CHƯƠNG 1. Tổng quan về Methylene blue 1. Giới thiệu về Methylene blue Thuốc nhuộm công nghiệp là một trong những hóa chất chủ yếu khiến nước không thể sử dụng. Trong số các loại thuốc nhuộm này, methylene blue (MB) độc hại, gây ung thư, không phân hủy sinh học và có thể gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và an toàn môi trường.
Nó thường được thải vào các nguồn nước tự nhiên, trở thành mối đe dọa sức khỏe đối với con người và các sinh vật sống. MB là chất rắn, không mùi, bột màu xanh đậm ở nhiệt độ phòng và tạo ra dung dịch màu xanh lam khi hòa tan trong nước. MB có độ khuếch tán phân tử (Dmol) là 4,7 × 106 (cm2/s) ở 25 ◦C. Chiều dài của phân tử MB là 13,82 Å hoặc 14,47 Å và chiều rộng xấp xỉ 9,5 Å.
Thuốc nhuộm MB có pKa là 3,8. Nó hòa tan trong metanol, 2-propanol, nước, etanol, axeton và etyl axetat. Độ hòa tan của nó trong nước là 43,6 g/L ở 25 ◦C. Điểm nóng chảy của MB nằm trong khoảng 100 – 110 ◦C [9].
Công thức phân tử là C16H18ClN3S, khối lượng phân tử: 319,85 g/mol. Công thức cấu tạo: Hình 1. Công thức cấu tạo của methylene blue Nhiệt độ nóng chảy: 100 - 110°C MB có màu xanh đậm đặc trưng ở trạng thái oxy hóa và không màu ở dạng khử. Cấu trúc của cả hai dạng được thể hiện trong hình 1.
Màu sắc của MB phụ thuộc vào nhóm màu và nhóm phụ trợ của nó. Phổ hấp thụ của MB cho thấy đỉnh hấp thụ mạnh nhất ở khoảng 664 nm liên kết với monome MB, với đỉnh vai ở khoảng 612 nm được quy cho dimer MB. Hai dải bổ sung xuất hiện ở 5 vùng tử ngoại với các đỉnh khoảng 292 và 245 nm (liên kết với các vòng benzen được thay thế) [10]. MB đối kháng với các loại hoá chất có tính oxi hoá và khử, kiềm, dichromate, các hợp chất của iod.
Khi phân huỷ sẽ sinh ra khí độc Cl 2, NO, CO, SO2, H2S. MB nguyên chất 100% có dạng bột hoặc tinh thể. MB có thể bị oxi hoá hoặc bị khử và mỗi phân tử MB bị oxi hoá và bị khử khoảng 100 lần/giây. Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxi của tế bào [11].
Dạng oxi hóa và dạng khử của methylene blue 1. Độc tính của Methylene blue Thuốc nhuộm là các hợp chất hữu cơ thơm có màu hấp thụ ánh sáng và truyền màu cho vùng nhìn thấy.000 thuốc nhuộm thương mại đã được báo cáo trên toàn thế giới, lên tới khoảng 7 × 108 – 1 × 109 kg/năm [12]. William Henry Perkin phát hiện ra thuốc nhuộm tổng hợp đầu tiên vào năm 1856, đặt tên nó là Mauveine (một loại thuốc nhuộm anilin hữu cơ) [13]. Thuốc nhuộm được áp dụng cho các chất nền để tạo cho chúng màu sắc bền lâu, có thể chống phai màu khi tiếp xúc với nước, ánh sáng, tác nhân oxy hóa, mồ hôi và sự tấn công của vi sinh vật.
Do những ưu điểm này, nhiều loại thuốc nhuộm được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như dệt may, thực phẩm, cao su, in ấn, mỹ phẩm, y học, nhựa, bê tông và công nghiệp giấy cho nhiều mục đích. 6 Những ngành công nghiệp này tạo ra một lượng lớn nước thải có chứa thuốc nhuộm độc hại và gây ung thư, gây ô nhiễm nước, không phù hợp cho con người sử dụng [14]. Trong số các ngành công nghiệp này, ngành dệt may là ngành tiêu thụ nhiều thuốc nhuộm nhất, sử dụng thuốc nhuộm dệt, là những hợp chất rất phức tạp với các nhóm cấu trúc khác nhau. Một trong những nguyên liệu tiêu thụ nhiều nhất trong ngành nhuộm là methylene blue, thường được sử dụng để tạo màu cho len lụa, bông và giấy [15].
Các ngành công nghiệp dệt may thường thải ra một lượng lớn thuốc nhuộm MB vào nguồn nước tự nhiên, trở thành mối đe dọa sức khỏe đối với con người và vi khuẩn. Thuốc nhuộm MB có hại cho sức khỏe con người ở một nồng độ nhất định do độc tính đáng kể của nó, gây ung thư và không thể phân hủy sinh học, có thể gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và tác động tàn phá đến môi trường. MB gây ra một số rủi ro đối với sức khỏe con người như suy hô hấp, rối loạn bụng, mù lòa, rối loạn tiêu hóa và tâm thần [16]. MB tiếp xúc với da có thể dẫn đến đỏ da và ngứa.
Việc thải MB vào môi trường là mối đe dọa đáng kể vì lý do thẩm mỹ và độc tính. Nó cũng làm giảm sự thâm nhập của ánh sáng và là nguồn cung cấp chất độc cho chuỗi thức ăn của sinh vật. Sự hiện diện của MB trong các vùng nước, thậm chí ở nồng độ rất thấp, tạo ra các sản phẩm phụ có màu sắc rực rỡ. Do hệ số hấp thụ mol cao (~8,4 × 104 L.cm-1 ở bước sóng 664 nm), làm giảm độ truyền ánh sáng mặt trời, làm giảm khả năng hòa tan oxy, ảnh hưởng đến hoạt động quang hợp của đời sống thủy sinh và làm giảm tính đa dạng và tính thẩm mỹ của môi trường sống [17].
MB là thuốc nhuộm cation, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và sản phẩm gia dụng. Nó được sử dụng để nhuộm bông, gỗ, lụa và để điều trị bệnh thiếu máu cục bộ, sốc nhiễm trùng và nhiều bệnh khác. Nó cũng là một loại thuốc nhuộm chống nấm hiệu quả để chữa các bệnh về cá. Tuy nhiên, tiếp xúc với MB có thể gây ra một số ảnh hưởng có hại cho sức 7 khoẻ con người, chẳng hạn như tăng nhịp tim, nôn mửa, sốc, tím tái, vàng da, liệt tứ chi và hoại tử mô [18].
Trong hoá học, do dạng oxi hoá có màu xanh còn dạng khử không có màu mà MB được dùng như một chất chỉ thị oxi hoá khử với thế oxi hoá chuẩn là 0,01V. MB đã được sử dụng để phân tích một số nguyên tố như phân tích sunfua, phát hiện một số chất hoạt động bề mặt anion trong mẫu nước (cacboxylat, phosphat, sulfat và sulfonat). MB ngoài việc được sử dụng phổ biến trong các ngành nhuộm như da, vải, nilon, gỗ, nhựa, mực in; trong xây dựng để kiểm tra chất lượng bê tông, vữa, … MB còn được sử dụng trong y học để chuẩn đoán và điều trị, bao gồm chỉ thị để phát hiện khối u ác tính, chỉ thị phát hiện vi khuẩn, dùng để sát khuẩn và khử trùng, điều trị chống tăng huyết cầu [19]. MB được sử dụng để điều trị cấp cứu methaemoglobinemia, bệnh não trung bình do ifosfa gây ra hoặc ngộ độc do cyanide, nitrat hoặc carbon monoxide, và để nhuộm mô trong phẫu thuật [20].
Ngoài ra, MB còn có khả năng ngăn chặn sự kích hoạt guanyl cyclase bởi oxit nitric nên có đặc tính giải lo âu và chống trầm cảm nên được sử dụng trong điều trị rối loạn tâm thần [21]. Tuy nhiên, vào năm 2011, Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ đã đưa ra cảnh báo an toàn liên quan đến nguy cơ mắc hội chứng serotonin khi MB được sử dụng đồng thời với thuốc điều trị tâm thần serotonergic [22]. Các phương pháp phân tích Methylene blue Việc phân tích Methylene blue đòi hỏi một phương pháp chính xác và đáng tin cậy. Gần đây, có rất nhiều phương pháp phát hiện MB khác nhau như đo quang phổ, xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết với enzyme (IC-ELISA), tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS), xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết với enzyme cạnh tranh gián tiếp (IC-ELISA), sắc ký lỏng cộng hưởng (LC), và 8 sắc ký lỏng – tán xạ khối phổ song song (RLS), và sắc ký lỏng – khối phổ (LC– MS/MS).
Sau đây là một số phương pháp phổ biến. Phương pháp UV -Vis Quang phổ UV-Vis là một phương pháp phân tích đơn giản và là một sự lựa chọn tốt cho phân tích thông thường. Quang phổ UV-Vis, sử dụng ánh sáng cực tím và ánh sáng khả kiến để đo độ hấp thụ của hợp chất hóa học có trong mẫu. Trong đó giá trị độ hấp thụ của ánh sáng truyền qua sẽ tỷ lệ thuận với nồng độ của dung dịch trong cuvet.
Tuy nhiên, trước khi sử dụng phương pháp này, trước tiên cần phải xác nhận phương pháp phân tích. Thẩm định các phương pháp phân tích là một quá trình quan trọng nhằm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả đo cũng như giảm thiểu sai sót trong quá trình đo. Phương pháp này chính là phương pháp phổ hấp thụ của phân tử trong vùng UV- VIS. Ở trạng thái cơ bản, phân tử và nhóm phân tử của chất có mức năng lượng thấp nên rất bền vững.
Nhưng khi chiếu một chùm sáng đơn sắc có năng lượng phù hợp thì các electron hoá trị trong các liên kết sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển lên trạng thái có mức năng lượng cao hay là trạng thái kích thích. Hiệu số giữa hai mức năng lượng (cơ bản Eo và Em) chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo phổ hấp thụ phân tử của chất. Về nguyên tắc phương pháp UV-Vis theo USP xác định MB dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch MB tại bước sóng 663 nm [23]. Một số các công trình khoa học đã sử dụng phương pháp này để xác định MB nước, trong các mẫu sinh học.
Belaz-David và các cộng sự đã xác định MB trong huyết tương và máu bằng phương pháp quang phổ đo ở bước sóng 657 nm, khoảng nồng độ xác định 0,1 – 9,1 g/mL sai số 10% [24]. Trong một nghiên cứu khác, Nekouei và các cộng sự đã xác định MB trong nước thải sinh hoạt bằng việc sử dụng máy quang phổ Shimadzu UV-1800, đo ở bước sóng 675 9 nm và đường chuẩn từ 2,0 - 350,0 μg/L, hệ số tương quan là 0,9996. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn lượng tử (LOQ) lần lượt là 0,65 và 2,05 μg/L [25]. Trong một nghiên cứu gần đây, Mentik Hulupi và cộng sự đã sử dụng Máy quang phổ UV-Vis Evolution 360 để xác định nồng độ xanh methylene trong nước thải.
Phương pháp Máy quang phổ UV-Vis Evolution 360 đã được xác nhận bằng cách đo các thử nghiệm tuyến tính, giới hạn phát hiện và định lượng, độ đúng và độ chính xác. Giá trị R cho các phép đo tuyến tính lớn hơn 0,99, giá trị LOD và LOQ lần lượt là 0,46415 mg/kg và 1,54716 mg/kg, với giá trị %RSD dưới 2% [26]. Phương pháp UV-Vis này có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng.