CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về thuốc nhuộm 1. Khái niệm thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu (có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu) [5]. Cách gọi tên thuốc nhuộm Gồm 3 phần: - Phần thứ nhất: Viết cả chữ chỉ tên phân lớp kĩ thuật của thuốc nhuộm.
- Phần thứ hai: Viết cả chữ, thường là các tính từ chỉ màu sắc của thuốc nhuộm. - Phần thứ ba: Được viết bằng chữ và chữ số chỉ sắc thái và cường độ của thuốc nhuộm. Để chỉ cường độ màu người ta dùng 2 chữ cái đi liền với nhau như BB, RR.hoặc thêm vào các chữ số như: 2R, 6B,4G [5]. Cấu tạo chung tạo nên màu sắc thuốc nhuộm Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp.
Hiện nay con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân hủy. Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Theo quan điểm của Butlervo và Alektsev năm 1876 O.Witt thì hợp chất hữu cơ mang màu là do phân tử của chúng có chứa những nhóm mang màu, đó là những nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị.
Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π không cố định. Những nhóm mang màu quan trọng là: >C=C<( nhóm etylen); >C=N-( nhóm azometyl); -N=N-( nhóm azo);-NO2( nhóm nitro);-N=O( nhóm nitrozo); =C=O (nhóm cacbonyl). Ngoài những nhóm mang màu thì nhóm trợ màu giúp cho màu sắc sâu hơn. Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: ̶ NH2 ,̶ COOH, - 1 SO3H, OH… đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử [5].
Phân loại thuốc nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi sử dụng. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất: - Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [8]. - Phân loại theo đặc tính áp gồm có: thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [8]. - Ở đây, tôi chỉ đề cập đến một số loại thuốc nhuộm nhằm làm sáng tỏ hơn về loại thuốc nhuộm sử dụng trong phần thực nghiệm của đề tài.
Thuốc nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo( –N=N–) phân tử thuốc nhuộm có một nhóm azo( monoazo) hay nhiều nhóm azo( điazo, triazo, polyazo) [5], [6]. + Nếu nhóm trợ màu mang tính bazơ có các nhóm đẩy electron mạnh như : –NH2, –NR2… gọi là thuốc nhuộm azo-bazơ. + Nếu nhóm trợ màu có tính axit do các nhóm thế –OH, –COOH, –SO3H gọi là thuốc nhuộm azo-axit. Đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất chiếm khoảng 60 – 70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp.
Phần lớn thuốc nhuộm được sử dụng là thuốc nhuộm azo. Đây là phẩm nhuộm có màu sắc tươi sáng do sự hiện diện của một hoặc một vài nhóm azo(–N=N–) tạo hệ liên hợp với cấu trúc nhân thơm. Ưu điểm của thuốc nhuộm azo là sử dụng đơn giản và giá rẻ. Tuy nhiên hiện nay phẩm nhuộm azo bị cấm sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới vì khả năng gây ung thư mạnh [5], [6].
Thuốc nhuộm trực tiếp: Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp chất màu hoà tan trong nước, có khả năng bắt màu vào một số vật liệu như các sợi xenlulo, giấy, tơ tằm và sợi polyamit một các trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm. Hầu hết thuốc nhuộm trực tiếp có nhóm azo (92%), một số ít là dẫn xuất 2 dioazin và flatoxianim, tất cả được sản xuất dưới dạng muối natri của axit sunforic hoặc cacbonyl hữu cơ, một vài trường hợp được sản xuất dưới dạng muối amoni và kali nên được viết dưới dạng tổng quát là: Ar–SO3–Na (Ar: gốc hữu cơ mang màu thuốc nhuộm) Khi hoà tan vào nước thuốc nhuộm phân ly như sau: Ar–SO3–Na → Ar-SO3- + Na+ Ar–SO3-: là ion mang màu có điện tích âm. Thuốc nhuộm trực tiếp chỉ có hiệu suất bắt màu cao 90% khi nhuộm màu nhạt ở nồng độ thấp, còn đối với những màu đậm, lượng thuốc nhuộm bị thải ra tương đối lớn. Do có khả năng tự bắt màu, đơn giản trong sử dụng và rẻ tiền nên thuốc nhuộm trực tiếp được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ngành dệt vải, sợi bông, hàng dệt kim từ bông.
Thuốc nhuộm axit: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh chúng tan trong nước phân ly thành ion: Ar–SO3–Na → Ar–SO3- + Na+ Ar–SO3- : là ion mang màu có điện tích âm. Ar–SO3- tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu tơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit. Xét về cấu tạo hoá học có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% là antraquion, 5% là triarylmetan và 6% là lớp hoá học khác [5], [6].
Tổng quan về thuốc nhuộm Rhodamine B 1. Một vài nét về Rhodamine B Rhodamine là một trong những thuốc nhuộm, được sử dụng chủ yếu để nhuộm len, lụa và làm laser công suất màu. Ngoài ra, Rhodamine còn được dùng để nhuộm tế bào trong công nghệ sinh học. Nhìn chung, các thuốc nhuộm Rhodamine khá độc, tan nhiều trong nước, methanol, ethanol.
Các thuốc nhuộm Rhodamine có màu sắc tươi sáng, hấp dẫn nên người ta còn dùng để nhuộm màu thực phẩm, nhuộm vải sợi… điều này không đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng [16]. Công thức cấu tạo và tính chất hóa lý của Rhodamine Rhodamine là một hợp chất hóa học, là một thành phần của phẩm màu công nghiệp. Công thức phân tử: C28H31N2O3Cl. Khối lượng phân tử: 479,02 g/mol (Rhodamine B, 1996).
Công thức cấu tạo của Rhodamine B.1: Công thức cấu tạo Rhodamine B [9-(2-carboxyphenyl)-6-diethylamino-3-xanthenylidene]-diethylammonium chloride. Tên gọi khác của Rhodamine B: - R.60, Tetraethyl rhodamine; - D & C Red No. Tính chất hóa lý của Rhodamine B: - Rhodamine B là những tinh thể màu tối, có ánh xanh, ở dạng bột có màu tím đỏ.2 : Tinh thể Rhodamine B (Nguồn: Alibaba.com) Điểm nóng chảy: 210 0C, 483 K, 410 0F; nhiệt độ nóng chảy khoảng 2100C đến 2110C. Rhodamine B là một thuốc nhuộm lưỡng tính, độc hại tan tốt trong methanol, ethanol, nước (khoảng 50 g/l).
Độ tan trong 100 gam dung môi: +Dung môi H2O: 0,78g (200C). + Dung môi ethanol: 1,47g(Rhodamine B, 1996). Dung dịch Rhodamine B trong H2O và trong ethanol có màu đỏ, ánh xanh, phát quang mạnh, đặc biệt trong các dung dịch loãng. Dung dịch Rhodamine B/Ethanol loãng, phát quang trong vùng bước sóng 550nm đến 650nm.
Rhodamine B khi tan trong nước có màu hồng và hấp thụ mạnh ở 2 bước sóng 517nm và 552 nm. Độc tính của thuốc nhuộm Rhodamine B Rhodamine B gây độc cấp và mãn tính. Qua tiếp xúc gây dị ứng hoặc làm mẩn ngứa da, mắt…Qua đường hô hấp gây ho, ngứa cổ, khó thở, đau ngực. Qua đường tiêu hóa gây nôn mửa, có hại cho gan và thận.
Nếu tích tụ dần trong cơ thể gây nhiều tác hại đối với gan, thận, hệ sinh sản, hệ thần kinh cũng như có thể gây ung thư. Thực nghiệm trên chuột cho thấy Rhodamine B gây ung thư với liều lượng 89,5 mg/kg qua đường ống hoặc tiêm vào tĩnh mạch. Khi Rhodamine B đi vào cơ 5 thể có thể chuyển hóa thành amin thơm tương ứng có phần độc hại hơn loại thường, gây ung thư và phát triển khối u dạ dày. Tại đây Rhodamine B và các dẫn xuất của nó tác động mạnh mẽ đến quá trính sinh hóa của tế bào ung thư gan vì gan là cơ quan đầu tiên lọc chất này.
Một số thực nghiệm cho thấy Rhodamine B tác động phá vỡ cấu trúc AND và nhiễm sắc thể khi đưa vào nuôi cấy tế bào [16]. Ứng dụng và tình hình sử dụng của thuốc nhuộm Rhodamine B Rhodamine B đang được thử nghiệm để sử dụng như một bio market (chỉ thị sinh học) trong vacxin bệnh dại cho động vật hoang dã như gấu trúc, để xác định động vật hoang dã đã có thuốc phòng ngừa bằng cách cho Rhodamine B vào râu và răng của động vật. Rhodamine B thường được sử dụng như một thuốc nhuộm tracer trong nước để xác định tốc độ và hướng của dòng chảy vận chuyển. Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghệ sinh học như kính hiển vi huỳnh quang, đến tế bào dòng chảy, quang phổ huỳnh quang.
Ngoài ra Rhodamine B còn được sử dụng để tạo màu và nhuộm màu trong công nghiệp sợi, nhuộm màu trong phòng thí nghiệm để xét nghiệm tế bào do tính bền màu. Rhodamine B được sử dụng trong sinh học như là một thuốc nhuộm huỳnh quang.Tận dụng đặc tính phát quang của Rhodamine B, người ta dùng chúng để giúp kiểm soát lượng thuốc bảo vệ thực vật phun lên cây ớt, cây lấy dầu. Rhodamin B được trộn với Quinacridone Magenta (PR122) tạo ra màu nước màu hồng tươi. Một số loại phẩm màu sử dụng tai Indonesia được cho vào các loại thực phẩm như: thức ăn snack, tôm, kẹo bông, siro.
Nghiên cứu cũng chỉ ra các đồ uống có chứa phẩm màu công nghiệp, đặc biệt Rhodamine B với hàm lượng từ 7,841 – 3226,55 ppm. Tại Việt Nam, kết quả kiểm tra của Viện Kiểm nghiệm thực phẩm Quốc gia năm 2012 có trên 50% mẫu hạt dưa, ớt bột từ các tỉnh gửi về chứa phẩm màu công nghiệp dương tính với Rhodamine B. Theo Ủy ban an toàn thực phẩm châu Âu, nhiều thuốc nhuộm màu thuộc nhóm azo có khả năng gây ung thư. Năm 2005, Ủy ban châu Âu đã quy định rất rõ 6 các chất nhuộm màu nhóm azo không được dùng trong mĩ phẩm, thực phẩm nên không có giới hạn chấp nhận đối với thuốc nhộm này.
Do độc hại của rhodamine B nên ở các nước thuộc khối EU và hầu hết các nước trên thế giới cấm sử dụng rhodamine B cho sản xuất và chế biến thực phẩm [16]. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 1. Hiện tượng hấp phụ Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí-rắn, lỏng-rắn, khí- lỏng, lỏng-lỏng). Trong đó: Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ; chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.