Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Xác định đồng thời paracetamol và clopheninamin maleat trong thuốc Pamin , Detazofol, Slocol và Pacemin theo phương pháp trắc quang sử dụng thuật toán lọc Kalman

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm Xây dựng quy trình phân tích mẫu thuốc giảm đau - hạ sốt detazofol, slocol, pamin và pacemin từ đó đánh giá độ tin cậy của phương pháp thông qua việc tính toán độ đúng và độ lặp lại của phép đo. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Xác định đồng thời paracetamol và clopheninamin maleat trong thuốc Pamin , Detazofol, Slocol và Pacemin theo phương pháp trắc quang sử dụng thuật toán lọc Kalman

ĐẠI DANHHỌCMỤC THÁI CÁC NGUYÊN TỪ TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐOÀN THỊ THU THẢO XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI PARACETAMOL VÀ CLOPHENINAMIN MALEAT TRONG THUỐC PAMIN , DETAZOFOL, SLOCOL VÀ PACEMIN THEO PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG SƢ̉ DỤNG THUẬT TOÁN LỌC KALMAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - NĂM 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn THÁI NGUYÊN - NĂM 2012
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐOÀN THỊ THU THẢO XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI PARACETAMOL VÀ CLOPHENINAMIN MALEAT TRONG THUỐC PAMIN , DETAZOFOL, SLOCOL VÀ PACEMIN THEO PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG SƢ̉ DỤNG THUẬT TOÁN LỌC KALMAN Chuyên ngành: Hóa phân tí ch Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Hƣớng dẫn khoa học: TS. MAI XUÂN TRƢỜNG THÁI NGUYÊN - NĂM 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn THÁI NGUYÊN - NĂM 2012
LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Tiến sĩ Mai Xuân Trường đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này; Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau Đại học, các thầy cô trong Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Hóa, trường ĐHSP Thái Nguyên, các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em xin cảm ơn Sở Giáo dục và Đào tạo Tỉnh Cao Bằng, Lãnh đạo Trường CĐSP tỉnh Cao Bằng, tập thể giáo viên khoa Tự Nhiên trường CĐSP tỉnh Cao Bằng đã động viên và tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu luận văn này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 4 năm 2012 Tác giả Đoàn Thị Thu Thảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Lời cam đoan Tôi xin cam đoan: đề tài "Xác định đồng thời paracetamol và clopheninamin maleat trong thuốc Pamin , Detazofol, Slocol và Pacemin theo phương pháp trắc quang sử dụng thuật toán lọc Kalman " là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm. Thái nguyên, tháng 04 năm 2012 Tác giả luận văn Đoàn Thị Thu Thảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CỦA LUẬN VĂN Tiếng việt Tiếng Anh Viết tắt Paracetamon Paracetamol PAR Clopheninamin maleat Chlorpheniramine maleat CPM High Performance Liquid Sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC Chromatography Giới hạn phát hiện Limit Of Detection LOD Giới hạn định lượng Limit Of Quantitation LOQ Bình phương tối thiểu Least Squares LS Sai số tương đối Relative Error RE Độ lệch chuẩn Standard Deviation S hay SD Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
i MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục ................................................................................................................. i Danh mục các bảng ........................................................................................... iv Danh mục các hình ............................................................................................ vi MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 3 1.1. Các định luật cơ sở của sự hấp thụ quang ..................................... 3 1.1.1. Định luật Bughe - Lămbe - Bia ........................................................ 3 1.1.2. Định luật cộng tính ........................................................................... 3 1.1.3. Những nguyên nhân làm cho sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch không tuân theo định luật Bughe – Lămbe – Bia ...................................... 4 1.2. Một số phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử xác định đồng thời các cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ nhau ...................... 5 1.2.1. Phương pháp Vierordt ..................................................................... 5 1.2.2. Phương pháp bình phương tối thiểu ................................................. 6 1.2.3. Phương pháp phổ đạo hàm .............................................................. 8 1.2.4. Phương pháp mạng nơron nhân tạo ............................................... 10 1.2.5. Phương pháp lọc Kalman ............................................................... 12 1.3. Tổng quan về paracetamol, clopheninamin maleat và một số loại thuốc giảm đau, hạ sốt ................................................................ 13 1.3.1. Sơ lược về paracetamol .................................................................. 13 1.3.2. Sơ lược về clopheninamin maleat .................................................. 19 1.3.3. Một số loại chế phẩm chứa paracetamol và clopheninamin maleat trên thị trường hiện nay ................................................................ 23 1.4. Phương pháp xác định riêng paracetamol và clopheninamin maleat .. 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ii 1.4.1. Phương pháp xác định paracetamol .............................................. 25 1.4.2. Phương pháp xác định clopheninamin maleat. .............................. 26 Chƣơng 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 29 2.1. Nội dung nghiên cứu .................................................................. 29 2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................ 30 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu ................................................... 30 2.2.2. Phương pháp thực nghiệm ............................................................. 30 2.3. Đánh giá độ tin cậy của quy trình phân tích ................................ 30 2.3.1. Giới hạn phát hiện (LOD) ............................................................. 30 2.3.2. Giới hạn định lượng (LOQ) ........................................................... 30 2.3.3. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp ............................................ 30 2.3.4. Đánh giá kết quả phép phân tích theo thống kê ............................. 32 2.4. Thiết bị , dụng cụ và hoá chất ..................................................... 32 2.4.1. Thiết bị ........................................................................................... 32 2.4.2. Dụng cụ .......................................................................................... 32 2.4.3. Hóa chất ......................................................................................... 32 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................... 35 3.1. Khảo sát sơ bộ phổ hấp thụ phân tử của paracetamol và clopheninamin maleat .......................................................................... 35 3.2. Khảo sát sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của PAR và CPM vào pH . 36 3.3. Khảo sát sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của PAR và CPM theo thời gian ............................................................................................ 37 3.4. Khảo sát sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của paracetamol và clopheninamin maleat theo nhiệt độ ...................................................... 38 3.5. Kiểm tra tính cộng tính độ hấp thụ quang của dung dịch hỗn hợp PAR và CPM ...................................................................................... 40 3.6. Khảo sát sự ảnh hư ởng của tinh bột đến độ hấp thụ quang của PAR và. CPM 44 3.7. Khảo sát khoảng tuyến tính sự tuân theo định luật Bughe - Lămbe - Bia và xác định LOD, LOQ của dung dịch PAR, CPM ..................................... 46 3.7.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của PAR ............................................ 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iii 3.7.2. Xác định LOD và LOQ của PAR................................................... 48 3.7.3. Khảo sát khoảng tuyến tính của CPM ............................................ 48 3.7.4. Xác định LOD và LOQ của CPM .................................................. 49 3.8. Xác định hàm lượng của PAR và CPM trong hỗn hợp tự pha ..... 50 3.9. Xác định hàm lượng paracetamol và clopheninamin maleat trong các mẫu thuốc bán trên thị trường hiện nay .............................. 52 3.9.1. Đị nh lượng PAR và CPM trong thuốc viên nén Slocol............... 52 3.9.2. Đị nh lượng PAR và CPM trong thuốc viên nén Detazofol ......... 53 3.9.3. Đị nh lượng PAR và CPM trong thuốc viên nén Pamin................. 54 3.9.4. Đị nh lượng PAR và CPM trong thuốc viên nang Pacemin ......... 56 3.10. Đánh giá độ đúng của phép phân tí ch theo phương pháp thêm chuẩn .... 57 3.10.1. Độ thu hồi PAR và CPM trong thuốc viên nén Slocol ................ 57 3.10.2. Độ thu hồi PAR và CPM trong thuốc viên nén Detazofol .......... 59 3.10.3. Độ thu hồi PAR và CPM trong thuốc viên nén Pamin ................ 60 3.10.4. Độ thu hồi PAR và CPM trong thuốc viên nang Pacemin .......... 61 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iv DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 3.1. Độ hấp thụ quang của PAR và CPM ở các giá trị pH.................... 36 Bảng 3.2 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của PAR và CPM theo thời gian .. 37 Bảng 3.3. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của PAR và CPM theo nhiệt độ . 39 Bảng 3.4. Độ hấp thụ quang của PAR, CPM và hỗn hợp ở một số bước sóng (với tỉ lệ nồng độ PAR:CPM là 1:1)....................................... 41 Bảng 3.5. Độ hấp thụ quang của PAR, CPM và hỗn hợp ở một số bước sóng ( với tỉ lệ nồng độ PAR:CPM là 2:1) ...................................... 41 Bảng 3.6. Độ hấp thụ quang của PAR, CPM và hỗn hợp ở một số bước sóng (với tỉ lệ nồng độ PAR:CPM là 20:1) .................................... 42 Bảng 3.7. Độ hấp thụ quang của PAR, CPM và hỗn hợp ở một số bước sóng ( với tỉ lệ nồng độ PAR:CPM là 100:1).................................. 42 Bảng 3.8. Độ hấp thụ quang của PAR, CPM và hỗn hợp ở một số bước sóng (với tỉ lệ nồng độ PAR:CPM là 200:1).................................. 43 Bảng 3.9. Độ hấp thụ quang của PAR, CPM và hỗn hợp ở một số bước sóng (với tỉ lệ nồng độ PAR:CPM là 250:1) ................................... 43 Bảng 3.10. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của PAR và CPM theo hàm lượng tinh bột ............................................................................... 45 Bảng 3.11. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của PAR theo nồng độ ............ 47 Bảng 3.12. Kết quả xác định LOD và LOQ của PAR ..................................... 48 Bảng 3.13. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của CPM theo nồng độ............ 49 Bảng 3.14. Kết quả tính LOD và LOQ của CPM ............................................ 50 Bảng 3.15. Pha chế các dung dịch hỗn hợp PAR và CPM Khi hàm lượng CPM
v Bảng 3.18. Kết quả xác đị nh hàm lượng PAR và CPM trong thuốc Detazofol .......................................................................................... 54 Bảng 3.19. Kết quả xác đị nh hàm lượng PAR và CPM trong thuốc Pamin .. 55 Bảng 3.20. Kết quả xác đị nh hàm lượng PAR và CPM trong thuốc Pacemin ............................................................................................ 56 Bảng 3.21. Thành phần các dung dịch chuẩn PAR và CPM thêm vào dung dịch thuốc Slocol ............................................................................. 58 Bảng 3.22. Kết quả xác đị nh độ thu hồi PAR, CPM trong mẫu thuốc Slocol 58 Bảng 3.23. Thành phần các dung dịch chuẩn PAR và CPM thêm vào dung dịch thuốc Detazofol ........................................................................ 59 Bảng 3.24. Kết quả xác đị nh độ thu hồi PAR, CPM trong mẫu thuốc Detazofol .......................................................................................... 60 Bảng 3.25. Thành phần các dung dịch chuẩn PAR và CPM thêm vào dung dịch thuốc Pamin .............................................................................. 60 Bảng 3.26. Kết quả xác đị nh độ thu hồi PAR, CPM trong mẫu thuốc Pamin 61 Bảng 3.27. Thành phần các dung dịch chuẩn PAR và CPM thêm vào dung dịch thuốc Pacemin .......................................................................... 62 Bảng 3.28. Kết quả xác đị nh độ thu hồi PAR, CPM trong mẫu thuốc Pacemin ............................................................................................ 62 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1. Mô hì nh hoạt động của mạng nơron ........................................................... 11 Hình 1.2. Quá trình tổng hợp paracetamol ................................................................. 15 Hình 1.3. Các phản ứng trong chuyển hóa paracetamol . .......................................... 17 Hình 1.4. Quá trình tổng hợp clopheninamin maleat ................................................. 20 Hình 3.1. Phổ hấp thụ của dung dị ch chuẩn PAR (1) và CPM (2) ............................ 35 Hình 3.2. Phổ hấp thụ của dung dị ch chuẩn PAR(1) và CPM (2) ở các thời gian khác nhau sau khi pha................................................................................. 37 Hình 3.3. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của PAR(1) và CPM(2) theo thời gian .... 38 Hình 3.4. Phổ hấp thụ của dung dị ch chuẩn PAR(1) và CPM(2) ở các nhiệt độ khác nhau .................................................................................................... 39 Hình 3.5. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của PAR(1) và CPM(2) theo nhiệt độ ..... 39 Hình 3.6. Phổ hấp thụ của dung dịch chuẩn PAR(1) và CPM(2) trong dung dịch khi có hàm lượng tinh bột từ 2÷8 g/mL ................................................... 45 Hình 3.7. Phổ hấp thụ quang của PAR ở các nồng độ từ 0,1  40,0 (g/mL) ......... 46 Hình 3.8. Đường hồi quy tuyến tính biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng độ PAR (0,1  40 g/mL) ........................................... 47 Hình 3.9. Phổ hấp thụ quang của CPM ở các nồng độ từ 0,2  40 g/mL ............... 48 Hình 3.10. Đường hồi quy tuyến tính biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng độ CPM (0,2  40 g/mL) .......................................... 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, ở nước ta thị trường thuốc đang phát triển nhanh cả về sản xuất và kinh doanh. Trong số đó các thuốc đa thành phần đã và đang chiếm một tỉ lệ cao. Công tác kiểm nghiệm chất lượng sản phẩm, xác định thành phần của thuốc vừa đòi hỏi kỹ thuật chính xác hiện đại và vừa đòi hỏi ngày càng phải nhanh chóng hơn. Chính vì vậy, nhiều phương pháp có độ lặp và độ chính xác cao đã được ứng dụng như: Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử, phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử, phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) đây là phương pháp được sử dụng chủ yếu trong dược điển Việt Nam. Ưu điểm của phương pháp HPLC là khi định lượng các thuốc đa thành phần cho kết quả nhanh chóng và chính xác. Nhược điểm của phương pháp HPLC là Thiết bị đắt tiền, chi phí cho dung môi khá tốn kém. Phương pháp tách riêng các thành phần và định lượng riêng rẽ tốn nhiều thời gian và công sức, người thực hiện phải tiếp xúc với các dung môi hữu cơ độc hại [4]. Do đó phương pháp này chưa thật sự phổ biến. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử có nhiều ưu điểm hơn như sử dụng máy móc đơn giản, hóa chất phổ biến, thời gian phân tí ch nhanh, tiết kiệm được hóa chất...Tuy nhiên phương pháp phổ hấp thụ phân tử còn gặp nhiều khó khăn khi xác định đồng thời hỗn hợp nhiều cấu tử có phổ hấp thụ quang phân tử xen phủ nhau. Chính vì vậy việc định lượng đồng thời các chất mà không phải tách riêng từng chất ra khỏi hỗn hợp là một vấn đề đang rất được quan tâm hiện nay. Đã có nhiều công trình nghiên cứu theo phương pháp trắc quang để xác định đồng thời hỗn hợp nhiều cấu tử có phổ hấp thụ quang phân tử xen phủ nhau mà không phải tách chúng ra khỏi nhau như: phương pháp Vierordt, phương pháp sai phân, phương pháp phổ đạo hàm, phương pháp hồi quy, phương pháp bình phương tối thiểu, phương pháp lọc Kalman... Sử dụng phương pháp trắc quang dùng phổ toàn phần kết hợp với kỹ thuật tính toán và ứng dụng phần mềm máy tính đã bước đầu được nghiên cứu và cho nhiều ưu điểm: quy trình phân tích đơn giản, tốn ít thời gian, tiết kiệm hóa chất và đạt độ chính xác cao [1, 6, 8, 9, 20]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 Phép phân tích có thể dùng để kiểm tra hàm lượng các biệt dược một cách tương đối đơn giản và nhanh chóng. Xuất phát từ những lý do trên , chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu : "Xác định đồng thời paracetamol và clopheninamin maleat trong thuốc Pamin , Detazofol, Slocol và Pacemin theo phương pháp trắc quang sử dụng thuật toán lọc Kalman". Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu những nội dung sau: - Khảo sát trên toàn phổ từ 200 nm đến 900 nm để xác định bước sóng hấp thụ quang cực đại phù hợp khi quét phổ. - Tiến hành khảo sát sơ bộ phổ hấp thụ phân tử của PAR và CPM trong các dung môi có pH = 1 đến 11 để tìm dung môi thích hợp cho phép đo quang . - Khảo sát sự ổn định độ hấp thụ quang của PAR và CPM theo thời gian , nhiệt độ để lựa chọn khoảng thời gian và nhiệt độ thích hợp khi thực hiện các phép đo quang. - Khảo sát sự ảnh hưởng của tinh bột đến độ hấp thụ quang của PAR và CPM. - Kiểm tra tính cộng tính độ hấp thụ quang của hỗn hợp PAR và CPM trên toàn phổ. - Khảo sát khoảng tuyến tính của PAR và CPM từ đó xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ). - Xác định đồng thời PAR và CPM trong các mẫu tự pha chế. - Xây dựng quy trình phân tích mẫu thuốc giảm đau - hạ sốt detazofol, slocol, pamin và pacemin từ đó đánh giá độ tin cậy của phương pháp thông qua việc tính toán độ đúng và độ lặp lại của phép đo. - Định lượng đồng thời PAR và CPM trong mẫu thuốc detazofol, slocol, pamin và pacemin có trên thị trường. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp thông qua xác đị nh độ thu hồi (Rev) của PAR và CPM [1, 6, 8, 9, 20]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Các định luật cơ sở của sự hấp thụ quang 1.1.1. Định luật Bughe - Lămbe - Bia Khi chiếu một chùm tia sáng có năng lượng nhất đị nh vào một dung dịch chứa cấu tử hấp thụ ánh sáng thì cấu tử đó sẽ hấp thụ chọn lọc một số tia sáng . Độ hấp thụ quang của cấu tử tỷ lệ thuận với nồng độ của cấu tử trong dung dịch và bề dày lớp dung dịch mà ánh sáng truyền qua [7, 13]. Phương trình toán học biểu diễn định luật Bughe - Lămbe - Bia A = . b. C (1.1) Trong đó : A: độ hấp thụ quang của cấu tử ở bước sóng . (A không có thứ nguyên) : hệ số hấp thụ mol phân tử của cấu tử tại bước sóng . b: bề dày lớp dung dịch (cm). C: nồng độ của cấu tử trong dung dịch (mol/lit). 1.1.2. Định luật cộng tính Định luật cộng tính là một sự bổ sung quan trọng cho các định luật Bughe- Lămbe- Bia. Định luật cộng tính là cơ sở định lượng cho việc xác định nồng độ của hệ trắc quang nhiều cấu tử. Bản chất của định luật cộng tính là sự độc lập của đại lượng độ hấp thụ quang của một chất riêng biệt khi có mặt của các chất khác có sự hấp thụ ánh sáng riêng. Biểu diễn tính cộng tính về độ hấp thụ quang của dung dịch hỗn hợp chứa n cấu tử tại bước sóng  bằng phương trình toán học: n A λ =A1,λ +A 2,λ +...+Ai,λ +...+A n,λ =  Ai,λ (1.2) i=1 Trong đó : A: độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch hỗn hợp chứa n cấu tử ở bước sóng . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4 A i,: độ hấp thụ ánh sáng của cấu tử thứ i ở bước sóng  ; n là số cấu tử hấp thụ ánh sáng có trong hỗn hợp ; với i = 1  n. Từ (1.1) có thể viết lại phương trình (1.2) như sau : n A λ = ε1,λ .b.C1 +ε 2,λ .b.C2 +...+ε n,λ .b.Cn =  ε i,λ .b.Ci (1.3) i=1 Định luật cộng tính được phát biểu như sau: “Ở một bước sóng đã cho độ hấp thụ quang của một hỗn hợp các cấu tử không tương tác hóa học với nhau bằng tổng độ hấp thụ quang của các cấu tử riêng biệt ở cùng bước sóng này”. 1.1.3. Những nguyên nhân làm cho sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch không tuân theo định luật Bughe – Lămbe – Bia Xuất phát từ biểu thức của định luật hấp thụ quang A= f(, b, C) nghĩa là độ hấp thụ quang A là hàm số của ba biến:  (bước sóng của chùm sáng chiếu qua dung dị ch), b (bề dày lớp dung dịch ) và C (nồng độ chất: mol/lit). Do đó mọi sự sai lệch của các tham số này đều có thể đưa đến làm sai lệch quy luật hấp thụ quang , gây sai số cho phép đo độ hấp thụ quang của chất, bao gồm: - Chùm sáng chiếu qua dung dị ch không hoàn toàn đơn sắc . - Các điều kiện đo quang như: bề dày cu vét, độ trong suốt của bề mặt cu vét không thật đồng nhất, bề mặt cu vét gây các hiện tượng quang học phụ như tán xạ, hấp thụ... - Sự có mặt của các chất điện giải lạ trong dung dịch màu làm biến dạng các phần tử hoặc các ion phức màu làm ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của các tiểu phân hấp thụ ánh sáng. - Hiệu ứng solvat hóa: Sự solvat hóa (hay hydrat hóa) làm giảm nồng độ các phần tử dung môi tự do, do đó làm thay đổi nồng độ của dung dịch màu và làm ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu. - Hiệu ứng liên hợp: Trong một số trường hợp có sự tương tác của chính các tiểu phân hấp thụ ánh sáng để tạo ra các tiểu phân polime làm thay đổi nồng độ hợp chất màu. - Ảnh hưởng pH của dung dịch: Sự thay đổi nồng độ của ion H+ (tức thay đổi pH) của dung dịch sẽ ảnh hưởng đến sự tuân theo định luật Bughe – Lămbe – Bia theo các trường hợp sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 + Thuốc thử có đặc tính axit: Sự thay đổi nồng độ ion H+ làm chuyển dịch cân bằng tạo thành chất màu. + Thay đổi pH kéo theo sự thay đổi thành phần hợp chất màu. + Khi tăng pH phức màu có thể bị phân hủy do sự tạo thành phức hydroxo. + Dưới ảnh hưởng của ion H+ trạng thái tồn tại và màu của dung dịch cũng thay đổi. - Ảnh hưởng của sự pha loãng dung dịch phức màu: Khi pha loãng các dung dịch phức màu sẽ gây ra sự lệch khỏi định luật Bughe – Lămbe – Bia. - Nhiệt độ môi trường và dung dịch đo phổ trong cu vét là không hằng định suốt trong thời gian đo. Vì trong một mức độ nhất định độ hấp thụ quang A phụ thuộc vào nhiệt độ. 1.2. Một số phƣơng pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử xác định đồng thời các cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ nhau Cơ sở của các phương pháp này là dựa vào biểu thức của định luật Bughe - Lămbe - Bia, kết hợp với một số phương pháp tí nh toán khác để xác định đồng thời các cấu tử có trong hỗn hợp. 1.2.1. Phương pháp Vierordt Phương pháp Vierordt hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong phân tích hỗn hợp các chất hữu cơ, dược phẩm và hỗn hợp các chất màu. Phương pháp Vierordt chủ yếu được dùng với các hệ có từ hai đến ba cấu tử mà độ hấp thụ quang của các cấu tử đó xen phủ nhau không nhiều. Điều kiện để áp dụng phương pháp này là độ hấp thụ quang củ a các cấu tử trong hỗn hợp phải tuân theo định luật Bughe - Lămbe - Bia và thoả mãn tính cộng tính. Để xác định nồng độ của các cấu tử trong hỗn hợp, lần đầu tiên Vierordt đã đo độ hấp thụ quang của dung dịch hỗn hợp ở các bước sóng khác nhau, sau đó thiết lập hệ phương trình bậc nhất mà số phương trình bằng số ẩn số (số cấu tử trong hỗn hợp), giải hệ phương trình này sẽ tính được nồng độ của các cấu tử. Với hỗn hợp chứa n cấu tử ta cần phải lập hệ n phương trình n ẩn. Hệ phương trình này được thiết lập bằng cách đo độ hấp thụ quang của hỗn hợp ở n bước sóng khác nhau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 A(1) = 11bC1 + 21bC2 + . . . + i1bCi + . . . + n1bCn A(2) = 12bC1 + 22bC2 + . . . + i2bCi + . . . + n2bCn ... ... ... ... ... ... ... ... ... A(n) = 1nbC1 + 2nbC2 + . . . + inbCi + . . . + nnbCn (1.4) Trong đó : A(1), A(2),..., A(n): Độ hấp thụ quang của hỗn hợp ở bước sóng 1, bước sóng 2 , . . .và bước sóng n. in: hệ số hấp thụ mol phân tử của cấu tử i tại bước sóng n (được xác định bằng cách đo độ hấp thụ quang của dung dịch chỉ chứa cấu tử i ở bước sóng n). b: bề dày lớp dung dịch (cm). Ci: nồng độ của cấu tử thứ i trong hỗn hợp (mol/lit). Với i, j = 1 n. Giải hệ n phương trình với n ẩn số là C 1, C2... Cn sẽ tìm được nồng độ của các cấu tử. Phương pháp Vierordt chủ yếu được vận dụng để tìm cách giải hệ phương trình như: giải bằng đồ thị, giải bằng ma trận vuông, phương pháp khử Gauss, . . .để xác định nồng độ của mỗi cấu tử. Phương pháp Vierordt đơn giản, dễ thực hiện nhưng chỉ áp dụng được khi số cấu tử trong dung dịch hỗn hợp ít, phổ hấp thụ quang phân tử xen phủ nhau không nhiều, tính chất cộng tính độ hấp thụ quang được thoả mãn nghiêm ngặt, thiết bị đo quang tốt thì phương pháp cho kết quả khá chính xác. Đối với hệ nhiều cấu tử, đặc biệt là khi phổ của các cấu tử xen phủ nhau nhiều, tính chất cộng tính độ hấp thụ quang không được thoả mãn nghiêm ngặt, thiết bị đo có độ chính xác không cao thì phương pháp không chính xác và có sai số lớn [1, 8, 20]. 1.2.2. Phương pháp bình phương tối thiểu Phương pháp bình phương tối thiểu được ứng dụng trong việc phân tích các hệ phức tạp có phổ hấp thụ phân tử của các cấu tử xen phủ nhau nhiều. Nguyên tắc của phương pháp bình phương tối thiểu cho hệ đa biến là áp dụng định luật Bughe - Lămbe - Bia và tính chất cộng tính của độ hấp thụ quang để thiết lập số phương trình lớn hơn nhiều số cấu tử trong hỗn hợp. Trong hệ n cấu tử thoả mãn định luật Bughe - Lămbe - Bia và tính chất cộng tính độ hấp thụ quang ta có: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 n A = 1bC1 + 2bC2 + . . . + nbCn =  k .C i=1 i i (1.5) Sau khi quét phổ ở m bước sóng, nếu m = n thì ta sẽ lập được hệ phương trình tuyến tính n ẩn số (phương pháp Vierordt), nếu m > n thì ta sẽ lập được hệ mà số phương trình nhiều hơn số ẩn số: A1 = 11bC1 + 21bC2 + . . . + n1bCn A2 = 12bC1 + 22bC2 + . . . + n2bCn Am = 1mbC1 + 2mbC2 + . . . + nmbCn (1.6) Một cách tổng quát có thể viết lại hệ phương trình (1.6) là: n Aj =  ε .b.C i=1 ij i (1.7) với Aj là độ hấp thụ quang của hỗn hợp ở bước sóng j. ij: hệ số hấp thụ mol phân tử của cấu tử i ở bước sóng j. b: bề dày lớp dung dịch (cm). Ci: nồng độ của cấu tử i (mol/ lit). Với i = 1  n; j =1  m. Vì ở bước sóng j thì ij và b không đổi nên đặt ij.b = K, phương trình (1.7) được viết lại dưới dạng ma trận: A = K.C (1.8) Với A là véc tơ độ hấp thụ quang có m hàng, 1 cột. C là véc tơ nồng độ của các cấu tử có 1 hàng, n cột. K là ma trận m hàng, n cột của hệ số hấp thụ mol phân tử. Ma trận hệ số hấp thụ K được tính: A AC' K= = (1.9) C CC' Dựa vào các giá trị độ hấp thụ quang A0 và các hằng số K, nồng độ của các cấu tử cần phân tích C0 trong các mẫu được tính theo phương trình: A 0 A 0 K' C0 = = với m > n (1.10) K KK' Trong đó: C’, K’ là ma trận chuyển vị của ma trận C và ma trận K. C0, A0 là véc tơ của nồng độ mẫu và của độ hấp thụ quang chuẩn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 Phương pháp bình phương tối thiểu có thể sử dụng toàn bộ số liệu đo phổ để lập ra hệ m phương trình n ẩn số (m > n). Quá trình biến đổi ma trận theo nguyên tắc của phép bình phương tối thiểu sẽ mắc sai số nhỏ nhất, do đó nâng cao độ chính xác của phép xác định. Cho phép sử dụng máy tính hỗ trợ trong việc nhập dữ liệu từ kết quả của máy đo và giải hệ phương trình cho kết quả nhanh chóng chính xác. Hạn chế: Để phân tích, cần phải biết thành phần định tính của hỗn hợp, trường hợp chưa biết rõ thành phần của hỗn hợp hoặc các cấu tử có sự tương tác với nhau làm thay đổi hệ số hấp thụ mol phân tử của từng cấu tử thì không thể áp dụng được vì sai số sẽ rất lớn. Về nguyên tắc, có thể sử dụng phổ toàn phần để lập m phương trình n ẩn (với m > n trong đó m là số bước sóng đo quang, n là số cấu tử trong hỗn hợp). Tuy nhiên phương pháp không chỉ rõ giới hạn dùng những bước sóng có độ hấp thụ quang A như thế nào cũng như số lượng cấu tử trong hỗn hợp tối đa là bao nhiêu thì kết quả mới chính xác [1, 19, 20]. 1.2.3. Phương pháp phổ đạo hàm Phương pháp phổ đạo hàm được ứng dụng trong phân tích hỗn hợp các chất vô cơ, hữu cơ và đặc biệt là các chế phẩm dược dụng. Nguyên tắc của phương pháp: Độ hấp thụ quang của các cấu tử là hàm của độ dài bước sóng của ánh sáng tới A = f(). Phương trình toán học biểu diễn phổ đạo hàm của độ hấp thụ quang theo bước sóng  như sau: dA Đạo hàm bậc 1 của độ hấp thụ quang: A1λ = = f , λ dλ d2A Đạo hàm bậc 2 của độ hấp thụ quang: A 2λ = 2 = f ,,  λ  dλ ... ... ... ... ... ... ... ... ... dn A Đạo hàm bậc n của độ hấp thụ quang: A nλ  = = f (n)  λ  (1.11) dλ n Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9 Theo định luật Bughe - Lămbe - Bia ta có: A  0λ = A = .b.C C và b là hằng số, không phụ thuộc vào bước sóng  ta có: dA dε A λ = 1 = b.C dλ dλ d2A d 2ε A λ 2 = 2 =b.C 2 dλ dλ ... ... ... dn A dnε A nλ  = = b.C (1.12) dλ n dλ n Độ hấp thụ quang của dung dịch có tính cộng tính nên: A nλ  hon hop = A λn Cau tu 1 + A λn Cau tu 2 + ... +A λn  Cau tu n (1.13) Để tính đạo hàm tại bước sóng  người ta chọn một cửa sổ  n điểm số liệu từ phổ bậc 0 và một đa thức hồi quy được tính bằng phương pháp bình phương tối thiểu. Đa thức này có dạng: A = a0 + a1. + a2.2 + . . . + ak.k (1.14) Các hệ số a0, a1, . . ak tại mỗi bước sóng tương ứng là các giá trị đạo hàm bậc 0, 1, 2, . . .k. Để có phổ đạo hàm đối với tập số liệu phổ bậc không, đầu tiên ta phải sử dụng phương pháp hồi quy bình phương tối thiểu để tìm được hàm hồi quy là đa thức bậc cao. Sau đó lấy đạo hàm của hàm này ta sẽ được các phổ đạo hàm. Như vậy, dùng phương pháp phổ đạo hàm có thể tách phổ gần trùng nhau thành những phổ mới và khi đó ta có thể chọn được những bước sóng mà tại đó chỉ có duy nhất 1 cấu tử hấp thụ quang còn các cấu tử khác không hấp thụ, nhờ đó mà có thể xác định được từng chất trong hỗn hợp. Bằng toán học, người ta xây dựng được phần mềm khi đo phổ của dung dịch hỗn hợp có thể ghi ngay được phổ đạo hàm các bậc của phổ đó. Căn cứ vào các giá trị phổ đạo hàm ta lựa chọn được bước sóng xác định đối với từng cấu tử, với hàm A = f(), khi bậc đạo hàm của hàm A càng cao thì các đỉnh cực đại hấp thụ của các chất càng cách xa nhau, tức là độ phân giải tốt nhưng cường độ hấp thụ giảm đi nên độ nhạy của phép xác định cũng bị giảm theo. Do đó trong thực tế, không nên chọn bậc đạo hàm quá cao mà chỉ nên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn