Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa Luận Tốt Nghiệp TRUỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HĨA HỌC LƯƠNG THỊ HUỜNG NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU PHỨC HỢP SẮT -POLYMALTOSE ( IPC) TỪ MUỐI SẮT Fe(NO3)3.9H2O KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Vơ HÀ NỘI – 2013 Lương Thị Hường K35C – Hóa học Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Lương Thị Hường Khóa Luận Tốt Nghiệp K35C – Hóa học TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC LƯƠNG THỊ HUỜNG NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU PHỨC HỢP SẮT -POLYMALTOSE ( IPC) TỪ MUỐI SẮT Fe(NO3)3.9H2O KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa Vơ Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ DUY HIỂN HÀ NỘI – 2013 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS.Vũ Duy Hiển, người giành nhiều thời gian quý báu để tận tình hướng dẫn, bảo cho tơi suốt q trình học tập Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đào Quốc Hương, ThS Nguyễn Thị Hạnh, TS Phan Thị Ngọc Bích, KS Phạm Văn Lâm KS Quản Thị Thu Trang tạo điều kiện thuận lợi cho tơi tìm tòi, học hỏi, tham gia nghiên cứu, đồng thời góp nhiều ý kiến q báu giúp tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Văn Quang, tồn thể thầy giáo khoa Hóa học - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực tập Viện Hóa Học - Viện Khoa Học Cơng Nghệ Việt Nam Cuối cùng, xin cảm ơn anh, chị, bạn thực tập, nghiên cứu phịng hóa Vơ giúp đỡ tơi nhiều suốt trình thực tập Hà Nội, tháng 5, năm 2013 Sinh viên Lương Thị Hường DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BIỂU BẢNG Hình 1: Dụng cụ điều chế Fe(NO3)3 17 Hình 2: Maltodextrin 18 Hình : Cơng thức cấu tạo polymatose 19 Hình 4: Một số dược phẩm điều trị thiếu máu thiếu sắt 20 có thành phần phức sắt polymaltose 20 Hình 5: Máy đo nhiễu xạ tia X 22 Hình 6: Hình vẽ cấu tạo máy nhiễu xạ bột 22 Hình 7: Sơ đồ nguyên lý SEM 26 Hình 8: Giản đồ nhiễu xạ tia X maltodextrin 29 Hình 9: Ảnh SEM maltodextrin nguyên liệu (a), maltodextrin kết tinh etanol (b) 29 Hình 10: Giản đồ phân tích nhiệt maltodextrin .30 Hình 11: Sơ đồ tóm tắt quy trình tổng hợp phức IPC 31 Hình 12: Công thức cấu tạo cấu trúc bát diện 3D đại phân tử FeOOH… 35 Hình 13: Phổ chuẩn FT-IR sắt (III) hydroxit đa nhân .35 Hình 14: Phổ hồng ngoại FT-IR phức IPC ở: pH = (a),pH = (b), pH = 10 (c), pH = 11 (d) 36 Hình 15: Giản đồ XRD (a) phổ FT-IR bột IPC tổng hợp 25oC .37 Hình 16: Giản đồ XRD (a) phổ FT-IR (b) bột IPC tổng hợp 60oC 38 Hình 17: Giản đồ XRD(a) FT-IR (b) bột IPC tổng hợp nhiệt độ 70oC 39 Hình 18: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu IPC thu nhiệt độ 25oC (a) 60oC (b) 41 Hình 19: Phổ hồng ngoại FT-IR phức IPC 42 Hình 20: Ảnh SEM phức IPC phóng đại 1000 lần (a) 80.000 lần (b) 43 Bảng 1: Tỷ trọng dung dịch nước Fe(NO3)3 15 Bảng 2: Lượng tạp chất tối đa cho phép Fe(NO3)3.9H2O hạng (%) 15 Bảng 3: pH độ dẫn điện dung dịch IPC 25, 60 70oC 37 Bảng 4: Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng tạo phức IPC .42 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .10 1.1 Thiếu máu thiếu sắt 10 1.1.1 Vai trò sắt sống .10 1.1.2 Các hợp chất chứa sắt dùng điều trị thiếu máu thiếu sắt 12 1.2 Giới thiệu phức sắt-polymaltose 13 1.2.1 Tính chất phức sắt-polymaltose 13 1.2.2 Ứng dụng [2] 13 1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng IPC 14 1.3.1 Trong nước 14 1.3.2 Trên giới 14 1.4 Muối sắt Fe(NO3)3.9H2O .15 1.4.1.Tính chất Fe(NO3)3.9H2O 15 1.4.2 Tính chất hóa học 16 1.4.3 Điều chế 16 1.4.4 Ứng dụng Fe(NO3)3.9H2O 18 1.5 Matodextrin (Polymaltose) 18 1.5.1 Tính chất matodextrin .18 1.5.2 Ứng dụng maltodextrin 19 1.6 Phương pháp xác định đặc trưng vật liệu 21 1.6.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [3,4] 21 1.6.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) [3,4] 24 1.6.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 25 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 27 Bốn mức pH 8, 9, 10, 11 chọn để khảo sát phụ thuộc trình tạo phức IPC vào pH phản ứng Hình 14: Phổ hồng ngoại FT-IR phức IPC ở: pH = (a), pH = (b), pH = 10 (c), pH = 11 (d) Phổ FT-IR sản phẩm phức IPC bốn chất thể dải hấp thụ mạnh rộng Tuy nhiên ba chất có pH = 8, pH = pH = 11với cực hấp thụ nằm nằm khoảng 3600-3300 cm-1, có pH = cực hấp thụ nằm khoảng 3400-3300 cm-1, dải hấp thụ gán cho vùng dao động ν (OH) FeOOH oligosaccrit Cả bốn chất vùng bước sóng 700 cm-1, cường độ hấp thụ biến đổi đáng kể Cường độ hấp thụ mạnh vùng 754-672 cm-1 phổ IPC pH = 10 so với ba phổ có pH = 8, pH = pH = 11 dao dộng γ (OH) tron β − g FeOOH Vậy kết phân tích phổ FT-IR bốn chất phổ IPC pH = 10 tốt nên pH = 10 chọn cho trình tổng hợp phức IPC 3.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến phản ứng tạo phức IPC 3.3.1 Độ dẫn điện pH Dung dịch nước IPC có màu nâu đỏ, độ dẫn điện thấp pH trung tính Bảng 3: pH độ dẫn điện dung dịch IPC 25, 60 70oC Độ dẫn điện ( µS / cm ) Dung dịch chứa 167 mgFe/L pH IPC (25oC) 8,28 27,2 IPC (60oC) 6,98 38,9 IPC (70oC) 6,7 42,7 Bảng trình bày kết đo độ dẫn điện pH dung dịch IPC 167mgFe/L nhiệt độ khác Số liệu cho thấy lượng ion hòa tan dung dịch phức IPC nhiệt độ 60oC thấp (độ dẫn điện thấp pH trung tính) dung dịch nhiệt độ cao thủy phân mạnh hơn,ở 25oC có độ dẫn điện thấp pH cao Như sản phẩm IPC 60oC thu nghiên cứu có tính chất khơng ion IPC nhiệt độ khác tương tự phức sắt-cacbohydrat nghiên cứu khác Tính khơng ion ưu điểm vượt trội phức IPC so với dung dịch muối sắt vô khác cho mục đích bào chế thuốc chống thiếu máu 3.3.2 Thành phần pha Hình 15 giản đồ XRD (a) phổ FT-IR (b) bột IPC tổng hợp nhiệt độ 25oC Hình 15: Giản đồ XRD (a) phổ FT-IR bột IPC tổng hợp 25oC Nhận xét: Giản đồ XRD hình 15 cho thấy sắt tồn dạng vơ định hình khơng thể vạch nhiễu xạ đặc trưng hợp chất chứa sắt Phổ FT-IR hình 14 gồm dải hấp thụ từ 3400-3200 cm-1 dải hấp thụ gán cho vùng dao động ν FeOOH oligosaccrit Vùng nằm (OH) khoảng 699 cm-1 đặc trưng cho nhóm OH-, dải 1641 cm-1 đặc trưng cho nhóm v(HOH) cường độ hấp thụ nhỏ Những kết phân tích XRD cho thấy mẫu nghiên cứu khơng tìm thấy phổ đặc trưng ankegeneite • Hình 16 giản đồ XRD (a) phổ FT-IR (b) bột IPC tổng hợp nhiệt độ 60oC Hình 16: Giản đồ XRD (a) phổ FT-IR (b) bột IPC tổng hợp 60oC Nhận xét: Giản đồ XRD mẫu (hình 16a), cho thấy xuất vạch phổ đặc trưng cho β-FeOOH vị trí góc 2θ = 26,8; 35,2; 39,2; 46,5; 64,5 Có thể nhận thấy vạch đặc trưng có cường độ nhỏ, không rõ nét tách khỏi đường tín hiệu Phổ FT-IR (hình 16b) cho thấy, dải hấp thụ từ 3400-3200 cm-1 dải hấp thụ gán cho vùng dao động ν(OH) FeOOH oligosaccrit, dải phổ 1638 đặc trưng cho δ(HOH), 714-621cm-1 đặc trưng cho dao động δ(OH) Từ kết XRD FT-IR cho thấy nhiệt độ phản ứng 60oC pH = 10 xuất β-FeOOH Các tinh thể β-FeOOH tạo thành có kích thước nhỏ hầu hết tồn dạng vơ định hình • Hình17 giản đồ XRD (a) FT-IR bột IPC tổng hợp nhiệt độ 70oC Hình 17: Giản đồ XRD(a) FT-IR (b) bột IPC tổng hợp nhiệt độ 70oC Nhận xét: Phân tích đặc trưng XRD FT-IR tinh thể IPC 70oC ta thấy β-FeOOH tồn dạng vơ định hình khơng thể vạch nhiễu xạ đặc trưng hợp chất chứa sắt phổ FT-IR xuất số vạch dải hấp thụ từ 3500-3200 cm-1 dải hấp thụ gán cho vùng dao động ν(OH) đặc trưng cho FeOOH chưa với kết công bố Kết luận: Qua trình nghiên tổng hợp phức IPC từ muối Fe(NO3)3 nhiệt độ pH khác cho thấy, hợp chất β-FeOOH tạo thành tồn dạng vơ định hình Tại nhiệt độ phản ứng 60oC, pH = 10 xuất tinh thể β-FeOOH có kích thước nhỏ Do sản phẩm IPC tổng hợp không thỏa mãn số mục tiêu đề Do vậy, không tiếp tục khảo sát số đặc trưng khác ảnh SEM, TEM, phân tích nhiệt… Dựa sở kết nghiên cứu trước Phòng Hóa Vơ cơ, chúng tơi tiến hành tổng hợp phức IPC từ muối FeCl3 nhiệt độ khác nhau, mơi trường pH thích hợp cho phản ứng nằm khoảng 6,5 – Từ kết nghiên cứu này, tìm nguyên nhân đưa kết luận xác thực trình tổng hợp IPC từ muối Fe(NO3)3 3.4 Tổng hợp IPC từ FeCl3 [2] Phản ứng tổng hợp phức IPC thực ba nhiệt độ 25oC, 60oC 90oC, pH = Hòa tan 35 g maltodextrin 100 ml nước cất Hòa tan 25 g FeCl3.6H2O 50 ml nước cất, sau rót tồn dung dịch sang cốc chứa maltodextrin Khuấy mạnh đồng thời thêm từ từ 45 ml dung dịch NaOH 10N vào cốc chứa hỗn hợp muối sắt maltodextrin Tiếp tục khuấy hỗn hợp thêm 1h sau toàn NaOH đưa vào hệ phản ứng Quá trình trì nhiệt độ cần khảo sát Để nguội hỗn hợp phản ứng đến nhiệt độ phòng ly tâm để loại bỏ cặn khơng tan sau chỉnh pH khoảng 6.5 - dung dịch HCl 2N Dùng lượng etanol tích tương đương với thể tích hỗn hợp phản ứng để kết tủa phức sắt maltodextrin Tiến hành ly tâm để thu sản phẩm phức IPC, làm khô sản phẩm phương pháp bay chân không Sản phẩm khô nghiền mịn bảo quản bình hút ẩm silicagel để phân tích đặc trưng thành phần cấu trúc XRD, FT-IR SEM 3.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến phản ứng tạo phức IPC Hình 18 giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu IPC tổng hợp nhiệt độ 25oC (a) 60oC (b) Kết cho thấy, mẫu IPC thu 25oC sắt tồn trạng thái vơ định hình khơng thể vạch nhiễu xạ đặc trưng hợp chất chứa sắt giản đồ XRD thể cách vạch sắc nhọn đặc trưng NaCl (2θ ≈ 31,8o; 45,5o theo JCPDS 5-0628), sản phẩm phụ q trình phản ứng kết tinh lẫn lượng nhỏ với IPC Lượng nhỏ muối NaCl không làm giảm chất lượng thuốc thiếu máu thiếu sắt thực tế, phức IPC hòa tan nước muối 0,9% điều chế thuốc dạng dung dịch Trong nghiên cứu này, giản đồ XRD số mẫu điều chế 60oC xuất vạch đặc trưng NaCl Trên giản đồ XRD mẫu IPC tổng hợp 60oC, tồn vạch nhiễu xạ vị trí góc 2θ ≈ 16,8o, 26,8o, 39,2o, 46,4o 55,9o, đặc trưng cho β-FeOOH (theo JCPDS#34-1266) Ở nhiệt độ 90oC, maltodextrin bắt đầu bị phân hủy nhiệt gây mùi khét cháy khó chịu Như nhiệt độ 60oC tỏ thuận lợi cho tạo phức IPC so với hai mức nhiệt độ cịn lại Vì lý trên, thí nghiệm tổng hợp IPC thực nhiệt độ 60oC Hình 18: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu IPC thu nhiệt độ 25oC (a) 60oC (b) Bảng trình bày điều kiện tiến hành ảnh hưởng nhiệt độ đến phản ứng tạo phức IPC Ở nhiệt độ 25oC, phần lớn sản phẩm tạo thành sau 2h phản ứng hidroxit sắt không tan nước, phần sắt nhỏ tạo thành phức IPC đạt hiệu suất 16% 60oC, hiệu suất hồi phục IPC 85% Ở nhiệt độ 90oC có phân hủy maltodextrin gây mùi khét cháy trình phản ứng Như nhiệt độ 60oC tỏ thuận lợi cho tạo phức IPC so với hai mức nhiệt độ lại Bảng 4: Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng tạo phức IPC Thí Thời gian nghiệm Phản ứng (h) Nhiệt độ Hiệu suất (%) phản ứng (oC) Trạng thái sắt 25 16 Vơ định hình 2 60 85 Akaganeite 90 - - Hình 19 phổ hồng ngoại FT-IR phức IPC tổng hợp 60oC Phổ FT-IR mẫu thể dải hấp thụ mạnh rộng với cực đại hấp thụ nằm khoảng 3400-3300 cm-1, dải hấp thụ vùng gán cho dao động ν(OH) FeOOH oligosaccarit Trong vùng bước sóng 700 cm- 1, cường độ hấp thụ biến đổi đáng kể Cường độ hấp thụ mạnh vùng 719- 690 cm-1 phổ IPC so với phổ maltodextrin dao động γ(OH) β-FeOOH Hình 19: Phổ hồng ngoại FT-IR phức IPC Sự dịch chuyển dải 1650 1449 cm-1 maltodextrin phía sóng dài tăng mạnh cường độ dải khẳng định có liên kết hạt keo FeOOH với oxy nhóm CH2-OH maltodextrin Điều cho thấy hạt keo FeOOH không đơn nằm lỏng lẻo khối polyme maltodextrin mà có liên kết hóa học hình thành hai hợp chất để tạo thành phức chất Như vậy, kết phân tích phổ FT-IR trùng hợp với phân tích nhiễu xạ tia X có tồn β-FeOOH phức sản phẩm IPC 3.4.2 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) Hình 20 Ảnh SEM phức IPC phóng đại 1000 lần (a) 80.000 lần (b) Kết cho thấy, mẫu IPC có kích thước trung bình khoảng 10-40 µm , đồng sắc cạnh Trên ảnh phóng đại 80.000 phức IPC ta quansát điểm sáng nhân sắt với kích thước khoảng 100300nm Hình 20: Ảnh SEM phức IPC phóng đại 1000 lần (a) 80.000 lần (b) Từ kết tổng hợp IPC từ muối FeCl3 cho thấy, tinh thể βFeOOH tồn phức IPC có hàm lượng độ tinh thể cao Phức IPC hoàn toàn phù hợp với yêu cầu đặt ta Quá trình hình thành phức IPC diễn sau: Ở điều kiện phản ứng thích hợp (nhiệt độ, pH,… ), tinh thể βFeOOH tạo thành Các tinh thể có dạng hình ống với kích thước phụ thuộc vào điều kiện phản ứng Sau bổ sung maltodextrin vào dung ... PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC LƯƠNG THỊ HUỜNG NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU PHỨC HỢP SẮT -POLYMALTOSE ( IPC) TỪ MUỐI SẮT Fe(NO3)3.9H2O KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI... liệu polymaltose sản xuất nước, chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu quy trình tổng hợp khảo sát số đặc trưng vật liệu phức hợp sắt- polymatose (IPC) từ muối sắt Fe(NO3)3.9H2O? ?? Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu. .. đặc trưng maltodextrin [2] 28 2.3 Nghiên cứu quy trình tổng hợp phức IPC 30 2.3.1 Thực nghiệm tổng hợp phức IPC 30 2.3.2 Tổng hợp phức IPC pH khác .32 2.3.3 Tổng hợp phức