intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam - Số 1B năm 2018

Chia sẻ: Thienthien Thienthien | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST
Báo xấu
31
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tạp chí giới thiệu đến các bạn một số bài viết như: nghiên cứu sự thay đổi tính chất từ trong hệ hợp chất La2/3Pb1/3MnO3 khi thay thế Co cho Mn; nghiên cứu cấu trúc electron của cluster ScSi4 −/0 bằng phương pháp đa cấu hình CASSCF/CASPT2; ứng dụng phương pháp SDS-PAGE trong nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng SDS đến khả năng chiết protein trong gạo...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam - Số 1B năm 2018

  1. Khoa học Tự nhiên Nghiên cứu sự thay đổi tính chất từ trong hệ hợp chất La2/3Pb1/3MnO3 khi thay thế Co cho Mn Vũ Văn Khải1*, Nguyễn Huy Sinh2,3, Phạm Thế Tân2, Chu Văn Tuấn2 1 Khoa Cơ khí xây dựng, Trường Đại học Xây dựng 2 Khoa Khoa học cơ bản, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên 3 Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Ngày nhận bài 26/9/2017; ngày chuyển phản biện 29/9/2017; ngày nhận phản biện 2/11/2017; ngày chấp nhận đăng 10/11/2017 Tóm tắt: Hợp chất La2/3Pb1/3Mn­1-xCoxO3 được thay thế Co cho Mn với hàm lượng x = 0,05 và 0,10. Các mẫu được chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn. Kết quả nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy, các mẫu chế tạo đều đơn pha thuộc cấu trúc perovskite dạng hexagonal. Nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ (TC) được xác định bằng phép đo từ độ phụ thuộc nhiệt độ cho thấy, trên các đường cong M(T) xuất hiện chuyển pha sắt từ - phản sắt từ (Tf) trong vùng nhiệt độ T < TC. Mômen từ trên một đơn vị công thức được xác định từ các đường cong M(H) là 3,45 µB cho mẫu x = 0,05 và 3,42 µB cho mẫu x = 0,10 ở T = 5K. Các đường cong M(H) được làm khớp với hàm M = Ms(1-a/Hn). Từ khóa: Cạnh tranh tương tác SE-DE, chuyển pha sắt từ - thuận từ (TC ), mômen từ bão hòa (Ms ), nhiệt độ đóng băng spin (Tf ), phương pháp gốm. Chỉ số phân loại: 1.3 Đặt vấn đề La2/3Pb1/3Mn­1-x CoxO3 (x = 0,05 và 0,10). Các hợp chất perovskite ABO3 biểu hiện nhiều tính chất Nội dung nghiên cứu đa dạng. Khi thay thế một số nguyên tố khác vào vị trí A Các mẫu nghiên cứu có thành phần danh định hoặc vị trí B, tính chất của vật liệu thay đổi vô cùng hấp dẫn, La2/3Pb1/3Mn­1-xCoxO3 (x = 0,05 và 0,10) được chế tạo bằng đặc biệt là các tính chất từ [1]. Những năm gần đây, một số phương pháp phản ứng pha rắn. Thành phần ban đầu gồm tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay thế Co cho Mn các ôxít như La2O3, PbO, MnO và CoO có độ sạch 3N-4N trong hợp chất La0,67Pb0,33MnO3 [1-3] đã cho thấy: Sự thay thế vào vị trí Mn làm suy yếu tương tác trao đổi kép (DE) được nghiền, trộn 2 giờ, sau đó sấy khô. Mẫu được ép thành dẫn đến sự suy giảm nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ viên, nung sơ bộ ở 600oC trong 12 giờ và để nguội theo lò. (TC). Trong hệ hợp chất này, các tác giả cũng cho thấy: Đối Các mẫu được nghiền lại, ép thành viên, nung ở nhiệt độ với mẫu không pha tạp, nhiệt độ TC lớn hơn nhiệt độ phòng. 850°C trong 24 giờ. Sau đó nung thiêu kết ở 1150°C trong Hiệu ứng từ trở khổng lồ (CMR) đạt từ 15 đến 40% trong 24 giờ trong không khí, ủ mẫu ở 650°C trong 12 giờ và để từ trường H = 1T tại nhiệt độ T = 2K [3]. Điều này đã mở ra nguội theo lò trong không khí. Cấu trúc của tất cả các mẫu khả năng ứng dụng lớn của hệ vật liệu trong việc làm lạnh được kiểm tra bằng nhiễu xạ tia X (XPD) ở nhiệt độ phòng, từ, chế tạo các thiết bị đo từ trường và trong công nghiệp kính hiển vi điện tử quét (SEM), các tính chất từ được xác điện tử… Khi thay thế một lượng nhỏ của một vài kim loại định bằng phép đo từ kế mẫu rung (VSM) và giá trị mômen chuyển tiếp như Co, Fe cho Mn, các tác giả nhận thấy cấu từ được xác định từ đường cong M(H) ở 5K. trúc vật liệu cũng thay đổi [1]. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu Kết quả và thảo luận ảnh hưởng của các kim loại 3d thay thế vào vị trí Mn trong hợp chất La2/3Pb1/3MnO3 vẫn là một đề tài hấp dẫn và cần Cấu trúc tinh thể được nghiên cứu sâu hơn. Hình 1 là giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu về sự thay La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (0,00 ≤ x ≤ 0,10). Nhận thấy rằng: Trên đổi các tính chất từ khi thay thế một lượng nhỏ Co cho Mn, giản đồ không có các vạch lạ, điều này chứng tỏ mẫu đơn đặc biệt là sự thay đổi mômen từ bão hòa trong hệ hợp chất pha và các đỉnh nhiễu xạ đồng nhất với cấu trúc perovskite * Tác giả liên hệ: Email: khaidhxd@gmail.com 60(1) 1.2018 1
  2. Khoa học Tự nhiên The variation of magnetic properties of La2/3Pb1/3MnO3 compounds with Co substitution for Mn Van Khai Vu1*, Huy Sinh Nguyen2,3, The Tan Pham2, Van Tuan Chu2 1 Faculty of Construction Mechanical Engineering, National University of Civil Engineering 2 Faculty of Basic Sciences, Hung Yen University of Technical Education 3 Faculty of Physics, VNU Universisy of Science Received 26 September 2017; accepted 10 November 2017 Abstract: The nominal compositions of La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 compounds has been substituted by Co for Mn at the concentrations of x = 0.05 and 0.10. The samples were prepared by solid-state reaction method. The results of X-ray diffraction showed all the fabricated samples were single-phase perovskites with a hexagonal structure. The phase transition temperature (TC) from ferromagnetic to paramagnetic states was determined by magnetization measurements depending on temperatures. It was found that the ferromagnetic-antiferromagnetic phase transition occurred on M(T) curves in the temperature range of T < TC. The saturated magnetic moments of the samples were determined from the curves M(H) with values of 3.42 μB and 3.40 μB for the samples of x = 0.05 and x = 0.10, respectively at T = 5K. The curves of M(H) were well fitted with the function of M = Ms(1-a/Hn). Keywords: Double-Exchange interaction (DE), ferromagnetic-paramagnetic phase transition temperature, saturated magnetic moment, solid-state reaction method, spin-glass freezing temperature. Classification number: 1.3 dạng hexagonal. Từ giản đồ này, các thông số mạng đã được xác định. Kết quả cho thấy: Thể tích ô cơ sở của các mẫu giảm khi nồng độ thay thế Co tăng. Mẫu không pha tạp có Cường độ (đvty) thể tích ô cơ sở V = 356,382 Å3, đối với mẫu pha tạp Co ở nồng độ x = 0,10 có V = 354,340 Å3. Như vậy, dãn nở mạng trong cấu trúc tinh thể đã làm xuất hiện sự méo mạng Jahn - Teller, nguyên nhân có thể là do sự thay đổi các hằng số mạng khi tăng nồng độ Co. Khi thay thế một lượng Mn bằng Co, một phần ion Mn3+ trong hợp chất được chuyển thành ion Mn4+ để cân bằng điện tích theo tương tác SE. Vì vậy tỷ số Mn3+/Mn4+ giảm dần, dẫn đến làm giảm cường độ tương tác DE. Số nguyên tử Co được đưa vào trong hợp chất tương ứng với số Mn3+ chuyển thành Mn4+. Ảnh SEM của các mẫu nghiên cứu trên hình 2 cho thấy: Kích thước, hình dạng và sự phân bố các hạt trên bề mặt mẫu x = 0,00 là tương đối đồng đều (hình 2A), còn ở các hình 2B và 2C cho thấy có xuất hiện những lỗ hổng trên bề Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ hợp chất mặt mẫu. Nguyên nhân có thể được dự đoán là do nồng độ La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0,00; 0,05 và 0,10). pha tạp Co tăng làm cho mạng tinh thể bị dãn nở mạnh hơn. . Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ hợp chất La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x2 = 0,00; 0,05 và 60(1) 1.2018
  3. phân bố các hạt trên bề mặt mẫu x = 0,00 là tương đối đồng đều (hình 2a), còn ở các hình 2b và 2c cho thấy có xuất hiện những lỗ hổng trên bề mặt mẫu. Nguyên nhân có thể được dự đoán là do nồng độ pha tạp Co tăng làm cho mạng tinh thể bị dãn nở mạnh hơn. Khoa học Tự nhiên 5µm 5µm Tính chất từ Hình 3 biểu diễn các đường từ độ phụ thuộc nhiệt độ của các mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0,00-0,10) đo theo chế độ làm lạnh có từ trường (FC) và làm lạnh không từ trường (ZFC). Tất cả các đường cong M(T) đều tồn tại chuyển pha từ trạng thái sắt từ sang trạng thái thuận từ tại điểm chuyển pha Curie (TC). Các giá trị TC được xác định từ đường cong (a) (b) M(T) (xem bảng 1) cho thấy: Khi thay thế Co cho Mn, nhiệt 5µm độ chuyển pha Curie (TC) giảm đều từ 355K ở mẫu x = 0,00 xuống 347K ở mẫu x = 0,10. Như vậy, khi nồng độ Co tăng lên làm cho tỷ số Mn3+/Mn4+ giảm, gây nên quá trình nhảy điện tử từ mức eg sang mức t2g. Kết quả này làm cho nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ giảm theo sự tăng của nồng độ thay thế Co [4]. Từ hình 3 còn nhận thấy: Các đường cong FC và ZFC tách nhau rõ rệt trong vùng nhiệt độ T < TC. Bản chất của vấn đề này là do sự khác nhau của hai quá trình làm (c) lạnh mẫu khi có từ trường và khi không có từ trường. Khi Hình Hình 2. Ảnh SEM2. củaẢnh SEM mẫu La 2/3Pb1/3của Mn1-xmẫu CoxO3:La vớiPb (a)2/3 x =1/3Mn(b)1-xvới 0,00; CoxxO = 0,05 3 : (A) và với (c) với x x = 0,10. mẫu được làm lạnh trong từ trường (FC), các spin hỗn loạn = 0,00; (B) với x = 0,05 và (C) với x = 0,10. và linh động ở trạng thái thuận từ được định hướng trong từ trường. Trong quá trình mẫu bị làm lạnh, các spin này bị đóng băng nhưng vẫn còn những định hướng cũ, nên giá trị 18 FC La2/3Pb1/3MnO3 18 La2/3Pb1/3Mn0,95Co0,05O3 từ độ của đường FC thường lớn hơn giá trị từ độ của đường 15 15 Tf ZFC. Mặt khác, sự tách nhau giữa hai đường ZFC và FC ở Tf FC M(emu/g) vùng nhiệt độ thấp (T < TC) còn được lý giải bởi trong mẫu M(emu/g) 12 12 còn tồn tại dị hướng từ nguyên thủy. 9 ZFC 9 ZFC Trên các đường cong ZFC (hình 3) đối với tất cả các mẫu 6 6 nghiên cứu đều quan sát được một giá trị cực đại tương ứng 3 3 (b) với nhiệt độ đóng băng spin Tf. Ở vùng nhiệt độ thấp hơn Tf (a) 0 0 (T < Tf), vật liệu biểu hiện trạng thái giống đám thủy tinh. 100 150 200 250 300 350 400 100 150 200 250 300 350 400 Khi Tf < T < TC, vật liệu ở trạng thái sắt từ. Biểu hiện trạng T (K) T (K) thái giống đám thủy tinh ở vùng nhiệt độ thấp (T < Tf) được 18 La2/3Pb1/3Mn0,9Co0,1O3 X.G. Li và các cộng sự [5] cho là: Ở nhiệt độ thấp, các ion Co3+ tồn tại ở trạng thái spin thấp (LS) với cấu hình t 62g e0g 15 FC giống như chất nghịch từ. Sự có mặt của các ion Co3+ dẫn tới M(emu/g) 12 Tf việc phá vỡ trạng thái sắt từ hoặc làm nghiêng các spin ngăn 9 cản sự hình thành trạng thái sắt từ. Nghĩa là các ion Co3+ khi ZFC 6 thay thế Mn3+ đã làm loãng phân mạng từ trong hợp chất ở 3 dưới vùng nhiệt độ chuyển pha Curie [6]. Sự tồn tại một cực (c) đại trên các đường cong ZFC còn cho biết rằng dưới nhiệt 0 độ TC có sự cạnh tranh giữa các loại tương tác: Tương tác 150 200 250 300 350 400 T (K) siêu trao đổi (SE) và tương tác trao đổi kép (DE), tương tác Hình 3. Đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ hệ mẫu phản sắt từ và tương tác sắt từ. Dưới nhiệt độ Tf, tương tác La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3: (A) x = 0,00; (B) x = 0,05; (C) x = phản sắt từ chiếm ưu thế và tương tác này yếu dần về phía 0,10. Hình 3. Đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ hệ mẫu La Pb Mn Conhiệt O : độ cao, thay vào đó là tương tác sắt từ (DE). 2/3 1/3 1-x x 3 (a) x = 0,00; (b) x = 0,05; (c) x = 0,10. 60(1) 1.2018 3 Hình 4 biểu diễn hiệu mômen từ M  MFC  M ZFC phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nghiên
  4. rằng: Ở dưới nhiệt độ chuyển pha TC, trạng thái sắt từ của mẫu còn phụ thuộc vào M. Khi M nhỏ thì trạng thái sắt từ bền vững hơn và ít bị ảnh hưởng do nhiệt độ. Từ hình 4 còn nhận thấy: Khi nồng độ thay thế Co tăng thì M giảm trong vùng nhiệt độ T < 280 K Khoa học Tự nhiên và M tăng dần về phía nhiệt độ thấp. 10 80 x = 0,00 x = 0,05 9 70 8 La2/3Pb1/3Mn1-XCoXO3 60 7 x = 0,10 MFC -MZFC (meu/g) 50 M (emu/g) 6 5 x = 0,10 40 x = 0,05   4 3 30 M  Ms 1  a / H n 20 2 La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 10 1 0 0 100 150 200 250 300 350 400 0 1 2 3 4 5 H (Tesla) T (K) Hình4.4.Hiệu Hình Hiệumômômenmen từ M từ MFC FC – M - MZFC phụ phụ nhiệt ZFCthuộc thuộcđộ Hình Hình 5. cong 5. Đường Đường cong M(H) M(H) của các mẫucủa các La2/3Pb1/3 mẫu Mn1-x CoxO3 của hệ La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3. nhiệt độ của hệ La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3. tại 5K. La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 tại 5 K. Hình 4 biểu diễn hiệu mômen từ ∆M = MFC - MZFC phụ Theo lý thuyết Langevin, mômen từ của Mn trong cấu Mômen từ bão hòa thuộc vào nhiệt độ. Khi nghiên cứu tính chất từ trong hệ hợp trúc bát diện được xác định bằng biểu thức: m = gsmB. Trong chất La0,67Ca0,33Mn1-xCoxO3, N. Gayathri và cộng sự [6] cho đó, g = 2, mB = 9,27.10-21 (emu/g). Kết quả tính toán thu rằng: Ở dưới nhiệt độ chuyển pha TC, trạng thái sắt từ của được đối với mẫu La2/3Pb1/3MnO3 là m = 3,67 mB. Từ đường cong M(H) trên hình 5 và áp dụng công thức tính mômen từ mẫu còn phụ thuộc vào DM. Khi DM nhỏ thì trạng thái sắt M .W từ bền vững hơn và ít bị ảnh hưởng do nhiệt độ. Từ hình 4 trên một đơn vị công thức meff = s , với W là khối lượng N A .m B còn nhận thấy: Khi nồng độ thay thế Co tăng thì DM giảm mol của hợp chất, NA = 6,022.1023 (nguyên tử/mol) [7], trong vùng nhiệt độ T < 280 K và DM tăng dần về phía nhiệt chúng tôi đã xác định được meff đưa ra trong bảng 1. Nhận độ thấp. thấy mômen từ bão hòa (Ms), mômen từ tính trên một đơn vị công thức (meff) đều giảm theo sự tăng của nồng độ Co. Kết Mômen từ bão hòa quả này là một minh chứng cho sự suy giảm trạng thái từ Hình 5 là các đường cong từ độ phụ thuộc vào từ trường trong hệ La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 khi nồng độ thay thế Co cho của các mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0,05 và 0,10) tại Mn tăng lên. nhiệt độ T = 5K . Mômen từ bão hòa (Ms) đã được xác định Sự thay đổi của mômen từ phụ thuộc vào từ trường ở và đưa ra trong bảng 1. Từ đường cong này kết hợp với lý nhiệt độ T = 5K đã được chúng tôi làm khớp với hàm M = thuyết Langevin, chúng tôi đã xác định được mômen từ hiệu Ms(1-a/Hn) với các giá trị a và n được xác định bằng phần dụng (meff) trong các mẫu pha tạp. mền Origin. Kết quả tính toán được đưa ra trong bảng 1. Bảng 1. Giá trị mômen từ bão hòa (Ms), mômen từ tính trên một đơn vị công thức (meff) và nhiệt độ chuyển pha TC của hệ La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0,05 và 0,10). Mẫu Ms (emu/g) meff(mB) TC (K) a n La0,67Pb0,33MnO3 77,9 3,66 355 - - La2/3Pb1/3Mn0,95Co0,05O3 72,8 3,45 350 0,0193 0,91 La2/3Pb1/3Mn0,90Co0,10O3 72,0 3,42 347 0,0425 0,99 60(1) 1.2018 4
  5. Khoa học Tự nhiên Giá trị của a phụ thuộc vào nồng độ thay thế Co, nó liên TÀI LIỆU THAM KHẢO quan tới sự ổn định của pha từ trong hợp chất [7]. Với mẫu [1] N. Dhahri, et al. (2010), “Structural, magnetic and electrical La2/3Pb1/3Mn0,95Co0,05O3 do có a nhỏ nên đường cong M(H) properties of La0.67Pb0.33Mn1-xCoxO3 (0 ≤ x ≤ 0.3)”, Journal of Alloys and tăng mạnh và gần như vuông góc với đường mômen từ khi đạt Compounds, 496, pp.69-74. đến trạng thái bão hòa. Đối với mẫu La2/3Pb1/3Mn0,90Co0,10O3 [2] G. Gritzner, et al. (2008), “Preparation, structure and properties có a lớn hơn nên trạng thái bão hòa trong mẫu xảy ra chậm of La0.67Pb0.33(Mn1-xCox)O3-5”, Applied Physics A: Materials Science & hơn. Processing, 90, pp.359-365. Kết luận [3] M. Zentková, et al. (2010), “Pressure effect on magnetic properties of La0.67Ca0.33(Cox  Mn1−x  )O3 ceramics”, High Pressure Research, 30(1), Các kết quả nghiên cứu trên hệ hợp chất La2/3Pb1/3Mn1- pp.12-16. x Co O (x = 0,0; 0,05 và 0,10) đã cho thấy vai trò quan trọng x 3 [4] V.V. Khai, et al. (2008), “Electronic and magnetic properties of trong thay đổi cấu trúc và sự méo mạng Jahn-Teller của La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 compounds”, VNU Journal of Science, Mathematics- khung bát diện MnO6 khi thay thế Co cho Mn. Sự thay thế Physics, 24(1S), pp.224-228. trực tiếp này đã làm ảnh hưởng rõ rệt tới tính chất từ trong [5] X.G. Li, et al. (1999), “Field-induced crossover from cluster- hệ hợp chất. Đó là trạng thái sắt từ giảm, dẫn đến có sự cạnh glass to ferromagnetic state in La0.7Sr0.3Mn0.7Co0.3O3”, Journal of Applied Physics, 85(3), pp.1663-1666. tranh các tương tác SE và DE làm cho nhiệt độ chuyển pha TC giảm. Chúng tôi đã xác định được mômen từ bão hòa [6] N. Gayathri, et al. (1997), “Electrical transport, magnetism, and magnetoresistance in ferromagnetic oxides with mixed exchange (Ms) và mômen từ tính trên một đơn vị công thức (meff) tại T interactions: A study of the La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 system”, Physical Review = 5K. Nhận thấy rằng các giá trị này giảm khi nồng độ thay B, 56, p.1345. thế Co tăng. Kết quả này khẳng định sự suy giảm trạng thái [7] S.L. Young, et al. (2010), “Magnetization Processes of sắt từ trong sự cạnh tranh tương tác SE-DE khi thay thế Co (La0.7Pb0.3MnO3)1−x(SiO2)x Composites”, Journal of Superconductivity and cho Mn. Novel Magnetism, 23, pp.953-956. 60(1) 1.2018 5
  6. Khoa học Tự nhiên Nghiên cứu cấu trúc electron của cluster ScSi4−/0 bằng phương pháp đa cấu hình CASSCF/CASPT2 Nguyễn Minh Thảo1,2, Nguyễn Hoàng Khang3, Trần Quốc Trị1, Bùi Thọ Thanh2, Trần Văn Tân1* 1 Bộ môn Hóa lý thuyết và hóa lý, Trường Đại học Đồng Tháp 2 Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh 3 Khoa Khoa học tự nhiên, Trường Đại học Cần Thơ Ngày nhận bài 19/10/2017; ngày chuyển phản biện 23/10/2017; ngày nhận phản biện 23/11/2017; ngày chấp nhận đăng 1/12/2017 Tóm tắt: Các trạng thái electron cơ bản và trạng thái electron kích thích của các cluster ScSi4−/0 được nghiên cứu bằng phiếm hàm B3LYP và phương pháp CASSCF/CASPT2. Trạng thái electron cơ bản của cluster ScSi4− là 1A′ (1A1) thuộc đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc−. Trạng thái cơ bản của cluster ScSi4 là 2B1 thuộc đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η4-(Si4)Sc. Các đồng phân dạng phẳng η3-(Si4)Sc−/0 có năng lượng cao hơn các đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc−/0. Năng lượng của các quá trình tách electron ra khỏi cluster anion đã được tính toán và so sánh với thực nghiệm. Tất cả các dãy phổ trong phổ quang electron được giải thích. Quá trình mô phỏng hệ số Franck-Condon cho thấy các bước tiến dao động của các bước chuyển 1A′→12A′ và 1A′→12A″ là phù hợp với hình dạng của dãy đầu tiên trong phổ quang electron của cluster ScSi­4−. Từ khóa: B3LYP, CASSCF/CASPT2, các cluster ScSi4−/0, cấu trúc. Chỉ số phân loại: 1.4 Đặt vấn đề Study on the structures of ScSi4 clusters –/0 Silicon được quan tâm nghiên cứu by multiconfigurational CASSCF/CASPT2 do khả năng ứng dụng làm vật liệu bán dẫn trong công nghiệp vi điện tử [1] và methods quang xúc tác [2]. Các cluster silicon Minh Thao Nguyen1,2, Hoang Khang Nguyen3, (hay cụm nguyên tử silicon) có độ bền Quoc Tri Tran1, Tho Thanh Bui2, Van Tan Tran1* và tính chất phụ thuộc rất nhiều vào 1 Theoretical and Physical Chemistry Division, Dong Thap University kích thước và cấu trúc [3]. Cluster kích 2 Faculty of Chemistry, VNUHCM - University of Science thước nhỏ là đơn vị cơ sở để xây dựng 3 College of Natural Sciences, Can Tho University nên các cấu trúc lớn hơn. Bằng cách Received 19 October 2017; accepted 1 December 2017 pha tạp thêm nguyên tố kim loại chuyển tiếp, độ bền và tính chất của cluster sẽ Abstract: được tăng cường [4-6]. Khi pha tạp kim The low-lying states of ScSi4−/0 clusters are investigated with B3LYP loại chuyển tiếp, các nguyên tử silicon functional and CASSCF/CASPT2 methods. The ground state of the anionic bao bọc nguyên tử kim loại chuyển tiếp cluster is the 1A′ (1A1) of bipyramid η3-(Si4)Sc− isomer. The ground state tạo thành các cấu trúc lồng bền vững of neutral cluster is the 2B1 of bipyramid η4-(Si4)Sc isomer. The planar η3- có hình fullerene hay hình đa diện [5, (Si4)Sc−/0 isomers are less stable than the bipyramid η3-(Si4)Sc−/0 isomers. 6]. Cluster silicon pha tạp mangan có The electron detachment energies of the anion cluster are calculated and momen từ cao [7] và tính chất quang compared with the experimental results. All features in photoelectron spectra tốt [8]. Scandi là nguyên tố kim loại are interpreted. The Franck-Condon factor simulations for the 1A′→12A′ chuyển tiếp đơn giản nhất với một and 1A′→12A″ transitions within the bipyramid η3-(Si4)Sc−/0 isomers is in electron trên orbital nguyên tử (AO hay agreement with the shape of the first band in the spectra. atomic orbital) 3d và hai electron trên Keywords: B3LYP, CASSCF/CASPT2, ScSi4−/0 clusters, structure. AO 4s. Do đó, các cluster của scandi và silicon được xem như là trường hợp Classification number: 1.4 đơn giản nhất của cluster silicon pha tạp kim loại chuyển tiếp. * Tác giả liên hệ: Email: tvtan@dthu.edu.vn ; Tel: 01228942399 60(1) 1.2018 6
  7. Khoa học Tự nhiên Cấu trúc của các cluster ScSin−/0 (n trạng thái electron cơ bản và kích thích B3LYP với bộ hàm cơ sở def2-TZVP. = 2-6) đã được nghiên cứu bằng các của cluster anion và cluster trung hòa Phiếm hàm trao đổi tương quan lai phương pháp thực nghiệm [9]. Cụ thể, điện cần được xác định. Phương pháp ghép B3LYP được sử dụng cho các các cluster ScSin- được tạo ra bằng cách tính đa cấu hình CASSCF/CASPT2 cluster ScSi4−/0 vì phiếm hàm này đã hóa hơi hỗn hợp 2 nguyên tố Sc và Si đã được chứng minh là thích hợp để được chứng minh phù hợp để nghiên trong môi trường plasma. Các cluster nghiên cứu cấu trúc hình học và cấu cứu cluster chứa scandi và silicon [4, anion được chọn lọc bằng khối phổ đo trúc electron của các cluster chứa kim 9, 17]. Các phép tính lý thuyết phiếm thời gian bay TOFMS (Time-Of-Flight loại chuyển tiếp [4, 14, 15]. Trong hàm mật độ được tiến hành với phần Mass Spectroscopy). Sau đó, phổ nghiên cứu này, lý thuyết phiếm hàm mềm NWCHEM 6.6 [18]. Dựa trên quang electron của các cluster anion mật độ và phương pháp CASSCF/ cấu trúc hình học, tần số dao động, được ghi nhận. Phổ quang electron CASPT2 được sử dụng để xác định và kiểu dao động điều hoà tính được của cluster ScSi4− được ghi nhận với cấu trúc hình học, tần số dao động và bằng phiếm hàm B3LYP, chúng tôi photon có bước sóng 266 nm và 193 cấu trúc electron của cluster ScSi4−/0. tiến hành mô phỏng các hệ số Franck- nm [9]. Phổ quang electron này có ba Từ các kết quả tính được, tất cả các Condon bằng phần mềm MOLFC để dãy phổ rộng với cường độ cao tại các dãy phổ trong phổ quang electron của giải thích độ rộng của các dãy phổ vị trí 2,57,  3,00,  3,74  eV và  một dãy cluster ScSi4− thu được từ thực nghiệm trong phổ quang electron [19]. phổ trong vùng từ 1,50 đến 2,00 eV sẽ được giải thích. Trên cơ sở cấu trúc hình học đã tối xuất hiện với cường độ rất thấp. Các phương pháp tính ưu hóa, năng lượng điểm đơn của các Các phép tính lý thuyết đã được trạng thái electron cơ bản và kích thích thực hiện để nghiên cứu cấu trúc và Các cluster ScSi4−/0 có các đồng được tính bằng phương pháp CASSCF/ giải thích phổ quang electron của phân quan trọng là đồng phân dạng CASPT2. Các phép tính CASSCF/ cluster thu được. Cụ thể, lý thuyết lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc−/0 với CASPT2 được thực hiện với phần phiếm hàm mật độ DFT (Density đối xứng C3v hay Cs, đồng phân dạng mềm MOLCAS@UU 8.0 [20]. Trong Functional Theory), ccCA-TM [10], lưỡng tháp tam giác η4-(Si4)Sc−/0 với các phép tính này, bộ hàm cơ sở aug- G4 [11], G4(MP2) [11] được thực hiện đối xứng C2v và đồng phân dạng phẳng cc-pwCVTZ-DK và aug-cc-pVTZ- để nghiên cứu cấu trúc hình học, cấu η3-(Si4)Sc−/0 với đối xứng Cs. Các đồng DK được sử dụng tương ứng cho Sc trúc electron của các cluster silicon pha phân này được trình bày trong hình 1. và Si [21, 22]. Các hiệu ứng tương đối tạp scandi. Ở cluster trung hòa điện, Để thuận tiện cho các phép tính hóa được tính đến bằng toán tử Hamilton kết quả tính bằng phiếm hàm B3LYP học lượng tử, nhóm điểm Cs được sử Douglas-Kroll bậc hai [23-25]. Các cho thấy trạng thái 2B2 của đồng phân dụng cho đồng phân dạng lưỡng tháp orbital phân tử (MO hay molecular dạng lưỡng tháp tam giác η4-(Si4)Sc là tam giác η3-(Si4)Sc−/0. orbital) trong không gian hoạt động trạng thái cơ bản [12]. Tuy nhiên kết Cấu trúc hình học các đồng phân cho các phép tính CASSCF/CASPT2 quả tính bằng phương pháp ccCA-TM, của cluster ScSi4−/0 được tối ưu hóa được lựa chọn dựa trên các AO hóa trị G4, G4(MP2) cho thấy trạng thái 2B1 bằng lý thuyết phiếm hàm mật độ với 3d, 4s của Sc và AO 3p của Si. Khi đó, của đồng phân dạng lưỡng tháp tam phiếm hàm B3LYP với bộ hàm cơ sở không gian hoạt động cho các cluster giác η4-(Si4)Sc− [13] là trạng thái cơ def2-TZVP [16]. Phép tính tần số dao ScSi4−/0 bao gồm 12 hoặc 11 electron bản. Các giá trị năng lượng tách một động điều hòa của cấu trúc hình học phân bố trong 18 MO. Vì không gian electron ADE (Adiabatic Detachment tối ưu được thực hiện bằng phiếm hàm hoạt động với 18 MO là quá lớn cho Energy) và VDE (Vertical Detachment Energy) của cluster anion đã được tính bằng phiếm hàm B3LYP [9]. Các kết quả tính đã được sử dụng để giải thích dãy phổ đầu tiên trong phổ quang electron của cluster ScSi4–. Vì lý thuyết phiếm hàm mật độ không tính được các trạng thái electron kích thích, các dãy phổ còn lại với năng lượng VDE cao hơn vẫn chưa được giải thích. Để giải thích tất cả các dãy phổ trong phổ quang electron, cấu trúc hình học và cấu trúc electron của các Hình 1. Cấu trúc các đồng phân quan trọng của cluster ScSi4-/0. 60(1) 1.2018 7
  8. Khoa học Tự nhiên các phép tính CASSCF, nên 3 MO năng lượng tương đối là 0,25 và 0,36 nên các đồng phân tìm được trong các ảo được loại bỏ khỏi không gian hoạt eV. phép tính tối ưu hóa hình học đều là động. Kết quả hình thành không gian những điểm cực tiểu trên bề mặt thế Cấu trúc hình học và tần số dao hoạt động mới với 12 hoặc 11 electron động điều hòa của các trạng thái năng. phân bố trong 15 MO. Kết quả của các electron thuộc các đồng phân của phép tính CASSCF/CASPT2 là cấu Cấu trúc electron của các cluster cluster ScSi4−/0 tính bằng phiếm hàm trúc electron và năng lượng của các B3LYP được trình bày trong bảng 2. Cấu hình electron của các trạng trạng thái electron cơ bản và trạng thái Từ bảng này, có thể thấy rằng tất cả thái electron thuộc các đồng phân khác kích thích của các đồng phân thuộc các tần số dao động điều hòa của các nhau của cluster ScSi4−/0 được trình cluster ScSi4−/0. trạng thái electron đều có giá trị dương bày trong bảng 3. Có thể thấy rằng, kết Kết quả và thảo luận Bảng 1. Năng lượng tương đối của các cluster ScSi4-/0. So sánh độ bền tương đối của các Năng lượng tương đối (eV) đồng phân Đồng phân Đối xứng Trạng thái B3LYP CASPT2 Năng lượng tương đối cho các trạng Lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc− Cs 1 A′ 0,00 0,00 thái electron của đồng phân thuộc cluster ScSi4−/0 được trình bày trong C2v 3 B1 0,34 0,39 bảng 1. Từ bảng này, đồng phân bền Lưỡng tháp tam giác η -(Si4)Sc 4 − C2v 1 A1 0,36 0,30 nhất của cluster ScSi4− được xác định C2v 3 B2 0,57 0,70 là đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc− với trạng thái electron cơ Mặt phẳng η3-(Si4)Sc− Cs 1 A′ 0,49 0,75 bản là 1A′ (1A1). Đối với cluster trung hòa điện, trạng thái cơ bản được xác C2v 2 B1 0,00 0,00 định là trạng thái 2B1 của đồng phân Lưỡng tháp tam giác η4-(Si4)Sc C2v 2 B2 0,25 0,36 dạng lưỡng tháp tam giác η4-(Si4)Sc. Đồng phân này có trạng thái electron Cs 2 A′ 0,11 0,25 Lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc kích thích là 2B2. Kết quả tính bằng Cs 2 A″ 0,16 0,30 phiếm hàm B3LYP và phương pháp Mặt phẳng η -(Si4)Sc 3 Cs 2 A′ 0,34 0,67 CASPT2 cho thấy trạng thái 2B2 có Bảng 2. Cấu trúc hình học và tần số dao động điều hòa của các trạng thái electron ­thuộc cluster ScSi4-/0 tính bằng phiếm hàm B3LYP. Trạng Cấu trúc hình học (Å) Đồng phân Tần số dao động (cm−1) thái R1 R2 R­3 R4 R5 R6 R7 Lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc− 1 A′ 2,538 2,538 2,599 2,599 2,375 2,375 183, 183, 251, 300, 305, 330, 332, 389, 451 Lưỡng tháp tam giác η4-(Si4)Sc− 3 B1 2,713 2,740 2,348 2,459 125, 188, 211, 272, 275, 279, 323, 437, 454 1 A1 2,581 2,667 2,379 2,705 144, 196, 224, 276, 298, 317, 320, 396, 418 3 B2 2,569 3,054 2,343 2,761 100, 166, 209, 277, 292, 318, 353, 424, 429 Mặt phẳng η3-(Si4)Sc− 1 A′ 2,522 2,620 2,614 2,268 2,335 2,313 2,302 81, 135, 193, 264, 283, 332, 403, 440, 542 Lưỡng tháp tam giác η4-(Si4)Sc 2 B1 2,695 2,632 2,345 2,498 2 B2 2,541 2,877 2,344 2,839 155, 161, 215, 242, 296, 306, 318, 431, 448 Lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc 2 A′ 2,488 2,591 2,447 2,735 2,607 2,347 121, 189, 218, 269, 297, 332, 346, 423, 423 2 A″ 2,635 2,518 2,611 2,402 2,325 2,460 129, 179, 211, 270, 284, 315, 360, 396, 452 Mặt phẳng η3-(Si4)Sc 2 A′ 2,482 2,638 2,594 2,234 2,389 2,311 2,273 35, 177, 228, 253, 279, 305, 352, 400, 453 60(1) 1.2018 8
  9. Khoa học Tự nhiên Bảng 3. Cấu hình electron và năng lượng tách electron ADE và VDE của các cluster ScSi4-/0 t­­ính bằng phiếm hàm B3LYP và phương pháp CASPT2. ADE (eV) VDE (eV) Trạng CASPT2 CASPT2 Đồng phân Cấu hình electron MO B3LYP thái TN(a) TN(a) Lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc− 1 A′ (1A1) 24a′225a′226a′227a′2 11a″212a″2 12A′ 24a′225a′226a′227a′1 11a″212a″2 27a′ 2,14 2,38 2,19 2,59 2,57 Lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc 1 A″ 2 24a′ 25a′ 26a′ 27a′ 11a″ 12a″ 2 2 2 2 2 1 12a″ 2,19 2,43 2,19 2,58 2,57 2 A′ 2 24a′ 25a′ 26a′ 27a′ 11a″ 12a″ 2 2 1 2 2 2 26a′ 2,65 2,57 3 A′ 2 24a′ 25a′ 26a′ 27a′ 11a″ 12a″ 2 1 2 2 2 2 25a′ 3,03 3,00 2 A″ 2 24a′ 25a′ 26a′ 27a′ 11a″ 12a″ 1 2 2 2 1 2 11a″ 3,44 3,00 4 A′ 2 24a′ 25a′ 26a′ 27a′ 11a″ 12a″ 1 2 2 2 2 2 24a′ 3,85 3,74 Lưỡng tháp tam giác η -(Si4)Sc 4 − 3 B1 16a1 17a1 18a 9b 9b2 10b2 3a2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 Lưỡng tháp tam giác η -(Si4)Sc 4 2 B1 16a1217a1218a10 9b119b2210b223a22 18a1 1,69 1,74 1,50 - 2,00 Lưỡng tháp tam giác η -(Si4)Sc 4 − 1 A1 16a1 17a1 18a1 9b1 9b2 10b2 3a2 2 2 0 2 2 2 2 Lưỡng tháp tam giác η -(Si4)Sc 4 2 B1 16a1217a1218a10 9b119b2210b223a22 9b1 1,67 1,83 1,50 - 2,00 2 B2 16a1 17a1 18a1 9b1 9b2 10b2 3a2 2 2 0 2 2 1 2 10b2 1,92 2,19 1,50 - 2,00 Mặt phẳng η -(Si4)Sc 3 − 1 A′ 28a′ 29a′ 30a′ 31a′ 7a″ 8a″ 2 2 2 2 2 2 Mặt phẳng η -(Si4)Sc 3 2 A′ 28a′229a′230a′231a′17a″28a″2 31a′ 1,88 2,05 1,50 - 2,00 TN = Thực nghiệm. (a) quả tách một electron từ các MO 27a′ một electron từ MO 18a1 đến MO 9b1. và 12a″ của trạng thái 1A′ thuộc đồng Ngoài ra, trạng thái 2B1 của đồng phân phân dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4) dạng lưỡng tháp tam giác η4-(Si4)Sc Sc− lần lượt tạo thành các trạng thái được tạo thành từ trạng thái 3B1 bằng 12A′ và 12A″. 12A′ và 12A″ là hai trạng cách tách một electron ra khỏi MO thái thành phần của trạng thái 2E suy 18a1. Trạng thái 2B2 là kết quả của việc biến bậc hai thuộc đối xứng C3v. Do loại bỏ một electron ra khỏi MO 10b2 hiệu ứng Jahn-Teller, sự suy biến bậc của trạng thái 1A1. Đối với các đồng hai của trạng thái 2E trong đối xứng phân dạng phẳng của cluster η3-( Si4) C3v kém ổn định, sự biến dạng cấu trúc Sc−/0, việc tách một electron từ các MO hình thành nên trạng thái 12A′ và 12A″ trong đối xứng Cs. Trong cluster chứa 31a′ sẽ tạo thành các trạng thái 2A′. kim loại chuyển tiếp, năng lượng phân Các MO của trạng thái 1A′ thuộc tách do ảnh hưởng của hiệu ứng Jahn- đồng phân lưỡng tháp tam giác η3-(Si4) Teller nhỏ [26, 27]. Năng lượng phân Sc− thu được từ các phép tính CASSCF tách giữa 2 trạng thái 12A′ và 12A″ của được trình bày trong hình 2. Giản đồ đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác cho thấy, có sự tổ hợp rất mạnh giữa η3-(Si4)Sc− nhỏ hơn 0,10 eV tính bằng AO 3d của Sc và AO 3p của phối tử phiếm hàm B3LYP và phương pháp Si4 trong các MO 24a′, 25a′, 26a′, 27a′, CASPT2. 11a″ và 12a″. Trong khi đó, MO 28a′ Các kết quả tính cho thấy trạng thái có phần đóng góp chủ yếu của AO 4s Hình 2. Giản đồ năng lượng các MO 1 A1 của đồng phân dạng lưỡng tháp tam của Sc. MO 28a’ này không có electron của trạng thái 1A′ thuộc đồng phân giác η4-(Si4)Sc− có thể được tạo thành chiếm,  trong khi các MO còn lại đều lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc− thu từ trạng thái 3B1 bằng cách chuyển có hai electron chiếm. được từ các phép tính CASSCF. 60(1) 1.2018 9
  10. Khoa học Tự nhiên Giải thích phổ quang electron của Giá trị VDE  của  hai bước chuyển từ trạng thái 1A′ của đồng phân dạng cluster anion này  tính  bằng phương pháp CASPT2 lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc−. Phổ quang electron của cluster là 2,59 và 2,58 eV. Bước chuyển thứ ba Trong các bước chuyển 1A′→32A′ và ScSi4− đo với tia laser có năng lượng với VDE khoảng 2,57 eV là 1A′→22A′. 1 A′→22A″, một electron được tách 266 nm được trình bày trong hình 3 [9]. Trong bước chuyển này, một electron ra khỏi các MO 25a′ và 11a′. Năng Phổ quang electron của cluster có ba bị tách ra khỏi MO 26a′. Năng lượng lượng tách electron VDE của hai bước dãy phổ rộng với cường độ cao tại các tách electron VDE tính được cho các chuyển này là 3,03 và 3,44 eV khi tính vị trí 2,57,  3,00  và  3,74  eV. bước chuyển đến các trạng thái 12A′, bằng phương pháp CASPT2. Các giá Ngoài ra, có một dãy phổ trong 12A″, và 22A′ đều phù hợp với giá trị trị VDE tính được cho bước chuyển vùng  từ  1,50  đến  2,00  eV với cường thực nghiệm 2,57 eV. Ngoài ra, kết quả này là phù hợp với vị trí của dãy phổ độ rất thấp.   tính bằng phiếm hàm B3LYP và phương thứ hai ở 3,00 eV. Mặt khác, dãy phổ pháp CASPT2 cho thấy năng lượng thứ ba tại vị trí 3,74 eV được gán cho Kết quả tính bằng phiếm hàm tách electron ADE của các bước chuyển bước chuyển 1A′→42A′ trong đó một B3LYP và phương pháp CASPT2 1 A′→12A′ và 1A′→12A″ là phù hợp với electron được tách ra khỏi MO 24a′. cho thấy trạng thái 1A′ của đồng phân điểm bắt đầu ở vị trí 2,19 eV của dãy VDE của bước chuyển này được tính dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc− phổ đầu tiên. Cụ thể, với phiếm hàm bằng phương pháp CASPT2 là 3,85 là trạng thái cơ bản của cluster ScSi4−. B3LYP và phương pháp CASPT2, ADE eV. Tóm lại, dãy phổ thứ hai trong phổ Khi đó, tất cả các đặc điểm chính của của bước chuyển 1A′→12A′ có giá trị quang electron của cluster ScSi4− là kết phổ quang electron của cluster ScSi4− là 2,14 và 2,38 eV. Trong khi đó, ADE quả của các bước chuyển 1A′→32A′ và được giải thích bằng các quá trình tách của bước chuyển 1A′→12A″ có giá trị 1 A′→22A″, trong khi dãy phổ thứ ba electron từ trạng thái cơ bản này. là 2,19 và 2,43 eV. Tóm lại, kết quả được gán cho bước chuyển 1A′→42A′ Năng lượng tách electron thuộc các đồng phân dạng lưỡng tháp tính toán cho thấy dãy phổ đầu tiên bắt ADE  và  VDE của các quá trình tách tam giác η3-(Si4)Sc−/0. đầu tại vị trí 2,19 eV trong phổ quang electron ra khỏi đồng phân dạng lưỡng electron là kết quả của các bước chuyển Dãy phổ có cường độ thấp trong tháp tam giác η3-(Si4)Sc− được  mô tả 1 A′→12A′, 1A′→12A″, và 1A′→22A′ vùng từ 1,50 đến 2,00 eV của phổ trong bảng 3. Bảng này cho thấy, ba bước thuộc đồng phân dạng lưỡng tháp tam quang electron được giải thích bằng sự chuyển có  năng lượng tách electron giác η3-(Si4)Sc−/0. tách electron ra khỏi đồng phân không VDE  nằm trong khoảng  2,57  eV.  Hai bước chuyển 1A′→12A′ và 1A′→12A″ Các dãy phổ thứ hai và thứ ba tại bền dạng lưỡng tháp tam giác η4-(Si4) ứng với quá trình tách một electron các vị trí 3,00 và 3,74 eV được cho là Sc− và dạng phẳng η3-(Si4)Sc−. Kết quả ra khỏi các MO 27a′ và 12a″. kết quả của các quá trình tách electron năng lượng tương đối tính bằng phiếm hàm B3LYP và phương pháp CASPT2 được trình bày trong bảng 1 cho thấy các đồng phân này kém bền so với đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc−. Cụ thể, các trạng thái 3B1, 1 A1, 3B2 của đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η4-(Si4)Sc− kém bền hơn trạng thái cơ bản 1A′ của đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc− 0,34, 0,36, 0,57 eV khi tính bằng phiếm hàm B3LYP và 0,39, 0,30, 0,70 eV khi tính Hình 3. Phổ quang electron được đo với tia laser có năng lượng 266 nm và các bằng phương pháp CASPT2. Cũng quá trình tách electron ra khỏi các đồng phân của cluster ScSi4−. theo phiếm hàm B3LYP và phương 60(1) 1.2018 10
  11. Khoa học Tự nhiên pháp CASPT2, trạng thái 1A′ của đồng đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác Trong phổ quang electron của phân dạng phẳng η3-(Si4)Sc− kém bền η -(Si4)Sc 4 −/0 có giá trị là 1,69, 1,67 cluster ScSi4−, dãy phổ đầu tiên tại vị hơn trạng thái cơ bản 1A′ của đồng và 1,92 eV. Ngoài ra, ADE của bước trí 2,57 eV là dãy phổ rộng và đã được phân dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4) chuyển 1 A′→2A′ thuộc đồng phân giải thích do sự chồng chéo của các Sc− là 0,49 và 0,75 eV. dạng phẳng η3-(Si4)Sc−/0 có giá trị là bước chuyển 1A′→12A′, 1A′→12A″ 2,05 và 1,88 eV khi tính bằng phương và 1A′→22A′ của đồng phân hình Đối với đồng phân dạng lưỡng tháp pháp CASPT2 và phiếm hàm B3LYP. lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc−/0 dựa tam giác η4-(Si4)Sc−, trạng thái 3B1 và Nhìn chung, các giá trị ADE tính được trên năng lượng tách electron ADE 1 A1 gần như suy biến. Hai trạng thái cho các quá trình tách electron của và VDE. Mặt khác, độ rộng của dãy này có thể là trạng thái ban đầu cho phổ này còn là kết quả của các chuỗi quá trình tách electron. Theo kết quả đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác dao động. Kết quả mô phỏng các hệ số trình bày trong bảng 3, nếu tách một η4-(Si4)Sc− và đồng phân dạng phẳng Franck-Condon cho các bước chuyển electron ra khỏi MO 18a1 của trạng η3-(Si4)Sc− phù hợp với vị trí của dãy 1 A′→12A′ và 1A′→12A″ như trình bày thái 3B1 sẽ tạo ra trạng thái 2B1. Năng phổ thứ nhất trong vùng từ 1,50 đến trong hình 4A và 4B cho thấy các bước lượng tách electron ADE của quá trình 2,00 eV của phổ quang electron. Tuy chuyển này đều có các chuỗi dao động. này là 1,74 eV khi tính bằng phương nhiên, đồng phân dạng lưỡng tháp tam Các chuỗi dao động này là kết quả của pháp CASPT2. Mặt khác, quá trình giác η4-(Si4)Sc− kém bền hơn so với việc thay đổi cấu trúc hình học trong tách một electron từ các MO 9b1 và đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác hai bước chuyển này. Như trình bày 10b2 của trạng thái 1A1 sẽ tạo ra các η3-(Si4)Sc− nhưng bền hơn so với các trong bảng 2, các thông số cấu trúc trạng thái 2B1 và 2B2. Năng lượng tách đồng dạng phẳng η3-(Si4)Sc−. Do đó, hình học của trạng thái 1A′ khác biệt electron ADE của hai quá trình này dãy phổ có cường độ thấp trong vùng rất nhiều so với các trạng thái 12A′ và lần lượt có giá trị là 1,83 và 2,19 eV từ 1,50 đến 2,00 eV của phổ quang 12A″. Trong bước chuyển 1A′→12A′, khi tính bằng phương pháp CASPT2. electron chủ yếu là kết quả của các độ dài các liên kết Sc-Si (R1, R2) thay Kết quả tính bằng phiếm hàm B3LYP bước chuyển 3B1→2B1, 1A1→2B1 và đổi từ 2,538 Å đến 2,488 và 2,591 Å. cho thấy, ADE của các bước chuyển 1 A1→2B2 thuộc đồng phân dạng lưỡng Độ dài liên kết Si-Si (R3, R4, R5, R6, 3 B1→2B1, 1A1→2B1, và 1A1→2B2 thuộc tháp tam giác η4-(Si4)Sc−/0. R7) thay đổi từ 2,599 và 2,375 Å đến (a) 1A′ → 12A′ (b) 1A′ → 12A″ Hình 4. Mô phỏng hệ số Franck-Condon cho các bước chuyển 1A′→12A′ (A) và 1A′→12A″ (B) của đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc−/0. 60(1) 1.2018 11
  12. Khoa học Tự nhiên 2,447, 2,735, 2,607 và 2,347 Å. Độ dài dạng lưỡng tháp tam giác η4-(Si4) Chemistry A European Journal, 18(49), pp.15788-15793. các liên kết S-Si và Si-Si (R1, R2, R3, Sc−/0. Ngoài ra, quá trình mô phỏng hệ số Franck-Condon cho thấy các [8] B.F. McVey, J. Butkus, J.E. Halpert, R4, R5, R6 và R7) của trạng thái 12A″ J.M. Hodgkiss, R.D. Tilley (2015), “Solution có giá trị tương ứng là 2,635, 2,518, chuỗi dao động của các bước chuyển synthesis and optical properties of transition- 2,611, 2,402, 2,325 và 2,460 Å. Những 1 A′→12A′ và 1A′→12A″ thuộc đồng metal-doped silicon nanocrystals”, The Journal of Physical Chemistry Letters, 6(9), giá trị độ dài liên kết ở đây cho thấy có phân dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4) pp.1573-1576. sự khác biệt rất lớn về cấu trúc hình Sc−/0 là phù hợp với hình dạng của dãy [9] H.G. Xu, M.M. Wu, Z.G. Zhang, học giữa trạng thái 1A′ và các trạng đầu tiên trong phổ quang electron của Q. Sun, W.J. Zheng (2011), “Structural and bonding properties of ScSin− (n = 2 ~ 6) thái 12A′ và 12A″. Đây chính là nguyên cluster ScSi­4−. clusters: photoelectron spectroscopy and nhân làm cho các chuỗi dao động xuất density functional calculations”, Chinese LỜI CẢM ƠN Physics B, 20(4), p.043102. hiện dày đặc trong quá trình mô phỏng các hệ số Franck-Condon cho các Nghiên cứu này được tài trợ bởi [10] N.J. DeYonker, T.G. Williams, A.E. Imel, T.R. Cundari, A.K. Wilson (2009), bước chuyển từ trạng thái 1A′ đến các Quỹ Phát triển KH&CN Quốc gia “Accurate thermochemistry for transition trạng thái 12A′ và 12A″. (NAFOSTED) thông qua đề tài mã số metal complexes from first-principles 104.06-2016.16. Nhóm nghiên cứu xin calculations”, The Journal of Chemical Physics, 131(2), p.024106. Kết luận trân trọng cảm ơn. [11] N.J. Mayhall, K. Raghavachari, P.C. Cấu trúc hình học và cấu trúc TÀI LIỆU THAM KHẢO Redfern, L.A. Curtiss (2009), “Investigation of Gaussian4 theory for transition metal electron của cluster ScSi4−/0 đã được [1] K.M. Ho, A.A. Shvartsburg, B. Pan, thermochemistry”, The Journal of Physical nghiên cứu bằng phiếm hàm B3LYP và Z.Y. Lu, C.Z. Wang, J.G. Wacker, J.L. Fye, Chemistry A, 113(17), pp.5170-5175. M.F. Jarrold (1998), “Structures of medium- phương pháp CASSCF/CASPT2. Kết [12] C. Xiao, A. Abraham, R. Quinn, sized silicon clusters”, Nature, 392(6676), quả tính cho thấy trạng thái electron cơ pp.582-585. F. Hagelberg, W.A. Lester (2002), “Comparative study on the interaction of bản của cluster anion được xác định là [2] N. Megouda, Y. Cofininier, S. scandium and copper atoms with small 1 A′ (1A1) thuộc đồng phân dạng lưỡng Szunerits, T. Hadjersi, O. ElKechai, R. silicon clusters”, The Journal of Physical Boukherroub (2011), “Photocatalytic Chemistry A, 106(46), pp.11380-11393. tháp tam giác η3-(Si4)Sc−. Trạng thái cơ activity of silicon nanowires under UV and visible light irradiation”, Chemical [13] J. Lu, J. Yang, Y. Kang, H. Ning bản của cluster trung hòa điện là 2B1 (2014), “Probing the electronic structures Communications, 47(3), pp.991-993. thuộc đồng phân dạng lưỡng tháp tam and properties of neutral and anionic [3] M.T. Nguyen, B. Kiran (2017), ScSin(0,−1) (n = 1–6) clusters using ccCA- giác η4-(Si4)Sc. Clusters: Structure, Bonding and Reactivity, TM and G4 theory”, Journal of Molecular Vol.23, Springer. Modeling, 20(2), p.2114. Phổ quang electron của cluster [4] Q.T. Tran, V.T. Tran (2016), [14] V.T. Tran, M.F.A. Hendrickx (2011), ScSi4− được giải thích bằng các quá “Quantum chemical study of the geometrical “Assignment of the photoelectron spectra of trình tách electron ra khỏi trạng thái and electronic structures of ScSi3−/0 clusters FeS3– by density functional theory, CASPT2, 1 A′ của đồng phân dạng lưỡng tháp and assignment of the anion photoelectron and RCCSD(T) calculations”, The Journal of spectra”, The Journal of Chemical Physics, Physical Chemistry A, 115(47), pp.13956- tam giác η3-(Si4)Sc−. Cụ thể, dãy 144(21), p.214305. 13964. phổ tại vị trí 2,57 eV ứng với các [5] V. Kumar, Y. Kawazoe (2001), “Metal- [15] V.T. Tran, M.F.A. Hendrickx (2011), bước chuyển 1A′→12A′, 1A′→12A″ encapsulated fullerenelike and cubic caged “A CASPT2 description of the electronic clusters of silicon”, Physical Review Letters, structures of FeO3−/0 in relevance to the và 1A′→22A′. Dãy phổ tại vị trí 3,00 87(4), p.045503. anion photoelectron spectrum”, Journal of eV là kết quả của các bước chuyển Chemical Theory and Computation, 7(2), [6] N. Uchida, T. Miyazaki, T. Kanayama 1 A′→32A′ và 1A′→22A″. Dãy phổ pp.310-319. (2006), “Stabilization mechanism of tại vị trí 3,74 eV là kết quả của bước Si12 cage clusters by encapsulation of a [16] F. Weigend, R. Ahlrichs (2005), transition-metal atom: A density-functional “Balanced basis sets of split valence, triple chuyển 1A′→42A′. Dãy phổ có cường theory study”, Physical Review B, 74(20), zeta valence and quadruple zeta valence độ thấp trong vùng từ 1,50 đến 2,00 p.205427. quality for H to Rn: Design and assessment of accuracy”, Physical Chemistry Chemical eV của phổ quang electron chủ yếu là [7] V.T. Ngan, E. Janssens, P. Claes, Physics, 7(18), pp.3297-3305. J.T. Lyon, A. Fielicke, M.T. Nguyen, P. kết quả của các bước chuyển 3B1→2B1, Lievens (2012), “High magnetic moments [17] H.G. Xu, Z.G. Zhang, Y. Feng, W. 1 A1→2B1 và 1A1→2B2 thuộc đồng phân in manganese‐doped silicon clusters”, Zheng (2010), “Photoelectron spectroscopy 60(1) 1.2018 12
  13. Khoa học Tự nhiên and density-functional study of Sc2Sin− (n = Plasser, B. Pritchard, M. Reiher, I. Rivalta, I. [24] M. Reiher, A. Wolf (2004), “Exact 2–6) clusters”, Chemical Physics Letters, Schapiro, J. Segarra-Martí, M. Stenrup, D.G. decoupling of the Dirac Hamiltonian. I. 498(1), pp.22-26. Truhlar, L. Ungur, A. Valentini, S. Vancoillie, General theory”, The Journal of Chemical V. Veryazov, V.P. Vysotskiy, O. Weingart, [18] M. Valiev, E.J. Bylaska, N. Physics, 121(5), pp.2037-2047. F. Zapata, R. Lindh (2016), “Molcas 8: Govind, K. Kowalski, T.P. Straatsma, H.J.J. New capabilities for multiconfigurational [25] M. Reiher, A. Wolf (2004), “Exact Van Dam, D. Wang, J. Nieplocha, E. quantum chemical calculations across the decoupling of the Dirac Hamiltonian. Apra, T.L. Windus, W.A. de Jong (2010), periodic table”, Journal of Computational II. The generalized Douglas-Kroll-Hess “NWChem: A comprehensive and scalable Chemistry, 37(5), pp.506-541. open-source solution for large scale transformation up to arbitrary order”, The molecular simulations”, Computer Physics [21] N.B. Balabanov, K.A. Peterson Journal of Chemical Physics, 121(22), Communications, 181(9), pp.1477-1489. (2005), “Systematically convergent basis pp.10945-10956. sets for transition metals. I. All-electron [19] R. Borrelli, A. Peluso (2003), correlation consistent basis sets for the 3d [26] V.T. Tran, Q.T. Tran (2016), “Dynamics of radiationless transitions in elements Sc-Zn”, The Journal of Chemical “Geometrical and electronic structures large molecular systems: A Franck-Condon- Physics, 123(6), p.064107. of MnS3–/0 clusters from computational based method accounting for displacements and rotations of all the normal coordinates”, [22] D.E. Woon, T.H. Dunning Jr (1993), chemistry and photoelectron spectroscopy”, The Journal of Chemical Physics, 119(16), “Gaussian basis sets for use in correlated The Journal of Physical Chemistry A, pp.8437-8448. molecular calculations. III. The atoms 120(20), pp.3670-3676. aluminum through argon”, The Journal of [20] F. Aquilante, J. Autschbach, R.K. [27] V.T. Tran, Q.T. Tran (2016), Chemical Physics, 98(2), pp.1358-1371. Carlson, L.F. Chibotaru, M.G. Delcey, L. De “Quantum chemical study of the low-lying Vico, I. Fdez. Galván, N. Ferré, L.M. Frutos, [23] Y. Ishikawa, M.J. Vilkas (2001), electronic states of VSi3–/0 clusters and L. Gagliardi, M. Garavelli, A. Giussani, “Relativistic quantum mechanics of many- C.E. Hoyer, G. Li Manni, H. Lischka, D. electron systems”, Journal of Molecular interpretation of the anion photoelectron Ma, P.A. Malmqvist, T. Müller, A. Nenov, Structure: THEOCHEM, 573(1), pp.139- spectrum”, The Journal of Physical M. Olivucci, T.B. Pedersen, D. Peng, F. 169. Chemistry A, 120(29), pp.5950-5957. 60(1) 1.2018 13
  14. Khoa học Tự nhiên Ứng dụng phương pháp SDS-PAGE trong nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng SDS đến khả năng chiết protein trong gạo Nguyễn Thị Đông1*, Trần Trung1, Vũ Thị Thu Hà2, Trần Đình Phong3, Nguyễn Thị Quỳnh Hoa1 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên 1 2 Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam 3 Trường Đại học KH&CN Hà Nội Ngày nhận bài 8/9/2017; ngày chuyển phản biện 12/9/2017; ngày nhận phản biện 10/10/2017; ngày chấp nhận đăng 1/11/2017 Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng natri dodecyl sunfat (SDS) đến khả năng chiết protein trong gạo. Dữ liệu phân tích phổ điện di gel polyacrylamid có mặt natri dedocyl sunfat (SDS-PAGE), phổ UV-Vis và phổ Raman cho thấy, khi thay đổi nồng độ SDS có trong dung môi chiết protein gạo (0,05 M tris, pH8, 5 M urê, 5% 2-ME) thì lượng protein chiết ra từ gạo thay đổi. Khả năng chiết protein ra từ gạo cao nhất trong dung dịch có nồng độ SDS 3%. Từ khóa: Chiết tách protein, protein gạo, SDS, SDS-PAGE. Chỉ số phân loại: 1.4 Đặt vấn đề Application of the SDS-PAGE method Gạo là loại lương thực cung cấp protein chủ yếu cho con người, đặc biệt to study the effect of SDS content là ở châu Á [1, 2]. Nhu cầu protein từ on protein extraction in rice gạo được dự báo tăng dần theo sự tăng dân số thế giới [3]. Vì vậy, việc chiết Thi Dong Nguyen1*, Trung Tran1, Thi Thu Ha Vu2, tách nhằm xác định hàm lượng protein Dinh Phong Tran3, Thi Quynh Hoa Nguyen1 trong gạo, giúp tuyển chọn loại gạo có 1 Hung Yen University of Technical Education hàm lượng protein cao là quan trọng 2 Institute of Chemistry, Academy of Science and Technology of Vietnam và cần thiết. 3 Hanoi University of Science and Technology Protein trong gạo được chia làm Received 8 September 2017; accepted 1 November 2017 bốn nhóm dựa trên tính hòa tan của Abstract: chúng trong các loại dung môi, gồm: This article presents how sodium dodecyl sulfate (SDS) affects the ability to Albumin (tan trong nước), globulin extract proteins in rice. Analysis data of polyacrylamide gel electrophoresis (tan trong muối), prolamin (tan trong spectrum available sodium sulfate dedocyl (SDS-PAGE), UV-Vis spectrum, rượu) và glutelin (tan trong axit loãng and Raman spetrum showed the SDS concentration in the rice protein hoặc kiềm loãng) [4], Trong đó glutelin extraction solution (0.05 M tris, pH8, 5 M urea, 5% 2-ME) affected the chiếm 80% tổng lượng protein của gạo. ability of rice protein extraction. The ability to extract the highest rice Vì vậy, hàm lượng glutelin thay đổi sẽ protein content was reached at the SDS concentration of 3%. làm thay đổi lượng protein trong gạo và từ đó gây ảnh hưởng đến chất lượng Keywords: Protein extraction, rice protein, SDS, SDS-PAGE. dinh dưỡng của gạo [5]. Glutelin trong Classification number: 1.4 gạo tồn tại ở các dạng: Proglutelin, α-glutelin, β-glutelin, trong đó dạng α-glutelin quyết định chính đến hàm lượng glutelin [6]. Như vậy, xác định được hàm lượng α-glutelin trong gạo sẽ tìm được loại gạo có hàm lượng * Tác giả liên hệ: Email: nguyendonghy@gmail.com 60(1) 1.2018 14
  15. Khoa học Tự nhiên protein lớn và chất lượng dinh dưỡng điện di gel đứng loại mini do hãng Nhuộm màu gel và rửa nhuộm: cao. Cole Pamer cung cấp. Gel được nhuộm màu trong dung Dung môi chứa sodium dedocyl - Thiết bị đọc ảnh gel và phần mềm dịch: acid acetic (10%), methanol sunfat (SDS) được sử dụng để chiết các phân tích ảnh gel Multidoc.it 3Dr (50%), coomassie brilliant blue R-250 protein trong gạo, dịch chiết thu được (hãng UVP - Mỹ). (0,3%) trong 1 h. Sau đó, rửa gel đã được phân tách bằng điện di trên gel - Máy đo UV-Vis Jasco V630 (Nhật nhuộm bằng dung dịch chứa methanol polyacrylamide với sodium dedocyl sunfat (SDS-PAGE). Các thành phần Bản). (10%) và acid acetic (5,5%) trong 1 h của protein được phát hiện bằng cách - Máy phân tích phổ Raman hoặc cho đến khi mất màu nền gel và nhuộm gel sử dụng thuốc nhuộm (LabRam HR). các dải protein điện di hiện rõ [9]. coomasive blue R-250 thu được các Chiết protein trong gạo Phân tích ảnh gel: dải: Khoảng 57 kDa là proglutelin, khoảng 40 kDa là α-glutelin, khoảng Protein trong gạo được chiết bằng Sau khi rửa nhuộm, bản gel điện di 20 kDa là β-glutelin, khoảng 13 kDa cách: Cân chính xác 60 mg mẫu đã SDS-PAGE được tiến hành phân tích là prolamin…[5-8]. Nếu diện tích ăn nghiền vào ống facol 1,5 ml, thêm 120 màu của dải α-glutelin lớn thì hàm ảnh gel, sử dụng phần mềm phân tích µl dung dịch chiết tách có thành phần lượng α-glutelin trong mẫu cao. tris 0,05 M, pH=8, urê 5 M, 2-ME ảnh Doc-It LS (P/N 97-0185-02). Căn 5% (thể tích/thể tích) và khảo sát hàm cứ theo dải protein chuẩn P7703s và Trong chọn tạo giống lúa, kỹ thuật điện di SDS-PAGE đã được các nhà lượng SDS bằng cách thay đổi hàm hàm lượng BSA chuẩn có thể xác định khoa học sử dụng để chọn lọc các lượng từ 1,8 đến 4,2% [9]. Để yên trọng lượng phân tử và hàm lượng dòng, giống có lượng protein cao dựa mẫu qua đêm ở nhiệt độ phòng. Sau đó từng dải protein. trên diện tích ăn màu dải α-glutelin mẫu được khuấy trộn rồi ly tâm với tốc độ 15.000 vòng/phút trong thời gian Phương pháp UV-Vis và Raman trên phổ SDS-PAGE. Tuy nhiên, để so sánh chính xác được lượng α-glutelin 10 phút ở nhiệt độ phòng. Lấy dịch Dịch chiết protein được pha loãng trong protein của gạo thì quá trình chiết đem phân tích bằng SDS-PAGE, rồi đem đi phân tích phổ UV-Vis chiết α-glutelin phải có hiệu quả cao, UV-Vis và Raman. bằng máy Jassco V-630 trong khoảng do đó nghiên cứu này tiến hành nghiên Phương pháp SDS-PAGE cứu ảnh hưởng của hàm lượng SDS 350÷700 nm. đến khả năng chiết protein trong gạo. Phương pháp SDS-PAGE được tiến Các dịch chiết cũng được pha loãng hành ở nhiệt độ phòng, sử dụng 12%T Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 3 lần rồi đem phân tích phổ Raman tại acrylamid gel tách và 5%T acrylamid gel cô. Điện di ở điện thế 20 V trong bước sóng kích thích 632,81 nm; thời Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị và 1 h, rồi tăng thế lên 40 V trong 2 h, gian đo mẫu 5 s, trong khoảng bước dụng cụ thí nghiệm sau đó tăng thế đến 60 V cho đến khi sóng từ 400 đến 2.200 cm-1 trên thiết Nguyên liệu: Gạo giống Q2 (nguồn prolamin chạm tận cùng gel. bị LabRam HR. giống do GS.TSKH Trần Duy Quý chọn tạo) trồng tại Dân Tiến - Khoái Bình điện di đứng, tấm kính kích Kết quả nghiên cứu và thảo luận Châu - Hưng Yên vụ xuân năm 2015. thước 11,3x10 cm, chạy cùng một Đặc điểm: Cứng cây, chịu sâu bệnh tốt, lúc 10 giếng, trong đó: Giếng 1 nhỏ Kết quả phân tích dịch chiết năng suất 6,6 tấn/ha. 5 µl dung dịch BSA hàm lượng 0,28 protein bằng phương pháp SDS- mg/ml; giếng 10 nhỏ 5 µl dung dịch PAGE Hóa chất: Tris base, acid clohydric, protein chuẩn P7703s; giếng 2 đến 9 urea, SDS, 2-ME, glycine, CBB-R250, Protein của gạo chiết bằng dung tương ứng nhỏ 10 µl mẫu dịch protein TEMED, acid acetic, methanol, môi với hàm lượng SDS khác nhau chiết được ở trên với hàm lượng SDS bromphenol blue (Merck); acrylamid, thay đổi từ 1,8 đến 4,2% (m/v) theo được phân ly bằng SDS-PAGE sử bis acrylamide, BSA (Sigma); protein chuẩn P7703S (M). bảng 1. dụng thuốc nhuộm CBB-R250. Kết Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm: Bảng 1. Thành phần các mẫu trong giếng. - Micropipet các loại; pipet 10 ml; Tên giếng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ống facol 1,5 ml và ống facol 50 ml. Tên mẫu BSA M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M - Máy lắc, máy ly tâm, máy khuấy % SDS 1,8 2 2,4 2,8 3 3,4 3,8 4,2 từ, nguồn điện di cosort EV2002, bình 60(1) 1.2018 15
  16. Khoa học Tự nhiên 250 KDa quả thực nghiệm được thể hiện trên 120 kDa 250 KDa hình 1. 100 kDa 120 kDa 80 kDa waxy 100 kDa Kết quả cho thấy, ở tất cả các mẫu waxy 60 kDa 80 kDa đều thu được cùng số dải protein đặc Pro glutelin 50 kDa 60 kDa Pro glutelin trưng cho protein gạo nhưng mức độ α-glutelin 50 kDa 40 kDa ăn màu thuốc nhuộm CBB-R250 khác α-glutelin 40 kDa Globulin nhau. Điều này có thể được giải thích 30 kDa Globulin doβ-glutelin SDS là một tác nhân làm biến tính 25 kDa 30 kDa protein và tích điện âm cho các phần β-glutelin 25 kDa tử protein. Anion của SDS kết hợp với 20 kDa 20 kDa phân tử protein bằng dây hữu cơ kỵ prolamin 15 kDa nước phá vỡ cấu trúc ba chiều của phân prolamin 15 kDa 10 kDa tử protein làm chúng duỗi ra, đồng thời 10 kDa làm cho các phần tử protein tích điện âm bằng vôBSA số điện M1 tích M4âmM3 củaM2SDS.M5 M7 M6 M8 M Vì vậy, khi thay đổi hàm %SDS 1,8 2,8 2,4 lượng SDS 3 3,8 4 2 M1 M4 M3 M2 M5 M7 3,4 BSA M6 M8 M thìHình khả1.năng chiết tách protein sẽ khác Phổ SDS-PAGE của protein chiết trong các dung%SDS môi với 1,8 2,8 2,4 hàm lượng SDS 3 3,8 3,4 4 2 nhau. Hình Hình 1. Phổ SDS-PAGE của protein chiết trong các dung môi với môi 1. Phổ SDS-PAGE của protein chiết trong các dung hàm với hàm lượng SDSlượng khác nhau. SDS khác nhau. Mẫu cho phổ điện di có dải khác nhau. α-glutelin đậm hơn và diện tích lớn hơn thì hàm lượng protein thu được cao hơn, chứng tỏ khả năng chiết protein của dung dịch chiết cao hơn. Mức độ tách protein quan sát bằng mắt thường cao nhất ở mẫu chiết bằng dịch SDS 3% (dịch chiết M5). Điều này có thể giải thích do tại nồng độ SDS = 3% vừa đủ biến tính protein. Khi hàm lượng SDS > 3%, lượng SDS dư sẽ chiếm một phần thể tích của protein đã biến tính, vì vậy làm giảm hàm lượng protein được hút vào giếng và làm giảm độ ăn màu với thuốc nhuộm. Để định lượng từng loại protein chính xác hơn, chúng tôi tiến hành Hình 2. Phân tích phổ SDS-PAGE bằng phần mềm phân tích ảnh Doc-It LS. phân tích ảnh SDS-PAGE bằng phần mềm phân tích ảnh Doc-It LS. Kết quả Bảng 2. Khối lượng phân tử (kDa) các dải protein. được thể hiện trong hình 2. Dải BSA M1 M4 M3 M2 M5 M7 M6 M8 M 1 68,83 127,54 136,09 138,32 133,9 138,32 129,63 142,88 131,75 250 kDa Kết quả phân tích từ hình 2 cho biết 2 110,22 106,7 106,7 104,99 104,99 108,45 112,02 108,45 150 kDa khối lượng phân tử các dải protein và 3 92,11 88,92 89,97 88,92 88,92 89,97 91,03 92,11 100 kDa hàm lượng tương ứng được trình bày 4 61,19 59,79 58,94 58,73 58,73 59,15 59,79 60 80 kDa ở bảng 2 và bảng 3. Kết quả ở bảng 2 5 56,87 55,46 54,48 54,48 54,48 54,87 55,07 54,48 60 kDa cho thấy xuất hiện các dải α-glutelin 6 38,01 37,14 36,79 36,65 36,65 36,65 36,86 37,19 50 kDa từ 36,65 kDa đến 38,01 kDa và dải 7 25,48 24,91 24,56 24,13 24,13 24,13 24,74 24,82 40 kDa protein waxy 58,73 kDa đến 61,19 8 24,04 23,21 22,88 22,56 22,56 22,72 23,13 23,54 30 kDa kDa [6, 10, 11]. Kết quả bảng 3 thể 9 13,95 12,88 12,61 12,52 12,25 12,52 12,52 12,7 25 kDa hiện hàm lượng từng loại protein nội 10 20 kDa suy từ trọng lượng giếng số 1 với hàm 11 15 kDa lượng BSA đã biết. 12 10 kDa 60(1) 1.2018 16
  17. Khoa học Tự nhiên Bảng 3. Ảnh hưởng của nồng độ SDS đến hàm lượng các dải protein. Kết quả thu được cho thấy, hàm lượng protein được chiết ra từ các BSA M1 M4 M3 M2 M5 M7 M6 M8 x10-2 x10-2 x10-2 x10-2 x10-2 x10-2 x10-2 x10-2 x10-2 Marker dung dịch giảm dần theo thứ tự M5 Dải x10-2 (mg/ (mg/ (mg/ (mg/ (mg/ (mg/ (mg/ (mg/ (mg/ (mg/ml) > M6 > M4 > M3 > M2 > M7 > M8 > ml) ml) ml) ml) ml) ml) ml) ml) ml) M1 (với dải số 6 tương ứng hàm lượng SDS (m/v) 1,8 2 2,4 2,8 3 3,4 3,8 4,2 α-glutelin). 1 0,14 0,03 0,05 0,05 0,05 0,07 0,06 0,06 0,05 0,02 2 0,04 0,07 0,06 0,06 0,08 0,07 0,08 0,05 0,02 Mối quan hệ hàm lượng protein 3 0,05 0,08 0,09 0,08 0,09 0,07 0,09 0,07 0,03 và nồng độ SDS trong các dịch chiết 4 0,07 0,15 0,17 0,1 0,2 0,14 0,19 0,08 0,04 được thể hiện trên hình 3. 5 0,08 0,17 0,17 0,17 0,25 0,19 0,2 0,11 0,02 6 0,35 0,55 0,54 0,54 0,64 0,5 0,61 0,43 0,03 Kết quả cho thấy, khi hàm lượng 7 0,06 0,09 0,08 0,09 0,1 0,08 0,09 0,07 0,03 SDS tăng từ 1-3% thì nồng độ protein 8 0,26 0,35 0,34 0,35 0,4 0,34 0,47 0,31 0,02 tách được cũng tăng và đạt 2,22.10-2 9 0,21 0,39 0,36 0,32 0,39 0,31 0,39 0,15 0,03 mg/ml tại 3% (m/v - SDS 0,1 M). Khi 10 0,02 hàm lượng SDS lớn hơn 3% thì hàm 11 0,02 lượng protein tách ra giảm xuống. 12 0,03 Tổng 0,14 1,15 1,9 1,86 1,76 2,22 1,76 2,18 1,32 0,28 Như vậy, tại nồng độ SDS 3%, lượng protein được chiết ra đạt cực đại, phù hợp với kết quả được quan sát bằng mắt ở trên. Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu trước đây của Andrew Lee [12], khoảng nồng độ SDS từ 10- 100 mM thì tốc độ duỗi gấp nếp với S6 của protein tăng từ 102 đến 104 s-1. Kết quả phân tích dịch chiết protein bằng phương pháp UV-Vis Dịch chiết protein được pha loãng 500 lần rồi đem phân tích UV-Vis bằng máy Jassco V-630 trong khoảng 350÷700 nm, tốc độ quét 400 nm/phút. Kết quả được thể hiện trên hình 4. Hình 3. Sự phụ thuộc của hàm lượng protein chiết được vào nồng độ SDS trong dung môi. Hình 4 cho thấy, độ hấp thụ cực đại ở bước sóng 395 nm tăng dần theo thứ tự: M1 < M8 < M7 < M2 < M3 < M4 < M6 < M5, như vậy khi thay đổi hàm lượng SDS thì khả năng biến tính protein cũng thay đổi [13]. Khi hàm lượng SDS tăng từ 1,8 đến 3% thì độ hấp thụ tăng, tức là hàm lượng protein tách được tăng lên và đạt cực đại tại 3%. Khi hàm lượng SDS lớn hơn 3% thì độ hấp thụ giảm xuống, lượng protein tách ra giảm xuống. Như vậy, kết quả này phù hợp với kết quả phân tích bằng phương pháp SDS-PAGE. Kết quả phân tích dịch chiết protein bằng phương pháp phổ Raman Để kiểm chứng chính xác các Hình 4. Phổ UV-Vis của các dịch chiết protein từ gạo. kết quả phân tách protein trong gạo, 60(1) 1.2018 17
  18. Khoa học Tự nhiên Vegetable Proteins”, Monographs on biochemistry, Longmans, Green and Co., London. [5] Nadar Khan, et al. (2010), “Diversity of glutelin alpha subunits in rice varieties from Pakistan”, Pak. J. Bot., 42(3), pp.2051-2057. [6] P.A. Aung, T. Kummaru and H. Satoh (2001), “Genetic variation of glutelin seed storage protein in Myanmar local rice cultivars”, Rice Genet. Newslett., 18, pp.50- 52. [7] L.Q. Qu, X.L. Wei, H. Satoh, T. Kumamaru, M. Ogawa and F. Takaiwa (2003), “Biochemical and molecular characterization of a rice glutelin allele for the GluA-1 gene”, Theor. Appl. Genet., 107, pp.20-25. [8] H.D. Tian, T. Kumamaru, Y. Takemoto, Hình 5. Sự phụ thuộc của hàm lượng protein chiết được vào nồng độ SDS trong M. Ogawa and H. Satoh (2001), “Gene analysis dung môi. of new 57H mutant gene, glup6, in rice”, Rice Genet. Newslett., 18, pp.48-50. các dịch chiết M1, M4, M5 và M7 năng chiết protein trong gạo cao nhất. [9] S. Galani, et al. (2011), “Seed storage được pha loãng 3 lần và tiến hành protein polymorphism in ten elite rice (Oryza Kết quả phân tích hàm lượng phân tích bằng phương pháp phổ sativa L.) genotypes of Sindh”, African Journal protein trong gạo bằng phương pháp Raman tại 632,8 nm, trong khoảng of Biotechnology, 10(7), pp.1106-1111. SDS-PAGE có sự tương đồng với kết 400-2.200 cm-1, thời gian chờ mẫu 5 s, [10] Syed Mehar Ali Shah (2011), quả phân tích hàm lượng protein trong kết quả thu được thể hiện trên hình 5. “Interspecific variation of total seed protein in gạo bằng phương pháp UV-Vis và wild rice germplasm using SDS-PAGE”, Pak. J. Kết quả từ hình 5 cho thấy, cực đại phương pháp phổ Raman. Bot., 43(4), pp.2147-2152. tán xạ tại bước sóng 997,5 cm-1 nằm trong vùng tần số đặc trưng cho liên LỜI CẢM ƠN [11] Teerarat Likitwattanasade, Parichat Hongsprabhas (2010), “Effect of kết peptid (890-1.060 cm-1) [14] và Nhóm nghiên cứu chân thành cảm storage proteins on pasting properties and tăng dần đối với dịch chiết theo thứ tự ơn sự hỗ trợ của đề tài “Ứng dụng microstructure of Thai rice”, Food Research M1 < M7 < M4 < M5, chứng tỏ liên công nghệ sinh học để chọn tạo giống International, 43, pp.1402-1409. kết peptid thu được cao nhất ở dịch lúa năng suất cao, chất lượng tốt cho [12] Andrew Lee (2011), “Denaturation chiết M5. Như vậy, phương pháp phổ Hưng Yên và Đồng bằng Bắc Bộ”, mã of proteins by SDS and Tetraalkylammonium Raman cho kết quả tương tự phương số ĐTĐL.2012-G36. Dodecyl sulfates”, Langmuir, 27, pp.11560- pháp SDS-PAGE và UV-Vis ở trên. 11574. TÀI LIỆU THAM KHẢO [13] Patrick Cutler (2009), “Experimental Kết luận monitoring and data analysis tools for protein [1] B. Duff (1991), “Trends and patterns Nhóm tác giả đã ứng dụng thành in Asian rice consumption”, Marketing and folding Study of steady-state evolution and Quality Issues, International Rice Research modeling of kinetic transients by multitechnique công phương pháp SDS-PAGE để Institute, Los Banos, Philippines, pp.1-22. and multiexperiment data fusion”, Analytical nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Chimica Acta, 632, pp.52-62. SDS đến khả năng chiết protein trong [2] L. Fresco (2005), “Rice is life”, J. Food Compos. Anal., 18, pp.249-253. [14] Yubao Guo (2013), “Infrared and gạo. Kết quả nghiên cứu cho thấy, tại Raman Spectroscopic Characterization of hàm lượng SDS đạt 3% trong dung [3] C. Mann (1997), “Reseeding the green Structural Changes in Albumin, Globulin, môi chiết protein từ gạo chứa tris 0,05 revolution”, Science, 277, pp.1038-1043. Glutelin, and Prolamin during Rice aging”, J. M, pH = 8, urê 5 M, 2-ME 5% thì khả [4] Thomas B. Osborne (1924), “The Agric. Food Chem., 61, pp.185-192. 60(1) 1.2018 18
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA
165 tài liệu
2068 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2