Nghiên cứu biến tính điện cực bởi vật liệu composite ứng dụng phân tích thuốc kháng sinh trong môi trường nước

Nghiên cứu biến tính điện cực bằng vật liệu composite nhằm phân tích thuốc kháng sinh trong môi trường nước, nâng cao hiệu quả và độ chính xác.

• Tác giả: Võ Thị Hoa Trâm
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Liễu
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa lí thuyết và Hóa lí
• Đề tài: Nghiên Cứu Điện Cực Composite Ứng Dụng Phân Tích Thuốc Kháng Sinh Trong Nước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lí do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.6. Tổng quan về graphite, graphene oxide và graphene oxide bị khử
• 1.6.1. Tổng quan về graphite
• 1.6.2. Tổng quan về graphene oxide
• 1.6.2.1. Đặc điểm cấu trúc của graphene oxide (GO)
• 1.6.2.2. Phương pháp tổng hợp
• 1.6.2.3. Tính chất
• 1.6.3. Tổng quan về graphene oxide bị khử
• 1.6.3.1. Đặc điểm cấu trúc của graphene oxide bị khử (rGO)
• 1.7. Tổng quan về kháng sinh
• 1.7.1. Khái niệm về kháng sinh
• 1.7.2. Tình hình sử dụng kháng sinh ở Việt Nam
• 1.7.3. Tổng quan về kháng sinh amoxicillin
• 1.7.3.1. Đặc điểm và tính chất của amoxicillin
• 1.7.3.2. Dược lý và cơ chế tác dụng
• 1.7.3.3. Dược động học
• 1.8. Tổng quan về tình hình nuôi trồng thủy hải sản đặc biệt là nuôi tôm ở Việt Nam nói chung và Bình Định nói riêng
• 1.9. Các phương pháp phân tích thuốc kháng sinh
• 1.9.1. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao
• 1.9.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
• 1.9.3. Phương pháp điện di mao quản
• 1.9.4. Phương pháp phân tích điện hóa
• 1.9.4.1. Một số điện cực làm việc trong phương pháp phân tích điện hóa
• 1.10. Đánh giá tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài
• 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 2.1. Thiết bị và dụng cụ
• 2.2. Tổng hợp vật liệu
• 2.2.1. Tổng hợp GO
• 2.2.2. Tổng hợp rGO
• 2.2.3. Tổng hợp CoFe2O4 theo phương pháp thủy nhiệt
• 2.2.4. Tổng hợp composite CoFe2O4/rGO
• 2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu
• 2.3.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.2. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
• 2.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.4. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET)
• 2.3.5. Phương pháp quang phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy IR)
• 2.4. Nghiên cứu chế tạo điện cực làm việc
• 2.4.1. Chuẩn bị vật liệu chế tạo điện cực
• 2.4.2. Qui trình chế tạo điện cực làm việc
• 2.5. Các phép đo điện hoá
• 2.6. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp và xử lý số liệu thực nghiệm
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc trưng vật liệu
• 3.1.1. Kết quả đo phổ FT-IR
• 3.1.2. Hình thái học bề mặt vật liệu
• 3.1.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu CoFe2O4/rGO
• 3.1.4. Phổ tán xạ năng lượng tia X của CoFe2O4/rGO
• 3.1.5. Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ
• 3.1.6. Đặc trưng tính chất điện cực
• 3.1.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu biến tính (%) CoFe2O4/rGO
• 3.1.6.2. Tính chất khuếch tán và độ thuận nghịch của phản ứng điện hóa trên điện cực biến tính bởi composite CoFe2O4/rGO
• 3.1.6.3. Cường độ dòng đỉnh hòa tan của Amx trên các điện cực biến tính so với điện cực nền
• 3.2. Ứng dụng của điện cực biến tính bởi composite CoFe2O4/rGO trong việc xác định Amx bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan anot sóng vuông
• 3.2.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu Von-Ampe hoà tan của Amx
• 3.2.1.1. Ảnh hưởng của pH
• 3.2.1.2. Ảnh hưởng của biên độ xung
• 3.2.1.3. Ảnh hưởng của tốc độ quét thế
• 3.2.1.4. Ảnh hưởng của thời gian làm giàu (tdep)
• 3.2.1.5. Ảnh hưởng của một số chất cản trở
• 3.2.2. Khảo sát thời gian sống của điện cực
• 3.2.3. Độ đúng của phương pháp
• 3.2.4. Khoảng tuyến tính
• 3.2.5. Xác định giới hạn phát hiện
• 3.3. Ứng dụng phân tích mẫu thực
• 3.3.1. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu
• 3.3.2. Kết quả phân tích một số mẫu nước thải nuôi tôm ở Bình Định
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu điện cực composite cho phân tích thuốc kháng sinh

Nghiên cứu về điện cực composite đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong phân tích hóa học, đặc biệt là trong việc xác định thuốc kháng sinh trong nước. Việc phát triển các phương pháp phân tích hiệu quả giúp kiểm soát dư lượng thuốc kháng sinh, từ đó bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Các vật liệu như graphene oxide và carbon nanotube đã được nghiên cứu để cải thiện độ nhạy và độ chính xác của các phương pháp phân tích.

1.1. Tầm quan trọng của việc phân tích thuốc kháng sinh trong nước

Việc phân tích thuốc kháng sinh trong nước là cần thiết để đảm bảo an toàn thực phẩm và sức khỏe cộng đồng. Sự tồn tại của dư lượng kháng sinh có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng về sức khỏe và môi trường.

1.2. Các vật liệu composite trong nghiên cứu điện cực

Các vật liệu composite như CoFe2O4/rGO đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát triển điện cực cho phân tích điện hóa. Chúng không chỉ cải thiện độ nhạy mà còn giúp giảm thời gian phân tích.

II. Vấn đề và thách thức trong phân tích thuốc kháng sinh

Mặc dù có nhiều phương pháp phân tích hiện đại, nhưng việc phát hiện thuốc kháng sinh ở nồng độ thấp vẫn gặp nhiều khó khăn. Các thách thức bao gồm độ nhạy của thiết bị, sự can thiệp của các chất khác trong mẫu và yêu cầu về thời gian phân tích. Việc phát triển các điện cực composite có thể giúp giải quyết những vấn đề này.

2.1. Độ nhạy và độ chính xác của phương pháp phân tích

Độ nhạy và độ chính xác là hai yếu tố quan trọng trong phân tích thuốc kháng sinh. Các phương pháp hiện tại vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu về phát hiện ở nồng độ rất thấp.

2.2. Sự can thiệp của các chất khác trong mẫu

Sự hiện diện của các chất khác trong mẫu nước có thể gây ra sự can thiệp, làm giảm độ chính xác của kết quả phân tích. Việc phát triển điện cực composite có thể giúp giảm thiểu vấn đề này.

III. Phương pháp chế tạo điện cực composite cho phân tích thuốc kháng sinh

Phương pháp chế tạo điện cực composite từ CoFe2O4 và graphene oxide đã được nghiên cứu và áp dụng. Các bước chế tạo bao gồm tổng hợp vật liệu, điều chế và đánh giá tính chất điện hóa. Việc sử dụng các vật liệu nano giúp tăng cường khả năng dẫn điện và diện tích bề mặt của điện cực.

3.1. Quy trình tổng hợp vật liệu composite

Quy trình tổng hợp bao gồm các bước như oxy hóa graphite để tạo ra graphene oxide, sau đó kết hợp với CoFe2O4 để tạo ra vật liệu composite. Các phương pháp như hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) được sử dụng để xác định cấu trúc và thành phần của vật liệu.

3.2. Đánh giá tính chất điện hóa của điện cực

Tính chất điện hóa của điện cực composite được đánh giá thông qua các phương pháp như quét thế vòng tuần hoàn (CV) và Von-Ampe hoàn tan. Những kết quả này cho thấy khả năng phát hiện thuốc kháng sinh ở nồng độ thấp.

IV. Ứng dụng thực tiễn của điện cực composite trong phân tích thuốc kháng sinh

Điện cực composite được chế tạo từ CoFe2O4/rGO đã được ứng dụng thành công trong việc phân tích thuốc kháng sinh trong mẫu nước. Kết quả cho thấy khả năng phát hiện cao và độ chính xác tốt, mở ra hướng đi mới cho việc kiểm soát dư lượng kháng sinh trong môi trường.

4.1. Kết quả phân tích mẫu nước thải nuôi tôm

Kết quả phân tích cho thấy điện cực composite có khả năng phát hiện dư lượng thuốc kháng sinh trong mẫu nước thải nuôi tôm với độ nhạy cao, giúp đảm bảo an toàn thực phẩm.

4.2. Tác động đến quản lý môi trường

Việc phát hiện và kiểm soát dư lượng thuốc kháng sinh trong nước sẽ giúp cải thiện chất lượng môi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nâng cao nhận thức về an toàn thực phẩm.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu điện cực composite

Nghiên cứu về điện cực composite cho phân tích thuốc kháng sinh trong nước đã mở ra nhiều cơ hội mới. Việc phát triển các phương pháp phân tích hiệu quả sẽ giúp kiểm soát tốt hơn dư lượng kháng sinh, từ đó bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ có nhiều bước tiến mới.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện tính chất của điện cực composite và mở rộng ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khác nhau.

5.2. Tác động đến chính sách quản lý

Kết quả nghiên cứu có thể góp phần vào việc xây dựng các chính sách quản lý hiệu quả hơn về việc sử dụng thuốc kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nghề nuôi tôm nước lợ tại Việt Nam, đặc biệt là tỉnh Bình Định, đã phát triển mạnh mẽ với diện tích thả nuôi khoảng 1.107,6 ha và sản lượng thu hoạch đạt khoảng 4.800 tấn, tăng 20% so với năm trước. Tuy nhiên, việc sử dụng thuốc kháng sinh không kiểm soát trong nuôi trồng thủy sản đã gây ra vấn đề tồn dư kháng sinh trong môi trường nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người tiêu dùng và hoạt động xuất khẩu. Việc phát triển các phương pháp phân tích nhanh, chính xác và nhạy để xác định dư lượng thuốc kháng sinh trong môi trường nước là cấp thiết nhằm kiểm soát và giảm thiểu tác động tiêu cực này.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo và đánh giá điện cực biến tính bằng vật liệu composite CoFe2O4/graphene oxide bị khử (rGO) ứng dụng trong phân tích điện hóa thuốc kháng sinh amoxicillin trong môi trường nước. Mục tiêu chính là nâng cao độ nhạy, độ chọn lọc và rút ngắn thời gian phân tích để ứng dụng trong kiểm soát dư lượng kháng sinh tại các vùng nuôi tôm nước lợ, đặc biệt tại Bình Định. Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm với phạm vi thời gian từ năm 2020 đến 2022, nhằm cung cấp giải pháp phân tích hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cấu trúc và tính chất của graphene oxide (GO) và graphene oxide bị khử (rGO): GO là vật liệu carbon có các nhóm chức chứa oxy như hydroxyl, epoxy, carboxyl, giúp tăng khả năng phân tán trong nước. Quá trình khử GO thành rGO làm giảm nhóm chức oxy, cải thiện tính dẫn điện, phù hợp làm vật liệu biến tính điện cực.

• Vật liệu ferrite spinel CoFe2O4: Có cấu trúc tinh thể spinel với công thức AB2O4, trong đó CoFe2O4 có tính chất điện hóa và từ tính đặc biệt, được ứng dụng trong composite để tăng cường tính chất điện cực.

• Composite CoFe2O4/rGO: Sự kết hợp giữa hạt nano CoFe2O4 và tấm rGO tạo ra vật liệu composite có diện tích bề mặt lớn, khả năng dẫn điện tốt và tính xúc tác điện hóa cao, giúp tăng độ nhạy và chọn lọc trong phân tích điện hóa.

• Phương pháp phân tích điện hóa Von-Ampe hòa tan anot sóng vuông (SWASV): Phương pháp điện hóa có ưu điểm thiết bị đơn giản, chi phí thấp, độ nhạy cao, phù hợp để phát hiện dư lượng thuốc kháng sinh ở nồng độ thấp trong môi trường nước.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng vật liệu tổng hợp trong phòng thí nghiệm, mẫu nước thải nuôi tôm tại Bình Định, và các dung dịch chuẩn amoxicillin.

• Phương pháp tổng hợp vật liệu: GO được tổng hợp bằng phương pháp Hummers cải tiến; rGO được khử hóa học bằng ascorbic acid; CoFe2O4 được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt; composite CoFe2O4/rGO được tổng hợp kết hợp thủy nhiệt và siêu âm.

• Phương pháp đặc trưng vật liệu: Sử dụng hiển vi điện tử quét (SEM) để quan sát hình thái bề mặt, phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) để xác định thành phần nguyên tố, nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định cấu trúc tinh thể, phổ hồng ngoại (FT-IR) để phân tích nhóm chức, và phương pháp BET để đo diện tích bề mặt riêng.

• Phương pháp chế tạo điện cực: Điện cực làm việc được chế tạo bằng cách trộn bột graphite, dầu paraffin và vật liệu composite CoFe2O4/rGO với tỷ lệ biến đổi từ 2,5% đến 15% vật liệu biến tính.

• Phương pháp phân tích điện hóa: Sử dụng kỹ thuật quét thế vòng (CV) để khảo sát tính chất điện hóa và SWASV để xác định amoxicillin trong dung dịch và mẫu thực. Các phép đo được thực hiện trên thiết bị điện hóa đa năng CPA-HH5 với hệ điện cực ba cực.

• Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu thực hiện trong khoảng thời gian 2020-2022, với nhiều mẫu vật liệu và mẫu nước thải được phân tích để đánh giá hiệu quả điện cực.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc trưng vật liệu composite CoFe2O4/rGO:

   • Phổ FT-IR cho thấy sự giảm đáng kể các nhóm chức chứa oxy trên rGO so với GO, chứng tỏ quá trình khử thành công.
   • Ảnh SEM cho thấy các hạt CoFe2O4 kích thước 20-40 nm phân tán đều trên bề mặt tấm rGO, tạo cấu trúc thuận lợi cho khuếch tán và hấp phụ.
   • Giản đồ XRD xác nhận cấu trúc tinh thể spinel của CoFe2O4 với các đỉnh đặc trưng tại 2θ = 30,5°, 35,7°, 43,3°, 57,1°, 62,9°, đồng thời rGO ở dạng vô định hình.
   • Phổ EDX xác nhận thành phần nguyên tố C, O, Fe, Co trong composite, không phát hiện tạp chất.

2. Tính chất điện hóa của điện cực biến tính:

   • Diện tích hoạt động điện hóa của điện cực tăng lên đáng kể khi tỷ lệ vật liệu biến tính CoFe2O4/rGO tăng từ 2,5% đến 10%, đạt giá trị tối ưu tại 10%.
   • Dòng píc của amoxicillin trên điện cực biến tính tăng khoảng 3 lần so với điện cực nền không biến tính.
   • Phản ứng điện hóa trên điện cực biến tính có tính thuận nghịch cao với tỷ lệ dòng píc anot/catot (Ipa/Ipc) gần bằng 1, cho thấy khả năng tái tạo tín hiệu tốt.

3. Hiệu quả phân tích amoxicillin:

   • Giới hạn phát hiện (LOD) của amoxicillin đạt khoảng 0,05 µM, thấp hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống.
   • Khoảng tuyến tính của phương pháp từ 0,1 µM đến 50 µM với hệ số tương quan R > 0,998.
   • Độ thu hồi trong mẫu nước thải nuôi tôm đạt 95-105% với độ lệch chuẩn tương đối (RSD) dưới 5%, chứng tỏ độ chính xác và độ lặp lại cao.
   • Thời gian làm giàu tối ưu là 120 giây, pH dung dịch tối ưu là 7, biên độ xung 50 mV và tốc độ quét 0,1 V/s.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu composite CoFe2O4/rGO có cấu trúc nano đồng nhất, diện tích bề mặt lớn và tính dẫn điện cao, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình truyền electron và hấp phụ amoxicillin trên điện cực. So với các nghiên cứu trước đây sử dụng điện cực không biến tính hoặc biến tính bằng các vật liệu nano khác, điện cực CoFe2O4/rGO thể hiện độ nhạy và độ chọn lọc vượt trội.

Phân tích điện hóa bằng kỹ thuật SWASV trên điện cực biến tính cho phép phát hiện amoxicillin ở nồng độ rất thấp, phù hợp với yêu cầu kiểm soát dư lượng thuốc kháng sinh trong môi trường nước nuôi trồng thủy sản. Các yếu tố ảnh hưởng như pH, thời gian làm giàu và biên độ xung được tối ưu nhằm đạt hiệu suất phân tích cao nhất.

So sánh với phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), phương pháp điện hóa sử dụng điện cực biến tính có ưu điểm về chi phí thấp, thiết bị gọn nhẹ, thời gian phân tích nhanh và khả năng ứng dụng trực tiếp tại hiện trường. Điều này mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trong giám sát môi trường và an toàn thực phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh dòng píc amoxicillin trên các điện cực khác nhau, biểu đồ ảnh hưởng pH và thời gian làm giàu đến cường độ dòng điện, cũng như bảng kết quả độ thu hồi và giới hạn phát hiện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng điện cực CoFe2O4/rGO trong giám sát môi trường nước nuôi trồng thủy sản: Khuyến nghị các cơ quan quản lý và doanh nghiệp nuôi tôm sử dụng phương pháp phân tích điện hóa để kiểm tra dư lượng kháng sinh định kỳ, nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng trong vòng 1-2 năm tới.

2. Phát triển thiết bị phân tích điện hóa cầm tay dựa trên điện cực biến tính: Đề xuất nghiên cứu và sản xuất thiết bị phân tích nhanh, dễ sử dụng tại hiện trường, giúp người nuôi tôm và cán bộ quản lý dễ dàng kiểm soát chất lượng nước, giảm thiểu chi phí và thời gian.

3. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật phân tích điện hóa cho cán bộ kỹ thuật và người lao động trong ngành thủy sản, nâng cao năng lực giám sát và xử lý môi trường trong 6-12 tháng tới.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng phân tích các loại kháng sinh khác: Khuyến khích các nghiên cứu tiếp theo áp dụng vật liệu composite CoFe2O4/rGO để phát hiện các loại kháng sinh phổ biến khác trong môi trường nuôi trồng thủy sản, nhằm hoàn thiện hệ thống giám sát toàn diện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Hóa lý: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về vật liệu nano composite, kỹ thuật phân tích điện hóa và ứng dụng trong phân tích thuốc kháng sinh, hỗ trợ phát triển nghiên cứu khoa học.

2. Cơ quan quản lý môi trường và an toàn thực phẩm: Thông tin về phương pháp phân tích nhanh, chính xác giúp nâng cao hiệu quả giám sát dư lượng kháng sinh trong môi trường nuôi trồng thủy sản, phục vụ công tác quản lý và kiểm soát chất lượng.

3. Doanh nghiệp và hộ nuôi tôm: Cung cấp giải pháp kỹ thuật để kiểm tra nhanh dư lượng thuốc kháng sinh, giúp đảm bảo sản phẩm an toàn, nâng cao giá trị xuất khẩu và uy tín trên thị trường.

4. Các nhà phát triển thiết bị phân tích và công nghệ sinh học: Tham khảo công nghệ chế tạo điện cực biến tính và ứng dụng phân tích điện hóa để phát triển các thiết bị cảm biến, thiết bị phân tích cầm tay phục vụ ngành thủy sản và môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp phân tích điện hóa có ưu điểm gì so với các phương pháp truyền thống?
   Phương pháp điện hóa sử dụng thiết bị đơn giản, chi phí thấp, thời gian phân tích nhanh, độ nhạy và độ chọn lọc cao, có thể phân tích trực tiếp tại hiện trường mà không cần xử lý mẫu phức tạp.

2. Tại sao chọn vật liệu composite CoFe2O4/rGO để biến tính điện cực?
   Composite này kết hợp tính dẫn điện cao của rGO và tính xúc tác điện hóa của hạt nano CoFe2O4, tạo diện tích bề mặt lớn và tăng khả năng hấp phụ, giúp tăng độ nhạy và độ chọn lọc trong phân tích amoxicillin.

3. Giới hạn phát hiện amoxicillin trên điện cực biến tính là bao nhiêu?
   Giới hạn phát hiện đạt khoảng 0,05 µM, thấp hơn nhiều so với các phương pháp phân tích khác, phù hợp để phát hiện dư lượng kháng sinh trong môi trường nước nuôi trồng thủy sản.

4. Phương pháp tổng hợp vật liệu composite có phức tạp không?
   Phương pháp tổng hợp sử dụng kỹ thuật thủy nhiệt kết hợp siêu âm và khử hóa học, quy trình đơn giản, hiệu quả và có thể thực hiện trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn.

5. Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại kháng sinh khác không?
   Có thể, vật liệu composite và kỹ thuật điện hóa có thể được điều chỉnh để phân tích nhiều loại kháng sinh khác nhau, mở rộng ứng dụng trong giám sát môi trường và an toàn thực phẩm.

Kết luận

• Đã chế tạo thành công điện cực biến tính bằng vật liệu composite CoFe2O4/rGO với cấu trúc nano đồng nhất, diện tích bề mặt lớn và tính dẫn điện cao.
• Phương pháp phân tích điện hóa SWASV trên điện cực biến tính cho phép phát hiện amoxicillin với giới hạn phát hiện khoảng 0,05 µM và độ thu hồi 95-105%.
• Kết quả phân tích mẫu nước thải nuôi tôm tại Bình Định cho thấy phương pháp có độ chính xác và độ lặp lại cao, phù hợp ứng dụng thực tiễn.
• Phương pháp có ưu điểm chi phí thấp, thiết bị gọn nhẹ, thời gian phân tích nhanh, có thể triển khai tại hiện trường.
• Đề xuất phát triển thiết bị phân tích cầm tay và mở rộng ứng dụng phân tích các loại kháng sinh khác trong môi trường nuôi trồng thủy sản.

Khuyến khích các cơ quan quản lý và doanh nghiệp thủy sản áp dụng phương pháp này để kiểm soát dư lượng kháng sinh, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng vật liệu composite trong phân tích điện hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Lí do chọn đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Tổng quan về graphite, graphene oxide và graphene oxide bị khử. Tổng quan về graphite.

Tổng quan về graphene oxide. Đặc điểm cấu trúc của graphene oxide (GO). Phương pháp tổng hợp. Tổng quan về graphene oxide bị khử.

Đặc điểm cấu trúc của graphene oxide bị khử (rGO). Phương pháp điều chế. Giới thiệu vật liệu ferrite spinel. Giới thiệu về composite MFe2O4/rGO và ứng dụng.

Tổng quan về kháng sinh. Khái niệm về kháng sinh. Tình hình sử dụng kháng sinh ở Việt Nam. Tổng quan về kháng sinh amoxicillin.

Đặc điểm và tính chất của amoxicillin .2 Dược lý và cơ chế tác dụng.3 Dược động học. Tổng quan về tình hình nuôi trồng thủy hải sản đặc biệt là nuôi tôm ở Việt Nam nói chung và Bình Định nói riêng. Các phương pháp phân tích thuốc kháng sinh. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao.

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis. Phương pháp điện di mao quản. Phương pháp phân tích điện hóa. Một số điện cực làm việc trong phương pháp phân tích điện hóa.

Đánh giá tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM. Thiết bị và dụng cụ. Tổng hợp vật liệu.

Tổng hợp GO. Tổng hợp rGO. Tổng hợp CoFe2O4 theo phương pháp thủy nhiệt. Tổng hợp composite CoFe2O4/rGO.

Các phương pháp đặc trưng vật liệu. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM). Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX). Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).

Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET). Phương pháp quang phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy IR). Nghiên cứu chế tạo điện cực làm việc. Chuẩn bị vật liệu chế tạo điện cực.

Qui trình chế tạo điện cực làm việc. Các phép đo điện hoá. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp và xử lý số liệu thực nghiệm. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

Đặc trưng vật liệu. Kết quả đo phổ FT-IR. Hình thái học bề mặt vật liệu. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu CoFe2O4/rGO.

Phổ tán xạ năng lượng tia X của CoFe2O4/rGO. Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ. Đặc trưng tính chất điện cực. Khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu biến tính (%) CoFe2O4/rGO.

Tính chất khuếch tán và độ thuận nghịch của phản ứng điện hóa trên điện cực biến tính bởi composite CoFe2O4/rGO. Cường độ dòng đỉnh hòa tan của Amx trên các điện cực biến tính so với điện cực nền. Ứng dụng của điện cực biến tính bởi composite CoFe2O4/rGO trong việc xác định Amx bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan anot sóng vuông. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu Von-Ampe hoà tan của Amx.

Ảnh hưởng của pH. Ảnh hưởng của biên độ xung. Ảnh hưởng của tốc độ quét thế. Ảnh hưởng của thời gian làm giàu (tdep).

Ảnh hưởng của một số chất cản trở. Khảo sát thời gian sống của điện cực. Độ đúng của phương pháp. Khoảng tuyến tính.

Xác định giới hạn phát hiện. Ứng dụng phân tích mẫu thực. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu. Kết quả phân tích một số mẫu nước thải nuôi tôm ở Bình Định.

60 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 67 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT ASV Anodic stripping voltammetry Von-Ampe hòa tan anot AO Atomic orbital Obitan nguyên tử AOAC Association of Official Hiệp hội các nhà hóa phân Analytical Chemists tích chính thống CE Counter electrode Điện cực phụ trợ CNT Carbon nanotube Ống nano carbon CPE Carbon paste electrode Điện cực carbon nhão CV Cyclic voltammetry Von-Ampe quét thế vòng ĐKTN Điều kiện thí nghiệm Energy Dispersive X-ray EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X Spectroscopy Ep Peak potential Thế đỉnh FT-IR Fourrier transformation infraRed Phương pháp phổ hồng spectroscopy ngoại GCE Glassy carbon electrode Điện cực carbon thuỷ tinh GO Graphene oxide Graphen oxit High performance liquid HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao chromatography Limit of detection LOD Giới hạn phát hiện Limit of quantitation LOQ Giới hạn định lượng Multi-walled carbon nanotubes MWCNT Ống carbon nano đa tường Phosphate buffer solution PBS Đệm phosphate viii VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT Reference electrode RE Điện cực so sánh Recovery Rev Độ thu hồi Reduced graphene oxide rGO Graphene oxit bị khử Relative standard deviation RSD Độ lệch chuẩn tương đối Standard deviation SD Độ lệch chuẩn Scanning electron microscope SEM Ảnh hiển vi điện tử quét Square wave anodic stripping SWASV Von – Ampe hòa tan anot voltammetry sóng vuông Single–walled carbon SWCNT Ống nano carbon đơn nanotube tường TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Deposition time tdep Thời gian làm giàu UltraViolet-visible UV- Vis Quang phổ hấp thụ phân tử Working electrode WE Điện cực làm việc World Health Organization WHO Tổ chức Y tế thế giới X-Ray Diffraction XRD Nhiễu xạ tia X ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Bảng phân loại kháng sinh theo cấu trúc hóa học. Các thông số đặc trưng của CoFe2O4 và CoFe2O4/rGO.

Ảnh hưởng của lượng vật liệu biến tính (%) CoFe2O4/rGO đến Ip Amx. Kết quả tỉ lệ dòng píc anot và catot (Ipa/Ipc) theo sự thay đổi tốc độ quét thế trên điện cực biến tính bởi composite CoFe 2O4/rGO. Diện tích hoạt động điện hóa của các điện cực. Ảnh hưởng của pH đến Ip của Amx.

Ảnh hưởng của biên độ xung đến Ip của Amx. Ảnh hưởng của tốc độ quét thế (v) đến Ip của Amx. Ảnh hưởng của thời gian làm giàu (tdep) đến Ip của Amx. Ảnh hưởng của một số chất có thể gây cản trở đến phép đo xác định Amx.

Giá trị trung bình của Ip, RSD; ½ RSDHorwitz. Kết quả khảo sát độ đúng của phương pháp. Xây dựng đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc tuyến tính của I và C. Kết quả phân tích một số mẫu nước thải nuôi tôm ở Bình Định bằng phương pháp SWASV trên điện cực biến tính bởi CoFe2O4/rGO và phân tích đối chứng với HPLC.

58 x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Cấu trúc tinh thể của graphite. Sơ đồ tạo graphene oxide từ graphite. Obitan lai hóa của các nguyên tử carbon trong graphene.

Cấu trúc tinh thể của ferrite spinel. Công thức cấu tạo của amoxicillin. Ảnh SEM của điện cực GCE biến tính bởi composite graphene với poly (alizarin red) (A) và đường đo CV của Cip trên điện cực poly (alizarin red) /graphene/GCE (B). Ảnh SEM của điện cực CPE biến tính bởi composite graphene- CoFe2O4 và đường đo SWVs xác định codeine (Co) và acetaminophen (Ac) trong mẫu thuốc và mẫu máu sử dụng điện cực graphene-CoFe2O4/CPE.

Hệ thống thiết bị phân tích điện hóa đa năng CPA-HH5. Một số hình ảnh chuẩn bị điện cực làm việc. Phổ FT-IR của graphene oxide (GO) và graphene oxide bị khử (rGO). Phổ FT-IR của mẫu CoFe2O4/rGO.

Ảnh SEM của rGO (a-c) và CoFe2O4/rGO (d –f) ở các độ phóng đại khác nhau. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu CoFe2O4/rGO. Phổ EDX của composite CoFe2O4/rGO. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 ở 77 K của CoFe2O4/rGO.

Ảnh hưởng của lượng vật liệu biến tính CoFe2O4/rGO (%) đến Ip Amx. Đường CV của điện cực biến tính bởi composite CoFe2O4/rGO xi trong. 41 dung dịch K3[Fe(CN)6] 5 mM/ PBS 0,2 M pH=7 theo sự tăng dần của tốc độ quét. Đường CV của điện cực nền (graphite+paraffin); (điện cực nền + CoFe2O4) và (điện cực nền + CoFe2O4/rGO) trong dung dịch K3[Fe(CN)6] 5 mM pha trong đệm PBS 0,2 M, pH = 7, tốc độ quét thế 0,1 V/s.

Đường SWASV của Amx trên các điện cực biến tính so với điện cực nền. Đường SWASV của Amx ở các pH khác nhau. Ảnh hưởng của pH đến Ip của Amx. Đường SWASV của Amx ở các biên độ xung khác nhau.

Ảnh hưởng của biên độ xung đến Ip của Amx. Đường SWASV của Amx ở các tốc độ quét thế khác nhau. Đường SWASV của Amx ở các tốc độ quét khác nhau. Đường SWASV của Amx 10 µM ở các thời gian làm giàu khác nhau.

Ảnh hưởng của tdep đến Ip của Amx. Tỷ lệ phần trăm cường độ dòng đỉnh hòa tan (Ip) của amoxicillin sau 30 ngày đo. Đường SWASV lặp lại của Amx trên các điện cực biến tính bởi composite CoFe2O4/rGO (n=3). Đường SWASV ghi đo xây dựng đường chuẩn của Amx.

Đường chuẩn xác định Amx. Một số hình ảnh về lấy mẫu nước thải hồ nuôi tôm. Lí do chọn đề tài Nghề nuôi tôm nước lợ xuất hiện ở nước ta rất sớm và ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong nuôi trồng thủy sản. Đến nay, nghề nuôi tôm có sự phát triển mạnh mẽ với mức độ thâm canh ngày càng cao, cùng với đó, giá trị xuất khẩu tăng trưởng mạnh.

Tuy nhiên, hiện nay ngành Nông nghiệp nói chung và ngành Thủy sản nói riêng đang phải đối phó với thực trạng người dân tùy tiện sử dụng kháng sinh trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản, không theo chỉ dẫn của cơ quan chức năng, dẫn đến lượng kháng sinh tồn dư trong sản phẩm vật nuôi cũng như môi trường cao, ảnh hưởng nguy hại đến sức khỏe người tiêu dùng, gây khó khăn rất lớn trong việc quản lý và ảnh hưởng đến hoạt động xuất khẩu. Do thuốc kháng sinh ngoài việc tiêu diệt vi khuẩn có hại, có thể còn diệt cả những vi khuẩn có lợi, gây suy giảm hệ miễn dịch, mất cân bằng tự nhiên của cơ thể, dẫn đến nguy cơ mắc nhiều bệnh nan y và nguy hiểm hơn. Đồng thời một hậu quả nghiêm trọng khác có thể xảy ra là đẩy mạnh sự phát triển khả năng kháng thuốc của vi khuẩn cũng như sự lây nhiễm chúng, tạo nên những vi khuẩn kháng đa kháng sinh. Bên cạnh đó việc lạm dụng thuốc kháng sinh trong chăn nuôi mang một mối nguy cơ tiềm ẩn, ảnh hưởng đến triển vọng thương mại của các nhà sản xuất.

Khi được phát hiện, dư lượng dư thừa của thuốc kháng sinh đã là nguyên nhân của sự từ chối thương mại. Chính vì vậy mà việc phát triển các phương pháp phân tích, xác định lượng thuốc kháng sinh ở nồng độ thấp giúp cho việc kiểm soát dư lượng thuốc kháng sinh đang thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước.