Đề tài Phương pháp phổhồng ngoại và ứng dụng trong thục phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH ---------- VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM MÔN: PHÂN TÍCH THỰC PHẨM Đề Tài: PHƯƠNG PHÁP PHỔ HỒNG NGOẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỤC PHẨM GVHD : Nguyễn Khắc Kiệm Lớp Học Phần: 210502002 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2011. Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH ---------- VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM MÔN: PHÂN TÍCH THỰC PHẨM Đề Tài: PHƯƠNG PHÁP PHỔ HỒNG NGOẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỤC PHẨM SVTH: 1. Trần Anh Duy 09094891 2. Tống Quốc Huy 09069521 3. Từ Tôn Quý 09081961 4. Tôn Thất Thắng 09076751 5. Lê Thị Tiễn 09081621 6. Trần Minh Hoàng Vũ 09082321 7. Tô Thị Xuân 09074941 GVHD : Nguyễn Khắc Kiệm Lớp Học Phần: 210502002 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2011. 2 Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ 3 Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm MỤC LỤC A. Lời mở đầu 6 B. NỘI DUNG 7 I. NGUỒN GỐC CỦA BỨC XẠ HỒNG NGOẠI: 7 II. ĐẠI CƯƠNG VỀ PHỔ HỒNG NGOẠI: 7 2.1 Điều kiện hấp thụ bức xạ hồng ngoại: 8 2.2 Sự quay của phân tử và phổ quay: 9 2.3 Phổ dao động quay của phân tử hai nguyên tử: 11 2.4 Phổ dao động quay của phân tử nhiều nguyên tử: 15 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tần số đặc trưng nhóm: 19 2.5.1 Ảnh hưởng do cấu trúc của phân tử : 19 2.5.2 Ảnh hưởng do tương tác giữa các phân tử: 21 2.6 Cường độ và hình dạng của vân phổ hồng ngoại: 21 2.7 Các vân phổ hồng ngoại không cơ bản: 22 III. HẤP THU HỒNG NGOẠI CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ 23 3.1 Tần số hấp thu của hydrocarbon: 23 3.2 Tần số hấp thu của Alcohol và phenol: 28 3.3 Tần số hấp thu của ether, epoxide và peroxide: 30 3.4 Tần số hấp thu của hợp chất carbonyl: 31 3.5 Tần số hấp thu của hợp chất Nitrogen: 36 3.6 Tần số hấp thu của hợp chất chứa phosphor: 38 3.7 Tần số hấp thu của hợp chất chứa lưu huỳnh: 38 3.8 Tần số hấp thu của hợp chất chứa nối đôi liền nhau: 39 3.9 Tần số hấp thu của hợp chất chứa halogenur: 39 IV. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI: 40 4.1 Máy quang phổ IR: 40 4.2 Cách chuẩn bị mẫu: 42 4.3 Ứng dụng: 43 4.3.1 Đồng nhất các chất: 43 4.3.2 Xác định cấu trúc phân tử: 44 4.3.3 Nghiên cứu động học phản ứng: 44 4.3.4 Nhận biết các chất: 44 4.3.5 Xác định độ tinh khiết: 45 4.3.6 Suy đoán về tính đối xứng của phân tử: 45 4.3.7 Phân tích định lượng: 45 V. ỨNG DỤNG PHỔ HỒNG NGOẠI TRONG THỰC PHẨM: 46 PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CHÍNH 47 5.1 Nước: 47 4 Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm 5.2 Protein : 48 5.3 Lipid: 48 5.4 Glucid: 48 5.5 Chất xơ : 49 5.6 một số ứng dụng khác: 49 VI. NHỮNG LOẠI MÁY QUANG PHỔ TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY: 50 6.1 Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier: 50 6.2 Máy quang phổ hồng ngoại gần (FT-NIR): 51 C. KẾT LUẬN 53 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 5 Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm A. Li m đu Hóa học phân tích là một phần của khoa học hóa học, phân tích thực phẩm là một bộ môn thuộc phân tích các mẫu, đặc biệt là các mẫu thực phẩm cho phép ta xác định nhanh chóng các mẫu phân tích chứa hàm lượng rất nhỏ với độ chính xác cao. Để phân tích thực phẩm như ngày nay người ta sử dụng rất nhiều phương pháp như: phân tích sắc ký, phương pháp điện thế, phương pháp quang…Trong đó phương pháp quang là phương pháp được sử dụng phổ biến bởi kỹ thuật này được coi là sạch và tốt vì không sử dụng hoá chất, không ảnh hưởng sức khoẻ và an toàn cho người phân tích. Một trong những phương pháp quang được sử dụng thì phổ hồng ngoại là một trong những phương pháp quang phổ hấp thu phân tử. Phổ hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong những kỹ thuật phân tích rất hiệu quả và đã trải qua ba thập kỷ qua. Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp phổ hồng ngoại vượt hơn những phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ điện tử, phương pháp quang vv…) là phương pháp này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp. Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là: các hợp chấp hoá học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hơp chất hoá học dao động với nhều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau như trong Y học, Hóa Học, Thực phẩm,…nghiên cứu cấu trúc các hợp chất vô cơ, hữu cơ, phức chất và trong thực tế sản xuất. Đặc biệt trong lĩnh vực thực phẩm phổ biến người ta sử dụng phổ hồng ngoại để phân tích dư lượng axit amin trong protein, đánh giá chất lượng của chất béo, protein thành phần của các sản phẩm sữa và hạt. Phân biệt giữa bột cá, bột thịt, bột đậu nành có trong mẫu. Phân tích thành phần hóa học các sản phẩm thực phẩm như phomat, ngũ cốc, bánh kẹo, thịt bò… Nhằm có cái nhìn tổng quát về các phương pháp phân tích cũng như cung cấp cho chúng ta một công cụ hữu hiệu trong học tập và nghiên cứu về môn phân tích thực phẩm nên nhóm đã chọn đề tài: “Phương pháp phổ hồng ngoại và ứng dụng trong thực phẩm” để tìm hiểu về nguyên tắc phân tích nhờ phổ hồng ngoại và những ứng dụng của nó trong kỹ thuật phân tích hàm lượng các chất. Để có thể hoàn thành tốt bài tiểu luận này, nhóm em chân thành cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiện cơ sở vật chất cho nhóm làm việc, thầy Nguyễn Khắc Kiệm đã chỉ dẫn và cung cấp tài liệu cũng như phương pháp làm bài cho nhóm. Tuy đã cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những sai sót về nội dung cũng như hình thức. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp chân thành từ cô và các bạn! 6 Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm B. NI DUNG I. NGUỒN GỐC CỦA BỨC XẠ HỒNG NGOẠI: Năm 1800, William Hershel đã phát hiện ra sự tồn tại của bức xạ nhiệt ở ngoài vùng phổ của ánh sáng nhìn thấy và ông đặt tên cho nó là bức xạ hồng ngoại (Infrared - IR). Đây là dải bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng từ 0,75 đến 1000 nm và ông cũng đã chứng minh được rằng bức xạ này tuân theo những qui luật của ánh sáng nhìn thấy. Kể từ mốc lịch sử đó đến nay, trong lĩnh vực này nhân loại đã đạt được những bước phát triển đáng kể. Về nguồn phát xạ: Vào nửa đầu thế kỷ 19 đã tìm ra những định luật đầu tiên về bức xạ nhiệt, đầu thế kỷ 20 đã hoàn thành các qui luật của bức xạ không kết hợp. Trong những năm 1920-1930 đã tạo ra các nguồn IR nhân tạo, phát hiện ra hiệu ứng điện phát quang làm cơ sở để tạo ra các nguồn phát xạ IR (các diodes phát quang). Về detectors (dùng để phát hiện IR): Năm 1830 các detectors đầu tiên theo nguyên lý cặp nhiệt điện (thermopile) ra đời. Năm 1880 ra đời quang trở cho phép tăng đáng kể độ nhạy phát hiện IR. Từ năm 1870 đến 1920, các detectors lượng tử đầu tiên theo nguyên lý tương tác bức xạ với vật liệu ra đời (với các detectors này bức xạ được chuyển đổi trực tiếp sang tín hiệu điện chứ không phải thông qua hiệu ứng nhiệt do bức xạ sinh ra). Từ năm 1930-1944 phát triển các detectors sulfure chì (PbS) phục vụ chủ yếu cho các nhu cầu quân sự. Từ năm 1930-1950 khai thác vùng IR từ 3 đến 5 mm bằng các detectors Antimonium d Indium (InSb) và từ 1960 bắt đầu khai thác vùng IR từ 8 đến 14 mm bằng các detectors Tellure de Cadmium Mercure (HgTeCd). Trên thế giới IR đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực: Như ứng dụng trong chế tạo các thiết bị quang điện tử trong đo lường - kiểm tra trong lĩnh vực thực phẩm, các thiết bị chẩn đoán và điều trị trong y tế, trong các hệ thống truyền thông, các hệ chỉ thị mục tiêu trong thiên văn, trong điều khiển các thiết bị vũ trụ và trong những năm gần đây, chúng còn được sử dụng để thăm dò tài nguyên thiên nhiên của trái đất và các hành tinh khác, để bảo vệ môi trường. Đặc biệt, nó có những ứng dụng rất quan trọng trong lĩnh vực quân sự. Các ứng dụng quân sự của IR đòi hỏi các detectors phải có độ nhậy cao, đáp ứng nhanh, phải mở rộng dải phổ làm việc của detectors và dải truyền qua của vật liệu quang học. Cuối chiến tranh thế giới lần thứ hai nhờ ứng dụng IR người ta đã chế tạo được bom quang - điện tự điều khiển, các hệ thống điều khiển hỏa lực trên cơ sở biến đổi quang - điện, các thiết bị nhìn đêm cho vũ khí bộ binh, các bộ điện đàm IR và sau thế chiến lần thứ hai đã tạo ra nhiều hệ thống điều khiển tên lửa không đối không, không đối đất, đất đối không... Ở nước ta hiện nay, lĩnh vực này đã được một số cơ quan khoa học trong đó có Viện nghiên cứu ứng dụng công nghệ, tiếp cận, nghiên cứu từ cuối những năm 60 của thế kỷ 20. Và đặc biệt, hiện nay phổ hồng ng