Luận văn Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết nước Lá Bàng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HUỲNH THỊ MỸ LINH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO BẠC TỪ DUNG DỊCH BẠC NITRAT BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ BÀNG Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số : 60 44 27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng – Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ TỰ HẢI Phản biện 1: TS. Trần Mạnh Lục Phản biện 2: PGS. TS. Lê Thị Liên Thanh Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 5 năm 2013. * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin- Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng. 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Từ lâu loài người đã biết đến tác dụng sát khuẩn mạnh của bạc, những chén bát, thìa nĩa, nồi niêu của người La Mã cổ, của các vua chúa phong kiến,.. đã chứng minh điều đó. Trong chiến tranh thế giới thứ nhất, người ta thậm chí còn sử dụng các sản phẩm từ bạc để điều trị nhiễm trùng trước khi thuốc kháng sinh ra đời. Tuy nhiên, tác dụng này của bạc không được ứng dụng rộng rãi do giá thành cao. Những năm gần đây, công nghệ nano ra đời, con người đã chế tạo được bạc ở kích thước nano, và ứng dụng của bạc cũng được đưa lên một tầm cao mới. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước nano (từ 1 đến 100 nm), hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50000 lần so với bạc dạng khối, như vậy 1 gam bạc nano có thể sát khuẩn cho hàng trăm mét vuông chất nền [23]. Điều này sẽ giúp cho khối lượng bạc sử dụng trong các sản phẩm sẽ giảm rất mạnh, nên tỷ trọng của bạc trong giá thành trở nên không đáng kể. Sở dĩ nano bạc được nghiên cứu ứng dụng vào việc kháng khuẩn vì bạc có tính kháng khuẩn mạnh và không gây tác dụng phụ, không gây độc cho người và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc bằng nồng độ diệt khuẩn (khoảng nồng độ nhỏ hơn 100 ppm), không gây ô nhiễm môi trường. Chính vì vậy, giới khoa học đang đầu tư nghiên cứu tổng hợp nano bạc để phục vụ cho các ứng dụng trong y học, nhất là khi hiện tượng vi khuẩn kháng kháng sinh ngày càng phổ biến như ngày nay. Bằng cách nào mà chúng lại có thể diệt được vi khuẩn? Cho tới nay, cơ chế kháng vi sinh vật của nano bạc thực sự vẫn chưa được hiểu biết rõ ràng. Tuy nhiên các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tất cả vi khuẩn sử dụng enzyme như một lớp “phổi hóa học” để chuyển hóa oxy. Các ion bạc phân hủy enzyme và ngăn chặn quá trình hút oxy. 2 Tác động này làm chết tất cả các vi khuẩn, tiêu diệt chúng trong vòng vài phút. Ngoài ra, các hạt bạc có kích thước nhỏ chui vào trong tế bào, kết hợp với các enzyme hay DNA có chứa nhóm sunfua hoặc phosphate gây bất hoạt enzyme hay DNA dẫn đến gây chết tế bào. Điều chế bạc nano có rất nhiều phương pháp khác nhau, nhưng phương pháp hóa học được xem là rẻ tiền và ít rủi ro nhất. Tăng cường mối quan tâm đến vấn đề môi trường, trong đề tài này, chúng tôi hướng đến phương pháp tổng hợp hạt nano bạc bằng cách sử dụng các chất chiết xuất từ thực vật. Quá trình điều chế hạt nano là lành tính, không sử dụng bất kỳ hóa chất độc hại nào. Cây bàng – tên khoa học là Terminalia catappa L, thuộc họ Bàng Combretaceae. Trên thế giới việc nghiên cứu cây bàng đã dần được chú trọng. Tính đến nay, đã có hàng trăm công trình nghiên cứu về cây bàng bao gồm các lĩnh vực chiết tách, xác định thành phần hóa học các hợp chất hữu cơ, ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và công nghệ dược phẩm. Cây bàng được biết đến từ lâu bởi các giá trị điều trị của nó và đã được nghiên cứu nhiều như chống ung thư, điều trị lão hóa da, kích ứng, tăng sắc tố và dị ứng, và hen phế quản ở trẻ em, giảm đau chống viêm, và chúng có hoạt tính kháng khuẩn chống lại loài corynebacteria, tụ cầu, liên cầu khuẩn, vi khuẩn ruột, Escherichia, Salmonela và Shigela. Ở Việt Nam, cây bàng dễ trồng, phát triển tốt và có mặt ở hầu hết các địa bàn trong cả nước. Người dân từ xưa đã dùng lá bàng để chữa cảm sốt, làm ra mồ hôi, chữa tê thấp và lỵ. Dùng búp lá non phơi khô, tán bột rắc trị ghẻ, và sắc đặc ngậm trị sâu răng. Bên cạnh đó, dùng vỏ thân bàng dạng thuốc sắc uống trị lỵ và tiêu chảy, rửa vết loét, vết thương. Đặc biệt, nhựa lá non trộn với dầu hạt bông và nấu chín là một thứ thuốc để chữa bệnh hủi. Hạt nấu chín uống dùng để chữa đi 3 cầu ra máu [3]. Đây là những vấn đề rất đáng được quan tâm nghiên cứu nhằm góp phần quy hoạch, khai thác, chế biến và ứng dụng các sản phẩm của cây bàng một cách có hiệu quả, khoa học hơn. Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu với nội dung "Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá Bàng" 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng quy trình tổng hợp hạt nano bạc từ dịch chiết nước lá bàng. - Đưa ra phương pháp tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Lá bàng (Leaves of Terminalia catappa L) thu hái tại thành phố Đà Nẵng. 4. 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 đưa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm. Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp chiết tách - Phương pháp xác định các thông số hóa lý - Phương pháp phân tích công cụ: phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis), phương pháp phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR), phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS. - Phương pháp đo TEM, EDX, XRD. 4 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Nghiên cứu này giúp hiểu biết rõ hơn về phương pháp điều chế hạt nano bạc bằng phương pháp hóa học, lành tính, ít độc hại. - Tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có rất nhiều ở nước ta là lá bàng, để tổng hợp hạt nano bạc 6. Bố cục của luận văn Ngoài phần mở đầu (4 trang), kết luận và kiến nghị (2 trang) và 38 tài liệu tham khảo, luận văn gồm có 5 bảng, 34 hình và 3 chương như sau: Chương 1 – Tổng quan (22 trang) Chương 2 – Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu (16 trang) Chương 3 – Kết quả và thảo luận (26 trang) CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO 1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano 1.1.2. Vật liệu nano 1.1.3. Cơ sở khoa học của công nghệ nano 1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano 1.1.5. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano a. Phương pháp đi từ trên xuống (top-down) b. Phương pháp đi từ dưới lên (bottom-up) 1.2. HẠT NANO BẠC 1.2.1. Giới thiệu về bạc kim loại 1.2.2. Đặc tính kháng khuẩn của bạc 1.2.3. Giới thiệu về hạt nano bạc 1.2.4. Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc 5 a. Phương pháp vật lý b. Các phương pháp hóa học c. Các phương pháp sinh học 1.2.5. Ứng dụng của nano bạc 1.3. TỔNG QUAN VỀ CÂY BÀNG 1.3.1. Đặc điểm cây bàng 1.3.2. Phân bố, sinh học và sinh thái 1.3.3. Thành phần hóa học 1.3.4. Tác dụng dược lý - công dụng CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 2.1.1. Nguyên liệu Lá bàng tươi, thu hái tại thành phố Đà Nẵng. Cách lấy mẫu: Hái lá bàng tươi, xanh, không bị sâu mọt, không bị đỏ lá. Làm sạch lá, để khô rồi cắt nhỏ. 2.1.2. Dụng cụ và hóa chất a. Dụng cụ và thiết bị b. Hóa chất 2.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÓA LÝ 2.2.1. Xác định độ ẩm 2.2.2. Xác định hàm lượng tro 2.2.3. Xác định hàm lượng kim loại 2.3. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ BÀNG 2.3.1. Khảo sát thời gian chiết 2.3.2. Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng 6 2.4. ĐỊNH TÍNH MỘT SỐ NHÓM CHẤT CHÍNH TRONG DỊCH CHIẾT LÁ BÀNG 2.4.1. Xác định định tính các nhóm hợp chất có trong lá bàng a. Định tính nhóm chất tanin b. Định tính nhóm chất flavonoid c. Định tính nhóm chất saponin d. Định tính nhóm chất alkaloid 2.4.2. Đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR) 2.5. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO BẠC 2.5.1. Khảo sát nồng độ dung dịch bạc nitrat 2.5.2. Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết 2.5.3. Khảo sát pH môi trường tạo nano bạc 2.5.4. Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc 2.5.5. Khảo sát thời gian tạo nano bạc 2.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HẠT NANO BẠC 2.6.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 2.6.2. Phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS) 2.6.3. Phổ tán sắc năng lượng tia X (XRD) 2.6.4. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 2.7. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM Toàn bộ quy trình thực nghiệm nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng được thể hiện ở hình 2.5. 7 Hình 2.5. Sơ đồ quá trình thực nghiệm Xác định thông số hóa lý Khảo sát tỉ lệ R/L + dd AgNO3 Nghiên cứu hạt nano bạc Khảo sát nồng độ dung dịch AgNO3 Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết Khảo sát pH môi trường tạo nano bạc Khảo sát thời gian tạo nano bạc Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc Đo XRD Đo TEM Đo EDX Tổng hợp hạt nano bạc Định danh thành phần hóa học Dịch chiết tối ưu Xử lý Độ ẩm Hàm lượng tro Hàm lượng kim loại Khảo sát thời gian chiết Lá bàng tươi Mẫu nguyên liệu Chiết 8 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÓA LÍ 3.1.1. Xác định độ ẩm Độ ẩm trung bình trong mẫu lá bàng tươi là 72,302 %. Với độ ẩm này, chúng tôi không bảo quản nguyên liệu trong thời gian dài mà thu hái và xử lý mẫu trong từng buổi thí nghiệm. 3.1.2. Xác định hàm lượng tro Hàm lượng tro trung bình trong mẫu lá bàng là rất thấp, chiếm 3,19 % khối lượng lá. 3.1.3. Khảo sát hàm lượng kim loại Kết quả đo được trình bày ở bảng 3.3. Bảng 3.3. Kết quả xác định hàm lượng kim loại trong lá bàng TT Tên chỉ tiêu Phương pháp Đơn vị tính Kết quả thử nghiệm Quyết định số 867/1998/ QĐ-BYT (mg/kg) 1 Fe TCVN 6177: 1996 mg/L 1,702 (-) 2 Pb TCVN 6193: 1996 mg/L 0,0691 2 3 Cu TCVN 6193: 1996 mg/L 0,4393 30 4 Ni TCVN 6193: 1996 mg/L 0,0617 5 5 Al TCVN 6657: 2000 mg/L 0,0847 (-) Ghi chú: (-): không quy định. 9  Nhận xét: Thành phần kim loại có trong lá bàng thấp. Kết quả so sánh với Quyết định số 867/1998/QĐ-BYT của Bộ Y Tế ngày 4 tháng 4 năm 1998 (về việc ban hành Danh mục Tiêu chuẩn vệ sinh đối với lương thực, thực phẩm) thì các hàm lượng kim loại nặng nằm trong khoảng cho phép. 3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ BÀNG 3.2.1. Khảo sát theo thời gian chiết Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá bàng tối ưu (tức dịch chiết có khả năng tạo nano bạc tốt nhất) vào thời gian chiết, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau: - Tỉ lệ rắn/lỏng: 15,00 g lá bàng /200 ml nước cất. - Thời gian tạo nano bạc: 30 phút - Nhiệt độ tạo nano bạc: nhiệt độ phòng. - Nồng độ dung dịch AgNO3: 0,5 mM - Tỉ lệ thể tích dịch chiết / dung dịch AgNO3 = 2 ml/30 ml - Môi trường pH = 4,9 (pH đo được của dung dịch mẫu) *Cách tiến hành: Cân 15,00 g mẫu lá bàng, chưng ninh với 200 ml nước cất, trong khoảng thời gian t phút. Lọc lấy dịch chiết. Lấy 2 ml dịch chiết nhỏ vào bình tam giác chứa sẵn 30 ml dung dịch AgNO3, lắc đều, để thời gian tạo nano bạc trong 30 phút. Sau đó đem dung dịch chứa hạt nano bạc vừa tạo ra pha loãng 10 lần rồi đo UV- Vis. Chọn thời gian tối ưu ứng với giá trị mật độ quang cao nhất. Đối với thông số thời gian chiết, các giá trị biến thiên: t = 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá bàng tối ưu vào thời gian chiết được biểu diễn ở hình 3.1 10 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình tạo nano bạc  Nhận xét: Từ hình 3.1 cho thấy khi tăng thời gian chiết thì mật độ quang tăng lên và đạt kết quả cao nhất sau 10 phút (Amax = 0,1075). Nếu tiếp tục tăng thời gian chiết thì mật độ quang giảm. Có thể giải thích ở thời gian chiết là 10 phút đã tạo ra lượng chất khử thích hợp để khử lượng ion bạc lớn nhất thành bạc nano. Khi tăng thời gian chiết có thể đã tách ra các chất không có lợi cho quá trình tạo nano bạc. Vì vậy chúng tôi chọn thời gian chiết thích hợp là 10 phút. 3.2.2. Khảo sát theo tỉ lệ rắn/lỏng Chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau: - Thời gian chiết: 10 phút - Thời gian tạo nano bạc: 30 phút. - Nhiệt độ tạo nano bạc: nhiệt độ phòng. - Nồng độ dung dịch AgNO3: 0,5 mM - Tỉ lệ thể tích dịch chiết / dung dịch AgNO3 = 2 ml/30 ml. - Môi trường pH = 4,9 - Tỉ lệ rắn lỏng: chúng tôi cố định thể tích nước VH2O = 200ml, còn khối lượng mẫu lá bàng: m = 5 gam, 10 gam, 15 gam, 20 gam. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo nano bạc vào tỉ lệ rắn lỏng được biểu diễn ở hình 3.2. Thời gian t (phút) 0,08 0,085 0,09 0,095 0,1 0,105 0,11 5 10 15 20 25 Mật độ quang A 11 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến quá trình tạo nano bạc  Nhận xét: Từ hình 3.2 cho thấy khi tỉ lệ rắn/lỏng là khoảng 10g/200 ml thì mật độ quang đo được là cao nhất (Amax = 0,1215), nghĩa là lượng nano bạc tạo thành là tốt nhất và nếu tiếp tục tăng khối lượng mẫu lá bàng thì giá trị mật độ quang giảm. Có thể giải thích như sau: khi khối lượng mẫu lá bàng vượt quá 10 gam thì các chất chiết ra nhiều đã làm các hạt nano bạc tạo ra nhanh, dễ keo tụ lại, hạt tạo thành có kích thước lớn gây giảm mật độ quang. Vì vậy, tỉ lệ rắn lỏng thích hợp là khoảng 10g/200ml. 3.3. KẾT QUẢ ĐỊNH TÍNH MỘT SỐ NHÓM CHẤT CHÍNH TRONG DỊCH CHIẾT LÁ BÀNG Tiến hành chưng ninh mẫu lá bàng với các thông số cố định: - Thời gian chiết: 10 phút - Tỉ lệ rắn/lỏng: 10,00 gam mẫu lá bàng /200ml nước cất Lọc lấy dịch chiết, tiến hành định danh thành phần hóa học trong dịch chiết lá bàng. 3.3.1. Xác định định tính các nhóm hợp chất trong lá bàng a. Định tính nhóm chất tanin * Cách tiến hành: Chuẩn bị 3 ống nghiệm sạch. - Ống nghiệm : lấy 2 ml dịch chiết, thêm 2 giọt dung dịch FeCl3. Khối lượng lá bàng (gam) Mật độ quang A 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 5 10 15 20 12 - Ống nghiệm 2: lấy 2 ml dịch chiết, thêm 2 giọt dung dịch chì axetat Pb(CH3COO)2 10%. - Ống nghiệm 3: lấy 10 ml dịch chiết, thêm 2 ml fomon và 1 ml HCl đậm đặc. Nếu thấy xuất hiện kết tủa thì lọc bỏ kết tủa, thêm vào dịch lọc natri axetat dư, rồi thêm 2 giọt dung dịch FeCl3. * Kết quả: - Ống nghiệm 1: xuất hiện tủa màu xanh đen. Như vậy dịch chiết có thể chứa nhóm chất tanin hoặc flavonoid hoặc cả hai, vì nhóm chất flavonoid cũng có phản ứng với dung dịch muối sắt. - Ống nghiệm 2: xuất hiện kết tủa bông. - Ống nghiệm 3: không thấy xuất hiện kết tủa. Như vậy qua 3 thí nghiệm có thể kết luận: dịch chiết lá bàng chứa nhóm chất tanin thủy phân. b. Định tính nhóm chất flavonoid * Cách tiến hành: Chuẩn bị 1 ống nghiệm sạch và 1 lọ chứa dung dịch amoniac đặc. - Ống nghiệm: lấy 2 ml dịch chiết, thêm một ít bột Mg kim loại, nhỏ từng giọt dung dịch HCl đặc, để yên 1- 2 phút. - Nhỏ 1 giọt dịch chiết lên giấy lọc, hơ khô rồi để lên miệng lọ amoiac đặc đã được mở nút. Quan sát màu vết dịch chiết. * Kết quả: - Ống nghiệm: dung dịch chuyển từ màu vàng sang đỏ. - Vết dịch chiết có màu vàng đậm hơn. Như vậy, qua 2 thí nghiệm, có thể kết luận trong dịch chiết lá bàng có nhóm chất flavonoid. c. Định tính nhóm chất saponin * Cách tiến hành: chuẩn bị 2 ống nghiệm sạch. 13 - Ống nghiệm 1: lấy ống nghiệm 3 ml dịch chiết, lắc mạnh trong 2 phút. Để yên và quan sát hiện tượng tạo bọt. - Ống nghiệm 2: lấy 2 ml dịch chiết, nhỏ thêm 3 giọt H2SO4 đặc. * Kết quả: - Ống nghiệm 1: dịch chiết tạo bọt và cột bọt cao, khá bền vững trong 14 phút, sơ bộ có thể kết luận trong dịch chiết lá bàng có chứa saponin. - Ống nghiệm 2: xuất hiện màu đỏ-tím. Như vậy, trong dịch chiết lá bàng có chứa saponin. d. Định tính nhóm chất alkaloid * Cách tiến hành: chuẩn bị 1 ống nghiệm sạch. Lấy 2 ml dịch chiết, thêm vào thuốc thử Bouchardat, quan sát ống nghiệm * Kết quả: Sau khi thêm thuốc thử Bouchardat, không thấy xuất hiện kết tủa (màu nâu hoặc đỏ nâu). Như vậy, trong lá bàng không chứa nhóm chất alkaloid. 3.3.2. Đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR) Tiến hành cô dịch chiết trong máy cô quay chân không. Phần cao lá bàng thu được sau khi cô, đem đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier FTIR tại Trung tâm phân tích Hải quan Đà Nẵng (hình 3.4) Hình 3.4. Phổ FTIR của dịch chiết lá bàng 14  Nhận xét: Từ phổ FTIR ta thấy xuất hiện: Pic: 1640 cm-1 : dao động hóa trị nhóm cacbonyl C=O Pic: 667 cm-1: dao động biến dạng C-H của vòng thơm Pic: 3459 cm-1: dao động hoá trị nhóm OH Pic: 1083 cm-1: dao động hóa trị của C-O trong nhóm -C-OH Pic: 1383 cm-1: dao động biến dạng nhóm OH Như vậy dịch chiết lá bàng có chứa các nhóm chức hydroxyl – OH, vòng thơm, nhóm cacbonyl (C=O) phù hợp với kết quả định tính: trong dịch chiết lá bàng có các nhóm chất saponin, tanin, flavonoid. 3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO BẠC 3.4.1. Khảo sát nồng độ dung dịch bạc nitrat Chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau: - Thời gian tạo nano bạc: 30 phút - Nhiệt độ tạo nano bạc: nhiệt độ phòng. - Tỉ lệ thể tích dịch chiết / dung dịch AgNO3 : 2 ml / 30 ml - Môi trường pH = 4,9 - Nồng độ dung dịch AgNO3: C = 0,5mM, 1mM, 2mM, 3mM, 4mM, 5mM. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano bạc vào nồng độ dung dịch AgNO3 được biểu diễn ở hình 3.6. 15 384.0 400 420 440 460 480 500.0 0.000 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.400 nm A 0 , 1 0 8 5 0 , 1 3 0 2 0 , 2 2 8 9 0 ,3 3 9 0 0 , 3 7 2 5 0 , 3 7 6 6 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch AgNO3 đến quá trình tạo nano bạc : mẫu có nồng độ 0,5 mM, : mẫu có nồng độ 1,0 mM : mẫu có nồng độ 2,0 mM, : mẫu có nồng độ 3,0 mM : mẫu có nồng độ 4,0 mM, : mẫu có nồng độ 5,0 mM  Nhận xét: Từ hình 3.6 cho thấy khi nồng độ dung dịch AgNO3 tăng dần từ 0,5 mM đến 4 mM thì giá trị mật độ quang cũng tăng dần, nghĩa là lượng nano bạc tổng hợp được cũng tăng, và đạt giá trị lớn nhất với nồng độ 4mM. Ở nồng độ 5mM, giá trị mật độ quang giảm có thể giải thích: ở nồng độ này, hạt nano bạc tạo ra có kích thước lớn, dễ bị keo tụ. Trong quá trình bảo quản dung dịch hạt nano bạc, chúng tôi thấy xuất hiện sự tụ bạc ở các mẫu 3, 4, 5, 6, nghĩa là hạt nano bạc được tạo thành khi nồng độ dung dịch AgNO3 là 2mM, 3mM, 4mM, 5mM không bền. Như vậy, chúng tôi chọn giá trị nồng độ dung dịch AgNO3 tối ưu C = 1mM, đảm bảo giá trị mật độ quang khá cao (Amax = 0,1302) và dung dịch hạt nano bạc tổng hợp được bền, không bị keo tụ. 16 384.0 400 420 440 460 480 500.0 0.000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.150 nm A 0 , 1 1 5 3 0 , 1 3 0 2 0 ,1 2 4 3 0 , 0 6 4 7 0 ,0 5 0 8 3.4.2. Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết lá bàng Chúng tôi tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau: - Thời gian tạo nano bạc: 30 phút - Nhiệt độ tạo nano bạc: nhiệt độ phòng. - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Thể tích dung dịch AgNO3 1 mM: 30ml - Môi trường pH = 4,9 - Tỉ lệ thể tích dịch chiết: x = 1 ml, 2ml, 3 ml, 4 ml, 5 ml. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano bạc vào tỉ lệ thể tích dịch chiết được biểu diễn ở hình 3.8. Hình 3.8. Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dịch chiết đến quá trình tạo nano bạc : mẫu 1 ml dịch chiết, : mẫu 2 ml dịch chiết : mẫu 3 ml dịch chiết, : mẫu 4 ml dịch chiết : mẫu 5 ml dịch chiết  Nhận xét: Từ hình 3.8 cho thấy khi tỉ lệ thể tích dịch chiết lá bàng tăng dần từ 1ml đến 2ml thì giá trị mật độ quang đo được có giá trị cao nhất khi V = 2 ml, nghĩa là lượng nano bạc tổng hợp được cũng là tốt nhất. Nếu tiếp tục tăng thể tích dịch chiết thì giá trị mật độ quang giảm, có thể giải thích nguyên nhân do khi tăng thể tích dịch chiết 17 384.5 400 420 440 460 480 500.0 0.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00 nm A 0 . 0 1 1 6 0 .1 3 0 2 0 . 7 6 0 6 0 . 8 2 0 2 0 . 8 9 6 4 0 . 8 9 7 0 tăng dẫn đến sự tăng kích thước hạt và tăng độ tụ hạt nano bạc làm giảm mật độ quang.Trong quá trình bảo quản dung dịch hạt nano bạc, chúng tôi không thấy xuất hiện sự tụ bạc ở mẫu 2. Như vậy, chúng tôi chọn giá trị thể tích dịch chiết lá bàng tối ưu V = 2 ml, đảm bảo giá trị mật độ quang cao (Amax = 0,1302) và dung dịch hạt nano bạc tổng hợp được không bị keo tụ. 3.4.3. Khảo sát pH môi trường tạo nano bạc Chúng tôi tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau: - Thời gian tạo nano bạc: 30 phút - Nhiệt độ tạo nano bạc: nhiệt độ phòng. - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Tỉ lệ thể tích dịch chiết / dung dịch AgNO3 = 2 ml / 30ml - Đối với thông số pH môi trường, biến thiên: a = 4, 5, 6, 7, 8, 9 Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano bạc vào pH môi trường được biểu diễn ở hình 3.10. Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo nano bạc : mẫu pH = 4, : mẫu pH = 5, : mẫu pH = 6 : mẫu pH = 4, : mẫu pH = 5, : mẫu pH = 6 18 384.0 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500.0 0.13 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00 nm A 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 0 . 9 3 8 2 0 . 9 5 1 9 0 . 9 2 6 3 0 . 8 7 8 5 0 . 8 2 9 1 0 . 9 1 5 8  Nhận xét: Từ hình 3.10 cho thấy khi pH tăng dần từ 4 đến 7 thì giá trị mật độ quang đo được tăng dần và đạt giá trị cao nhất khi pH = 7, nghĩa là lượng nano bạc tổng hợp được tốt nhất. Nếu tiếp tục tăng giá trị pH thì giá trị mật độ quang giảm dần, có thể giải thích: ở môi trường có pH lớn hơn 7, lượng bạc tạo thành quá nhanh, dẫn đến hiện tượng bị keo tụ, hạt nano bạc tổng hợp có kích thước lớn, làm giảm mật độ quang. Như vậy, chúng tôi chọn giá trị pH môi trường là 7, đảm bảo giá trị mật độ quang cao (Amax = 0,8970) và dung dịch hạt nano bạc tổng hợp được bền, không bị keo tụ. 3.4.4. Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc Chúng tôi tiến hành thí nghiệm với các thông số cố định sau: - Thời gian tạo nano bạc: 30 phút - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 - Tỉ lệ thể tích dịch chiết / dung dịch AgNO3 = 2 ml / 30ml - pH môi trường : 7 - Nhiệt độ,T = 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, 80oC. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano bạc vào nhiệt độ được biểu diễn ở hình 3.12. Hình 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano bạc : mẫu có nhiệt độ 30oC, : mẫu có nhiệt độ 40oC : mẫu có nhiệt độ 50oC, : mẫu có nhiệt độ 60oC 19 384.5 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500.0 0.12 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.96 nm A 3 0 . 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 0 .8 3 8 3 0 . 8 5 6 2 0 . 8 5 1 4 0 . 8 9 0 3 0 . 8 9 7 2 0 . 9 3 3 6 0 . 9 1 9 5 : mẫu có nhiệt độ 70oC, : mẫu có nhiệt độ 80oC  Nhận xét: Từ hình 3.12 cho thấy khi nhiệt độ tăng dần từ 30oC đến 70oC thì giá trị mật độ quang đo được cũng tăng dần, nghĩa là lượng nano bạc tổng hợp tăng, và đạt giá trị lớn nhất với nhiệt độ 70oC. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ, giá trị mật độ quang giảm. Có thể giải thích, nhiệt độ lớn hơn 70oC lượng nano bạc tạo ra nhanh, dễ bị keo tụ, hạt có kích thước lớn, làm giảm mật độ quang. Như vậy, chúng tôi chọn giá trị nhiệt độ tạo nano bạc là 70oC, đảm bảo giá trị mật độ quang cao (Amax = 0,9519) và dung dịch hạt nano bạc tổng hợp được bền, không bị keo tụ. 3.4.5. Khảo sát thời gian tạo nano bạc Chúng tôi tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau: - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Tỉ lệ thể tích dịch chiết / dung dịch AgNO3 = 2 ml / 30ml - pH môi trường: 7. Nhiệt độ tạo nano bạc: 70oC -Thời gian tạo nano bạc: t = 30, 60, 120, 180, 240, 300, 360 (phút) Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano bạc vào thời gian được biểu diễn ở hình 3.14. Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tạo nano bạc 20 : mẫu 30 phút, : mẫu 60 phút, : mẫu 120 phút : mẫu 180 phút, : mẫu 240 phút, : mẫu 300 phút : mẫu 360 phút  Nhận xét: Từ hình 3.14 cho thấy khi thời gian tạo nano bạc tăng dần thì giá trị mật độ quang đo được cũng tăng dần. Có thể giải thích khi thời gian càng lâu thì các chất trong dịch chiết khử lượng ion Ag+ với mức độ càng lớn mà vẫn không làm tăng kích thước hạt để tạo lượng nano bạc càng nhiều, dẫn đến giá trị mật độ quang tăng. 3.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA HẠT NANO BẠC Keo nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 với tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng ở điều kiện tối ưu được khảo sát các đặc tính hóa lý như TEM, EDX tại Viện vệ sinh dịch tễ - Số 1 Yersin – Hai Bà Trưng – Hà Nội và FTIR, XRD tại Trung tâm phân tích Hải quan Đà Nẵng. Kết quả khảo sát được trình bày ở các hình 3.15, 3.16, 3.17, 3.18. Hình 3.15. Ảnh TEM của mẫu nano bạc tổng hợp 21 Hình 3.16. Phổ FTIR của hạt nano bạc tổng hợp Hình 3.17. Phổ EDX của mẫu nano bạc tổng hợp được Hình 3.18. Phổ XRD của mẫu nano bạc tổng hợp 22  Nhận xét: Từ hình 3.15 cho thấy, hạt nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 với tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng có dạng hình cầu với kích thước từ 9,25 nm đến 26 nm. Phổ FTIR của hạt nano bạc có những pic tương ứng với pic của phổ FTIR dịch chiết lá bàng. Như vậy, trên bề mặt hạt nano bạc có thể được phủ một lớp màng chất hữu cơ và có tác dụng bảo vệ hạt nano bạc không cho kết tụ. Ngoài ra, phổ phân tích nguyên tố EDX cho thấy, thành phần chính của hạt nano bạc thu được là bạc. Phân tích phổ nhiễu xạ tia X - XRD của hạt nano bạc cho thấy, có xuất hiện 3 pic đặc trưng với góc 2 là 38,14; 44,49; 64,57 tương ứng với mạng 111, 200, 220 của tinh thể bạc. Như vậy, các kết quả phân tích hóa lý trên đã khẳng định quá trình tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 với tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng. 3.5. CƠ CHẾ TẠO NANO BẠC TỪ DUNG DỊCH AgNO3 BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ BÀNG Dựa trên kết quả phân tích định tính: trong lá bàng có chứa các nhóm chất saponin, tanin, flavonoid ( chẳng hạn như các chất: kamferol, quercetin, punicalin, tercatin,) là những chất khử chứa các nhóm chức –OH, C=O. Trên cơ sở đó, chúng tôi đề nghị cơ chế có thể có cho quá trình khử ion bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng như hình 3.19. Cơ chế này cho thấy các hợp chất nhóm phenol (dạng enol) đóng vai trò oxi hóa để chuyển thành dạng keto: Dạng enol  dạng keto + 2e + 2H+ (1) Ag+ + e  Ag (2) Vì vậy khi pH thấp, nồng độ H+ lớn, thì (1) chuyển sang trái, nên khả năng phản ứng oxi hóa Ag+  Ag giảm. Khi pH tăng thì (1) chuyển sang phải, tốc độ phản ứng oxi hóa Ag+  Ag tăng, lượng 23 nano bạc tổng hợp nhiều hơn. Cơ chế phản ứng này phù hợp với kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo nano bạc. Hình 3.19: Cơ chế tạo nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng [22] KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1. Xác định được một số chỉ tiêu hóa lí của lá bàng * Độ ẩm lá bàng: 72,302% . Không thể bảo quản lá bàng tươi trong thời gian dài mà phải sử dụng ngay sau khi thu hái. * Hàm lượng tro lá bàng: 3,19%. * Hàm lượng kim loại trong lá bàng: thấp, nằm trong khoảng cho phép 2. Định danh thành phần hóa học của dịch chiết lá bàng - Dịch chiết lá bàng chứa các nhóm chất saponin, flavonoid, tanin thủy phân. 3. Các điều kiên tối ưu để chiết lá bàng * Thời gian chưng ninh : 10 phút 24 * Tỉ lệ khối lượng lá bàng / thể tích nước : 10 gam / 200 ml 4. Các yếu tố tối ưu để tổng hợp hạt nano bạc * Nồng độ dung dịch AgNO3: 1mM * Tỉ lệ thể tích dịch chiết so với thể tích dung dịch AgNO3 1 mM: 2 ml / 30 ml * pH môi trường tạo nano bạc: 7 * Nhiệt độ tạo nano bạc: 70oC * Thời gian tạo nano bạc: thời gian càng dài thì khả năng tạo nano bạc càng tốt. 5. Kết quả khảo sát đặc tính của hạt nano bạc Từ kết quả đo TEM, FTIR, EDX, XRD, chúng tôi khẳng định được hạt nano bạc tổng hợp từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng có dạng hình cầu với kích thước từ 9,25 nm đến 26 nm, và hạt nano bạc tổng hợp được là tinh khiết. Kiến nghị: Cây bàng là một loại thực vật có hầu hết ở các địa bàn trên nước ta, chúng dễ trồng và phát triển tốt, có nhiều ứng dụng đối với y học dân gian. Chúng tôi mong muốn được tạo điều kiện để tiếp tục mở rộng nghiên cứu một cách toàn diện: nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử trong dịch chiết các bộ phận khác của cây bàng như vỏ, quả hoặc rễ, nhằm phát triển một hướng đi mới, có thể tổng hợp một vật liệu nano vốn đa ứng dụng trong đời sống bằng phương pháp hóa học lành tính, không gây độc hại đối với con người và môi trường.