Thạc Sĩ Khảo sát khả năng ứng dụng kỹ thuật pyrolysis ghép nối sắc ký khí trong phân tích dược liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC
Năm 2012

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1: Sơ đồ thiết bị của Furnace Pyrolyzer ghép nối máy sắc ký khí . 2
Hình 1-2: Sơ đồ pyrolyzer sử dụng kỹ thuật Curie - point 3
Hình 1-3: Sơ đồ pyrolyzer kỹ thuật gia nhiệt điện trở filament 5
Hình 1-4: Sơ đồ các bộ phận của máy Pyrolysis ghép trực tiếp MS . 1
Hình 1-5: Sơ đồ mặt cắt ngang của hệ thống inlet 1
Hình 1-6: Sắc ký đồ nhiệt phân của polyvinyl chloride ở nhiệt độ 600 oC . 1
Hình 1-7: Cấu trúc Polyurethane . 8
Hình 1-8: Hệ thống GC - FID 9
Hình 1-9: Cấu tạo buồng tiêm chia dòng . 1
Hình 1-10: Cấu tạo của cột mao quản 1
Hình 1-11: Các loại cột mao quản dùng trong sắc ký . 1
Hình 1-12: Cấu tạo đầu dò FID . 14
Hình 1-13: Sơ đồ hệ thống buồng nhiệt phân . 15
Hình 1-14: (a) Bộ điều khiển (Control unit); (b) Buồng nhiệt phân được gắn trực tiếp trên GC (c) Lá platin được đặt bên trong cuvet thủy tnh; () Vị trí kim tiêm vào GC của hệ Pyrola 85 16
Hình 1-15: Bộ dữ liệu đa biến và khó khăn trong việc phân tích các bộ dữ liệu này 1
Hình 1-16: Ba ứng dụng cơ bản của MVDA từ trái sang phải (1) Khái quát bộ dữ liệu, (2) Phân loại và (3) Mô hình hoá quan hệ giữa khối Dữ liệu X và khối dữ liệu Y . 18
Hình 1-17: Điểm i trong không gian 3 chiều 19
Hình 1-18: Đồ thị biễu diễn cách hiệu chuẩn điểm trung bình về 0 (mean - centering) 1
Hình 1-19: Thể hiện sự thay đổi của các biến sau khi xử lý sơ bộ dữ liệu (hiệu chỉnh phương sai bằng 1 và giá trị trung bình bằng 0) 1
Hình 1-20: (a) PC1 và PC2 trong không gian; (b) Mặt phẳng tạo bởi PC1 và PC 2 22
Hình 1-21: Biểu đồ score biễu diễn phân bố tập quán ăn uống của 16 nước châu Âu. Trong đó Thụy Điển (Swe), Đan Mạch (Den), Phần Lan (Fin), Na Uy (Nor), Bỉ (Bel), Đức (Ger), Anh (Eng), Áo (Aus), Ý (Ita), Tây Ban Nha (Spa), Bồ Đào Nha (Por), Pháp (Fra), Hà Lan (Hol) 1
Hình 1-22: Điểm lệch mạnh của tập hợp mẫu nghiên cứu 23

Hình 1-23: Biểu đồ loading của 20 loại thực phẩm thường sử dụng của người châu Âu. Trong đó Tỏi (Garlic), Dầu olive (Olive_oil), Chất tạo ngọt (Sweetner), Bánh mì dòn (Crisp_Brea), Cá đông lạnh (Fro_Fish) . 1
Hình 1-24: Sự phụ thuộc Q2 và R2 theo số cấu tử PC . 25
Hình 1-25: Chức năng xây dựng quan hệ định lượng giữa hai bộ dữ liệu X (biến dự đoán) và Y (biến đáp ứng) . 25
Hình 1-26: Khái quát về PLS . 27
Hình 1-27: Mức độ chặt chẽ trong mối tương quan giữa X và Y giải thích bởi thành phần PLS thứ nhất (trái) và PLS thứ hai (phải) . 27
Hình 1-28: Thí dụ về biểu đồ trọng số trong PLS 1
Hình 1-29: Bài toán phân loại mẫu khi sử dụng PLS - DA 29
Hình 1-30: Biểu đồ score theo PC1 và PC2 của nhân sâm vùng Ganghwa và Punggi. 29
Hình 2-1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa điện trở Ro và nhiệt độ TC 35
Hình 2-2: Đường chuẩn (1) biểu diễn sự phụ thuộc giữa điện trở Ro và nhiệt độ lá Platin . 35
Hình 2-3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa Ediod và nhiệt độ nhiệt phân Tp 36
Hình 2-4: Đường chuẩn (2) biểu diễn sự phụ thuộc của Ediod tuyến tính nhiệt độ nhiệt phân TR 37
Hình 2-5: Sắc ký đồ khảo sát nhiệt độ oven của hệ Pyrolysis 38
Hình 2-6: Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân trên sản phẩm nhiệt phân của mẫu nhân sâm HQ khi phân tích bằng GC - FID . 39
Hình 2-7: Sắc ký đồ tương ứng với các loại khí mang He, Ar, N2 cho hệ Pyrolyzer . 40
Hình 2-8: Sơ đồ hệ thống khí mang kết nối với Pyrola 85 thông qua bộ điều chỉnh lưu lượng . 41
Hình 2-9: Sắc ký đồ tương ứng với các tốc độ dòng khí mang cung cấp cho hệ Pyrola
Hình 2-10: Biểu đồ biểu diễn thời gian và cường độ dòng tạo xung khi thực hiện quá trình pyrolysis 43
Hình 2-11: Sắc ký đồ khảo sát các tỷ lệ tiêm chia dòng . 44
Hình 2-12: Sắc ký đồ Khảo sát tiêm không chia dòng 44
Hình 2-13: Sắc ký đồ khảo sát chương trình nhiệt trên mẫu nhân Sâm Hàn Quốc 6 tuổi. Trong đó (a) Chương trình nhiệt (1) và (2), (b) Chương trình nhiệt (3) 46

Hình 2-14: Hình dạng của các đối tượng dược liệu, (a): Cát cánh, (b): Đảng sâm, (c): Hồng sâm; (d): Sâm Ngọc Linh, (e): Tam thất, (f): Huyền sâm . 51
Hình 2-15: Sắc ký đồ của sâm HQ 6, 5, 4 tuổi và sâm HQ 6 tuổi chiết 1 lần 51
Hình 2-16: (a) Biểu đồ score của 2 thành phần chính PC1 và PC2 của các mẫu sâm HQ
và các loại giả sâm; (b) Giá trị R2 và Q2 cuả mô hình ứng với 1PC, 2PC và 3PC . 32
Hình 2-17: Biểu đồ score (a), R2 và Q2 (b) và loading (c) của 2 thành phần chính PC1 và PC2 của các mẫu sâm và giả sâm HQ. Trong đó, nhóm (2), (3) và (5) là sâm HQ 6,
5 và 4 tuổi; nhóm (4), (6) và (7) là sâm HQ 6, 5, và 4 tuổi bị chiết 1 lần, nhóm (8) là sâm HQ bị chiết 2 lần, nhóm (1) là các mẫu giả sâm . 32
Hình 2-18: Biểu đồ score (a), R2 và Q2 (b) và loading (c) của 2 thành phần chính PC1
và PC2 của các mẫu sâm HQ. Trong đó, nhóm (1), (3) và (4) là sâm HQ 6, 5 và 4 tuổi; nhóm (2), (5) và (6) là sâm HQ 6, 5 và 4 tuổi bị chiết 1 lần, nhóm (7) là sâm HQ bị chiết 2 lần 32
Hình 2-19: a) Biểu đồ score của 2 thành phần chính PC1 và PC2 của các loại mẫu Sâm Hàn Quốc với nhóm (1), (2), (3) nhân sâm 6, 5 và 4 tuổi và nhóm (4) nhân sâm 6 tuổi đã chiết 1 lần b) Biểu đồ sự thay đổi của R2 và Q2 theo số lượng thành phần chính của mô hình 32


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2-1: Ảnh hưởng của nhiệt độ buồng nhiệt phân trên điện trở Ro của lá Pt . 34
Bảng 2-2: Ba chương trình nhiệt khảo sát trên mẫu nhân sâm 6 tuổi 46
Bảng 2-3: Khảo sát độ lặp lại của thời gian lưu và diện tích peak 48
Bảng 2-4: Tên, phân loại và công dụng của các loại dược liệu . 50
Bảng 2-5: Thành phần các hợp chất trong nhân Sâm Hàn Quốc 56
Bảng 2-6: Phần trăm dự đoán một số mẫu sâm HQ thuộc nhóm 4, 5 và 6 tuổi và 6 tuổi chiết 1 lần . 57
Bảng 2-7: Phần trăm dự đoán một số mẫu sâm HQ 4, 5 tuổi chiết 1 lần và các mẫu giả sâm 59


LỜI MỞ ĐẦU

Khi đời sống con người không ngừng đựơc nâng cao thì sức khỏe chính là mối quan tâm hàng đầu. Bên cạnh các loại tân dược thì các loại thảo dược thiên nhiên ngày càng được sử dụng nhiều do có khả năng điều trị bệnh tốt mà lại ít gây tác dụng phụ. Hơn thế nữa, thị trường thảo dược ngày càng phức tạp với hiện tựơng cung không đủ cầu đã gây nên tình trạng các thảo dược này bị trà trộn với các loại thuốc giả, cây thuốc không rõ nguồn gốc, pha trộn với các loại thuốc khác, nguồn nguyên liệu bị nhiễm bẩn, cũng như dược liệu đã bị chiết xuất hết các hợp chất có hoạt tính và được tái sử dụng. Ngoài ra, những cơ sở sản xuất dược liệu ở nước ta lại không đảm bảo vệ sinh, phơi trực tiếp dược liệu trên mặt đất hoặc mọi chỗ trống nên dược liệu có tốt cũng nhanh mất chất lượng. Song, năng lực kiểm tra và giám sát chất lượng thuốc của các cơ quan chức năng còn nhiều bất cập. Chính vì thế, sự an toàn và chất lượng của các loại thảo dược đã ngày càng trở thành những mối quan ngại lớn cho cộng đồng vì gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người tiêu dùng.
Trước nhu cầu cần thiết về việc quản lý chất lượng dược liệu cần xây dựng các phương pháp phân tích có khả năng xác định nhanh nguồn gốc, phẩm chất thành phần dược liệu, tránh loại bỏ các bước xử lý mẫu phức tạp, tiêu tốn nhiều loại dung môi độc hại gây ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường. Với mục đích trên trong luận văn cao học này chúng tôi tập trung vào việc phát triển một phương pháp phân tích nhanh kết hợp pyrolysis và sắc ký khí nhằm góp phần phát triển và bảo vệ ngành công nghiệp dược của nước ta.
Kỹ thuật pyrolysis, đơn giản là sự nhiệt phân trong môi trường khí trơ để chuyển hóa các hợp chất khó bay hơi trong mẫu rắn thành các chất có phân tử lượng nhỏ hơn, dễ bay hơi hơn. Mỗi loại vật liệu khi phân hủy ở một nhiệt độ nhất định sẽ tạo thành một hỗn hợp các sản phẩm đặc trưng có thể sử dụng như dấu vân tay để định danh vật liệu ấy. Kết hợp giữa kỹ thuật pyrolysis và sắc ký khí với khả năng phân tách rất cao và các đầu dò nhạy như đầu dò ion hóa ngọn lửa hoặc chọn lọc như đầu dò khối phổ cho phép việc định danh các vật liệu được chắc chắn hơn.
Phương pháp pyrolysis ghép nối sắc ký đã được phát triển và đưa vào ứng dụng trong các lĩnh vực polymer, công nghệ dệt, vật liệu, dược liệu, ở các nước phát triển như Trung Quốc, Thụy Điển, Pháp, Mỹ, Anh, Đức, Tại Trung Quốc, kỹ thuật này được ứng dụng rất mạnh trong việc xác định thành phần, chất lượng, nguồn gốc dược liệu đặc biệt là các sản phẩm đông dược. Pyrolysis ghép nối sắc ký khí tuy không phải là vấn đề mới đối với thế giới nhưng ở Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu sâu về kỹ thuật này, đặc biệt là kết hợp với phương pháp thống kê (như phân tích dữ liệu đa biến) để xử lý số liệu phân tích giúp việc phân biệt độ tuổi và giống cây của các loại dược liệu quý được dễ dàng hơn (nhân sâm, trầm hương, ). Mặt khác, phương pháp này sẽ giúp các cơ quan chức năng quản lý được chất lượng cũng như phân biệt dược liệu giả trên những đối tượng dược liệu đặc thù cho Việt Nam.