Nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định hàm lượng Vitamin C bằng phương pháp VON - Ampe hòa tan Anot - Dương Thị Tú Anh

Nội dung text: Nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định hàm lượng Vitamin C bằng phương pháp VON - Ampe hòa tan Anot - Dương Thị Tú Anh

1. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học – Tập 20, số 4/2015 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG VITAMIN C BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON - AMPE HÒA TAN ANOT Đến toà soạn 10 - 7 - 2015 Dương Thị Tú Anh Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên Cao Văn Hoàng Khoa Hóa học - Trường Đại học Quy Nhơn RESEARCH AND DETERMINATION OPTIMAL CONDITIONS TRACE LEVELS VIT.C BY ANODE STRIPPING VOLTAMMETRY METHOD SUMMARY Vitamin C (ascorbic acid, or Vit.C ) has long since is known as an essential nutrient for higher primates, and for a small number of other species. Vit.C presence is needed in a variety of metabolic reactions in all animals and plants, they are created in the body by almost all organisms, eliminate child humans, monkeys, dolphins lack a specific enzyme catalysis to convert glucose into Vit.C. It is also one of the people widely known as a vitamin, without which it will cause scurvy for humans [1-7]. May determine the amount of objects Vit.C analyzed by several different methods, including Von - Ampere soluble anode (ASV) methods with technical momentum differential (DP) is one method sensitivity, precision, high selectivity and low detection limits. This paper published research results select the appropriate experimental conditions allows the determination of the method Vit.C by DPASV. The study results showed that the limit of detection and quantification limit Vit.C of the method respectively are 1,6ppb and 4,9ppb. Keywords: Von-Ampere dissolved, trace levels, methods, and Vit.C. 1. MỞ ĐẦU: rất quan trọng trong việc liên kết các cấu trúc Chức năng chủ yếu của Vit.C là sản xuất cơ thể với nhau (mô liên kết, sụn khớp, dây collagen, một protein chính của cơ thể. Đặc chằng, vv ), Vit.C còn cần thiết cho sự lành biệt, Vit.C giúp nối kết một phần của phân tử vết thương, khỏe nướu răng, và ngăn ngừa amino acid proline để hình thành các mảng bầm ở da [1-7]. hydroxyproline làm cho cấu trúc collagen ổn Vit.C còn có chức năng miễn dịch, tham gia định. Collagen không những là một protein quá trình tạo ra một số chất dẫn truyền thần 67
2. kinh và hormon, tổng hợp carnitine, hấp thụ dung dịch HNO3 10% , tráng, rửa sạch bằng và sử dụng các yếu tố dinh dưỡng khác. nước cất 2 lần trước khi dùng. Vit.C cũng là một chất dinh dưỡng chống 2.2. Quy trình phân tích Vit.C oxy hóa rất quan trọng [9-11]. Lấy một thể tích nhất định dung dịch Vì vậy, việc nghiên cứu xác định hàm nghiên cứu có chứa Vit.C và dung dịch chất lượng vết Vit.C trong các đối tượng phân điện li làm nền vào bình điện phân. Tiến tích, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng Vit.C hành sục khí N2 (5.0) để đuổi oxy hòa tan. nâng cao sức khỏe cho mỗi người là một Sau đó, tiến hành điện phân làm giàu ở - việc rất cần thiết. 0,2V, khuấy dung dịch với tốc độ 2000 Phương pháp Von-Ampe hoà tan anốt xung vòng/phút. Khi kết thúc giai đoạn làm giàu, vi phân (DPASV) là một trong những ngừng khuấy, để dung dịch yên tĩnh 15s, phương pháp cho phép xác định hàm lượng quét thế theo chiều dương từ -0,20V đến vết Vit.C [8] trong nhiều đối tượng khác 0,3V bằng kỹ thuật xung vi phân với biên nhau với độ nhạy, độ chính xác, độ chọn độ xung ΔE = 50mV; thời gian xung 40ms; lọc cao và giới hạn phát hiện thấp. Trong thời gian mỗi bước thế tstep = 0,2s; bước bài báo này, chúng tôi sẽ trình bày các kết nhảy thế 5mV và tốc độ quét thế 25mV/s, quả nghiên cứu các điều kiện thí nghiệm đồng thời ghi đường DPASV. Để xác định thích hợp để xác định hàm lượng Vit.C nồng độ Vit.C chúng tôi lựa chọn phương bằng phương pháp DPASV. pháp thêm chuẩn. 2.THỰC NGHIỆM 3.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.1. Thiết bị và hoá chất 3.1. Nghiên cứu lựa chọn chất điện li nền Các phép đo được thực hiện trên hệ thiết bị Tiến hành thí nghiệm nghiên cứu với dung phân tích cực phổ VA 797 do hãng dịch Vit.C 10ppb, thêm vào đó một thể tích Metrohm (Switzerland) sản xuất, có hệ nhất định một trong các dung dịch chất điện thống sục khí tự động với hệ 3 điện cực: li làm nền cần khảo sát. Tiến hành ghi đo Điện cực làm việc là điện cực giọt thuỷ đường DPASV của Vit.C trong các nền ngân treo; điện cực so sánh: Ag/AgCl, điện li đã chọn, với các điều kiện ghi đo KCl(3M); điện cực phụ trợ: điện cực Platin. tương tự như phần 2.2. Kết quả ghi đo được Tất cả các hoá chất được sử dụng trong quá thể hiện trên hình 1: trình nghiên cứu đều là hoá chất tinh khiết 120n phân tích (PA); các dung dịch chuẩn Vit.C (3) 100n được pha chế hàng ngày từ Vit.C (PA) của (5) 80.0n Merck bằng nước cất hai lần. 60.0n (4) Trước khi tiến hành phân tích, điện cực và I (A) 40.0n (1) bình chứa mẫu được làm sạch bằng dung 20.0n (2) dịch HNO3 10% và tráng rửa nhiều lần 0 bằng nước cất hai lần. -100m 0 100m 200m U (V) Các dụng cụ thuỷ tinh như: bình định mức, Hình 1. Đường DPASV của Vit.C trong các pipét các chai thuỷ tinh, chai nhựa PE, nền điện li khác nhau chai lọ đựng hoá chất đều được ngâm trong 68
3. (1)trong nước; (2)trong dung dịch KCl;(3) cứu dung dịch nền. Kết quả khảo sát được trong dung dịch axit axetic; (4) trong dung thể hiện trên hình 2: dịch đệm photphat; (5) trong dung dịch đệm axetat 60.0n Kết quả khảo sát cho thấy: 40.0n Khi không có mặt dung dịch chất điện li (A) I làm nền, trên đường DPASV (đường 1) hầu 20.0n như không xuất hiện pic tại vị trí nào, hơn -200m -100m 0 100m 200m nữa đường nền nằm rất cao. U (V) Trong dung dịch KCl 0,1M trên đường Hình 2. Đường ASV của mẫu trắng DPASV (đường 2) xuất hiện pic ở thế E = - ĐKTN: Eđp=- 0,2V; tđp= 50s; tnghỉ = 20s; 0,069V. Tuy nhiên dòng đỉnh pic Ip thấp, Kích cỡ giọt thủy ngân θ = 4 ; = 2000 chân pic không đều và tương đối cao. vòng/phút; Trong dung dịch axit axetic 0,1M, trên Đuổi oxi hòa tan (DO) trong 60s bằng đường DPASV (đường 3) xuất hiện pic ở N25.0. thế E = 0,112V, vị trí pic chuyển dịch về Từ kết quả khảo sát trên hình 2 chúng tôi phía thế dương lớn nhất, song chân pic rất nhận thấy không xuất hiện pic của Vit.C, có cao, không cân đối. nghĩa là sự nhiễm bẩn của toàn bộ hệ thống Trong nền đệm photphat 0,1M, trên đường phân tích hầu như không có. DPASV (đường 4) xuất hiện pic ở thế E =- 3.3. Nghiên cứu lựa chọn pH tối ưu 0,064V, vị trí thế đỉnh pic chuyển dịch về Để khảo sát ảnh hưởng của pH đến dòng phía thế âm hơn, mặt khác chân rộng hơn, đỉnh hòa tan của các chất nghiên cứu, không cân đối, hơn nữa dòng đỉnh pic Ip đạt chúng tôi tiến hành phép ghi đo trong các giá trị thấp hơn so với đường DPASV trong điều kiện tương tự như phần 2.2, nhưng đệm axetat 0,1M. thay đổi các giá trị pH khác nhau. Kết quả Trong nền đệm axetat 0,1M, trên đường nghiên cứu được thể hiện trên hình 3: DPASV (đường 5) xuất hiện pic ở thế E = 0,062V; pic của Vit.C đẹp, cân đối, chân Ip(nA) 70 pic gọn và thấp, hơn nữa dòng đỉnh pic Ip 60 50 đạt giá trị lớn nhất. 40 30 Ip(Vit.C) 20 Do vậy, chúng tôi chọn nền điện li là đệm 10 0 pH axetat 0,1M trong tất cả các phép đo 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 DPASV. 3.2. Thí nghiệm trắng Hình 3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Thí nghiệm trắng là thí nghiệm được thực Ip vào giá trị pH dung dịch đệm hiện trong các điều kiện hoàn toàn như thí Từ các kết quả nghiên cứu được, chúng tôi nghiệm nghiên cứu chỉ khác là không cho nhận thấy: chất phân tích. Chúng tôi tiến hành khảo sát Khi tăng dần giá trị pH của dung dịch đệm, trong các điều kiện tương tự như nghiên thế đỉnh pic dịch chuyển về phía dương 69
4. hơn. Mặt khác, trong vùng khảo sát giá trị Ip(nA) pH dung dịch đệm từ 4,0 đến 5,0 dòng đỉnh 90 80 hòa tan Ip của Vit.C tăng dần trong khoảng 70 60 pH 4,0 đến 4,6; ở các giá trị pH từ 4,6 đến 50 40 Ip(Vit.C) 30 4,7 các đường DPASV đạt giá trị ổn định, 20 10 tđp(s) 0 thế đỉnh pic cao, chân pic cân đối, pic gọn 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 và đẹp; song có xu hướng giảm nhẹ ở các giá trị pH 4,7 đến 5,0. Điều này có thể là Hình 4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của do trong dung dịch xảy ra bán phản ứng oxi Ip vào thời gian điện phân hóa khử của Vit.C : + - C6H8O6 C6H6O6 + 2H + 2e Dựa vào kết quả thu được chúng tôi nhận Hơn nữa trong dung dịch Vit.C phân li ở thấy: Khi tăng thời gian điện phân thì các nấc thứ nhất với pK = 4,17 và phân ly rất giá trị Ip của Vit.C thay đổi không nhiều. a1 Tuy nhiên, ở những thời gian đầu chiều cao yếu ở nấc 2, pK = 11,56. Tốc độ oxi hóa a2 pic chưa ổn định, chân pic cao và rộng, pic Vit.C thành axit L-đehiđroascorbic càng không cân đối. Trong khoảng thời gian từ lớn khi pH càng tăng. 50s trở đi chiều cao pic ổn định, chân pic Do vậy khi pH của dung dịch tăng, làm cho hẹp và thấp, pic cân đối hơn rất nhiều. Điều cân bằng trên dịch chuyển sang phải tạo ra này có thể là do lúc này tốc độ khử Vit.C dạng C6H6O6 làm cho thế đỉnh pic Ep có sự ổn định, lượng Vit.C khuếch tán vào trong dịch chuyển. lòng giọt thủy ngân đạt giá trị ổn định và Vì vậy, để thuận lợi cho quá trình phân lớn nhất. Như vậy, để đảm bảo độ chính tích Vit.C chúng tôi chọn giá trị pH dung xác của phép phân tích Vit.C, chúng tôi dịch đệm thích hợp nhất cho việc ghi đo chọn thời gian điện phân làm giàu là 50s. đường DPASV của Vit.C là 4,6. 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của kích cỡ 3.4. Nghiên cứu lựa chọn thời gian điện giọt thủy ngân phân làm giàu Tiến hành tương tự phần 3.4, nhưng thay đổi Để lựa chọn được thời gian điện phân làm kích cỡ giọt thủy ngân từ 1 đến 9. Sau đó, tiến giàu thích hợp, chúng tôi tiến hành thí hành ghi đo đường DPASV của Vit.C với nghiệm với dung dịch Vit.C 10ppb, thêm thời gian điện phân là 50s và các điều kiện vào đó 0,5mL dung dịch đệm axetat có pH ghi đo khác tương tự như phần 2.2. Kết quả 4,6 và thay đổi thời gian điện phân từ 5s ghi đo được thể hiện trên hình 5. đến 100s. Sau đó, tiến hành ghi đo đường DPASV của Vit.C với các điều kiện ghi đo tương tự như phần 2.2. Kết quả nghiên cứu được thể hiện trên hình 4: 70
5. Từ các kết quả thu được ở trên chúng tôi thấy: Khi tăng dần giá trị thế điện phân đặt 125n 9 5 8 vào hai điện cực từ -0,30V đến -0,20V thì 100n 7 4 6 3 giá trị Ip của vitamin C cũng tăng dần và đạt 75.0n 2 giá trị lớn nhất ở thế bằng -0,20V. Tuy I (A ) 1 50.0n nhiên khi tăng dần giá trị thế điện phân từ - 25.0n 0,15V đến 0,30V, giá trị Ip của vitamin C 0 có xu hướng giảm dần. Điều này có thể là -100m 0 100m 200m do càng gần với thế đỉnh pic E của chất U (V) p Hình 5. Các đường DPASV của Vit.C ứng nghiên cứu thì sự khuếch tán các chất điện với kích cỡ giọt thủy ngân khác nhau hoạt tới điện cực giảm, do đó lượng chất Kết quả nghiên cứu cho thấy khi kích cỡ phân tích bề mặt điện cực giảm dẫn tới giọt Hg tăng dần từ 1 đến 9 thì dòng đỉnh cường độ dòng Ip giảm. Vì vậy, chúng tôi hòa tan Ip cũng tăng dần. Tuy nhiên với giọt chọn thế điện phân là -0,20V trong các treo khi kích cỡ quá lớn thì giọt dễ bị rơi phép ghi đo. trong quá trình phân tích làm sai lệch kết 3.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quả phân tích. Chính vì vậy chúng tôi chọn khuấy dung dịch kích cỡ giọt thủy ngân ở mức trung bình là Để nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy 4 trong các phép ghi đo. dung dịch tới dòng đỉnh hòa tan Ip của 3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của thế điện Vit.C trong các điều kiện như phần 2.2, phân làm giàu nhưng thay đổi tốc độ khuấy trộn dung dịch Để lựa chọn được thế điện phân thích hợp trong khoảng 400 ÷ 2800 vòng/phút. Kết cho phép phân tích chúng tôi tiến hành quả nghiên cứu được thể hiện trên hình 7: khảo sát trong các điều kiện tương tự như ở Ip(nA) 70 phần 3.5, nhưng thay đổi thế điện phân làm 60 50 giàu trong khoảng -0,30V ÷ 0,30V, các 40 Ip(Vit.C ) điều kiện ghi đo khác tương tự như phần 30 20 2.2. Kết quả nghiên cứu được thể hiện trên 10 (vòng/phút) 0 hình 6: 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 Ip(nA) 70 Hình 7. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc 60 50 của Ip vào tốc độ khuấy dung dịch 40 30 Ip(Vit.C) 20 10 Các kết quả nghiên cứu cho thấy khi tốc độ 0 Eđf (V) -0.3 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 0.05 0.1 0.2 0.3 khuấy dung dịch càng lớn thì các giá trị Ip của Vit.C càng cao. Tuy nhiên khi tốc độ Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của khuấy lớn thì sự khuếch tán chất phân tích Ip vào thế điện phân làm giàu khác nhau tới bề mặt điện cực không đồng đều, dễ tạo thành sự đa lớp của chất phân tích, đồng 71
6. thời tốc độ khuấy quá cao cũng dễ dẫn tới cho phép xác định Vit.C bằng phương pháp hiện tượng rơi giọt. DPASV được trình bày ở bảng 1: Vì vậy, chúng tôi chọn tốc độ khuấy 2000 Bảng 1. Các điều kiện thí nghiệm thích hợp vòng/phút là giá trị tối ưu sử dụng cho các cho phép xác định Vit.C bằng phương pháp phép ghi đo. DPASV 3.8. Nghiên cứu lựa chọn thời gian sục Dung dịch đệm Thời gian 50s khí nền axetat điện phân Để lựa chọn được thời gian sục khí thích pH dung Kích cỡ giọt 4,6 4 hợp, chúng tôi tiến hành thí nghiệm nghiên dịch nền thủy ngân cứu với dung dịch vitamin C 10ppb, thêm Thể tích Thế điện - vào đó 0,5mL dung dịch đệm axetat có pH dung dịch 0,5mL phân (Eđp) 0,2V 4,6 và thay đổi thời gian sục khí từ 15 s đệm đến 300s. Sau đó, tiến hành ghi đo đường Tốc độ Thời gian 2000 DPASV của Vit.C với các điều kiện ghi đo 60s khuấy dung sục khí rpm tương tự như phần 2.2. Kết quả ghi đo được dịch thể hiện trên hình 8: 3.9. Độ chính xác, giới hạn phát hiện, 150n giới hạn định lượng của phương pháp 125n 0s 60s 3.9.1. Độ chính xác 100n 15s 90, 120s 3.9.1.1. Độ đúng 75.0n I I (A) 30s 150-300s Dựa trên các điều kiện tối ưu đã khảo sát 50.0n 25.0n được theo bảng 1, chúng tôi tiến hành đánh giá độ đúng của phép đo thông qua dung dịch -200m -100m 0 100m 200m U (V) chuẩn và các điều kiện phân tích đã chuẩn bị Hình 8. Các đường DPASV của Vit.C ở các ở phần 2.2. Mẫu được xác định bằng phương thời gian sục khí khác nhau pháp thêm chuẩn. Kết quả phân tích được thể Các kết quả nghiên cứu cho thấy: trong hiện trên hình 9 và bảng 2: vùng khảo sát thời gian sục khí, ở thời gian Vit.C sục khí từ 0 ÷ 30s giá trị Ip cao, tuy nhiên 200n chân pic cao, không cân đối, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo. Trong khoảng 150n thời gian 60s đến 120s dòng đỉnh hòa tan Ip I (A) I 100n của Vit.C khá ổn định, trong khoảng thời gian từ 150s đến 300s có xu hướng giảm 50.0n nhẹ. Vì vậy, chúng tôi chọn giá trị thời gian sục khí thích hợp nhất cho phép ghi đo là -0.10 -0.05 0 0.05 0.10 0.15 60s. U (V) Tổng hợp các kết quả khảo sát chúng tôi đã Hình 9. Các đường DPASV phân tích xác định các điều kiện thí nghiệm thích hợp mẫu chuẩn Vit.C 72
7. Bảng 2. Kết quả xác định hàm lượng Vit.C Giá trị Ip trung bình Ip(tb) = 62,78 nA trong mẫu chuẩn Độ lệch chuẩn: S = 0,69 Mẫu phân tích Nồng độ vit.C (ppb) Phương sai S2= 0,48 Lần 1 10,31 0,36 Độ lệch chuẩn của đại lượng trung bình: Lần 2 9,97 0,75 SX = 0,221 Lần 3 10,36 1,41 Độ chính xác của phép đo: Trung bình 10,49 1,02 X( ,k) = t. sx= 2,36.0,221 = 0,52 Các kết quả nhận được cho thấy sai số Từ kết quả trên chúng tôi thấy giá trị Ip của tương đối  = 0,98. Chứng tỏ phép đo có Vit.C trong các lần đo sai khác nhau không độ đúng tốt. đáng kể, điều đó chứng tỏ phép đo có độ 3.9.1.2. Độ chụm chụm tốt. Để xác định độ chụm của phép đo chúng tôi 3.9.2. Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn tiến hành ghi đo đường Von-Ampe hòa tan định lượng (LOQ): anot của dung dịch Vit.C nồng độ 10ppb Sử dụng các kết quả ghi đo trong phần khảo trong các điều kiện tối ưu đã khảo sát theo sát độ chụm của phép đo để tính LOD, bảng 1, lặp lại phép đo 10 lần. Kết quả ghi LOQ chúng tôi thu được kết quả như sau : đo được thể hiện trên hình 10 và bảng 3: LOD = 1,66 ppb LOQ 3 LOD = 4,99ppb 100n 80.0n 4. KẾT LUẬN 60.0n Qua các kết quả nghiên cứu, chúng tôi rút I (A) I 40.0n ra một số kết luận sau: 20.0n 1.Đã xác định được các điều kiện thí 0 -200m -100m 0 100m 200m nghiệm thích hợp cho phép ghi đo xác định U (V) Vit.C trong mẫu phân tích đó là: chất điện Hình 10. Các đường DPASV của Vitamin li làm nền là dung dịch đệm axetat với pH C trong 10 lần đo lặp lại bằng 4,6; thế điện phân làm giàu là -0,20V; Bảng 3. Các giá trị Ip của Vit.C trong 10 thời gian điện phân làm giàu là 60s; khoảng lần đo lặp lại quét thế là -0,2V  0,2V; tốc độ quét thế là Lần đo I (nA) Lần đo I Vit.C Vit.C 25mV/s; tốc độ khuấy dung dịch là (nA) 2000v/phút và kích cỡ giọt thủy ngân là 4. 1 62,4 6 62,3 2. Đã áp dụng các điều kiện thí nghiệm 2 63,8 7 62,3 thích hợp xác định được để kiểm tra độ 3 63,2 8 63,5 chính xác của phép đo thông qua mẫu 4 62,2 9 63,7 chuẩn, kết quả kiểm tra cho thấy phép đo 5 62,5 10 61,9 có độ chính xác tốt. Kết quả sai lệch với Sử dụng các kết quả ghi đo trong phần khảo mẫu chuẩn nằm trong giới hạn cho phép. sát độ chụm của phép đo để tính toán, (xem tiếp tr. 82) chúng tôi thu được kết quả sau: 73