BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
TRẦN THỊ THÙY VÂN
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SELEN
VÀ MANGAN TRONG MỘT SỐ LOÀI NẤM LINH CHI
LẤY TỪ VƯỜN QUỐC GIA PÙ MÁT - NGHỆ AN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS)
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
2
NGHỆ AN - 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
TRẦN THỊ THÙY VÂN
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SELEN
VÀ MANGAN TRONG MỘT SỐ LOÀI NẤM LINH CHI
LẤY TỪ VƯỜN QUỐC GIA PÙ MÁT - NGHỆ AN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS)
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.............................................8
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
Chương 1
TỔNG QUAN ..................................................................................................3
1.1. Sơ lược về Nấm..........................................................................................3
1.1.1. Giới thiệu về Nấm .................................................................................3
1.1.2. Phân loại Nấm .......................................................................................3
1.1.3. Nấm Linh chi...........................................................................................4
1.2. Tổng quan về nguyên tố Selen và nguyên tố Mangan...............................6
1.2.1. Tổng quan về nguyên tố Selen................................................................6
1.2.2. Tổng quan về nguyên tố mangan..........................................................17
1.3. Các phương pháp phân tích Selen, Mangan.............................................24
1.3.1. Các phương pháp phân tích Selen.........................................................24
1.3.2. Các phương pháp phân tích Mangan.....................................................30
1.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.............................................34
1.4.1. Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử [3]................................................34
1.4.2. Các giai đoạn của quá trình nguyên tử hóa mẫu[3]...............................35
1.4.3. Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích [3]...........................................36
1.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp loại trừ của phép đo AAS[4]. .42
1.4.5 .Cấu tạo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử ..........................................46
1.4.6 .Các phương pháp định lượng của phổ hấp thụ nguyên tử [3]...............50
1.4.7. Ưu nhược điểm của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử..........54
1.5. Các phương pháp xử lý mẫu phân tích.....................................................55
1.5.1. Phương pháp xử lý mẫu ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh)..................55
1.5.2. Phương pháp xử lý mẫu khô..................................................................56
1.5.3. Phương pháp xử lý mẫu khô ướt kết hợp..............................................56
Chương 2
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM...................................58
2.1. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất.......................................................................58
phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử....................................................75
3.5. So sánh kết quả định lượng hàm lượng mangan trong một số mẫu nấm
Linh chi bằng hai phương pháp F-AAS và ICP-MS.......................................78
KẾT LUẬN.....................................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................81
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AAS
Quang phổ hấp thụ nguyên tử
AbS
Độ hấp thụ quang
APHA
Hiệp hội bảo vệ sức khỏe cộng đồng Mỹ
CSV
Phương pháp Von-Ampe hòa tan
EPA
Hiệp hội bảo vệ môi trường Mỹ
F-AAS
ICP-MS
Phổ khối lượng plasma cao tần cảm ứng
KK
Không khí
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
DANH MỤC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Trang
Hình vẽ:
Hình 1.1: Các loại nấm Linh chi.......................................................................6
Hình 1.2: Một số dạng tồn tại của Mangan.....................................................23
Bảng 1.2: Một số tiêu chuẩn xác định Mn theo phương pháp AAS................30
Bảng 1.3: Quan hệ giữa nhiệt độ và loại khí đốt.............................................38
Bảng 1.4: Thành phần khí và nhiệt độ ngọn lửa..............................................38
Hình 1.3: Đồ thị chuẩn của phương pháp đường chuẩn.................................51
Bảng 1.5: Dãy chuẩn của phương pháp thêm chuẩn.......................................52
Hình 1.4: Đồ thị chuẩn của phương pháp thêm tiêu chuẩn.............................53
Hình 2.1: Máy phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-6800...............58
Đo kết quả phân tích mangan bằng phương pháp ICP-MS trong một số loài
nấm Linh chi trên máy đo ICP-MS Agilent 7500 do Mỹ sản xuất tại Viện
Công nghệ xạ hiếm, số 48 Láng Hạ - Hà Nội.................................................58
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát độ rộng khe sáng cho phép đo Selen với
nồng độ Se(IV) là 4 ppb..................................................................................66
bằng hai phương pháp F-AAS và ICP-MS......................................................78
1
MỞ ĐẦU
Nấm linh chi là một dược liệu mà con người từ xa xưa đã biết dùng làm
thuốc. Các chế phẩm từ nấm linh chi đã được dùng để hỗ trợ điều trị nhiều
bệnh như: Bệnh gan, tiết niệu, tim mạch, ung thư… Trong thành phần hóa học
của nấm Linh chi chứa hàm lượng các nguyên tố vi lượng tương đối như Se,
Mn, K, Ca, Fe…đó là những nguyên tố vi lượng thiết yếu của cơ thể.
Selen có vai trò tích cực làm tăng khả năng miễn dịch của cơ thể, là
nguyên tố bảo đảm cho quá trình tổng hợp collagen, bảo đảm sự toàn vẹn của
cơ, hồng cầu, keratin và thủy tinh thể. Ở những người có hàm lượng selen
trong máu thấp, nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt cao gấp 4-5 lần so với người
bình thường. Đặc biệt, selen đẩy mạnh quá trình tổng hợp coenzim, là một
chất chống oxy hóa có khả năng phá hủy các lipopeoxit và làm trung hòa
những chất gây hại cho tế bào.
Mangan hoạt hóa một vài enzyme và có thể can thiệp vào sự ức chế
trong một vài tế bào chuyển động của canxi. Nó đóng vai trò không rõ ràng
trong sự cân bằng đường máu và quá trình tổng hợp cholesterol cũng như tiến
trình hình thành bộ xương.
Selen, mangan tham gia vào khẩu phần ăn của con người chủ yếu thông
qua đường thức ăn và nước uống. Vì vậy, để kiểm soát hàm lượng selen,
mangan đưa vào cơ thể đòi hỏi phải có phương pháp chính xác và có độ tin
cậy cao. Trên thế giới người ta đã dùng nhiều phương pháp khác nhau như:
Phương pháp Phương pháp chuẩn độ, phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng
cao, phương pháp ICP-MS hay quang phổ hấp thụ nguyên tử.
Hiện nay phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dùng các kỹ thuật
Hidrua hóa, graphit cacbon để xác định Se và kỹ thuật ngọn lửa để xác định
Mn được sử dụng phổ biến. Nó đáp ứng được các yêu cầu đối với việc xác
sống khắp nơi trên trái đất, bao gồm nấm men, nấm mốc và các loài nấm lớn.
Sở dĩ nấm được xếp vào giới riêng mà không được xếp vào giới thực
vật hay động vật vì Nấm có nhiều đặc điểm khác thực vật như:
- Không có lục lạp, không có sắc tố quang hợp nên không thể tự động
tạo các chất hữu cơ cho cơ thể khác như thực vật.
- Không có sự phân hóa cơ quan thành thân, rễ, lá, hoa.
- Phần lớn nấm không chứa xenlulozo trong vách tế bào mà chủ yếu
bằng Chitin và glucan. Chitin là chất gặp ở động vật nhiều hơn thực vật, chủ
yếu ở nhóm giáp xác và côn trùng, tạo thành lớp vỏ hoặc cánh cứng cho các
loài này.
- Nấm dự trữ đường dưới dạng glycozen, thay vì tinh bột như thực vật.
Nấm cũng không được xếp vào giới động vật vì:
- Nấm sinh sản chủ yếu bằng bào tử (hữu tính hay vô tính) giống hạt
phấn của thực vật.
- Sự dinh dưỡng của Nấm liên quan đến hệ sợi nấm. Nấm lấy các
chất dinh dưỡng thông qua màng tế bào của sợ nấm (tương tự như cơ chế ở
rễ thực vật)
1.1.2. Phân loại Nấm
Giới Nấm được chia làm 4 giới phụ:
- Giới phụ nấm nhầy - Gymnomycetoida
4
- Giới phụ nấm tảo - phycomycetoida
- Giới phụ estomycetoida
- Giới phụ nấm thật - Eumycetoida
1.1.3. Nấm Linh chi
1.1.3.1. Giới thiệu về Nấm Linh chi
Nấm Linh chi (Lingzhi mushroom) có tên khoa học là Ganoderma
Lucidum, thuộc họ Nấm Lim. Nấm Linh chi còn có những tên khác như Tiên
Nấm Linh chi gồm 2 phần: cuống nấm và mũ nấm. Cuống nấm dài
hoặc ngắn, đính bên có hình trụ đường kính 0,5 - 3cm. Cuống nấm ít phân
nhánh, đôi khi có uốn khúc cong. Lớp vỏ cuống màu đỏ, nâu đỏ, nâu đen,
bóng không có lông, phủ suốt lên bề mặt trái nấm. mũ nấm khi non có hình
trứng lớn dần có hình quạt. Trên bề mặt mũ có vân gạch tím nhẵn bóng như
láng vecni. Mũ nấm có đường kính 2-15cm, dày 0,8 - 1,2 cm, phần đính
cuống thường gồ lên hoặc hơi lõm. Khi nấm đến tuổi trưởng thành thì tán bào
từ từ có màu nâu sẫm.
1.1.3.3. Các loại nấm Linh chi và công dụng của nó
- Thanh chi (xanh): vị toan bình. Giúp cho sáng mắt, giúp cho an thần ,
bổ can khí, nhân thứ, dùng lâu sẽ thấy thân thể nhẹ nhàng và thoải mái.
- Xích chi (đỏ): có vị đắng, ích tâm khí, chủ vị, tăng trí tuệ.
- Hắc chi (đen): ích thận khí, khiến cho đầu óc sản khoái và tinh tường.
- Tử chi (tím đỏ): bảo thần, làm cứng gân cốt, ích tinh, da tươi đẹp.
- Bạch chi (trắng): ích phế khí, làm trí nhớ dai.
- Hoàng chi (vàng): ích tì khí, trung hòa, an thần.
6
Hình 1.1: Các loại nấm Linh chi
1.1.3.4. Thành phần hóa học của nấm Linh chi
Các phân tích của G-Bing Len đã chứng minh các thành phần hóa học
được tổng quát của Nấm Linh chi như sau:
- Nước : 12 - 13 %
- Xenlulozo : 54 - 56 %
- Lingnine : 13 - 14 %
- Lipit: 1,9 - 2,0 %
- Monosaccarit : 4,5 - 5%
- Poly Saccarit: 1,0 - 1,2 %
+ Liên kết kim loại: 140
- Độ âm điện theo thang Pauling: 2,55
- Năng lượng ion hóa (kJ/mol):
I1=940,9,
I2=2044,
I3=2974
I4= 4144,
I5=6590,
I6=7883
- Năng lượng các nối đơn (kJ/mol):
Se-F
Se-Cl
Se-Br
Se-I
Se-Se
0,285
0,192
Dạng II
Dạng III
Xám ánh kim
lục giác
4,81
217
634,9
Đỏ
Lăng trụ đơn
4,50
170-180
634,8
Đỏ vô định hình
Thủy tinh đen
4,26
60-80
634,8
Không tan
Không tan
Không tan
Tan
Mức oxi hóa chính của Se là -2, +4, +6. Se là một nguyên tố thể hiện cả
2 khuynh hướng, tính oxi hóa và tính khử trong đó tính khử quan trọng hơn.
1/ Tính oxi hóa
Se + 2e- → Se2-
E0 = - 0,92V
9
Thế oxi hóa khử của Se/Se2- = -0,92V, nên Se là chất oxi hóa yếu. Nó
chỉ đóng vai trò oxi hóa khi phản ứng với các kim loại và một số phi kim âm
điện hơn, phản ứng chỉ xảy ra khi bị đốt nóng:
Fe + Se → FeSe
Se + H2 t0
H2Se
H2Se là một chất khí không màu, dễ cháy và có mùi đặc trưng rất khó
chịu. Khi hòa tan H2Se vào nước thì dung dịch của nó sẽ có tính axit yếu.
2/ Tính khử
Khi phản ứng với các phi kim có độ âm điện lớn thì Se thể hiện tính khử:
Se + Cl2
Se2Cl2 + 2e-
Se cháy với ngọn lửa màu xanh cho ra selenium dioxit SeO 2. SeO2 tác
dụng với nước tạo ra axit H2SeO3 là một axit yếu, muối của nó tác dụng với
kim loại kiềm gọi là selenit SeO32Se + O2
SeO2
Se + 2H2SO4 → SeO2 + 2SO2 + 2H2O
3/ Phản ứng dị phân
Phản ứng dị phân khó xảy ra do tính không kim loại của Se rất kém.
Tuy nhiên Se cũng bị dị phân khi đun nóng với dung dịch kiềm.
3Se + 6KOH → K2SeO3 + 2K2Se + 3H2,O
4/ Một số hợp chất của Selen ở các số oxi hóa khác nhau
a) Hợp chất của Selen có số oxi hóa (-2)
Do có cấu hình điện tử 4s24p4 ở lớp vỏ ngoài cùng nên Se có khuynh
hướng tạo các hợp chất trong đó có số oxi hóa -2. Quá trình Se + 2e → Se 2cần cung cấp nhiệt nên ion tồn tại trong mạng tinh thể với các hợp chất kim
loại hoạt động. Trong đa số các hợp chất của Se 2-, liên kết mạng tính cộng
hóa trị.
Hợp chất H2Se là một khí độc hơn H2S (H2Se phân hủy rõ rệt ở 1500C),
có mùi đặc trưng và là một chất khử mạnh, có thể cháy được trong không khí:
H2Se + 1/2O2 → Se + H2O (thiếu oxi)
H2Se + 3/2O2 → Se + H2O (dư oxi)
H2Se tan trong nước tạo dung dịch nước của H 2Se, một axit yếu 2 nấc,
tạo ra 2 loại muối tương ứng - hydro selenua và selenua. Các Selenua kim loại
ít tan trừ Selenua kim loại kiềm , kiềm thổ. Hydro slenua tan nhiều hơn.
H2Se có độ tan vừa phải trong nước, độ tan trong các dung môi hữu cơ
lớn hơn. H2Se còn được điều chế qua 2 phản ứng sau:
* Thủy phân Selenit nhôm (Al2Se3):
Al2Se3 + 6H2O → 3H2Se + 2Al(OH)3
* Phản ứng của axit HCl loãng với Selenit sắt FeSe:
11
FeSe + 2 HCl → H2Se + FeCl2
H2Se có thể kết tủa nhiều ion kim loại nặng, tạo thành các muối Selenit
ít tan như M2Se, MHSe.
b) Hợp chất của Se có số oxi hóa (+4)
5/ Hợp chất của Selen với Nitơ
Phản ứng giữa SeCl4 với NH3 tạo ra hợp chất tetraselenium tetranitrit - Se4N4
12
12SeCl4 + 64NH3 → 3Se4N4 + 48NH4Cl +2N2
Se4N4 là chất rất hoạt động, dễ nổ khi chà xát nhẹ hoặc đun ở 2000C.
6/ Hợp chất hữu cơ của Selen
Hợp chất hữu cơ của Se có chứa các nối C-Se và số lượng các nối thay
đổi từ selenol đơn giản như axit RSeH, selenit-RSeOH, organyl selenium
halide - Rsehal, diorganyl selenide - R 2Se và R2Se2 cho đến các phân tử trong
sinh học như selenoaminoacide, selenocytenin, selenoprotein, selenopeptitde,
selenomethiomin…
7/ Điều chế Selen
Oxi hóa bã thải và bùn điện phân ở bộ phận hút bụi của nhà máy sản
xuất axits H2SO4, SeO2 được tách riêng và cho khử với SO2 theo phản ứng:
SeO2 + SO2 → Se + 2SO3
1.2.1.3. Ứng dụng của Selen
- Se được ứng dụng khá rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Se xám
có tính bán dẫn, dưới tác dụng của ánh sáng, độ dẫn điện của Se tăng lên
mạnh, do đó Se xám được sử dụng trong tế bào quang điện. Se còn sử dụng
trong máy điện ký của kỹ thuật in nhanh. Selenua kẽm, cadimi và nhiều kim
loại khác có tính bán dẫn. Se còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp
sản xuất nhựa, sơn, men, gốm, xăng dầu, luyện kim…
+ Chất xúc tác trong điện phân đồng
+ Tạo màu nâu đỏ trong thủy tinh, gốm sứ…
+ Trong lưu hóa cao su để tăng sức chịu mài mòn của cao su.
+ Chất ổn định trong quá trình lọc dầu.
- Người ta xác định được những vi lượng Se trong võng mạc của mắt
người, động vật và chim. Trong võng mạc của Đại Bàng (loài có thị giác rất
chúng. Các hợp chất Se hữu cơ có thể chuyển sang dạng dễ bay hơi như:
dimethylselenide -(CH3)Se và dimethyl diselenide - (CH3)Se2 nhờ hoạt động
14
của các vi khuẩn. Các quá trình methyl hóa này được xem như là những giai
đoạn loại bỏ độc chất, bởi vì hợp chất hình thành của quá trình methyl hóa ít
độc hơn.
Theo những công trình nghiên cứu gần đây ở Liên Xô, Mỹ phần Se hòa
tan được trong nước chiếm 0,3-20% tổng số Se chứa trong đất. Phần Se hòa
tan chứa các selenate, selenite và các hợp chất hữu cơ của Se.
Trong thực vật, Selen thường tập trung ở các cây họ Đậu, Cà phê, tỏi ta,
táo, lê, ngũ cốc, củ cải trắng, cải bắp, lúa mì, cây ba kích và một vài loại nấm.
Đặc biệt, trên thế giới có những cây có hệ số tập trung Se (Kp) rất lớn, như
cây Moringa reticulata Benth (họ Cà phê), cây Neptunia amplexicaulis Benth
(họ Đậu) và nhiều cây thuộc giống Astragalus. Cây Moringa reticulata Benth
có khả năng đặc biệt, dù cho mọc trên vùng đất nghèo Se với hàm lượng trong
đất nhỏ hơn 0,01 ppm, thì hàm lượng Se trong cây vẫn đạt tới 1141 ppm trong
cây khô. Cây trinh nữ phát triển rất mạnh trên vùng đất giàu selen với Kp đạt
tới 4000 ppm. Tuy nhiên, nó cũng phát triển trên các vùng đất nghèo Selen với
Kp cao hơn các loài cây khác trong vùng trong khoảng 400-500 ppm. Hàm
lượng Se trong một số cây cỏ ở Việt Nam trung bình khoảng 0,072 mg/kg.
Hàm lượng cao nhất tới nay được phát hiện trong cây trinh nữ (cây xấu hổ) là
30,7-201,1 mg/kg.
Một số cây ngũ cốc khác cũng có khả năng tập trung Se nhưng không
bằng lúa mì, đại mạch, kiều mạch. Các loại đậu có hàm lượng Se không lớn
như các loại ngũ cốc. Các loài rau thường có hàm lượng Se thấp. Se trong các
loại cây mọc ở vùng ẩm thấp như lúa thường có hàm lượng Se thấp.
1.2.1.6. Vai trò sinh học của selen
Giống như đa số nguyên tố vi lượng khác, Se là nguyên tố không thể
động của cơ thể. Người dùng 200μg/ngày, tức là gấp 3 lần mức tiêu thụ của
người bình thường sẽ làm giảm tỷ lệ ung thư tuyến tiền liệt, phổi và ruột kết
Copyright: Tài liệu đại học ©