Chương I: ĐẶt vấN ĐỀ

Đồ án chuyên môn GVHD: Thái Thị Ánh Ngọc

Xúc tác tổng hợp ra noradrenalin, chất dẫn chuyền hoạt động thần kinh thức tỉnh và chú ý.

Tham gia vào việc tổng hợp ra sắc tố melanin, tham gia hoạt động chuyển hoá các mô liên kết và chuỗi phản ứng hoá học liên kết của tế bào.

Tham gia vào quá trình tổng hợp gen, cho sự sao chép DNA có sẵn để tế bào lớn lên.

Tham gia vào quá trình tổng hợp protein, trong chuyển hoá acid béo chưa no tạo ra màng tế bào.

Tham gia vào cấu tạo hoạt động của hormon sinh dục, cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp cấu trúc bài tiết nhiều hormon khác.

Liên quan đến việc ngăn ngừa ung thư.

Tuy nhiên nếu các kim loại nặng này được hấp thụ vào cơ thể vượt quá giới hạn cho phép, chúng sẽ gây độc đối với cơ thể.

Nếu cơ thể hấp thụ kim loại nặng với lượng nhiều sẽ dẫn đến ngộ độc cấp tính với các triệu chứng như có vị kim loại khó chịu và dai dẳng trong miệng, nôn, ỉa chảy, mồ hôi lạnh… cũng có thể gây chết người.

Nếu cơ thể hấp thụ với liều lượng không lớn lắm, nhưng liên tục thì sẽ tạo ra hiện tượng tích luỹ trong cơ thể và gây ra các bệnh mãn tính, có thể gây đột biến gen, ung thư, thiếu máu, các bệnh tim mạch, bệnh ngoài da, bệnh gan, các vấn đề liên quan đến tiêu hoá, rối loạn thần kinh.

Đặc biệt là đối với các kim loại độc như asen, chì, thuỷ ngân nếu hấp thụ vào cơ thể với lượng nhỏ cùng có thể gây nên ngộ độc cấp tính.

Các kim loại này được hấp thụ vào cơ thể qua lương thực - thực phẩm, nước uống cũng có thể qua bát đĩa, đồ chơi.

Thực phẩm có thể bị nhiễm các kim loại nặng từ nhiều nguồn khác nhau: Nguyên liệu dùng chế biến thực phẩm, trong quá trình chế biến, bảo quản thực phẩm, quá trình chuyên chở thực phẩm, các kim loại nặng thường tồn tại và luân chuyển trong tự nhiên thường có nguồn gốc từ chất thải công nghiệp trực tiếp hoặc gián tiếp sử dụng các kim loại nặng ấy trong quá trình công nghệ hoặc từ chất thải sinh hoạt, sau đó chúng bám vào các bề mặt tích luỹ trong đất và gây ô nhiễm các nguồn nước sinh hoạt.

Trong thời đại ngày nay việc sử dụng hoá chất đưa vào sản xuất khá phổ biến nên nguy cơ nhiễm các kim loại nặng vào thực phẩm ngày càng tăng do đó tình trạng ngộ độc do các kim loại nặng đang gia tăng. Vì vậy việc xác định hàm lượng kim loại nặng có trong thực phẩm là vấn đề cần quan tâm hàng đầu để bảo vệ sức khoẻ và môi trường.


Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

2.1. Phương pháp ditizon.

2.1.1. Bản chất của phương pháp ditizon.

Ditizon ( Diphenyl thiocacbazon) có công thức:

S = C

Tan trong cacbon tetra clorua và clorform tạo thành dung dịch có màu xanh lá cây. Ở dạng phân tử tức là trong môi trường acid hoặc trung tính. Ditizon rất khó tan trong nước. Dung dịch càng có phản ứng kiềm thì độ tan của ditizon càng tăng do tạo thành ion Dz ^-.

Ditizon tạo với ion nhiều kim loại những ditizon có màu, ít tan trong nước nhưng tan trong cacbon tetra clorua hay cloroform.

Các ditizon có thể tồn tại dưới hai dạng, tuỳ thuộc vào độ acid của môi trường.

• 
  Trong môi trường acid hay trung tính thì chúng tồn tại dưới dạng xeton.
  
• 
  Trong môi trường kiềm chúng tồn tại dưới dạng enol.
  

S = C M^I M^I – S – C M^I

N = N - C₆H₅ N = N - C₆H₅

Dạng enol thường ít tan trong cacbon tetra clorua và cloroform.

Cân bằng chính xảy ra khi chiết là

Mⁿ⁺ + nHDz MDz + nH⁺

Ngoài ra còn phai kể tới cân bằng:

H⁺ + Dz- = HDz pK_A = 8,7

2.1.2. Ứng dụng.

Hiện nay phương pháp ditizon được dùng rộng rãi để xác định các độc tố kim loại trong lương thực thực phẩm. Phương pháp này xác định được lượng nhỏ kim loại từ 0,1 tới 200 microgam ().

Bảng sau đây ghi các giá trị pH chiết được hoàn toàn các ditizon của một vài kim loại thường có thể lẫn trong lương thực thực phẩm.

Nguyên tố	Điều kiện chiết, màu của ditizonat	PH chiết hoàn toàn	Dung môi chiết
Đồng Cu2+ Sắt Fe2+ Chì Pb2+ Thiếc Sn2+ Kẽm Zn2+	Môi trường acid, đỏ tím Môi trường kiềm, đỏ tím Đỏ Đỏ Đỏ	2 – 5 7 – 9 7 – 10 5 – 9 6 – 9	CCl4 CCl4 CCl4 CCl4 CCl4

Các giá trị pH chiết hoàn toàn các ditizonat nói trên chỉ là gần đúng vì các pH này phụ thuộc vào điều kiện chiết như tỷ số thể tích hai dung môi chiết, lượng dư thuốc thử, các anion có lẫn trong dung dịch và lực ion của dung dịch.

Ba kim loại đồng, chì, kẽm được xác định thuận lợi bằng phương pháp ditizon.

2.1.3. Chuẩn bị dung dịch để xác định thiếc, kẽm, đồng, chì.

Thiếc, kẽm, đồng, chì có trong lương thực phẩm với lượng nhỏ nên muốn xác định chúng cần phải vô cơ hoá lương thực thực phẩm. Có hai phương pháp vô cơ hoá:

• 
  Phương pháp khô.
  

Capxun dung tích 250 ml Bếp cách cát

Pipet 100 ml Giấy lọc

Bình định mức dung tích 250 ml Magie dioxyt (MgO₂)

Cân kỹ thuật Canxi acetat Ca(CH₃COO)₂
Phễu Acid nitric đặc (d=1.4)

Bếp điện, lò nung điều chỉnh được nhiệt độ ( 600- 700⁰ C)

Dùng pipet lấy chính xác 100 ml thực phẩm ( nếu là sản phẩm lỏng) hoặc lấy cân 100 g thực phẩm ( nếu là sản phẩm khô) cho vào capxun. Thêm vào capxun 0,5g MgO₂ và 0,5g Ca(CH₃COO)₂ để tăng tốc độ vô cơ hoá và chống việc tạo thành các hợp chất bay hơi chủa kim loại nặng khi đốt ( vô cơ hoá). Các chất này nhất thiết không được chứa thiếc, đồng và chì. Đặt capxun trên bếp cách cát, đốt cho thực phẩm cháy hoàn toàn thành than. Đặt capxun vào lò nung, nung ở nhiệt độ 600- 700⁰C, đến khi sản phẩm biến hoàn toàn thành tro xám, khoảng 3 giờ. Lấy capxun ra khỏi lò nung, để nguội, cho vào capxun 20 ml acid nitric đặc ( tuyệt đối không chứa đồng và chì) và 50 ml nước cất hai lần, nước tráng cũng chuyển vào bình định mức. Thêm nước cất đến vạch mức, lắc kỹ.

• 
  Phương pháp ướt
  

• 
  Dụng cụ, hoá chất
  

Pipet 100 ml Giấy lọc

Bình định mức dung tích 250 ml Phễu

Cân kỹ thuật

Bếp điện, lò nung điều chỉnh được nhiệt độ ( 600- 700⁰ C)

- Hoá chất: Acid nitric đặc ( d = 1,4)

Acid sunfuric đặc (d = 1,84)

Amon axetat NH₄(CH₃COO)₂

Lấy lượng mẫu như trên cho vào capxun. Thêm vào capxun 3 ml acid nitric đặc và 50 ml acid sunfuric đặc. Đặt capxun lên bếp điện, đun sôi dung dịch trong capxun. Tiếp tục đun và cứ mỗi phút lại nhỏ thêm 5- 20 giọt acid nitric đặc. Khí NO₂ màu nâu sẽ thoát ra (làm trong tủ hút hơi).

• 
  Ghi chú: Phương pháp đốt khô nói trên để xác định đồng và chì cũng được thừa nhận để xác định thiếc. MgO₂ để tách ra oxy hoạt động giúp oxy hoá nhanh các chất hữu cơ. Ca(CH₃COO)₂ đóng vai trò phá vỡ MgO₂ làm tăng oxy hoạt động phóng vào chất hữu cơ, do đó làm tăng tốc độ đốt. Cũng có thể dùng Mg(CH₃COO)₂ và NaCl: Mg(CH₃COO)₂ và Ca(CH3COO)2; NH₄Cl và NaCl, (NH₄)₂CO₃…
  

Nếu đốt khô không dùng hỗn hợp MgO₂ và canxi axetat, thì các muối thiếc dễ bay hơi và một phần Sn nằm dưới dạng không tan là acid ^- metastanic. Sự mất thiếc trong đốt khô như vậy có thể từ 2,7 đến 77%.

Các mẫu thực phẩm sau khi được vô cơ hoá hoàn toàn, được phun vào hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử, rồi người ta đo độ hấp thụ bức xạ từ nguồn phát bởi hơi nguyên tử trong mẫu (được chuyển thành hơi nguyên tử tự do).

Nguyên lý của phương pháp này như sau: Nguồn sáng đơn sắc được phát từ đèn Cathod rỗng ( HCl) hoặc đèn phóng điện phi cực (EDL) hay đèn phổ liên tục có biến điện qua vùng nguyên tử hoá đến bộ cảm biến ( detector) để đo cường độ bức xạ hay hấp thụ.

Mỗi kim loại có bước sóng hấp thụ đặc trưng riêng.

Cường độ bức xạ bị hấp thụ tỷ lệ thuận với nồng độ nguyên tố có trong mẫu ( trong một giới hạn nồng độ). Đây chính là cơ sỏ để phân tích định lượng.

Phương pháp này được dùng để xác định hàm lượng kim loại có trong mẫu thuỷ sản, mẫu nước và nước thải.

Phương pháp cực phổ có thể định tính và định lượng nhiều chất bằng cách điện phân dung dịch phân tích trên điện cực giọt thuỷ ngân, rồi sau đó vẽ đường biểu diễn Dòng-Thế ghi sự biến đổi cường độ dòng theo sự biến đổi cường độ thế điện cực của sự thuỷ phân.

Về nguyên tắc phương pháp cực phổ bao gồm các giai đoạn:

• 
  Đặt các thế khác nhau vào điện cực để khử các ion khác nhau vì mỗi ion có một thế khử tương ứng xác định, do đó qua thế khử của ion có thể định tính được ion đó.
  
• 
  Nếu tăng dần thế của điện cực nhúng vào dung dịch chất cần xác định thì cường độ dòng sẽ tăng lên đồng thời cho tới khi đạt được thế khử của ion trong dung dịch. Trong điều kiện nhất định, cường độ dòng tăng tỷ lệ thuận với nồng độ ion khử.
  

• 
  Tiến hành phân tích:
  

Đặt vào điện cực thế tăng dần sẽ tạo được dòng có điện cực tăng dần, cường độ này được điều chỉnh bằng một điện kế. Sau đó sẽ thu được một đường phụ thuộc Dòng - Thế (đường cong vôn – ampe)

Dòng khuyếch tán là dòng được tạo do sự khử ion trên điện cực giọt thuỷ ngân.

Dòng khuyếch tán được tính theo công thức Incovit:

id = 605.Z.D^1/2 .m^2/3 . t^1/6

Trong đó : id : cường độ dòng khuyếch tán

Z : hoá trị ion bị khử

D : hệ số khuyếch tán hoặc số phân tử gam ion khử khuyếch tán qua bề mặt 1 cm² trong 1 đơn vị thời gian để cho gadian nồng độ bằng đơn vị.

C : nồng độ ion khử miliion g/ lit.

M : khối lượng thuỷ phân rời khỏi mao quản trong đơn vị thời gian, tính ra mg/giây.

T : thời gian giọt thuỷ phân rơi khỏi mao quản, s.

Trong thực tế khó xác định được hệ số khuyếch tán D, nên người ta đo song song dung dịch chất tiêu chuẩn và chất phân tích, rồi thiết lập đường cong vôn – ampe của cả hai dung dịch và tính nồng độ (X) chất cần phân tích theo công thức:

x =

Trong đó : a : khối lượng chất trong dung dịc tiêu chuẩn.

hx và h_tc : chiều cao sóng của dung dịc phân tích và dung dịch tiêu chuẩn.

Phương pháp cực phổ không chỉ xác định các cation, nó còn có thể xác định được các anion và phân tử có khả năng khử trên điện cực giọt thuỷ ngân.

• 
  Ưu điểm của phương pháp:
  

Có thể đồng thời xác định nhiều chất không cần tách biệt chúng.

Nhanh: chỉ tốn vài phút để xác định nồng độ chất trong dung dịch.

• 
  Chuẩn bị dung dịch xác định:
  

Cặn trong bát được hoà tan bằng acid hydric loãng (1/1) đun nhẹ trên nồi cách thuỷ. Chuyển tất cả vào bình định mức dung tích 50 ml (dung dịch chỉ chiếm nữa thể tích của bình). Trung hoà acid bằng amoniac. Thêm nước cất đến vạch mức lắc kỹ rồi lọc. Giữ lấy kết tủa hydroxyt chì và thiếc trên giấy lọc. Nước lọc I dùng để xác định đồng.

Kết tủa trên giấy lọc được hoà tan bằng acid HCl (1/1) nóng, thêm vào 2 – 3 g acid tactric, 1 lượng natri sunfit và đun trên nồi cách thuỷ cho bốc hết SO₂ đi. Sau khi làm lạnh dung dịch được chuyển vào bình định mức dung tích 50 ml, trung hoà acid dư bằng amoniac đặc đến dư, thêm nước cất đến vạch mức lắc kỹ rồi lọc. Nước lọc II dùng để xác định chì. Kết tủa hydroxyt thiếc được hoà tan trong HCl(1/1) trong bình định mức 50 ml, thêm 0,1g canxi hypophotphit CaH₂PO₂ và thêm acid Clohydric (1/1) đến vạch. Lọc dung dịch này, nước lọc III dùng để xác định thiếc.

2.3.2.Ứng dụng.

Trong phân tích thực phẩm phương pháp cực phổ dùng để xác định các ion kim loại nặng, muối ăn, đường fructoza, saccaroza, các vitamin C, B1, xác định đặc tính nấm men và vài độc tố chất hữu cơ.

Phương pháp này dựa vào tính oxy hoá khử của iod trong dung dịch:

I₂ + 2e = 2I ^–

Với điện thế tiêu chuẩn E⁰I₂PI ^- = 0,54(V) không lớn cũng không bé. Từ đó ta thấy:

I₂ là chất oxy hoá đối với một số chất khử có E⁰ < 0,54 (V)

I ^– là chất khử đối với một số chất oxy hoá có E⁰ > 0,54 (V)

Chỉ thị của phương pháp này là hồ tinh bột ( chỉ thị đặc biệt) : I₂ hấp thụ hồ tinh bột tạo thành hợp chất màu xanh.

• 
  Xác định nồng độ chất khử như : Thio sunfat natri, SO₃^{2 -} , Sn²⁺, H₂S, AsO₃^{3 -} , Cu⁺…
  
• 
  Xác định các chất oxy hoá : MnO₄ ^- ,Cr₂O₇ ^- ,Cl₂, Br₂, Fe³⁺…
  

- Các thiết bị phân tích

- Mẫu lương thực - thực phẩm

3.2.Phương pháp nghiên cứu.

Tham khảo tài liệu

Trong môi trường trung tính hoặc kiềm, ion chì (Pb²⁺) tạo với ditizon thành chì ditizonat màu đổ tím tan trong dung môi hữu cơ:

Pb²⁺ + 2HDz = Pb(HDz)₂ + 2H⁺

Vì Pb(HDz)₂ tan rất ít trong dung môi hữu cơ, do đó khi dùng môi trường trung tính thì tốt nhất nên dùng nông độ của ditizon trong cacbon tetra clorua là 50 m (mà phân tử gam: 12,81 mg/lit). Trong cloroform, Pb(HDz)₂ tan gấp 17 lần trong cacbon tetra clorua. Do đó để xác định chì người ta hay dùng cloroform để trung hoà ditizon.

Ion chì cũng tác dụng với ditizon trong môi trường acid yếu, ở pH > 7 thì thu Pb²⁺ vào dạng Pb(HDz)₂ hoàn toàn.

Dung dịch Pb(HDz)₂ trong cloroform bị thuỷ phân ở pH > 9,5.

Trong dung dịch sau khi vô cơ hoá thực phẩm có thể cũng có mặt các ion sau : Sn²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺… Các ion này có thể bị liên kết(bị che dấu) bằng kali xyannua (KCN) nhưng Sn²⁺ không bị che dấu bởi KCN nên phải tách Sn²⁺ ra khỏi dung dịch trước khi xác định chì, cách tách như sau.

Lấy 25 ml dung dịch từ bình định mức cho vào cốc dung tich 250 ml, cho vào cốc 10 ml Brôm (Br₂) và đun trên bếp điện để đuỗi hết hơi SnBr₄. Tiếp tục đun, thêm nước cất

vào, rồi lại tiếp tục đun cho tới khi dung dịch không còn màu đỏ của Brôm. Lúc đó, dung dịch chỉ còn chứa ion Pb²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺…

• 
  Dụng cụ hoá chất:
  

Cốc dung tích 250 ml

Bình định mức 1000 ml

Phễu chiết dung tích 100 ml

Buret 10 ml.