NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H2O2/BỨC XẠ GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN

8/20/2019 NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H2O2/BỨC XẠ GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO …

1/210

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜ NG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐẶNG XUÂN DỰ

NGHIÊN CỨ U CẮT MẠCH CHITOSANBẰNG HIỆU Ứ NG ĐỒNG VẬN H2O2 /BỨ C XẠ

GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠOOLIGOCHITOSAN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HUẾ - NĂM 2015

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON


2/210

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜ NG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGHIÊN CỨ U CẮT MẠCH CHITOSANBẰNG HIỆU Ứ NG ĐỒNG VẬN H2O2 /BỨ C XẠ

GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠOOLIGOCHITOSAN

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý

Mã số: 62 44 01 19

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HUẾ - NĂM 2015




3/210

LỜ I CẢM Ơ N

Tôi xin chân thành gửi lờ i cảm ơ n sâu sắc tớ i những ngườ i Thầy của

mình PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến, PGS.TS Võ Quang Mai đã dành nhiều thờ igian và công sức hướ ng dẫn tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.

Tôi xin gửi lờ i cảm ơ n đến Phòng thí nghiệm Hóa lý – Khoa Hóa,

Trườ ng Đại học Khoa học Huế, nơ i đã tạo điều kiện thuận lợ i về trang thiết bị

và hướ ng dẫn tận tình cho tôi trong suốt thờ i gian làm thực nghiệm.

Tôi cũng xin gửi lờ i cảm ơ n đến gia đ ình, bạn bè và đồng nghiệp trong

Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển Khai Công nghệ Bức xạ – Viện Năng lượ ng Nguyên tử Việt Nam, Phòng Công nghệ Bức xạ –Viện

Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Phòng phân tích Hóa lý – Trườ ng Đại học Khoa

học Tự nhiên – ĐHQG Tp. HCM đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về máy móc,

thiết bị trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Cuối cùng tôi xin gửi lờ i cảm ơ n đến GS.TS Trần Thái Hòa trưở ng Bộ

môn Hóa lý, Ban chủ nhiệm, cán bộ giảng viên và anh chị em NCS của Khoa

Hóa – Trườ ng Đại học Khoa học Huế, các Thầy cô trong Ngành Hóa – Khoa

Sư phạm Khoa học Tự nhiên – Trườ ng Đại học Sài Gòn đã động viên giúp đỡ

tôi trong suốt thờ i gian nghiên cứu.

Tp. H ồ Chí Minh, ngày 27 tháng 3 nă m 2015

Tác giả

ĐẶNG XUÂN DỰ




4/210

LỜ I CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu

và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực, đượ c các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng đượ c công bố trong bất kỳ một công trình nào

khác.

Tác giả

ĐẶNG XUÂN DỰ




5/210

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ANOVA Phân tích phươ ng sai (Analysis of Variance)

ABTS 2,2’-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)

CFU/ml Số đơ n vị khuẩn lạc trong 1 ml (Colony Forming Unit per

milliter)

CNBX Công nghệ bức xạ

COS Oligochitosan

COSM5 Oligochitosan, Mw ~ 5 kDa

COSM10 Oligochitosan, Mw ~ 10 kDa CTS Chitosan

CTS-91 Chitosan có độ đề axetyl~91%, Mw ~49 kDa

CTS-80 Chitosan có độ đề axetyl~80%, Mw ~50 kDa

CTS-72 Chitosan có độ đề axetyl~72%, Mw ~48,2 kDa

CTSM15 Chitosan Mw ~15 kDa

CTSM23 Chitosan Mw ~23kDa

CTSM30 Chitosan Mw ~30 kDa CTSM45 Chitosan Mw ~45 kDa



C90 Chitosan có độ đề axetyl 91%, Mw ~166 kDa



D Hiệu ứng đồng vận

E. coli Vi khuẩn Escherichia coli

ĐA Độ axetyl

ĐĐA Độ đề axetyl




6/210

ĐSGKLPT Độ suy giảm khối lượ ng phân tử

ĐTNBH Độ trươ ng nướ c bão hòa

EB Chùm electron (Electron beam)

FAO Tổ chức Lươ ng thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc(Food and Agriculture Organization of the United Nations)

FT-IR Phươ ng pháp Phổ hồng ngoại(Fourier transform infrared)

GPC Phươ ng pháp Sắc kí gel thấm qua(Gel Permeation

Chromatography)

Gs Kí hiệu hiệu suất cắt mạch bức xạ 1H-NMR Phươ ng pháp phổ cộng hưở ng từ proton (Proton Nuclear

Magnetic Resonance)

HSCMBX Hiệu suất cắt mạch bức xạ

HSTĐPƯ Hằng số tốc độ phản ứng

IAEA Cơ quan Năng lượ ng Nguyên tử quốc tế (International

Atomic Energy Agency)

k Kí hiệu của HSTĐPƯ

KLPT Khối lượ ng phân tử trung bình khối lượ ngk91d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 trong dung dịch

k80d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 trong dung dịch

k72d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 trong dung dịch

k91t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 ở dạng trươ ng



LSD Sai khác nhỏ nhất có ý ngh ĩ a (Least SignificantDifference)

m0 Kí hiệu khối lượ ng phân tử đơ n vị monome

mesh Số lỗ trên một inch chiều dài




7/210

Mn Kí hiệu khối lượ ng phân tử trung bình số lượ ng

Mv Kí hiệu khối lượ ng phân tử trung bình độ nhớ t

Mw Kí hiệu khối lượ ng phân tử trung bình khối lượ ng

N Cỡ mẫuOD Mật độ quang (Optical Density)

PI Độ đa phân tán của polyme (Polydispersity Index)

S. aureus Vi khuẩn Staphylococcos aureus

SD Độ lệch chuẩn (Standard Deviation)

t Kí hiệu thờ i gian

UV Phươ ng pháp phổ tử ngoại (Ultraviolet spectroscopy)

v/v Thể tích /thể tích

XRD Phươ ng pháp nhiễu xạ tia X (X–ray diffraction)

WHO Tổ chức Y tế thế giớ i (World Health Organization)

w/v Khối lượ ng/thể tích

α Mức ý ngh ĩ a

γ Co60 Bức xạ /tia gamma Co - 60

[η] Độ nhớ t đặc trưng




8/210

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1. Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS 12

Bảng 1.2. Hằng số k và α đối vớ i CTS và một số hệ dung môi 15

Bảng 1.3. Khối lượ ng phân tử trung bình Mv, Mn và Mw của các

mẫu CTS có ĐĐA khác nhau

17

Bảng 1.4. Các loại cột Ultrahydrogel của hãng Waters và khoảng

đo KLPT hiệu dụng

19

Bảng 1.5. Suy giảm KLPT khi cắt mạch β - CTS bằng hydroperoxit, tia γ Co60 và hiệu ứng đồng vận hydro peroxit và

tia γ Co60

29

Bảng 2.1. Thông tin về các mẫu chuẩn Pullulan 41

Bảng 2.2. KLPT và thờ i gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối

vớ i cột Ultrahydrogel 250

41

Bảng 2.3. KLPT và thờ i gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối

vớ i cột Ultrahydrogel Linear

43

Bảng 2.4. Kết quả Mw, Mn và PI của CTS đo bằng GPC 45

Bảng 3.1. Sự thay đổi ĐĐA của CTS theo thờ i gian phản ứng 55

Bảng 3.2. Sự thay đổi KLPT, ĐĐA và PI của CTS nguồn cắt mạch

bằng hydro peroxit

58

Bảng 3.3. Kết quả cắt mạch dung dịch 5% CTS-91 chế tạo COS 60

Bảng 3.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 trong dung dịch

5% bằng tia γCo60 và H2O2 0,5%

62

Bảng 3.5. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-91 5% trong

trườ ng hợ p có và không có H2O2 0,5%

63




9/210

Bảng 3.6. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch

CTS-91 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ

68

Bảng 3.7. Kết quả cắt mạch dung dịch CTS-80 nồng độ 5% chế tạo

COS

69



71



72

Bảng 3.10. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch

CTS-80 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ

75

Bảng 3.11. Kết quả cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5% chế tạo

COS

76



78



80

Bảng 3.14. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịchCTS-72 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ

84

Bảng 3.15. Độ ẩm và ĐTNBH các mẫu CTS 88

Bảng 3.16. KLPT của CTS cắt mạch theo liều xạ vớ i nồng độ H2O2

khác nhau

91

Bảng 3.17. HSCMBX Gs theo liều xạ ở những nồng độ H2O2 khác

nhau

93

Bảng 3.18. ĐĐA của CTS chiếu xạ ở 10 kGy vớ i nồng độ H2O2 khácnhau

95

Bảng 3.19. KLPT và PI của CTS cắt mạch dạng trươ ng trong H2O2

5% ở liều xạ 10 kGy vớ i suất liều khác nhau

98




10/210

Bảng 3.20. Ảnh hưở ng của nồng độ H2O2 đến KLPT và ĐĐA

của CTS ở liều xạ 10,5 kGy

99

Bảng 3.21. Kết quả cắt mạch CTS-91 ở dạng trươ ng trong dung dịch

H2O2 5%

101

Bảng 3.22. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 bằng tia γCo60 và

H2O2 5%

105

Bảng 3.23. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-91 ở dạng trươ ng trong

nướ c và trong dung dịch H2O2 5%

106

Bảng 3.24. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trươ ng

trong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ

108

Bảng 3.25. Kết quả cắt mạch CTS-80 ở dạng trươ ng trong nướ c và

trong dung dịch H2O2 5%

111


H2O2 5% ở dạng trươ ng

113

Bảng 3.27. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-80 ở dạng trươ ng trong

nướ c và trong dung dịch H2O2 5%

114

Bảng 3.28. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trươ ngtrong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ

117

Bảng 3.29. Kết quả cắt mạch CTS-72 ở dạng trươ ng trong nướ c và

trong dung dịch H2O2 5%

118


H2O2 5% ở dạng trươ ng trong nướ c và trong dung dịch

H2O2 5%

119

Bảng 3.31. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-72 ở dạng trươ ng trongnướ c và trong dung dịch H2O2 5%

120

Bảng 3.32. Sự phụ thuộc của HSCMBX và HSTĐPƯ theo ĐĐA khi

cắt mạch ở trạng thái rắn

121




11/210

Bảng 3.33. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-72 ở dạng trươ ng

trong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ

124

Bảng 3.34. KLPT, PI và ĐĐA của CTS đượ c cắt mạch vớ i các thờ i

gian khác nhau theo phươ ng pháp 1

129

Bảng 3.35. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự

nhiên (exponential) và hàm luỹ thừa vớ i biến số thờ i gian

(power) theo phươ ng pháp 1

130

Bảng 3.36. KLPT và ĐĐA phụ thuộc thờ i gian cắt mạch theo

phươ ng pháp 2

131

Bảng 3.37. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự

nhiên (exponential) và hàm luỹ thừa vớ i biến số thờ i gian

(power) theo phươ ng pháp 2

132

Bảng 3.38. Kí hiệu các mẫu CTS cho nghiên cứu hiệu ứng chống oxi

hóa

134

Bảng 3.39. Hoạt tính kháng khuẩn của CTS có KLPT Mw (kDa)

khác nhau đối vớ i E.coli

136

Bảng 3.40. Hiệu suất diệt khuẩn E. coli của CTS KLPT thấp và COS 137Bảng 3.41. Hiệu quả diệt khuẩn E. coli của CTSM15 có nồng độ

khác nhau

137

Bảng 3.42. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có KLPT khác

nhau

138

Bảng 3.43. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có nồng độ khác

nhau

138

Bảng 3.44. Ảnh hưở ng của CTS có MwKLPT khác nhau

140Bảng 3.45. Trọng lượ ng (kg) của gà 72 ngày tuổi ở các lô khác nhau

141

Bảng 3.46. Ảnh hưở ng của CTSM15 có nồng độ khác nhau

142

Bảng 3.47. Trọng lượ ng (kg) của gà 63 ngày tuổi ở các lô khác nhau 143




12/210

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1. Cấu tạo phân tử chitin 4

Hình 1.2. Công thức cấu tạo của CTS 5

Hình 1.3. Công thức cấu tạo chính xác của CTS 5

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của COS 5

Hình 1.5. Phổ UV dẫn xuất thứ nhất của dung dịch axit axetic 0,01;

0,02; 0,03M và dung dịch N-axetyl glucosamin vớ i các

nồng độ khác nhau (mg/l) trong axit axetic 0,01M

9

Hình 1.6. Phổ IR của mẫu chitin/CTS có ĐĐA khác nhau 5% (a);

50% (b) và 90% (c)

12

Hình 1.7. Tươ ng quan giữa độ nhớ t rút gọn và nồng độ CTS 14

Hình 1.8. Sự tạo thành liên kết hydro (I) và (II) 16

Hình 1.9. Sự phụ thuộc giá trị k và α vào ĐĐA của CTS 16

Hình 1.10. Sơ đồ cơ chế bắt hydro của gốc tự do hydroxyl cắt mạch

CTS

27

Hình 1.11. Sự suy giảm KLPT của β - CTS xử lý vớ i H2O2, tia γ Co60

và H2O2 /tia γ Co60 theo thờ i gian và liều xạ (suất liều:

1,33 kGy/h)

29

Hình 2.1. Sắc kí đồ GPC của mẫu chuẩn Pullulan ghi trên cột

Ultrahydrogel 250 vớ i KLPT 100000 (a), 40000 (b),

23700 ( c), 12200 (d) và 738 Da (e)

42

Hình 2.2. Đườ ng chuẩn tươ ng quan giữa KLPT và thờ i gian lưu

của Pullulan đối vớ i cột Ultrahydrogel 250

43

Hình 2.3. Đườ ng chuẩn tươ ng quan giữa KLPT và thờ i gian lưu

của Pullulan đối vớ i cột Ultrahydrogel Linear

44




13/210

Hình 2.4. Sắc kí đồ của mẫu COS (a), CTS KLPT thấp (b) và CTS

KLPT cao (c)

45

Hình 2.5. (I) – Sơ đồ nguồn SVST Co – 60/B; (II) – Liều kế:

(a) - chưa sử dụng, (b) - đã sử dụng

48

Hình 3.1. Ảnh hưở ng của thờ i gian đề axetyl đến ĐĐA của CTS 55

Hình 3.2. CTS có ĐĐA ~ 78% (a); 84% (b); 95,5% (c) chế tạo từ

chitin

57

Hình 3.3. CTS nguồn ĐĐA ~ 72% (a); 80,3% (b) và 91,0 % (c) 58

Hình 3.4. Sơ đồ chế tạo COS bằng chiếu xạ dung dịch 59

Hình 3.5. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-91 trong dung dịch 5%

theo liều xạ và thờ i gian phản ứng (thờ i gian,

giờ = kGy/1,33)

61

Hình 3.6. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 trong dung

dịch 5% theo liều xạ

64

Hình 3.7. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung

dịch CTS-91 5% theo liều xạ và thờ i gian (thờ i gian,

giờ = kGy/1,33)

66

Hình 3.8. Phổ FT-IR của CTS-91 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng

chiếu xạ dung dịch CTS-91 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ

2,2 kGy (b); 7,6 kGy (c); 15,1 kGy (d) và 19,8 kGy (e)

67

Hình 3.9. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-80 cắt mạch trong dung

dịch 5% theo liều xạ và thờ i gian phản ứng (thờ i gian,

giờ = kGy/1,33)

70

Hình 3.10. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-80 cắt mạch trongdung dịch 5% theo liều xạ

72




14/210



giờ = kGy/1,33)

73

Hình 3.12. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch bằngchiếu xạ dung dịch CTS-80 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ


74

Hình 3.13. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-72 trong dung dịch 5%

theo liều xạ và thờ i gian phản ứng (thờ i gian,

giờ = kGy/1,33)

77

Hình 3.14. Hiệu ứng đồng vận của các loại CTS trong dung dịch

5%/0,5% H2O2 theo liều xạ

79

Hình 3.15. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-72 trong dung

dịch 5% theo liều xạ

79



giờ = kGy/1,33)

81

Hình 3.17. Phổ FT-IR của CTS-72 (a) và sản phẩm cắt mạch bằngchiếu xạ dung dịch CTS-72 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ


82

Hình 3.18. Dung dịch 5% CTS-91 trướ c khi chiếu xạ (a) và sau

chiếu xạ (b)

84

Hình 3.19. CTS -91 (a), CTS-91 cắt mạch (b), COS thu đượ c từ

CTS-91 (c), CTS-80 (d) và CTS-72 (e)

85

Hình 3.20. Phổ UV – vis của CTS-91 (a), sản phẩm cắt mạch CTS-91 (b), COS thu đượ c từ CTS-72 (c), CTS-80 (d) và

CTS-91 (e) nồng độ 0,1 % (w/v) trong dung dịch axit

axetic 0,05%

86




15/210

Hình 3.21. Liên kết hydro trong phân tử của CTS 89

Hình 3.22. Sự suy giảm KLPT của CTS trươ ng trong nướ c và trong

dung dịch H2O2 theo liều xạ

92

Hình 3.23. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS ( ĐĐA ~ 91,3%)cắt mạch dạng trươ ng nướ c theo liều xạ

94

Hình 3.24. Phổ FT-IR của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch

CTS ở dạng trươ ng vớ i H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c),

5% (d) tại liều xạ 10 kGy

95

Hình 3.25. Giản đồ XRD của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch

CTS ở dạng trươ ng vớ i H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c), 5% (d)

tại liều xạ 10 kGy

96

Hình 3.26. Phổ UV-vis của dung dịch CTS 0,1% có KLPT khác

nhau trong dung dịch axit axetic 0,05%

97

Hình 3.27. CTS ban đầu – dạng bột (a), CTS trươ ng trong dung dịch

H2O2 5% (b) và CTS cắt mạch bằng hiệu ứng đồng vận (c)

98

Hình 3.28. Phổ FT-IR của sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trươ ng

vớ i H2O2 nồng độ 0% (5ml H2O/1g CTS, a); 5% (b);7,5% (c); 10% (d) tại liều xạ 10,5 kGy

99

Hình 3.29. Sơ đồ cắt mạch CTS ở dạng trươ ng 101

Hình 3.30. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối vớ i CTS-91 cắt mạch ở

dạng trươ ng trong nướ c và dung dịch H2O2 5% (thờ i gian,

giờ = kGy/1,33)

102

Hình 3.31. Mô hình đề nghị cho cơ chế cắt mạch đồng vận ở trạng

thái trươ ng

104

Hình 3.32. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 cắt mạch theo

liều xạ ở trạng thái trươ ng trong nướ c

106




16/210

Hình 3.33. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trươ ng

theo liều xạ và thờ i gian (thờ i gian, giờ = kGy/1,33)

107

Hình 3.34. Phổ FT-IR của CTS-91(a) và sản phẩm cắt mạch CTS-91

ở dạng trươ ng trong H2O2 5% tại các liều xạ 8,2 kGy (b);

12,0 kGy (c);15,9 kGy (d) và 22,7 kGy (e)

108

Hình 3.35. CTS-91 ban đầu - 49 kDa (a); CTS-91 KLPT thấp - 14

kDa (b)

109

Hình 3.36. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối vớ i CTS-80 cắt mạch

ở dạng trươ ng trong nướ c và trong dung dịch H2O2 5%

(thờ i gian, giờ = kGy/1,33)

112



114



115

Hình 3.39. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch CTS-80

ở dạng trươ ng trong H2O2 5% tại các liều xạ 7,1 kGy (b);

15,5 kGy (c); 20,1 kGy (d) và 22,6 kGy (e)

116

Hình 3.40. CTS-80 ban đầu - 50 kDa (a); CTS-80 KLPT thấp – 11,7

kDa (b)

117

Hình 3.41. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối vớ i CTS-72 cắt mạch

ở dạng trươ ng trong nướ c và trong dung dịch H2O2 5%

(thờ i gian, giờ = kGy/1,33)

119



120



122




17/210

Hình 3.44. Phổ FT-IR của CTS-72 ban đầu (a) và sản phẩm cắt

mạch CTS ở dạng trươ ng trong H2O2 5% tại các liều xạ


123

Hình 3.45. CTS-72 ban đầu - 47,8 kDa (a); CTS-72 KLPTthấp - 13,3 kDa (b)

124

Hình 3.46. CTS sau khi cắt mạch bức xạ ở dạng trươ ng 125

Hình 3.47. CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch từ CTS-72 (b);

CTS-80 (c); CTS-91(d) và COS chế tạo từ CTS-80 (e)

125

Hình 3.48. Phổ UV –vis của CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch

từ CTS-72 (b); CTS-80 (c); CTS-91(d) và COS chế tạo

từ CTS-80 (e) nồng độ 0,1 % (w/v) trong dung dịch axitaxetic 0,05%

126

Hình 3.49. CTS có KLPT 31 (a), 15(b), 10(c) và 5 kDa (d) 128

Hình 3.50. Sự phụ thuộc của KLPT vào thờ i gian cắt mạch theo

phươ ng pháp 1

130

Hình 3.51. Sự phụ thuộc của KLPT vào thờ i gian cắt mạch theo

phươ ng pháp 2

132

Hình 3.52. Hiệu suất bắt gốc tự do của CTS và COS 135




18/210

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 CHƯƠ NG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 4

1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, CHITOSAN, OLIGOCHITOSAN................ 4

1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan, oligochitosan .............................................. 4

1.1.2. Cấu trúc chitin, chitosan, oligochitosan .................................................. 4

1.1.3. Ứ ng dụng chitin, chitosan, oligochitosan................................................ 6

1.1.4. Một số thông số quan trọng của chitin, chitosan ..................................... 6

1.1.5. Cơ chế kháng khuẩn của chitosan khối lượ ng phân tử thấp và

oligochitosan.................................................................................................... 8

1.2. SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐỀ AXETYL VÀ

KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CỦA CHITOSAN................................................. 8

1.2.1. Phươ ng pháp xác định độ đề axetyl ........................................................ 8

1.2.2. Phươ ng pháp xác định khối lượ ng phân tử của chitosan ....................... 13

1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN VÀ CÔNGNGHỆ BỨ C XẠ BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN.............................. 20

1.3.1. Giớ i thiệu sơ lượ c về Công nghệ bức xạ và Hóa học bức xạ .................20

1.3.2. Một số khái niệm và định ngh ĩ a............................................................21

1.3.3. Nguồn bức xạ .......................................................................................23

1.3.4. Tình hình sử dụng bức xạ trong và ngoài nướ c .....................................23

1.3.5. Hóa học bức xạ của nướ c và dung dịch nướ c........................................24

1.4. HIỆU Ứ NG ĐỒNG VẬN........................................................................281.4.1. Định ngh ĩ a............................................................................................28

1.4.2. Áp dụng hiệu ứng đồng vận trong hóa học ...........................................30




19/210

1.5. TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨ U CẮT MẠCH

CHITOSAN ................................................................................................... 31

1.6. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN..................................................................36

CHƯƠ NG 2. VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠ NG PHÁP NGHIÊN CỨ UTHỰ C NGHIỆM..........................................................................................38

2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT .......................................................... 38

2.2. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ .......................................................................38

2.3. PHƯƠNG PHÁP.....................................................................................39

2.3.1. Đo các thông số của chitosan và oligochitosan ..................................... 39

2.3.2. Đặc trưng cấu trúc vật liệu chitosan và oligochitosan........................... 46

2.3.3. Các phươ ng pháp chế tạo và biến tính vật liệu chitosan........................47

2.3.4. Các phươ ng pháp nghiên cứu ứng dụng vật liệu chitosan cắt mạch ...... 51

CHƯƠ NG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................55

3.1. CHẾ TẠO CHITOSAN NGUỒN TỪ CHITIN ....................................... 55

3.2. CẮT MẠCH CHITOSAN NGUỒN BẰNG HYDROPEROXIT............. 57

3.3. HIỆU Ứ NG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG

CHIẾU XẠ DUNG DỊCH..............................................................................593.3.1. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối vớ i chitosan có độ đề

axetyl ~ 91% .................................................................................................. 59

3.3.2. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối vớ i chitosan có độ đề

axetyl ~ 80,3% ............................................................................................... 69

3.3.3. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối vớ i chitosan có độ đề

axetyl ~ 72% .................................................................................................. 76

3.4. HIỆU Ứ NG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CHITOSAN Ở DẠNGTRƯƠNG.. ....................................................................................................88

3.4.1. Xác định một số thông số ban đầu của chitosan cắt mạch ở dạng

trươ ng…………………………………………………………………………88




20/210

3.4.2. Cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận của H2O2 /tia γCo60 ở dạng

trươ ng và khảo sát ảnh hưở ng của nồng độ, suất liều......................................91

3.4.3. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 91% ở dạng

trươ ng........................................................................................................... 1013.4.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 80,3 ở dạng

trươ ng........................................................................................................... 111

3.4.5. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 72 ở dạng

trươ ng........................................................................................................... 118

3.5. KHẢ NĂNG CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG H2O2 TRONG

DUNG DỊCH ............................................................................................... 128

3.6. Ứ NG DỤNG SẢN PHẨM CHITOSAN CẮT MẠCH .......................... 134

3.6.1. Hiệu ứng chống oxi hóa...................................................................... 134

3.6.2. Hiệu ứng kháng khuẩn........................................................................ 135

3.6.3. Hiệu ứng kích thích tăng trưở ng và kháng bệnh trên gà...................... 139

KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN....................................................... 144

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁNPHỤ LỤC




21/210

1

MỞ ĐẦU

Chitosan và oligochitosan là những polyme có nguồn gốc thiên nhiên

đượ c ứng dụng trong nhiều l ĩ nh vực khác nhau của đờ i sống. Chúng đượ c

dùng làm chất kháng khuẩn [29], [51], [61], [70], [74], [117], chất chống oxihóa [36], [52], [85], [96], chất kháng khối u [75], chất gây hiệu ứng tăng

cườ ng miễn dịch [20], [21], chất kích kháng bệnh và thúc đẩy tăng trưở ng cho

cây trồng [34], [78], [116], chất mang dượ c phẩm [58], [101]… Đặc biệt

oligochitosan có độ polyme hóa từ 7 – 10 có hiệu ứng chống xâm nhiễm của

nhiều loại nấm gây bệnh thực vật thông qua cơ chế tự tạo kháng sinh

(phytoalexin) [5]. Hàng năm, có khoảng 10 tỉ tấn chitin đượ c sản xuất ra trên

thế giớ i [76], là nguồn nguyên liệu dồi dào để chế tạo chitosan. Chitosan

thông thườ ng có khối lượ ng phân tử rất cao, chỉ tan trong một số dung môi

nhất định. Điều này đã hạn chế khả năng ứng dụng của nó trong nhiều trườ ng

hợ p [89]. Vì vậy, vấn đề biến tính cắt mạch chitosan nhằm mở rộng khả năng

ứng dụng của loại polyme này là rất cần thiết.

Nhiều phươ ng pháp cắt mạch chitosan khác nhau đã đượ c nghiên cứu và

áp dụng. Trong đó, phươ ng pháp hóa học sử dụng H2O2 và phươ ng phápchiếu xạ sử dụng bức xạ gamma cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan

gần đây đượ c tập trung nghiên cứu áp dụng vì cho hiệu suất cao, thân thiện

vớ i môi trườ ng [38], [76] và có khả năng áp dụng vớ i quy mô lớ n [32]. Tuy

nhiên, nghiên cứu sử dụng kết hợ p hai tác nhân này cho đến nay vẫn còn rất ít

[9], [32], [34], [45] và chưa thật sự có hệ thống.

Trên thế giớ i, việc ứng dụng công nghệ bức xạ đã trở nên phổ biến. Các

sản phẩm của công nghệ bức xạ đã mang lại sự thay đổi mớ i mẻ trong nhiềul ĩ nh vực của đờ i sống và đã đượ c các tổ chức quốc tế IAEA, FAO, WHO ủng

hộ, phối hợ p chuyển giao công nghệ. Công nghệ bức xạ ứng dụng trong các

l ĩ nh vực biến tính vật liệu, khử trùng nướ c, chế tạo chế phẩm dùng trong y tế,




22/210

2

các chất điều hòa tăng trưở ng, chất bảo vệ và tăng năng suất cây trồng… là

những hướ ng nghiên cứu và ứng dụng đầy triển vọng.

Ở Việt Nam, nghiên cứu và triển khai ứng dụng công nghệ bức xạ chỉ

đượ c bắt đầu từ những năm 1980 và chủ yếu đượ c tiến hành ở Viện nghiêncứu hạt nhân Đà Lạt trên cơ sở sử dụng lò phản ứng hạt nhân và nguồn chiếu

xạ gamma Co – 60. Đến nay, nhiều trung tâm chiếu xạ thực phẩm và chiếu xạ

khử trùng đượ c xây dựng tại Hà Nội và Tp. HCM đã mở rộng hơ n phạm vi

nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ bức xạ. Ở các trung tâm này, vớ i

nguồn bức xạ gamma Co – 60 đượ c trang bị, nhiều nghiên cứu biến tính vật

liệu đã đượ c triển khai và ứng dụng có hiệu quả. Một trong các hướ ng nghiên

cứu đó là biến tính cắt mạch chitosan chế tạo chitosan khối lượ ng phân tử

thấp và oligome của nó bằng phươ ng pháp chiếu xạ. Tại trung tâm

VINAGAMMA, Tp. HCM, nghiên cứu theo hướ ng này đã thu đượ c những

kết quả bướ c đầu rất có triển vọng. Một số sản phẩm đã đượ c đưa vào ứng

dụng như chế phẩm oligochitosan, tên thươ ng mại là RIZASA 3SL, SĐKVN:

1796/11RR do Cục Bảo vệ Thực vật, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông

thôn cấp phép dùng làm chất kích kháng bệnh cho cây lúa và cho các loại câykhác. Một số công trình liên quan đến vấn đề này cũng đã đượ c công bố trong

các tạp chí chuyên ngành trong và ngoài nướ c [1], [4], [3], [5], [6], [9], [11],

[10], [32], [40]. Tuy nhiên, nghiên cứu các quy trình công nghệ nhằm tăng

tính hiệu quả và tiết kiệm năng lượ ng bức xạ vẫn đang là vấn đề hấp dẫn cần

đượ c mở rộng nghiên cứu.

Từ những thông tin trên, vớ i mong muốn tìm hiểu khả năng kết hợ p của

hai tác nhân H2O2 và bức xạ gamma Co-60 trong việc cắt mạch chitosan chế tạo oligochitosan, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: “ Nghiên cứ u cắ t mạ ch

chitosan bằ ng hiệu ứ ng đồ ng vậ n H 2O 2 /bứ c xạ gamma Coban– 60 để chế

tạ o oligochitosan” .




23/210

3

Đề tài đượ c tiến hành dựa vào phươ ng pháp nghiên cứu hiệu ứng đồng

vận áp dụng cho hai tác nhân là H2O2 và bức xạ gamma Co-60 trên cơ sở

tham khảo một số công trình đã đượ c công bố [45], [32], [91].

Bằng phươ ng pháp tiếp cận có hệ thống, chúng tôi tiến hành chế tạooligochitosan và tính hiệu ứng đồng vận dựa trên phươ ng pháp chiếu xạ

gamma Co-60 sử dụng H2O2 nhằm làm gia tăng hiệu suất cắt mạch bức xạ.

Các yếu tố ảnh hưở ng đến độ suy giảm khối lượ ng phân tử của chitosan như

nồng độ, liều xạ, thờ i gian phản ứng đều đượ c khảo sát. Từ kết quả nghiên

cứu, chúng tôi tìm điều kiện thích hợ p cho việc sử dụng hiệu ứng đồng vận để

chế tạo hiệu quả oligochitosan.

Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:

- Nghiên cứu điều kiện chế tạo hiệu quả chitosan nguồn

- Nghiên cứu giảm khối lượ ng phân tử chitosan

- Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận để chế tạo chitosan khối lượ ng phân tử

thấp và oligochitosan

- Nghiên cứu ảnh hưở ng của suất liều bức xạ đến hiệu suất cắt mạch

chitosan- Nghiên cứu một số ứng dụng của sản phẩm oligochitosan và chitosan

khối lượ ng phân tử thấp chế tạo đượ c

Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học cho việc áp dụng

hiệu ứng đồng vận của các tác nhân tươ ng tự trong việc chế tạo chitosan khối

lượ ng phân tử thấp. Từ kết quả của luận án cho phép xây dựng quy trình công

nghệ sản xuất hiệu quả oligochitosan áp dụng hiệu ứng đồng vận vớ i quy mô

lớ n, mở rộng khả năng áp dụng hiệu ứng này lên các loại polysaccarit có cấutrúc tươ ng tự, nhằm phát triển khả năng ứng dụng của các loại polyme có

nguồn gốc tự nhiên.




24/210

4

O

OH

OH

OO

OH

NHCOCH3

OOH

NHCOCH3

OOH

NHCOCH3

OOH

OOH

NHCOCH3

OOH

CHƯƠ NG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, CHITOSAN, OLIGOCHITOSAN

1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan, oligochitosan

Chitin có tên khoa học là poly-(2,4)-2-acetamido-2-desoxy- β -D-glucose,

thuộc về nhóm hợ p chất polysaccarit. Trong thiên nhiên, trữ lượ ng của chitin

chỉ đứng thứ hai sau cellulose. Chitin là thành phần chủ yếu trong vỏ của các

loại động vật “xươ ng ngoài” như: cua, tôm, nhện, bọ cạp, vỏ của các loại giáp

xác… Chitin cũng đượ c tìm thấy trong vách tế bào của một vài loài nấm hay

của một số loài sinh vật khác [12].

Chitosan (CTS) là dẫn xuất của chitin, đượ c chế tạo phổ biến bằng cách

đề axetyl hóa một phần từ chitin trong môi trườ ng kiềm đặc [13].

Oligochitosan còn gọi là chitosan oligosaccarit (COS) là sản phẩm giảm

cấp của CTS, đượ c chế tạo bằng biến tính cắt mạch CTS sử dụng các tác nhân

cắt mạch như enzym [63], hóa học [76] và bức xạ [27], [38]…

1.1.2. Cấu trúc chitin, chitosan, oligochitosan

Chitin là polysaccarit thiên nhiên không nhánh, giống cellulose, có cấu

trúc như mô tả trên hình 1.1.

Hình 1.1. C ấ u t ạo phân t ử chitin Cấu trúc hóa học của chitin rất giống của cellulose, chỉ khác là nhóm -OH

ở vị trí C2 của mỗi đơ n vị D-Glucose của cellulose đượ c thay bằng nhóm

-NHCOCH3 ở chitin. Một cách đơ n giản, chúng ta có thể xem chitin là sản

phẩm trùng ngưng của nhiều phân tử N-acetyl-D-glucosamine [12].




25/210

5

CTS có cấu tạo gồm các đơ n vị D-glucosamin và N-acetyl-D-glucosamin.

Đơ n vị cấu tạo trong phân tử CTS là D-glucosamin, các mắt xích đượ c liên

kết vớ i nhau như trên hình 1.2.

Hình 1.2. Công thứ c cấ u t ạo của CTS

Hình 1.2 mô tả cấu trúc CTS trên lý thuyết. Thực tế, mạch phân tử CTS

vẫn tồn tại nhóm axetyl đan xen do sự đề axetyl hóa chưa hoàn toàn. Do vậy,

công thức cấu tạo chính xác của mạch CTS có thể biểu diễn như ở hình 1.3.

Hình 1.3. Công thứ c cấ u t ạo chính xác của CTS COS có cấu trúc phân tử đượ c mô tả như trên hình 1.4.

Hình 1.4. Công thứ c cấ u t ạo của COS

COS là sản phẩm của quá trình cắt mạch CTS nên về cấu trúc như CTS

nhưng có mạch phân tử ngắn hơ n, khối lượ ng phân tử (KLPT) trung bình khối

nhỏ hơ n 10 kDa.




26/210

6

1.1.3. Ứ ng dụng chitin, chitosan, oligochitosan

Chitin là nguồn nguyên liệu quan trọng để chế tạo ra các dẫn xuất như

carboxymethyl chitin, CTS, COS…

Chitin/CTS cùng vớ i dẫn xuất của nó có những tính chất quan trọng như:

khả năng tươ ng hợ p và phân hủy sinh học, chống oxi hóa, khả năng kháng

khuẩn, kháng khối u và khả năng hấp phụ kim loại nặng… Do vậy, các

polyme này đã đượ c nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều l ĩ nh vực

khác nhau như: nông nghiệp, dượ c phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm chức năng,

công nghệ sinh học và xử lý môi trườ ng... [3], [8], [79], [86]. Đặc biệt,

nghiên cứu gần đây cho thấy CTS tan trong nướ c là một dạng cấu trúc mớ i,

đó không phải là những oligome mà là CTS có KLPT tươ ng đối cao,

Mw ~ 1 - 5×105 Da, độ đề axetyl khoảng 45 - 55%, đượ c chế tạo theo phươ ng

pháp axetyl hóa CTS bằng anhydrit axetic và kết tủa bằng etanol [35]. CTS

tan trong nướ c đượ c đánh giá là rất có triển vọng để ứng dụng trong nghiên

cứu in vivo [39], đặc biệt là làm chất ổn định, chất bắt gốc tự do để chế tạo hạt

nano kim loại (Au, Ag...).

COS đượ c xem là chất kích thích kháng bệnh thực vật hiệu quả (vắc xinthực vật) vì có những hoạt tính sinh học đặc biệt khác vớ i CTS thông thườ ng

– có KLPT cao. Ngoài các tính chất tươ ng tự như CTS, COS đặc biệt hiệu quả

đối vớ i khả năng kích thích sự miễn dịch trên động vật và cây trồng [53],

[110].

1.1.4. Một số thông số quan trọng của chitin, chitosan

Độ đề axetyl hóa (ĐĐA) hoặc độ axetyl hóa (ĐA), ĐA = 100 – ĐĐA làmột thông số rất quan trọng của chitin và CTS. Về mặt định lượ ng thì ĐĐA là

tỉ số giữa số nhóm -NH2 so vớ i tổng số nhóm -NH2 và nhóm -NHCOCH3

trong phân tử chitin/CTS. ĐĐA là thông số cơ bản dùng để phân biệt chitin

vớ i CTS. CTS thườ ng có ĐĐA > 50%, ngh ĩ a là số nhóm NH2 > số nhóm




27/210

7

-NHCOCH3 [7], [12]. Sự khác biệt về số lượ ng của các nhóm trên dẫn tớ i sự

khác biệt rõ rệt về tính chất của hai loại polyme này. CTS có ĐĐA khác nhau

dẫn tớ i sự khác nhau về KLPT, độ nhớ t, khả năng hòa tan trong axit... Khi

chitin đượ c đề axetyl hóa, do điều kiện khắt khe của sự đề axetyl hóa như nồng độ NaOH, nhiệt độ, thờ i gian... dẫn đến sự cắt mạch làm cho CTS tạo

thành có độ dài mạch ngắn hơ n so vớ i chitin gốc. ĐĐA càng cao thì KLPT và

độ nhớ t càng giảm. Độ nhớ t của CTS trong axit axetic bị ảnh hưở ng bở i nhiều

yếu tố như ĐĐA, KLPT, pH, nhiệt độ... Các hằng số về độ nhớ t trong phươ ng

trình Mark – Houwink ([η] = k×Mvα) là k và α phụ thuộc vào sự thay đổi của

ĐĐA. Khi ĐĐA tăng, k tăng và α giảm.

Khối lượ ng phân tử trung bình khối – Mw cũng là một thông số quan

trọng của chitin/CTS. Chitin có Mw vào khoảng 3×105 - 5×105 Da trong khi

CTS có Mw vào khoảng 1×105 - 3×105 Da. KLPT ảnh hưở ng đến độ tan và độ

nhớ t của chitin/CTS. Và do đó, nó cũng ảnh hưở ng đáng kể đến khả năng ứng

dụng của các loại polyme này.

Độ tan là thông số kỹ thuật quan trọng quyết định đến khả năng ứng dụng

của chitin/CTS và dẫn xuất của chúng trong nhiều trườ ng hợ p. Chitin khôngtan trong nướ c, kiềm, axit loãng, ancol và hầu hết các dung môi hữu cơ , chỉ

tan trong axit vô cơ đặc như HCl, H2SO4, H3PO4 và thườ ng kèm theo sự giảm

cấp. Chitin tan trong một số dung môi hữu cơ có chứa clorua liti như:

N,N-dimetylacetamid (DMAc) chứa 5% LiCl và N-etyl pyrrolydon-LiCl. Khả

năng hòa tan của chitin trong DMAc-LiCl phụ thuộc vào ĐĐA của nó, khả

năng này giảm khi ĐĐA tăng lên. Khác vớ i chitin - khó hòa tan trong các

dung môi thông thườ ng, CTS do có nhóm -NH2 tự do nên tan dễ dàng trongcác dung môi axit như axit formic, adipic, axetic... Trong trườ ng hợ p này,

nhóm amin tự do bắt đầu hình thành nhóm -NH3+ [17]. Nhờ đặc tính này mà

CTS có giá trị ứng dụng cao hơ n chitin và do đó có giá trị thươ ng mại cao hơ n

vì dễ chế tạo thành nhiều dạng khác nhau như màng mỏng, sợ i, bột...




28/210

8

Ngoài ra, độ ẩm, độ tro, hàm lượ ng protein và độ trươ ng nướ c bão hòa

cũng là những thông số quan trọng có ảnh hưở ng đến khả năng ứng dụng của

chitin/CTS.

1.1.5. Cơ chế kháng khuẩn của chitosan khối lượ ng phân tử thấp vàoligochitosan

Không giống như chitin, CTS KLPT thấp và COS sở hữu các nhóm

amino tự do trong cấu trúc của nó. Số nhóm amino này đã thể hiện vai trò

quan trọng trong hoạt tính kháng khuẩn và một số cơ chế đã đượ c đề nghị để

mô tả hoạt tính này [26]. Cơ chế đượ c cho là phù hợ p nhất giải thích rằng

CTS KLPT thấp/COS có thể làm thay đổi các đặc tính thấm của màng tế bào

vi khuẩn và ngăn cản sự tiếp nhận khoáng chất hoặc gây rò rỉ các thành phần

tế bào mà cuối cùng dẫn đến cái chết của vi khuẩn [72]. Một cơ chế khác

đượ c đề nghị để giải thích về hoạt tính kháng khuẩn của COS là sự ngăn chặn

việc sao chép RNA do sự hấp phụ của COS thâm nhập vào DNA của vi khuẩn

[50]. Để thỏa mãn cơ chế này, KLPT của CTS phải nhỏ hơ n một giá trị giớ i

hạn, cho phép các phân tử xâm nhập vào trong tế bào vi khuẩn. Tuy nhiên,

các chứng cứ thu thập đượ c chưa đủ cập nhật củng cố giả thuyết này. Ngoàira, hoạt tính tạo chelat của COS cũng đã tướ c đoạt các kim loại, yếu tố vi

lượ ng hoặc các chất dinh dưỡ ng cần thiết cũng đượ c đề xuất như một yếu tố

giớ i hạn sự tăng trưở ng của vi khuẩn [112].

1.2. SƠ LƯỢ C VỀ PHƯƠ NG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐỀ AXETYL VÀ

KHỐI LƯỢ NG PHÂN TỬ CỦA CHITOSAN

1.2.1. Phươ ng pháp xác định độ đề axetyl

Có nhiều phươ ng pháp xác định ĐĐA của CTS như: phân tích nguyên tố,

dùng phổ UV (Ultraviolet spectroscopy), IR (infrared spectra) và NMR

(Nuclear Magnetic Resonance)… Tuy nhiên, các phươ ng pháp phổ biến hiện

nay là sử dụng UV, NMR và IR.




29/210

9

• Phươ ng pháp xác định ĐĐA bằng phổ UV dẫn xuất thứ nhất

Phươ ng pháp đo phổ tử ngoại (UV) dẫn xuất thứ nhất để xác định ĐĐA

của CTS đượ c đề nghị bở i Muzzarelli và Rocchetti năm 1985 [67]. Sau đó,

Tan và cộng sự (1998) đã xác nhận tính chính xác của phươ ng pháp và đề

nghị dùng như là phươ ng pháp chuẩn để xác định thườ ng nhật ĐĐA của CTS

do phươ ng pháp có độ nhạy cao, giảm thiểu gây nhiễu từ tạp chất và dễ thao

tác [67]. Để xác định ĐĐA theo phươ ng pháp này cần tiến hành theo thứ tự

sau:

Xác định đ iể m nề n:

Chuẩn bị 3 dung dịch axit axetic nồng độ 0,01; 0,02 và 0,03M. Đo phổ

UV ba dung dịch này trong vùng bướ c sóng 190 - 220 nm dùng nướ c làm

mẫu đối chứng. Điểm chồng lên nhau phổ UV của ba dung dịch này tại bướ c

sóng 202 - 203 nm (hình 1.5) [67], [90] và điểm này là điểm nền (H = 0) dùng

để tính ĐĐA của CTS.

Hình 1.5. Phổ UV d ẫ n xuấ t thứ nhấ t của dung d ịch axit axetic 0,01;

0,02; 0,03M và dung d ịch N-axetyl glucosamin vớ i các nồng độ khác nhau

(mg/l) trong axit axetic 0,01M




30/210

10

Lậ p đườ ng chuẩ n dùng N-axetyl glucosamine:

Chuẩn bị 5 dung dịch chuẩn N-axetyl glucosamin nồng độ trong khoảng

0,5 đến 3,5 mg trong 100 ml axit axetic 0,01M. Ghi phổ UV của các dung

dịch này trong khoảng bướ c sóng 190 - 220 nm. Đo chiều cao H (mm) củacác pic hấp thụ tính từ điểm nền như đã mô tả ở trên lên đỉnh pic (hình 1.5).

Lập đườ ng chuẩn mối tươ ng quan giữa chiều cao H (mm) trục tung và nồng

độ N-axetyl glucosamin trục hoành, H = f (C). Phươ ng trình đườ ng chuẩn đã

đượ c xác định là: H = 32,7×C hoặc là C = H×1/32,7 [67].

Chuẩ n bị dung d ịch CTS:

Hòa 500 mg CTS đã đượ c sấy khô đến khối lượ ng không đổi trong 50

ml dung dịch axit axetic 0,1M sau đó định mức bằng nướ c thành 500 ml.

Nồng độ CTS là 1 mg/ml.

Đo phổ UV dung d ịch CTS và xác định ĐĐ A của CTS:

Đo phổ UV dung dịch CTS trong khoảng bướ c sóng 190 - 220 nm. Đo 5

lần lấy giá trị trung bình chiều cao H (mm) tại λmax ~ 199 nm. Tính nồng độ

N-axetyl glucosamin từ giá trị H đo đượ c, ví dụ H = 66 mm thì nồng độ

N-axetyl glucosamin sẽ là C = 66×(1/32,7) = 19,2 mg/l. Kết quả này cũng cóngh ĩ a độ axetyl của mẫu CTS là 19,2% và ĐĐA là 100 – 19,2 = 80,8%. Đối

vớ i mẫu CTS có ĐĐA lớ n hơ n 90% thì phải dùng đườ ng chuẩn N-axetyl

glucosamin đượ c hiệu chỉnh vớ i glucosamin [67], [90].

Xác định ĐĐA của CTS bằng phươ ng pháp đo phổ UV dẫn xuất thứ

nhất là khá đơ n giản, tiện lợ i và nhanh chóng vớ i độ chính xác và tin cậy cao.

Phươ ng pháp có một số ưu điểm như: i) không cần thiết phải biết chính xác

nồng độ axit axetic do điểm nền đượ c xác định trong khoảng rộng nồng độ

axit axetic, ii) đo phổ UV của dung dịch CTS dùng dung dịch so sánh là nướ c,

giảm thiểu các tín hiệu nhiễu trong quá trình đo và iii) một lượ ng mẫu CTS

nên dùng là 0,5 g để tránh sai số do cân.




31/210

11

• Phươ ng pháp xác định ĐĐA bằng phổ NMR

Phươ ng pháp xác định ĐĐA sử dụng phổ NMR đượ c tiến hành như sau

[55]:

Đo phổ 1H-NMR của CTS ở điều kiện ghi phổ: nhiệt độ 353 K, số lần

quét phổ 128, dung môi D2O.CF3COOD. Từ phổ 1H-NMR, ĐĐA đượ c tính

theo công thức sau:

( )H1D H1D HAc§§ A(%) / / 3 100 (1.1) I I I = + ×

Trong đó I H1D và I HAc lần lượ t là tích phân tươ ng ứng tại các đỉnh proton H1D

và 3 proton HAc.

• Phươ ng pháp xác định ĐĐA sử dụng phổ IR

Phươ ng pháp đo phổ IR để xác định ĐĐA của CTS lần đầu tiên đượ c đề

nghị bở i Moore và Roberts năm 1977 [63]. Cho đến nay, có nhiều nghiên cứu

quan tâm đến phươ ng pháp IR để xác định ĐĐA của CTS [82], [15], [18],

[46] do tính thuận lợ i, đơ n giản và nhanh chóng so vớ i các phươ ng pháp khác

như chuẩn độ, phổ cộng hưở ng từ (1H-NMR, 13C NMR) và phổ tử ngoại [67],

[41], [57], [24], [47], [48], [49],.. Phươ ng pháp IR xác định ĐĐA của CTS

sau đó đượ c Baxter [15] và cộng sự tiếp tục cải tiến và phát triển vớ i công

thức tính ĐĐA như sau:

ĐĐA, % = 100 – [(A1655 /A3450) × 115] (1.2)

Vớ i A1655 và A3450 là độ hấp thụ tại số sóng 1655 và 3450 cm-1 tươ ng ứng.

Công thức tính ĐĐA của CTS dựa trên cơ sở so sánh độ hấp thụ của một

pic chuẩn (A3450) vớ i độ hấp thụ của một pic đo (A1655), sau đó dùng phươ ng

trình kinh nghiệm để tính ĐĐA do nhóm nghiên cứu của Baxter đề nghị ở trên đượ c ghi nhận là có độ chính xác cao hơ n.

Năm 2001, Brugnerotto và cộng sự [18] đã đề nghị cách tính ĐĐA của

chitin/CTS bằng phươ ng pháp IR sử dụng pic đặc trưng của sự axetyl hóa




32/210

12

(characteristic band of the N-acetylation) 1320 cm-1 và pic so sánh (reference

band) 1420 cm-1 (hình 1.6 và bảng 1.1) như sau:

ĐA,% = [31,92 × (A1320 /A1420)] − 12,20 (1.3)

ĐĐA, % = 100 − ([31,92 × (A1320 /A1420)] − 12,20) (1.4)

Hình 1.6. Phổ IR của mẫ u chitin/CTS có ĐĐ A khác nhau 5% (a);

50% (b) và 90% (c)

Bảng 1.1. M ột số dao động đặc tr ư ng trên phổ IR của CTS

Số sóng, cm-1

Liên kết Tài liệu859 và 1153 C-O-C (β(1→4) glycosit) [95], [102]

1254 δO–H [95]

1373 υC–H (nhóm metyl) [45]

1420 υC–H (nhóm –CH2) [95]

1598-1590 δN–H (nhóm –NH2) [52], [62]

1655 Amit I [15]

1634-1650 υC=O (nhóm axetyl) [62], [83]

2870-2880 υC–H (–CH2 của vòng glucopyranose) [102]

3360-3450 υO–H, υN–H [52], [62]




33/210

13

Ư u điểm của phươ ng pháp sử dụng pic 1320 cm-1 và 1420 cm-1 để tính

ĐA và ĐĐA là tránh đượ c sai số do ảnh hưở ng của độ ẩm trong quá trình sấy

mẫu chitin/CTS so vớ i dùng pic A3450 như là pic so sánh theo Baxter và cộng

sự [15].

Nhìn chung, phươ ng pháp phổ 1H-NMR đượ c cho là rất chính xác trong

việc tính ĐĐA của CTS [56]. Tuy nhiên, phươ ng pháp dùng phổ IR tính ĐĐA

lại đượ c sử dụng khá phổ biến hiện nay trong các nghiên cứu trên thế giớ i. Ư u

điểm của phươ ng pháp này là đơ n giản, nhanh, cho kết quả khá chính xác và

chi phí thấp hơ n so vớ i phươ ng pháp phổ 1H-NMR [18].

Trong luận án này, chúng tôi sử dụng phươ ng pháp phổ IR và phươ ngtrình kinh nghiệm (1.4) để tính ĐĐA cho các mẫu CTS.

1.2.2.

Phươ ng pháp xác định khối lượ ng phân tử của chitosan

Khối lượ ng phân tử của CTS thườ ng đượ c xác định bằng phươ ng pháp

đo độ nhớ t và phươ ng pháp sắc kí gel thấm qua (Gel Permeation

Chromatography - GPC).

• Xác định KLPT của CTS bằng phươ ng pháp đo độ nhớ tPhươ ng pháp đo độ nhớ t là một trong những phươ ng pháp nhanh chóng

và đơ n giản nhất để xác định KLPT của CTS nói riêng và polyme nói chung

[80]. Theo phươ ng pháp này, KLPT trung bình nhớ t Mv quan hệ vớ i độ nhớ t

[η ] theo phươ ng trình Mark – Houwink:

[η ] = k×M vα (1.5)

Trong đó:

[η ] là độ nhớ t đặc trưng

M v là KLPT trung bình nhớ t

k và α là hằng số




34/210

14

Đây là phươ ng pháp so sánh tươ ng đối nên cần phải xác định hằng số k

và α trong phươ ng trình Mark – Houwink.

Hằng số k và α không phụ thuộc vào KLPT trung bình của polyme trong

một khoảng rộng và đượ c xác định đối vớ i từng hệ: polyme – dung môi.Để xác định KLPT trung bình nhớ t Mv bằng phươ ng pháp đo độ nhớ t cần

xác định thờ i gian chảy (t ) qua đoạn ống mao quản của nhớ t kế của một thể

tích dung dịch polyme và so sánh vớ i thờ i gian chảy của dung môi (t 0). Từ các

giá trị t 0 , t và nồng độ dung dịch polyme (C ) các đại lượ ng và tên gọi đượ c

đưa ra như sau [92]:

Độ nhớ t tươ ng đối: η t đ = η / η 0 = t/t 0

Độ nhớ t riêng: η r = η t đ -1 = (η t đ -η 0)/ η 0 = (t - t 0)/t 0

Độ nhớ t rút gọn: η rg = η r /C

Độ nhớ t đặc trưng:0

[ ] lim( / ) (1.6)r

CCη η

→=

Nồng độ polyme thườ ng dùng là g/100 ml (g/dl), thứ nguyên của [η ] sẽ là

100 ml/g (dl/g) và giá trị này sẽ đượ c nhân vớ i 100 khi dùng thứ nguyên là

ml/g.

Hình 1.7. T ươ ng quan giữ a độ nhớ t rút gọn và nồng độ CTS




35/210

15

Từ các đườ ng thẳng trên hình 1.7 ngoại suy cho đến C = 0 ta nhận đượ c

độ nhớ t đặc trưng [η ]. Knaul và cộng sự (1998) đưa ra bảng thống kê hệ số k

và α trong phươ ng trình Mark – Houwink để tính Mv của CTS sử dụng nhiều

hệ dung môi khác nhau [54]. Bảng 1.2 đưa ra các giá trị k và α điển hình

thườ ng đượ c dùng để đo Mv của CTS.

Bảng 1.2. H ằ ng số k và α đố i vớ i CTS và một số hệ dung môi

Hệ dungmôi

Nhiệt độ đo, °C

ĐĐA,

%

k (ml/g) α Mv

(× 103)

Tài liệu

0,1 M

CH3COOH0,2 M NaCl

25 ~80 1,81 × 103 0,93 630-4,8 Robert

(1982)[80]

0,2 MCH3COOH

0,1 MCH3COONa

30 69

84

91

100

0,104 × 10-3

1,424 × 10-3

6,589 × 10-3

16,80 × 10-3

1,12

0,96

0,88

0,81

251-19,4

Wang(1991)[103]

0,25 MCH3COOH

0,25 MCH3COONa

25 65-95 1,4 × 10-2 0,83 - Knaul(1998)

[54]

Kết quả nghiên cứu xác định k và α của Wang và cộng sự (1991) [103]

cho thấy k tăng dần từ 0,104 × 10-3 đến 16,80 × 10-3 và α giảm dần từ 1,12

đến 0,81 tươ ng ứng đối vớ i ĐĐA của CTS từ 69 đến 100%. Điều này chứng

tỏ độ cứng của mạch phân tử CTS trong dung dịch giảm theo sự tăng của

ĐĐA do các liên kết hydro giữa các mạch trong cấu trúc chitin (hình 1.8).

Hai loại liên kết hydro nội phân tử (I) và (II) làm hạn chế độ linh động

của nhóm acetamid (−NHCOCH3), hydroxylmethyl (HOCH2−) và β − 1,4

vòng glucopyranose trong mạch CTS. Sau quá trình đề axetyl bằng kiềm đặc,




36/210

16

nhóm acetamid chuyển thành nhóm amin (−NH2) từng phần hoặc là hoàn

toàn. Nguyên tử nitơ không có khả năng tạo liên kết hydro (I) do quá trình

proton hóa vớ i H+, vì vậy độ linh động của phân tử CTS đượ c tăng lên.

Hình 1.8. S ự t ạo thành liên k ế t hydro (I) và (II)

Từ kết quả hình 1.9, phươ ng trình tính k và α theo ĐĐA đượ c Wang và

cộng sự (1991) [103] đưa ra như sau:

k = 1,64 × 10-30 × (ĐĐA)14 (r = 0,996) (1.7)

α = −1,02 × 10-2 × (ĐĐA) + 1,82 (r = 0,998) (1.8)

Hình 1.9. S ự phụ thuộc giá tr ị k và α vào ĐĐ A của CTS




37/210

17

Như vậy để đo KLPT trung bình nhớ t Mv của CTS đượ c chính xác hơ n,

trướ c hết phải xác định ĐĐA của CTS và tính ra hệ số k và α đối vớ i mẫu

CTS nghiên cứu. Ngoài ra, có thể sử dụng hệ dung môi

CH3COOH 0,1M/NaCl 0,2M và CH3COOH 0,25M/CH3COONa 0,25M để xác định KLPT trung bình nhớ t Mv của CTS khi chưa biết giá trị ĐĐA.

Bảng 1.3. Khố i lượ ng phân t ử trung bình M v , M n và M w của các mẫ u CTS có

ĐĐ A khác nhau

ĐĐA,% [η] (dl/g) Mv × 103 Mn × 10

3 Mw × 103 Mw /Mn

90,1 8,58 586 247 457 1,85

87,7 8,57 585 260 502 1,9387,3 11,22 809 427 842 1,97

79,2 7,90 531 270 550 2,04

64,3 7,52 500 335 699 2,09

Bảng 1.3 ghi ra các giá trị KLPT trung bình nhớ t Mv, KLPT trung bình

khối Mw và KLPT trung bình số Mn của CTS. Theo công thức tính KLPT

trung bình nhớ t Mv của CTS do Knaul và cộng sự (1998) [54] đề nghị:

[η ] = 1,40 × 10-2 Mv0,83 thì Mv của CTS khá gần vớ i giá trị Mw khi đo bằng

phươ ng pháp sắc ký gel thấm qua (GPC) đối vớ i các mẫu CTS có ĐĐA trong

khoảng từ 65 đến 90%.

• Xác định KLPT của CTS bằng phươ ng pháp sắc ký gel thấm qua

Phươ ng pháp sắc ký gel thấm qua (GPC) xác định KLPT trung bình khối

Mw và KLPT trung bình số Mn là phươ ng pháp so sánh tươ ng đối thườ ng

đượ c dùng để xác định KLPT trung bình và chỉ số đa phân tán PI

(Polydispersity Index, PI = Mw /Mn) của polyme nói chung bao gồm cả CTS

và dẫn xuất của nó. Wu và cộng sự (1976) [109] lần đầu tiên nghiên cứu đo

KLPT của CTS bằng phươ ng pháp GPC sử dụng dung môi axit axetic 2% và




38/210

18

chất chuẩn là dextran. Sau đó, nhiều tác giả nghiên cứu đã xác nhận do tính

chất thủy động không tươ ng đồng của dextran và CTS nên kết quả xác định

KLPT của CTS bị sai lệch nhiều. Terbojevich và cộng sự (1993) [93] đo

KLPT của CTS dùng dung môi (pha động) là CH3COOH 0,5M/CH3COONa0,2M vớ i cột đượ c sử dụng là Bio-gel TSK, ToyoSoda, Tokyo, Nhật. Nhiều

tác giả đã đưa ra nhận xét là kích thướ c của các phân tử đa điện tích

(polyelectrolyte) phụ thuộc vào lực ion, nồng độ của chúng trong dung dịch

và sự có mặt của các ion khác. Hơ n nữa, hiệu ứng hút ion thể vùi (ion-

inclusion) luôn luôn hiện diện khó có thể loại trừ hoặc làm hạn chế hiệu ứng

này thì ngượ c lại hiệu ứng ngăn cản ion (ion – exclusion) có thể loại trừ bằng

việc thêm chất điện ly KLPT thấp vào pha động [93]. Mặt khác, mật độ điện

tích của chất nhồi cột có thể gây ra tươ ng tác ion. Hiện tượ ng này đã đượ c xác

nhận đối vớ i các cation, bở i vì các nhóm tích điện âm có mặt trong nhiều loại

gel nhồi cột sắc ký. Độ pH của dung dịch cũng đóng vai trò quan trọng trong

việc điều biến mức độ ion hóa của polyme và nhóm chức trên bề mặt của gel

nhồi cột. Do vậy, dung dịch CTS trong axit axetic (ví dụ 0,25M) làm giảm

quá trình ion hóa của các nhóm cacboxyl trên bề mặt gel, hạn chế sự hấp phụ CTS trên gel nhồi cột. Sử dụng muối CH3COONa 0,25M trong pha động cùng

vớ i axit axetic 0,25M nhằm tạo ra lực ion đủ để vượ t qua hiệu ứng ngăn cản

ion [54]. Terbojevich và cộng sự (1993) xác nhận rằng nồng độ CH3COONa

nhỏ hơ n 0,2M thì CTS tách ra khỏi cột không đạt độ lặp lại và đôi khi không

tách ra đượ c do tươ ng tác t ĩ nh điện giữa polycation và chất nhồi cột [93].

Ngày nay vớ i sự phát triển của kỹ thuật sắc ký nhiều loại cột khác nhau

vớ i độ phân giải cao đã đượ c sản xuất và thươ ng mại hóa, ví dụ loại cột

Ultrahydrogel của hãng Waters, USA (bảng 1.4). Các loại cột Ultrahydrogel

(7,8×300 mm) mô tả trong bảng 1.4 thích hợ p dùng để đo các mẫu tan trong




39/210

19

dung dịch nướ c như oligome, oligosaccarit, polysaccarit, các polyme cationic,

anionic và lưỡ ng tính trong khoảng pH rộng 2-12 vớ i độ phân giải cao.

Bảng 1.4. Các loại cột Ultrahydrogel của hãng Waters và khoảng đ o

KLPT hiệu d ụng Ký hiệu cột Kích thướ c

lỗ trống, Å

Khoảng đo KLPT

hiệu dụng, Da

Ultrahydrogel 120 120 2×102 – 5×103

Ultrahydrogel 250 250 103 – 8×104

Ultrahydrogel 500 500 5×103 – 4×105

Ultrahydrogel 1000 1000 10

4

– 1×10

6

Ultrahydrogel 2000 2000 5×105 – 7×106

Ultrahydrogel Linear Hỗn hợ p 103 – 7×106

Gần đây một số tác giả đề nghị sử dụng phươ ng pháp tuyệt đối sắc ký gel

tán xạ laser xác định KLPT của CTS để làm mẫu chuẩn thay cho các loại mẫu

chuẩn đang đượ c sử dụng hiện nay như pullulan, polyethylen glycol,.. nhằm

xác định KLPT của CTS đượ c chính xác hơ n.

Nhìn chung, xác định KLPT của CTS bằng phươ ng pháp đo độ nhớ t là

nhanh chóng và đơ n giản nhất. Tuy nhiên, để xác định đượ c KLPT của CTS

theo phươ ng pháp này cần phải tính các giá trị k và α trong phươ ng trình

Mark – Houwink. Các giá trị này thườ ng phụ thuộc vào ĐĐA trong một

khoảng rộng nên việc xác định nó thườ ng gặp phải sai số làm giảm tính chính

xác của phép đo. Hiện nay, xác định KLPT của CTS bằng GPC đượ c sử dụngtại nhiều trung tâm nghiên cứu về vật liệu polysaccarit tự nhiên trong khu vực

châu Á và trên thế giớ i. Trong luận án này KLPT của CTS và dẫn xuất đượ c đo

bằng GPC.




40/210

20

1.3. CÁC PHƯƠ NG PHÁP BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN VÀ

CÔNG NGHỆ BỨ C XẠ BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN

CTS là polyme có tầm ứng dụng khá rộng. Khả năng ứng dụng của CTS

ngày càng đượ c mở rộng dựa vào việc biến tính cắt mạch vật liệu. Cho đến

nay nhiều phươ ng pháp biến tính cắt mạch CTS đã đượ c áp dụng bao gồm:

- Phươ ng pháp sử dụng tác nhân hóa học như HCl, HCl-H3PO4, HNO2,

H2O2...

- Phươ ng pháp dùng tác nhân sinh học sử dụng các enzym như: cellulase,

lysosyme, lipase.

- Phươ ng pháp siêu âm

- Phươ ng pháp vi sóng

- Phươ ng pháp chiếu xạ (γCo60, electron beam)

Phươ ng pháp cắt mạch hóa học đượ c cho là phươ ng pháp đơ n giản nhất.

Tuy nhiên, phươ ng pháp này thườ ng gặp bất lợ i do quá trình cắt mạch thườ ng

kèm theo sự thay đổi cấu trúc của CTS, thườ ng là bị đề amin hóa và thậm chí

là phá vỡ vòng glucopyranose [76]. Ngoài ra, phươ ng pháp cắt mạch hóa học

còn có những hạn chế nữa là hiệu suất thấp và nguy cơ gây ô nhiễm môitrườ ng là khá cao [53]. Phươ ng pháp sinh học sử dụng các enzym cắt mạch

cho hiệu suất khá cao nhưng giá thành đắt hơ n so vớ i phươ ng pháp hóa học

[63]. Phươ ng pháp chiếu xạ hiện đượ c xem là kỹ thuật hữu hiệu để cắt mạch

CTS trên quan điểm thân thiện vớ i môi trườ ng [38] và ít gây ra sự thay đổi

trong cấu trúc chính của phân tử CTS [27]. Đây cũng là phươ ng pháp chủ yếu

của luận án. Vì vậy trong phần tổng quan này chúng tôi chủ yếu giớ i thiệu về

công nghệ bức xạ biến tính cắt mạch CTS.

1.3.1.

Giớ i thiệu sơ lượ c về Công nghệ bứ c xạ và Hóa học bứ c xạ

Công nghệ bức xạ (CNBX) là công nghệ sử dụng bức xạ làm nguồn năng

lượ ng trong công nghiệp. CNBX nghiên cứu các hiệu ứng vật lý, hóa học và




41/210

21

sinh học khi bức xạ truyền năng lượ ng cho vật chất, nhằm xây dựng các quy

trình chế tạo sản phẩm mớ i đáp ứng nhu cầu con ngườ i [81].

Hóa học bức xạ là một l ĩ nh vực nghiên cứu về tươ ng tác của bức xạ ion

hóa (γ, X, dòng điện gia tốc...) lên các hệ hóa học. Do có năng lượ ng cao nênkhi đi qua môi trườ ng vật chất bức xạ làm cho nhiều hạt bị ion hóa và kích

thích phát sinh ra gốc tự do, từ đó xảy ra các phản ứng hóa học theo những

phươ ng hướ ng khác nhau [108].

1.3.2. Một số khái niệm và định ngh ĩ a

- Bức xạ: là những dạng năng lượ ng phát ra trong quá trình vận động và

biến đổi của vật chất dướ i dạng sóng, hạt hoặc sóng hạt. Mối quan hệ giữa

năng lượ ng ε và bướ c sóng λ của bức xạ đượ c mô tả thông qua phươ ng trình:

(1.9)hc

hε ν λ

= =

Trong đó, h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong chân không.

- Bức xạ ion hóa: là những bức xạ đi qua môi trườ ng vật chất gây ra quá

trình ion hóa.

- Đơ n vị năng lượ ng: electron volt (eV) là năng lượ ng của một electron

chuyển động dướ i điện thế 1V.

- Hệ số truyền năng lượ ng tuyến tính (Linear Energy Transfer, LET) biểu

thị tốc độ mất năng lượ ng khi bức xạ đi qua môi trườ ng, đượ c xác định bằng

biểu thức:

(1.10)dE

LET dx

=

dE là tổn hao năng lượ ng trung bình của hạt mang điện trên quãng đườ ng

dx.

LET có đơ n vị thườ ng dùng là eV/Å

- Liều chiếu xạ ( X ): là khả năng ion hóa của tia X hoặc tia gamma trong

một đơ n vị khối lượ ng không khí.




42/210

22

(1.11)dQ

X dm

=

Đơ n vị của X là C/kg: liều lượ ng tia X hoặc tia gamma trong 1 kg không

khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn (0°C, 760 mmHg).- Suất liều chiếu xạ (P): là liều chiếu xạ trong một đơ n vị thờ i gian.

(1.12)dX

Pdt

=

Đơ n vị của P là: R/s, R/m hoặc R/h...

- Liều hấp thụ ( D): là năng lượ ng bức xạ hấp thụ bở i một đơ n vị khối

lượ ng vật chất.

(1.13)dE Ddm

=

Đơ n vị của D là: Gray (Gy), 1 Gy = 1 J/kg

hoặc rad, 1rad = 100 ergs/g = 10-2 Gy

- Suất liều hấp thụ (Pht ): là liều hấp thụ trong một đơ n vị thờ i gian.

(1.14)ht

dD P

dt =

Đơ n vị của Pht là Gy/s, kGy/h, rad/s...- Hiệu suất hóa học bức xạ (G): là số phân tử, ion, nguyên tử đượ c tạo

thành hay phân hủy khi hệ hấp thụ 100 eV năng lượ ng bức xạ.

100 (1.15)N

G D

= ×

N là số phân tử sản phẩm biến đổi (tạo thành hay phân hủy) trong một thể

tích xác định còn D là liều hấp thụ trong thể tích đó.

Đối vớ i phản ứng hóa học bức xạ thông thườ ng, giá trị G khoảng 10-15phân tử /100eV. Đối vớ i phản ứng dây chuyền G có giá trị rất lớ n cỡ hàng

triệu.

- Hoạt độ phóng xạ ( A): là số nguyên tử đồng vị phóng xạ phân rã trong

một đơ n vị thờ i gian. Quy luật phân rã phóng xạ tuân theo hàm mũ:




43/210

23

0 (1.16)kt

A A e−= ×

A và A0 là hoạt độ phóng xạ tươ ng ứng tại thờ i điểm t và tại thờ i điểm

t = 0, k là hằng số đặc trưng cho tốc độ phân rã.

Đơ n vị của A là: Curie (Ci), 1Ci = 3,7×1010 phân rã/s.

hoặc Bequerel (Bq), 1Bq = 1 phân rã/s.

- Chu kì bán hủy (t 1/2): là thờ i gian hoạt độ phóng xạ giảm đi một nửa.

1/2

ln 2(1.17)t

k =

1.3.3. Nguồn bứ c xạ

Nguồn bức xạ đượ c dùng phổ biến hiện nay là nguồn gamma phát ra từ

đồng vị phóng xạ Cobalt-60 và đồng vị phóng xạ Cesium-137. Ngoài ra, ở

Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM, nguồn bức xạ không hạt nhân là dòng

điện tử gia tốc (Electron Beam, EB) phát ra từ máy gia tốc điện tử cũng đã

đượ c sử dụng.

Trong luận án này, chúng tôi sử dụng nguồn bức xạ γCo60 có các thông số

kỹ thuật như sau:

- Chu kì bán hủy: 5,26 năm- Năng lượ ng bức xạ: gồm hai tia bức xạ gamma có năng lượ ng tươ ng

ứng là E1 = 1,17 MeV và E2 = 1,33 MeV. Năng lượ ng tổng cộng khi chiếu

đồng thờ i hai tia là E = E1 + E2 = 2,5 MeV.

- Công suất bức xạ là P = 0,0148 W/Ci hay P’ = 67,567 kCi/kW.

1.3.4.Tình hình sử dụng bứ c xạ trong và ngoài nướ c

Trên thế giớ i, CNBX đã đượ c ứng dụng mạnh mẽ ở nhiều nướ c, nhiều

thiết bị công nghệ chiếu xạ đã đượ c thươ ng mại hóa. Tổng giá trị sản phẩmchiếu xạ khoảng 2 tỷ USD/năm và hàng năm gia tăng khoảng 15 - 20%. Hiện

nay, có khoảng hơ n 200 nguồn chiếu xạ γCo60 và khoảng 750 máy phát chùm

electron (EB) đang vận hành [8].




44/210

24

Ở Việt Nam, nghiên cứu và triển khai CNBX đượ c bắt đầu vào năm 1983

vớ i thiết bị chiếu xạ Gamma Cell đượ c lắp đặt tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân

Đà Lạt. Hiện nay, tại Hà Nội máy chiếu xạ γCo60 bán công nghiệp đã đượ c

đưa vào sử dụng và dần đượ c nâng cấp. Tại Tp. HCM máy chiếu xạ côngnghiệp đa chức năng phục vụ khử trùng dụng cụ y tế và thanh trùng thực

phẩm đã đượ c vận hành. Gần đây, máy phát EB cũng đã đượ c đầu tư trang bị

cho Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ

(VINAGAMMA) Tp. HCM n

Documents

NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H2O2/BỨC XẠ GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN