ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

ĐỖ THỊ HIỀN TRANG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO VÀNG TỪ DUNG DỊCH
HAuCl4 VỚI DỊCH CHIẾT NƢỚC LÁ LÔ HỘI VÀ ỨNG DỤNG
LÀM CHẤT KHÁNG KHUẨN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÓA HỌC

ĐÀ NẴNG, NĂM 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

ĐỖ THỊ HIỀN TRANG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO VÀNG TỪ DUNG DỊCH
HAuCl4 VỚI DỊCH CHIẾT NƢỚC LÁ LÔ HỘI VÀ ỨNG DỤNG
LÀM CHẤT KHÁNG KHUẨN
Chuyên ngành : HÓA HỮU CƠ
Mã số : 8 44 01 14

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÓA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. LÊ TỰ HẢI







MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................1
3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................. 1
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................ 2
5. Bố cục của luận văn ............................................................................................ 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................3
1.1. VẬT LIỆU NANO ....................................................................................................3
1.1.1. Khái niệm vật liệu nano ...............................................................................3
1.1.2. Tính chất đặc biệt của vật liệu nano ............................................................ 3
1.1.3. Phân loại vật liệu nano .................................................................................4
1.2. HẠT NANO KIM LOẠI ..........................................................................................5
1.2.1. Nguồn gốc lịch sử ........................................................................................5
1.2.2. Tính chất của hạt nano kim loại ...................................................................6
1.3. TỔNG HỢP NANO KIM LOẠI...............................................................................7
1.3.1. Phƣơng pháp từ trên xuống ..........................................................................7
1.3.2. Phƣơng pháp từ dƣới lên..............................................................................8

2.1.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất .....................................................................31
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................................32
2.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết cây lô hội ..................32
2.2.2. Xác định thành phần các chất trong dịch chiết nƣớc lá lô hội ...................33
2.2.3. Xác định thành phần hóa học trong dịch chiết lá lô hội với dung môi etanol ......35
2.2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo nano vàng ....................35


2.2.5. Xác định đặc trƣng của nano vàng............................................................. 36
2.2.6. Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của dung dịch keo nano vàng ............40
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 41
3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
CHIẾT LÁ LÔ HỘI .......................................................................................................41
3.1.1. Khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ khối lƣợng lô hội với thể tích nƣớc cất .............41
3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian chiết .....................................................42
3.2. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CÁC CHẤT HỮU CƠ CÓ TRONG
DỊCH CHIẾT NƢỚC LÁ LÔ HỘI THEO PHƢƠNG PHÁP GC-MS.........................44
3.3. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CÁC CHẤT HỮU CƠ CÓ TRONG DỊCH CHIẾT
LÁ LÔ HỘI VỚI DUNG MÔI ETANOL THEO PHƢƠNG PHÁP GC-MS...........46
3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH
THÀNH NANO VÀNG ................................................................................................ 48
3.4.1. Khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ thể tích dịch chiết lô hội với thể tích dung
dịch HAuCl4 ...............................................................................................................48
3.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng lên quá trình điều chế nano
vàng

...............................................................................................................50
3.4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ HAuCl4 .................................................52
3.4.4. Khảo sát ảnh hƣởng của pH dung dịch ......................................................54



Quang phổ hồng ngoại (Fourier-transform infrared spectroscopy)

GC-MS

Sắc kí khí ghép khối phổ (Gas Chromatography Mass Spectometry)

GNP

Nano vàng dạng cầu (gold nanoparticles)

GNR

Nano vàng dạng que (gold nanorods)

MNP

Nano kim loại (Metal nanoparticles)

SPR

Cộng hƣởng Plasmon bề mặt (Surface Plasmon
Resonance)

TEM

Kính Hiển vi điển tử truyền qua (Transmission Electron
Microscopy)

UV-Vis

gian chiết khác nhau
3.3.
3.4.
3.5.

3.6.

3.7.

3.8.

Thành phần các chất hữu cơ đƣợc định danh trong dung môi nhexan
Thành phần các chất hữu cơ trong dung môi cloroform
Thành phần các chất hữu cơ đƣợc định danh trong dung môi
etylaxetat
Các chất hữu cơ đƣợc định danh trong dịch chiết với dung môi
etanol
Các chất hữu cơ có thể tham gia vào quá trình tạo dung dịch
AuNP
Giá trị Amax và max của các mẫu dung dịch AuNP tại các giá

45
45
45

46

46

49


Các phƣơng pháp tổng hợp nano kim loại
Minh họa cơ chế của phƣơng pháp từ dƣới lên trong điều chế
nano kim loại

Trang
9
10

1.3.

Tổng hợp nano kim loại từ dịch chiết thực vật

15

1.4.

Cấu trúc lập phƣơng tâm mặt của tinh thể vàng

17

1.5.

Màu sắc khác nhau của dung dịch nano vàng tuỳ thuộc kích
thƣớc hạt

18

1.6.



Sơ đồ phƣơng pháp Turkevich

23

1.12.

Sơ đồ phƣơng pháp Brust

24

1.13.

Sơ đồ phƣơng pháp Martin

24

1.14.

Sơ đồ phƣơng pháp phát triển hạt

26

1.15.

Vi khuẩn E. Coli

29

1.16.

Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

2.5.

Nguyên lí hoạt động của phƣơng pháp đo TEM

38

2.6.

Các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn

39

2.7.

Nguyên tắc tán xạ tia X dùng trong phổ EDX

40

3.1.

3.2.
3.3.

48

49

51

53

55

3.9.

Ảnh HR-TEM của hạt nano vàng

56

3.10.

Phổ EDX của mẫu nano vàng

57

3.11.

Phổ XRD của mẫu nano vàng

58

3.12.


nghiên cứu cho thấy trong loại cây này có chƣa nhiều chất hữu cơ có tính khử nên dịch
chiết của chúng có thể đƣợc dùng để điều chế nano kim loại vàng từ hợp chất HauCl4.
Trên đây là những lí do tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu điều chế nano
vàng từ dung dịch HAuCl4 bằng dịch chiết nước lá lô hội và ứng dụng làm chất kháng
khuẩn”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Tổng hợp nano vàng và khảo sát tính kháng khuẩn của nó
3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
3.1. Đối tượng
Cây lô hội đƣợc trồng tại thành phố Đà Nẵng.


2

3.2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết
- Thu thập các thông tin tài liệu liên quan đến đề tài.
- Xử lý các thông tin về lý thuyết để đƣa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá
trình thực nghiệm.
Nghiên cứu thực nghiệm
- Phƣơng pháp chiết tách: phƣơng pháp chƣng ninh sử dụng dung môi là nƣớc.
- Phƣơng pháp phân tích công cụ: phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UVVis), phƣơng pháp sắc kí khí ghép khổi phổ (GC-MS)
- Phƣơng pháp đo TEM, XRD, EDX.
- Phƣơng pháp thử tính kháng khuẩn bằng vòng tròn kháng khuẩn tạo ra trên
điã petri.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú, rẻ tiền để tổng hợp hạt nano vàng bằng
phƣơng pháp hóa học xanh.
- Ứng dụng nano vàng làm chất kháng khuẩn.
5. Bố cục của luận văn

nano. Chính vì vậy, khi nói đến vật liệu nano, chúng ta phải nhắc đến tính chất đi kèm
của vật liệu đó. Cùng một vật liệu, cùng một kích thƣớc, khi xem xét tính chất này thì
thấy khác lạ sơ với vật liệu khối nhƣng cũng có thể xem xét tính chất khác thì lại
không có gì khác biệt cả. Tuy nhiên, hiệu ứng bề mặt luôn luôn thể hiện dù ở bất cứ
kích thƣớc nào. [7]
b. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thƣớc nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số
nguyên tử của vật liệu gia tăng. Ví dụ, xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano hình cầu.


4

Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử thì mối liên hệ
giữa hai đại lƣợng trên sẽ là ns  4n2/3 . Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng
số nguyên tử sẽ là f 

ns
r
4
 1/3  4 o , trong đó r0 là bán kính của nguyên tử và r là
n n
r

bán kính của hạt nano. Nhƣ vậy, nếu kích thƣớc của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ
số f tăng lên.
Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các
nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thƣớc vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có
liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỉ số f
tăng. Khi kích thƣớc của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này tăng lên đáng kể. Sự
thay đổi về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính đột biến theo sự

phân loại theo tính chất hoặc "vật liệu nano từ tính sinh học" trong đó cả "từ tính" và
"sinh học" đều là khái niệm có đƣợc khi phân loại theo tính chất.
1.2. HẠT NANO KIM LOẠI
1.2.1. Nguồn gốc lịch sử
Hạt nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có kích thƣớc nano đƣợc tạo
thành từ các kim loại.
Ngƣời ta biết rằng hạt nano kim loại nhƣ hạt nano vàng, nano bạc đƣợc sử dụng
từ hàng nghìn năm nay. Nổi tiếng nhất có thể là chiếc cốc Lycurgus đƣợc ngƣời La Mã
chế tạo vào khoảng thế kỉ thứ tƣ trƣớc Công nguyên và hiện nay đƣợc trƣng bày ở Bảo
tàng Anh . Chiếc cốc đó đổi màu tùy thuộc vào cách ngƣời ta nhìn nó. Nó có màu xanh
lục khi nhìn ánh sáng phản xạ trên cốc và có màu đỏ khi nhìn ánh sáng đi từ trong cốc
và xuyên qua thành cốc. Các phép phân tích ngày nay cho thấy trong chiếc cốc đó có
các hạt nano vàng và bạc có kích thƣớc 70 nm và với tỉ lệ phần mol là 14:1. Tuy nhiên,
phải đến năm 1857, khi Michael Faraday nghiên cứu một cách hệ thống các hạt nano
vàng thì các nghiên cứu về phƣơng pháp chế tạo, tính chất và ứng dụng của các hạt
nano kim loại mới thực sự đƣợc bắt đầu. Khi nghiên cứu, các nhà khoa học đã thiết lập
các phƣơng pháp chế tạo và hiểu đƣợc các tính chất thú vị của hạt nano. Một trong
những tính chất đó là màu sắc của hạt nano phụ thuộc rất nhiều vào kích thƣớc và hình
dạng của chúng. Ví dụ, ánh sáng phản xạ lên bề mặt vàng ở dạng khối có màu vàng.
Tuy nhiên, ánh sáng truyền qua lại có màu xanh nƣớc biển hoặc chuyển sang màu da


6

cam khi kích thƣớc của hạt thay đổi. Hiện tƣợng thay đổi màu sắc nhƣ vậy là do một
hiệu ứng gọi là cộng hƣởng plasmon bề mặt. Chỉ có các hạt nano kim loại, trong đó
các điện tử tự do mới có hấp thụ ở vùng ánh sáng khả kiến làm cho chúng có hiện
tƣợng quang học thú vị nhƣ trên. Ngoài tính chất trên, các hạt nano bạc còn đƣợc biết
có khả năng diệt khuẩn. Hàng ngàn năm trƣớc ngƣời ta thấy sữa để trong các bình bạc
thì để đƣợc lâu hơn. Ngày nay ngƣời ta biết đó là do bạc đã tác động lên enzim liên

Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độ
điện tử tự do cao trong đó. Đối với vật liệu khối, các lí luận về độ dẫn dựa trên cấu
trúc vùng năng lƣợng của chất rắn. Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử
lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng.
c. Tính chất từ
Các kim loại quý nhƣ vàng, bạc,…có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù
trừ cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thƣớc thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện
nữa và vật liệu có từ tính tƣơng đối mạnh. Các kim loại có tính sắt từ ở trang thái khối
nhƣ các kim loại chuyển tiếp sắt, cô ban, ni ken thì khi kích thƣớc nhỏ sẽ phá vỡ trật tự
sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái siêu
thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trƣờng và không có từ tính khi từ trƣờng bị ngắt đi,
tức là từ dƣ và lực kháng từ hoàn toàn bằng không. [31]
d. Tính chất nhiệt
Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các
nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các
nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt vật
liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có
thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Nhƣ vậy, nếu kích thƣớc của
hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm. Ví dụ, hạt vàng 2 nm có Tm = 500°C, kích
thƣớc 6 nm có Tm = 950°C.
1.3. TỔNG HỢP NANO KIM LOẠI
Nếu phân loại theo cách tiếp cận, có hai phƣơng pháp tổng hợp nano kim loại
đƣợc sử dụng là phƣơng pháp “từ trên xuống” hoặc phƣơng pháp “từ dƣới lên”.
1.3.1. Phƣơng pháp từ trên xuống
Nguyên lý của phƣơng pháp: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu
thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thƣớc nano. Đây là các phƣơng pháp


8



9

nhanh). Phƣơng pháp vật lý thƣờng đƣợc dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví
dụ: ổ cứng máy tính.
Tổng hợp nano kim loại

Phƣơng pháp từ trên xuống

Phƣơng pháp từ dƣới lên

Kết tủa hoá học, điện hoá học
Lắng đọng pha hơi
Kết tủa nguyên tử/phân tử
Quá trình sol – gel
Nhiệt phân bằng tia laser
Quá trình tạo sol khí

Nghiền cơ học
Khắc hoá học
Nhiệt phân bằng nhiệt laser
Nổ nhiệt điện
Phún xạ

Khử sinh học

Muối kim loại

NAPH


các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,..
Cơ chế của phƣơng pháp từ dƣới lên có thể đƣợc trình bày nhƣ Hình 1.2.
1.4. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG CỦA CÁC HẠT NANO KIM LOẠI
Tán xạ ánh sáng (DLS), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử
truyền qua (TEM), Fourier transform infraredspectroscopy (FTIR), nhiễu xạ tia X