CPE-AAS phân tích dạng Mn, Cr trong nước chè .................................... 45 2.3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu phép chiết điểm mù Mn(II), Cr(III) ................. 45 2.3.2. Phân tích hàm lượng tổng Mn, Cr trong lá chè và nước chè .......................... 46 2.3.3. Khảo sát các điều kiện tối ưu phân tích dạng Mn trong nước chè sử dụng CPE - FAAS ...................................................................................................................... 47 2.3.3.1. Khảo sát các điều kiện phân tích hàm lượng tổng Mn trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù ......................................................................................47 2.3.3.2. Khảo sát các điều kiện phân tích hàm lượng dạng Mn(II)- flavonoid trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù .............................................................48 2.3.4. Khảo sát các điều kiện tối ưu phân tích dạng Cr trong nước chè sử dụng CPE - GFAAS ................................................................................................................... 48 2.3.4.1. Khảo sát các điều kiện phân tích hàm lượng tổng Cr trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù ......................................................................................48 2.3.4.2. Khảo sát các điều kiện phân tích dạng Cr(III) trong nước chè ....................49 2.4. Xây dựng và đánh giá các đường chuẩn phân tích Mn, Cr ................................ 49 2.4.1. Đánh giá giới hạn chấp nhận của các đường chuẩn và tính giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) .......................................................................... 49 2.4.1.1. Đánh giá giới hạn chấp nhận của các đường chuẩn .....................................49 2.4.1.2. Tính giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) .......................50 2.4.2. Xây dựng và đánh giá các đường chuẩn phân tích tổng Mn, Cr ..................... 50 2.4.3. Xây dựng và đánh giá các đường chuẩn phân tích dạng Mn, Cr .................... 51 2.5. Các điều kiện đo Mn, Cr trên máy AAS ZEEnit 700 ........................................ 52 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 54 3.1. Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu và xây dựng quy trình phân tích dạng Mn, iv
Cr bằng phương pháp CPE-AAS .............................................................................. 54 3.1.1. Khảo sát đồng thời giá trị pH và loại chất tạo phức........................................ 54 3.1.1.1. Phép chiết điểm mù Mn(II) ..........................................................................54 3.1.1.2. Phép chiết điểm mù Cr(III) ..........................................................................57 3.1.2. Khảo sát nồng độ chất tạo phức 8 - hydroxyquinoline ................................... 60 3.1.2.1. Khảo sát nồng độ 8-HQ tối ưu đối với chiết điểm mù Mn(II) .....................60 3.1.2.2. Khảo sát nồng độ 8-HQ tối ưu đối với chiết điểm mù Cr(III) .....................61 3.1.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt ......................................... 63 3.1.3.1. Khảo sát chất hoạt động bề mặt đối với phép chiết Mn(II) .........................63 3.1.3.2. Khảo sát chất hoạt động bề mặt đối với phép chiết Cr(III) ..........................66 3.1.4. Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ ủ ...................................................................... 68 3.1.4.1. Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ ủ trong phép chiết Mn(II) ............................68 3.1.4.2. Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ ủ trong phép chiết Cr(III) ............................70 3.1.5. Khảo sát thời gian chiết ................................................................................... 71 3.1.5.1. Khảo sát thời gian chiết Mn(II) ....................................................................71 3.1.5.2. Khảo sát thời gian chiết Cr(III) ....................................................................72 3.1.6. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ NaCl ...................................................... 74 3.1.6.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ NaCl chiết điểm mù Mn(II) ...............74 3.1.6.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của lực ion đến chiết điểm mù Cr(III) ....................76 3.1.7. Khảo sát thời gian ly tâm ................................................................................ 77 3.1.7.1. Khảo sát thời gian ly tâm chiết điểm mù Mn(II) .........................................77 3.1.7.2. Khảo sát thời gian ly tâm chiết điểm mù Cr(III) ..........................................79 3.1.8. Khảo sát chất khử Cr(VI) thành Cr(III) .......................................................... 80 3.19. Khảo sát ảnh hưởng của các cation khác ......................................................... 83 3.1.10. Các điều kiện tối ưu cho phép chiết điểm mù Mn(II) và Cr(III) .................. 89 3.1.11. Đánh giá hiệu suất thu hồi của quy trình phân tích dạng Mn, Cr ................. 89 3.1.11.1. Hiệu suất thu hồi của quy trình CPE phân tích dạng Mn...........................89 3.1.11.2. Hiệu suất thu hồi của quy trình CPE phân tích dạng Cr ............................90 3.1.12. Kết quả xây dựng quy trình CPE-AAS phân tích dạng Mn, Cr .................... 90 3.1.12.1. Kết quả xây dựng quy trình phân tích tổng Mn trong nước chè ................90 3.1.12.2. Kết quả xây dựng quy trình phân tích dạng Mn(II)-flavonoid ..................91 3.1.12.3. Kết quả xây dựng quy trình phân tích tổng Cr trong nước chè..................92 v
3.1.12.4. Kết quả xây dựng quy trình phân tích dạng Cr(III) trong nước chè ..........93 3.2. Kết quả xây dựng các đường chuẩn xác định Mn, Cr ........................................ 94 3.2.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định tổng Mn trong lá chè ..................... 94 3.2.1.1. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của Mn ................................................94 3.2.1.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định tổng Mn trong lá chè ..................95 3.2.1.3. Kết quả đánh giá giới hạn chấp nhận của đường chuẩn xác định tổng Mn, kết quả tính LOD, LOQ ............................................................................................96 3.2.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định tổng Cr trong lá chè....................... 98 3.2.2.1. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của Cr .................................................98 3.2.2.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định tổng Cr trong lá chè....................98 3.2.2.3. Kết quả đánh giá giới hạn chấp nhận của đường chuẩn xác định tổng Cr, kết quả tính LOD, LOQ ..................................................................................................99 3.2.3. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định dạng Mn trong nước chè ............. 101 3.2.3.1. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính CPE-FAAS đối với Mn(II) ...............101 3.2.3.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn phân tích dạng Mn ..................................102 3.2.3.3. Kết quả đánh giá giới hạn chấp nhận của đường chuẩn CPE-FAAS phân tích dạng Mn, kết quả tính LOD, LOQ ..........................................................................103 3.2.4. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định dạng Cr trong nước chè ............... 105 3.2.4.1. Khảo sát khoảng tuyến tính CPE-FAAS đối với Cr(III) ............................105 3.2.4.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn CPE - GFAAS phân tích dạng Cr ...........106 3.2.4.3. Kết quả đánh giá giới hạn chấp nhận của đường chuẩn CPE-GFAAS phân tích Cr, kết quả tính LOD, LOQ .............................................................................107 3.3. Phân tích hàm lượng Mn, Cr trong mẫu chè .................................................... 109 3.3.1. Phân tích hàm lượng tổng Mn trong lá chè ................................................... 109 3.3.2. Phân tích hàm lượng tổng Cr trong lá chè .................................................... 112 3.3.3. Phân tích hàm lượng dạng Mn trong nước chè ............................................. 116 3.3.3.1. So sánh quy trình xử lý mẫu phân tích tổng Mn trong nước chè theo kỹ thuật vô cơ hóa và kỹ thuật chiết điểm mù .............................................................116 3.3.3.2. Phân tích hàm lượng tổng Mn trong nước chè...........................................116 3.3.3.3. Phân tích hàm lượng dạng Mn trong nước chè ..........................................120 3.3.4. Phân tích hàm lượng dạng Cr trong nước chè .............................................. 124 vi
3.3.4.1. So sánh quy trình xử lý mẫu phân tích tổng Cr trong nước chè theo kỹ thuật vô cơ hóa và kỹ thuật chiết điểm mù ......................................................................124 3.3.4.3. Phân tích hàm lượng tổng Cr trong nước chè ............................................124 3.3.4.3. Phân tích hàm lượng dạng Cr trong nước chè............................................128 KẾT LUẬN ............................................................................................................131 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 135 PHỤ LỤC…………………………………………………………………………148 vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Sản lượng chè của các nước trên thế giới ..................................................7 Bảng 1.2. Hàm lượng EGCG, ECG, EC, GA, caffeine trong 45 mẫu chè ............... 9 Bảng 1.3. Giá trị nhiệt độ điểm mù của một số chất hoạt động bề mặt ...................22 Bảng 1.4. Phương pháp CPE-FAAS xác định dạng Mn .......................................... 29 Bảng 1.5. Hàm lượng Mn trong một số mẫu chè Thái Nguyên ...............................32 Bảng 2.1. Vị trí thu các mẫu chè tại huyện Mộc Châu ............................................40 Bảng 2.2. Vị trí thu hái các mẫu chè tại xã Tà Xùa, huyện Bắc Yên ......................43 Bảng 2.3. Các điều kiện tối ưu phép đo FAAS đối với Mn .....................................52 Bảng 2.4. Các điều kiện đo phổ GFAAS của Cr...................................................... 53 Bảng 2.5. Chương trình nhiệt độ đo phổ GFAAS của Cr ........................................53 Bảng 3.1. Khảo sát đồng thời pH và chất tạo phức CPE Mn(II) .............................55 Bảng 3.2. Khảo sát đồng thời pH và chất tạo phức CPE Cr(III) ..............................58 Bảng 3.3. Sự ảnh hưởng của nồng độ 8-HQ đến hiệu suất chiết Mn(II) .................61 Bảng 3.4. Sự ảnh hưởng của nồng độ 8-HQ đến hiệu suất chiết Cr(III) .................62 Bảng 3.5. Ảnh hưởng nồng độ TX-100 và TX-114 đến hiệu suất chiết Mn(II) ...... 64 Bảng 3.6. Ảnh hưởng nồng độ TX-100 và TX-114 đến hiệu suất chiết Cr(III) ......66 Bảng 3.7. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến hiệu suất chiết Mn(II) ........................69 Bảng 3.8. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất chiết Cr(III) ............................70 Bảng 3.9. Sự ảnh hưởng của thời gian chiết đến hiệu suất chiết Mn(II) .................72 Bảng 3.10. Sự ảnh hưởng của thời gian chiết đến hiệu suất chiết Cr(III) ................73 Bảng 3.11. Sự ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến hiệu suất CPE Mn(II) ................75 Bảng 3.12. Sự ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến hiệu suất CPE Cr(III) .................76 Bảng 3.13. Sự ảnh hưởng của thời gian ly tâm đến hiệu suất CPE Mn(II) .............78 Bảng 3.14. Sự ảnh hưởng của thời gian ly tâm đến hiệu suất CPE Cr(III) ..............79 Bảng 3.15. Khảo sát khả năng khử Cr(VI) thành Cr(III) của NH2OH.HCl .............81 Bảng 3.16. Khảo sát khả năng khử Cr(VI) thành Cr(III) của C6H8O6 .....................82 Bảng 3.17. Sự ảnh hưởng của các cation Mg2+, Ca2+ đến CPE Mn(II) và Cr(III) ...84 Bảng 3.18. Sự ảnh hưởng của các cation Al3+, Zn2+ đến CPE Mn(II), Cr(III) ....... 85 Bảng 3.19. Sự ảnh hưởng của các ion Fe3+, Pb2+, Cu2+, Ni2+ ................................... 86 Bảng 3.20. Giới hạn nồng độ xen lấn của các cation đến CPE Mn(II) và Cr(III) ...87 viii
Bảng 3.21. Nồng độ của các nguyên tố Al3+, Zn2+, Fe3+, Pb2+, Cu2+, Ni2+ trong các mẫu chè nghiên cứu ..................................................................................................88 Bảng 3.22. Các điều kiện tối ưu cho phép chiết điểm mù Mn(II) và Cr(III) ..........89 Bảng 3.23. Hiệu suất thu hồi của quy trình chiết điểm mù Mn(II) ..........................89 Bảng 3.24. Hiệu suất thu hồi của quy trình chiết điểm mù Cr(III) ..........................90 Bảng 3.25. Khảo sát khoảng tuyến tính của Mn trong HNO3 1% ..........................94 Bảng 3.26. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ Mn ......................................95 Bảng 3.27. Độ chệch của các giá trị đo khỏi đường chuẩn phân tích tổng Mn .......96 Bảng 3.28. Độ hấp thụ và nồng độ tính của các dung dịch có cùng nồng độ .........97 Bảng 3.29. Khảo sát khoảng tuyến tính của Cr trong HNO3 0,5% ..........................98 Bảng 3.30. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ Cr ........................................99 Bảng 3.31. Độ chệch của các giá trị đo khỏi đường chuẩn phân tích tổng Cr .......100 Bảng 3.32. Độ hấp thụ và nồng độ tính của các dung dịch Cr 2,0 µg/L ................101 Bảng 3.33. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính CPE-FAAS đối với Mn(II) ........102 Bảng 3.34. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ Mn trong CPE ..................103 Bảng 3.35. Độ chệch của các giá trị đo khỏi đường chuẩn CPE-FAAS Mn .........104 Bảng 3.36. Độ hấp thụ và nồng độ tính của 14 dung dịch CPE Mn 0,1 mg/L ......105 Bảng 3.37. Khảo sát khoảng tuyến tính chiết điểm mù Cr(III) ..............................106 Bảng 3.38. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ Cr trong CPE ....................107 Bảng 3.39. Kết quả độ chệch của các giá trị đo khỏi đường chuẩn CPE Cr ..........108 Bảng 3.40. Độ hấp thụ và nồng độ tính của 14 dung dịch CPE Cr (2,0 µg/L) ......108 Bảng 3.41. Hàm lượng tổng Mn trong lá chè Tà Xùa ............................................109 Bảng 3.42. Hàm lượng tổng Mn trong lá chè Mộc Châu .......................................110 Bảng 3.43. So sánh hàm lượng tổng Mn trong lá chè trong một số nghiên cứu ....112 Bảng 3.44. Hàm lượng tổng Cr trong lá chè Tà Xùa .............................................113 Bảng 3.45. Hàm lượng tổng Cr trong lá chè Mộc Châu ........................................114 Bảng 3.46. So sánh hàm lượng tổng Cr trong lá chè trong một số nghiên cứu .....115 Bảng 3.47. So sánh kỹ thuật vô cơ hóa và chiết điểm mù phân tích tổng Mn trong nước chè ................................................................................................................. 116 Bảng 3.48. Hàm lượng tổng Mn trong nước chè Tà Xùa theo thời gian chiết ......117 Bảng 3.49. Hàm lượng tổng Mn trong nước chè Mộc Châu theo thời gian chiết .118 Bảng 3.50. Hàm lượng Mn trong nước chè của một số nghiên cứu ......................119 ix
Bảng 3.51. Kết quả phân tích hàm lượng dạng Mn trong nước chè Tà Xùa .........120 Bảng 3.52. Kết quả phân tích dạng Mn trong nước chè Mộc Châu .......................122 Bảng 3.53. So sánh kỹ thuật vô cơ hóa và chiết điểm mù phân tích tổng Cr trong nước chè .................................................................................................................124 Bảng 3.54. Hàm lượng Cr tổng chiết trong các mẫu nước chè Tà Xùa .................125 Bảng 3.55. Hàm lượng tổng Cr tổng chiết trong nước chè Mộc Châu ..................126 Bảng 3.56. Hàm lượng dạng Cr trong các mẫu nước chè Tà Xùa .........................128 Bảng 3.57. Hàm lượng dạng Cr trong các mẫu nước chè Mộc Châu ....................129 x
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Quá trình tạo mixen của chất hoạt động bề mặt............................................ 20 Hình 1.2. Tần suất sử dụng chất hoạt động bề mặt trong CPE ..................................... 21 Hình 1.3. Tần suất sử dụng tác nhân tạo phức trong CPE ............................................ 21 Hình 1.4. Quy trình chiết điểm mù xác định kim loại .................................................. 24 Hình 1.5. Tần suất sử dụng các phương pháp phân tích kết hợp với CPE ................... 25 Hình 2.1. Hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử tử AAS ZEEnit 700 ...................... 37 Hình 2.2. Thu hái mẫu chè tại huyện Mộc Châu .......................................................... 40 Hình 2.3. Bản đồ thu mẫu chè tại huyện Mộc Châu ..................................................... 41 Hình 2.4. Thu hái chè cổ thụ tại xã Tà Xùa, huyện Bắc Yên ....................................... 42 Hình 2.6. Sơ đồ phân tích hàm lượng tổng Mn, Cr trong lá chè ................................... 47 Hình 3.1. Sự ảnh hưởng của pH đối với CPE Mn(II) thuốc thử 8-HQ ......................... 56 Hình 3.2. Sự ảnh hưởng của pH đối với CPE Mn(II) thuốc thử PAN .......................... 56 Hình 3.3. Sự ảnh hưởng của pH đối với CPE Cr(III) thuốc thử 8-HQ ......................... 59 Hình 3.4. Sự ảnh hưởng của pH đối với CPE Cr(III) thuốc thử PAN .......................... 59 Hình 3.5. Sự ảnh hưởng của nồng độ 8-HQ đến hiệu suất chiết Mn(II) ....................... 61 Hình 3.6. Sự ảnh hưởng của nồng độ 8-HQ đến hiệu suất chiết Cr(III) ....................... 63 Hình 3.7. Sự ảnh hưởng của nồng độ TX-100 đến hiệu suất chiết Mn(II) ................... 64 Hình 3.8. Sự ảnh hưởng của nồng độ TX-114 đến hiệu suất chiết Mn(II) ................... 65 Hình 3.9. Sự ảnh hưởng của nồng độ TX-100 đến hiệu suất chiết Cr(III) ................... 67 Hình 3.10. Sự ảnh hưởng của nồng độ TX-114 đến hiệu suất chiết Cr(III) ................. 67 Hình 3.11. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất chiết Mn(II) ............................... 69 Hình 3.12. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất chiết Cr(III) ............................... 71 Hình 3.13. Sự ảnh hưởng của thời gian chiết đến hiệu suất chiết Mn(II) ..................... 72 Hình 3.14. Sự ảnh hưởng của thời gian chiết đến hiệu suất chiết Cr(III) ..................... 73 Hình 3.15. Sự ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến hiệu suất chiết Mn(II) .................... 75 Hình 3.16. Sự ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến hiệu suất chiết Cr(III) ...................... 77 Hình 3.17. Sự ảnh hưởng của thời gian ly tâm đến hiệu suất chiết Mn(II) ................. 78 Hình 3.18. Sự ảnh hưởng của thời gian ly tâm đến hiệu suất chiết Cr(III) ................... 80 Hình 3.19. Khả năng khử Cr(VI) thành Cr(III) của NH2OH.HCl ................................ 82 Hình 3.20. Khả năng khử Cr(VI) thành Cr(III) của C6H8O6 ......................................... 83 Hình 3.21. Sơ đồ quy trình CPE phân tích tổng Mn trong nước chè ............................ 91 Hình 3.22. Sơ đồ quy trình phân tích dạng Mn(II)-flavonoid trong nước chè ............. 92 Hình 3.23. Sơ đồ quy trình phân tích tổng Cr trong nước chè ...................................... 93 xi
Hình 3.24. Sơ đồ quy trình phân tích dạng Cr(III) trong nước chè .............................. 94 Hình 3.25. Khoảng tuyến tính của Mn trong môi trường HNO3 1% ............................ 95 Hình 3.26. Đường chuẩn xác định hàm lượng tổng Mn ............................................... 96 Hình 3.27. Khoảng tuyến tính của Cr trong môi trường HNO3 0,5% ........................... 98 Hình 3.28. Đường chuẩn xác định hàm lượng tổng Cr ................................................ 99 Hình 3.29. Khoảng tuyến tính CPE - FAAS đối với Mn(II) ....................................... 102 Hình 3.30. Đường chuẩn CPE xác định dạng Mn ....................................................... 103 Hình 3.31. Khoảng tuyến tính CPE - GFAAS đối với Cr(III) .................................... 106 Hình 3.32. Đường chuẩn CPE phân tích dạng Cr ....................................................... 107 Hình 3.33. Hàm lượng trung bình Mn trong lá chè Tà Xùa ........................................ 110 Hình 3.34. Hàm lượng trung bình Mn trong lá chè Mộc Châu ................................... 111 Hình 2.35. Hàm lượng trung bình Cr trong lá chè Tà Xùa ......................................... 113 Hình 3.36. Hàm lượng Cr trung bình trong các mẫu chè Mộc Châu .......................... 115 Hình 3.37. Hàm lượng tổng Mn trong nước chè Tà Xùa theo thời gian chiết ............ 117 Hình 3.38. Hàm lượng tổng Mn trong nước chè Mộc Châu theo thời gian chiết ....... 119 Hình 3.39. a) Biểu đồ sự phân bố dạng Mn trong các mẫu chè CT1, CT2 và TXA ... 121 Hình 3.39. b) Biểu đồ sự phân bố dạng Mn trong các mẫu chè TXC, BB và MV ..... 121 Hình 3.40. a) Biểu đồ sự phân bố dạng Mn trong các mẫu chè CĐ-NT, S89-NT, BM- PLvà SK-PL ................................................................................................................ 123 Hình 3.40. b) Biểu đồ sự phân bố dạng Mn trong các mẫu chè. BH1-TL, BH2-TL, TK7- CS và TK2-CS ............................................................................................................ 123 Hình 3.41. Hàm lượng tổng Cr trong nước chè Tà Xùa ............................................. 125 Hình 3.42. Hàm lượng tổng Cr trong nước chè Mộc Châu ........................................ 126 Hình 3.43. Biểu đồ sự phân bố dạng Cr trong các mẫu chè Tà Xùa ........................... 128 Hình 3.44. Biểu đồ sự phân bố dạng Cr trong các mẫu chè Mộc Châu ...................... 130 xii
KÝ HIỆU TỪ VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu chữ viết STT Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt tắt 1 LLE Liquid Liquid Extraction Chiết lỏng lỏng 2 SPE Solid Phase Extraction Chiết pha rắn 3 CE Capillary Electrophoresis Điện di mao quản Size exclusion 4 SEC Sắc ký rây phân tử chromatography Atomic Absorption 5 AAS Phổ hấp thụ nguyên tử Spectroscopy High Performance Liquid 6 HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao Chromatography 7 CPE Cloud Point Extraction Chiết điểm mù Ultraviolet-Visible Phổ tử ngoại – khả kiến 8 UV-Vis Spectroscopy (Phổ trắc quang) Flame Atomic Absorption Quang phổ hấp thụ nguyên tử 9 FAAS Spectroscopy ngọn lửa 10 HCL Hollow-Cathode Lamp Đèn catot rỗng Graphite Furnace Atomic Quang phổ hấp thụ nguyên tử 11 GFAAS Absorption Spectroscopy lò graphit Inductively Coupled Quang phổ phát xạ nguyên tử 12 ICP-OES Plasma Optical Emission nguồn plasma cao tần Spectrometry Inductively Coupled Phổ khối nguồn plasma cao 13 ICP-MS Plasma Mass Spectrometry tần 14 VCH Kỹ thuật vô cơ hóa 15 VCHU Kỹ thuật vô cơ hóa ướt Critical Micelle 16 CMC Nồng độ mixen tới hạn Concentration xiii
MỞ ĐẦU Chè là đồ uống được hơn bốn tỉ người trên Thế giới sử dụng vì nó có lợi cho sức khỏe. Uống chè có tác dụng ngăn ngừa các bệnh về tim mạch, cao huyết áp và ung thư. Hợp chất catechin trong chè xanh được cho có tác dụng ức chế sự sinh sản của gốc tự do (free radical) trong thành động mạch cũng như chống lại sự hình thành những cục máu đông [1, 2, 3]. Ngoài các thành phần hữu cơ, trong chè chứa nhiều ion kim loại tồn tại ở dạng liên kết với hợp chất hữu cơ và dạng tự do như: Ca, K, Mg, Na, Mn, Fe, Zn, Cu, Co, Cd, Cr, Ni, Pb, As, Mo, Al và một số kim loại khác [4, 5]. Tác dụng sinh học của Mn, Cr phụ thuộc vào dạng hóa học của nó. Trong nước chè, Mn tồn tại chủ yếu ở hai dạng Mn(II) – flavonoid và Mn(II) – tự do, Cr tồn tại hai dạng chính là Cr(III) và Cr(VI). Dạng Mn(II) – flavonoid có tác dụng sinh học tốt so với hơn dạng Mn(II) – tự do. Trong khi Cr(III) là dạng vi lượng cần thiết cho cơ thể còn dạng Cr(VI) gây độc hại đối với con người. Chính vì vậy, nếu chỉ xác định tổng hàm lượng crom và mangan trong chè là chưa đủ mà cần phải xác định dạng tồn tại của chúng. Phân tích dạng Mn, Cr trong chè có nhiều phương pháp: Sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối phổ khối nguồn plasma cảm ứng cao tần (HPLC-ICP-MS), sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối quang phổ hấp thụ nguyên tử (HPLC-AAS), sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối phổ phát xạ nguyên tử nguồn plasma cảm ứng cao tần (HPLC- ICP-OES). Tuy nhiên các phương pháp này sử dụng thiết bị đắt tiền, khó khăn để trang bị và sử dụng. Ngoài ra dạng của Mn, Cr được tách bằng kỹ thuật chiết lỏng – lỏng. Tuy nhiên kỹ thuật chiết lỏng - lỏng và định lượng bằng phương pháp thích hợp như AAS, ICP-MS,…Tuy nhiên kỹ thuật chiết lỏng – lỏng thường sử dụng lượng lớn các dung môi hữu cơ độc hại và gây ô nhiễm môi trường. Hiện nay các nhà khoa học phân tích đang hướng tới hoá học xanh sử dụng kỹ thuật chiết mới là kỹ thuật chiết điểm mù. Kỹ thuật chiết điểm mù (Cloud Point Extraction: CPE) có ưu điểm sử dụng lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt thân thiện với môi trường, hệ số làm giàu lớn, tiến hành đơn giản và tiết kiệm chi phí trong phân tích. Một số phương pháp được ứng dụng để định lượng Mn, Cr như: phổ trắc quang (UV-Vis), phân tích kích hoạt nơtron (NAA), quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phổ khối nguồn plasma cảm ứng cao tần (ICP-MS), phổ phát xạ nguyên tử 1
nguồn plasma cảm ứng cao tần (ICP-OES),… Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS là phương pháp có độ chọn lọc, độ nhạy cao, độ lặp lại tốt phù hợp phân tích Mn, Cr sau khi chiết điểm mù. Tỉnh Sơn La là vùng nguyên liệu chè lớn của vùng Tây Bắc Bộ, trong đó huyện Mộc Châu có vùng nguyên liệu chè khoảng 325ha và huyện Bắc Yên có khoảng 110 ha trồng chè. Chè Tà Xùa – Bắc Yên là loại chè cổ thụ, chất lượng chè ngon đã được nhiều người biết đến. Cho đến nay, ở nước ta chưa có công trình luận án nghiên cứu có hệ thống để xác định Mn, Cr trong chè ở Sơn La. Do vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài “Phân tích hàm lượng một số dạng crom, mangan trong lá chè trên địa bàn huyện Mộc Châu và huyện Bắc Yên tỉnh Sơn La” nhằm nghiên cứu có hệ thống phát triển phương pháp chiết điểm mù và bổ sung thêm những nghiên cứu về thành phần hóa học trong lá chè, qua đó góp phần đánh giá chất lượng chè trên địa bàn nghiên cứu. Mục tiêu của luận án: Phát triển kỹ thuật chiết điểm mù kết hợp với AAS để xây dựng phương pháp xác định một số dạng Mn và Cr trong nước chè. Ứng dụng phương pháp xây dựng được để xác định một số dạng Mn, Cr trong chè thu hái tại huyện Mộc Châu và Bắc Yên tỉnh Sơn La. Nhiệm vụ của luận án: - Phân tích hàm lượng Cr, Mn tổng số trong một số mẫu chè thu hái tại huyện Mộc Châu và huyện Bắc Yên tỉnh Sơn La. - Phát triển kỹ thuật chiết điểm mù kết hợp với AAS để xây dựng phương pháp xác định một số dạng Mn và Cr trong nước chè. - Ứng dụng phương pháp xây dựng được để xác định dạng Mn(II)-flavonoid và dạng Mn(II)-tự do trong nước chè. - Ứng dụng phương pháp xây dựng được để xác định dạng dạng Cr(III) và dạng Cr(VI) trong nước chè. Nội dung nghiên cứu của luận án: - Nghiên cứu, khảo sát các điều kiện tối ưu cho phép chiết điểm mù Mn, Cr như: chất tạo phức tối ưu (8-Hydroxyquinoline, 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol), nồng độ chất tạo phức, chất hoạt động bề mặt (Triton X-100, Triton X-114), nồng độ chất hoạt động bề mặt, pH, nồng độ chất điện ly, nhiệt độ ủ và thời gian ủ. 2
- Lựa chọn các điều kiện thích hợp đối với phép đo phổ AAS phân tích Mn, Cr. - Xây dựng và đánh giá các đường chuẩn xác định hàm lượng tổng Mn, Cr trong lá chè. Xây dựng đường chuẩn chiết điểm mù xác định dạng Mn, Cr trong nước chè, xác định LOD, LOQ. - Xác định hàm lượng Mn, Cr tổng số trong lá chè sử dụng phương pháp vô cơ hóa ướt và quang phổ hấp thụ nguyên tử. - Phân tích hàm lượng các dạng Mn(II)-flavonoid và Mn(II)-tự do, Cr(III) và Cr(VI) trong nước chè sử dụng kỹ thuật chiết điểm mù và quang phổ hấp thụ nguyên tử. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về Mn, Cr 1.1.1. Giới thiệu về Mn Mangan là nguyên tố hóa học ở vị trí ô 25, chu kì 4, nhóm VIIB trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học được J. G. Gahn phát hiện ra nguyên tố Mn năm 1774. Mangan là một trong những nguyên tố phong phú chiếm 0,1% vỏ trái đất và phân bố rộng rãi trong đất, trầm tích, đá, nước và vật liệu sinh học. Mangan có các trạng thái oxi hóa phổ biến là +2, +3, +4, +6 và +7, trong đó thái trạng thái oxi hóa +2 bền nhất. Hàm lượng mangan trung bình trong đất dao động trong khoảng 500 - 900 mg/kg và nồng độ trong nước biển dao động từ 0,1 đến 5 μg/L. Nước mặt có thể có hàm lượng mangan từ 1- 500 μg /L. Mức mangan trung bình trong nước uống dao động từ 5 đến 25 μg/L [6]. Các loại hạt, sô cô la, các sản phẩm từ ngũ cốc, động vật giáp xác và động vật thân mềm, đậu, và trái cây và các sản phẩm trái cây là nguồn Mn phong phú [7]. Đặc biệt trong lá chè hàm lượng Mn có thể lên tới vài trăm đến hàng nghìn mg/kg [8]. Mangan là một khoáng chất vi lượng có mặt với số lượng rất nhỏ trong cơ thể. Nó là một trong những chất dinh dưỡng quan trọng nhất cho sức khỏe con người. Cơ thể người trung bình chứa khoảng 12 mg Mn. Khoảng 43% Mn được tìm thấy trong hệ xương, phần còn lại tồn tại trong các mô mềm bao gồm gan, tuyến tụy, thận, não [9]. Mn giúp cơ thể hình thành mô liên kết, xương, các yếu tố đông máu, và hormone giới tính [9]. Ngoài ra mangan đóng một vai trò trong chuyển hóa carbohydrate, hấp thụ canxi, và điều chỉnh hàm lượng đường trong máu [10, 11]. Mangan cũng cần thiết cho chức năng não và thần kinh bình thường [12]. Mangan là một thành phần quan trọng của hệ thống enzyme, nó là một thành phần của chất chống oxy hóa giúp chống lại các gốc tự do [13]. Nhu cầu Mn đối với trẻ em từ 1 - 8 tuổi là 1,2 - 1,5 mg/ngày, đối với nam giới từ 9 - 18 tuổi là 1,9 - 2,2 mg/ngày, đối với nam giới trưởng thành là 2,3 mg/ngày. Nhu cầu Mn đối với nữ giới từ 9 -18 tuổi là 1,6 mg/ngày, đối với nữ giới trưởng thành là 1,8 mg/ngày, đối với người mang thai và cho con bú lần lượt là 2,0 mg/ngày và 2,6 mg/ngày [14]. Tuy vậy, Mn gây độc hại khi được hấp thụ ở nồng độ cao. Với con người, 4
mangan gây ra hội chứng manganism, gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, bao gồm các triệu chứng như đau đầu, mất ngủ, run chân tay, đi lại khó khăn, co thắt cơ mặt, tâm thần phân liệt và thậm chí ảo giác. Ngoài ra Mn còn gây độc hại tới gan (rối loạn chuyển hoá glucozơ), phổi, rối loạn nội tiết, tuyến giáp, hệ sinh dục. Nguồn chính của nhiễm độc Mn được xác định lâm sàng là do phơi nhiễm trong các công việc thường xuyên tiếp xúc với mangan ở nồng độ quá mức. Nhiễm độc thần kinh do hít phải Mn trong không khí đã được nghiên cứu ở những người khai thác mỏ MnO2, công nhân trong các nhà máy pin khô, công nhân sản xuất thép hoặc thợ hàn [15]. Trong nghiên cứu về 523 thợ hàn tại một số nhà máy ở Thành phố Thanh Đảo, tỉnh Sơn Đông, Trung Quốc cho thấy có mối tương quan đáng kể giữa những thợ hàn làm việc lâu năm một số bệnh mắc phải. Hàm lượng mangan trong không khí tại các nhà máy này trong khoảng 0,01 – 45 mg/m3, giá trị trung bình là 0,13 ± 0,1 mg/m3, với tiêu chuẩn của Trung Quốc là 0,15 mg/m3. Đáng chú ý nhất là phát hiện 19% thợ hàn làm việc từ 15 năm trở lên bị chứng run tay chân, so với 4% đối với các thợ hàn làm việc dưới 5 năm [16]. Ngoài ra, một số quốc gia bao gồm Hoa Kỳ, Canada, Argentina, Úc, Bulgaria, Pháp, Nga, New Zealand, Trung Quốc và Liên minh châu Âu đã chấp thuận sử dụng phụ gia nhiên liệu Methylcyclopentadienyl Mangan Tricarbonyl (MMT) trong xăng. Khí thải do đốt xăng chứa Mn làm ô nhiễm đất, bụi và thực vật gần đường và phát thải thêm Mn cho môi trường. Nước ngầm ở một số vùng có nồng độ Mn cao, gây độc hại cho con người và môi trường. 1.1.2. Giới thiệu về Cr Crom là nguyên tố hóa học ở vị trí ô 24, chu kì 4, nhóm VIB trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Năm 1797, Louis Nicolas Vauquelin nhận được các mẫu vật chứa quặng Crocoit. Ông đã sản xuất được CrO3, bằng cách cho quặng Crocoit phản ứng với HCl. Năm 1798, Vauquelin điều chế được kim loại crom bằng cách nung crom oxit với than củi. Crom là một kim loại cứng (độ cứng theo thang Mohs là 8,5), bề mặt bóng, màu xám thép với độ bóng cao và nhiệt độ nóng chảy cao. Các trạng thái oxi hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6, với +3 là ổn định nhất. Các trạng thái +1, +4 và +5 là khá hiếm. Các hợp chất của crom với trạng thái oxi hóa +6 là những chất có tính oxi hóa mạnh. Trong cơ thể người, crom tập trung ở gan, thận, lá lách, mô mềm và xương. 5