Trường Hóa và Khoa học Sự sống

https://scls.hust.edu.vn

THUỐC NHUỘM HỮU CƠ TRONG NỀN HÓA HỌC XANH

Màu sắc là một trong những yếu tố thể hiện sự thẩm mỹ, một trong những ngôn ngữ thể hiện cảm xúc, ý tưởng và văn hóa. Từ nghệ thuật hội họa đến công nghiệp thời trang, màu sắc đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên bản sắc và sức hút của sản phẩm. Màu sắc, bột nhuộm đã luôn được con người dày công nghiên cứu và sử dụng từ hàng nghìn năm trước, không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu sáng tạo và ứng dụng thực tiễn. Tuy nhiên, trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, tình trạng ô nhiễm từ rác thải nông nghiệp và nguy cơ nhiễm độc kim loại nặng từ các sản phẩm màu vẽ và mực viết đang trở thành một vấn đề đáng báo động.
Thêm tiêu đề

Thêm tiêu đề

 

1. Vấn đề về kim loại nặng trong phẩm màu
 

Các sản phẩm chứa bột màu giá rẻ thường chứa hàm lượng kim loại nặng khá cao, đa số sẽ thường là các kim loại như chì, thủy ngân, Cadmium, Nickel, Arsenic. 

 

Các hợp chất chứa chì đã từng được sử dụng rộng rãi làm chất tạo màu do màu sắc rực rỡ, độ che phủ cao và độ bền vượt trội. Một số ví dụ tiêu biểu bao gồm Lead (II) Chromate (PbCrO₄) tạo ra sắc vàng tươi sáng, Lead (II,IV) Oxide (Pb₃O₄), được biết đến với tên gọi chì đỏ, mang lại màu đỏ đậm. Lead (II) Carbonate (PbCO₃), còn gọi là chì trắng, cung cấp một sắc trắng đục với độ che phủ cao. Tuy nhiên, việc sử dụng các hợp chất chì tiềm ẩn nhiều nguy cơ sức khỏe nghiêm trọng, ảnh hưởng tới thần kinh, huyết học, thận, và sinh sản. 

 

Một trong các hợp chất mang lại màu sắc rực rỡ, thích hợp trong việc dùng tạo làm bột nhuộm mà không cần một lượng chất quá lớn là hợp chất chứa cadmium. Có thể kể đến một vài hợp chất tiêu biểu như Sunfua cadmium (CdS), tạo ra các sắc thái từ vàng nhạt đến vàng đậm, Selenide cadmium (CdSe), cung cấp tông màu đỏ đậm, và Sulfoselenide cadmium (CdS·CdSe), tạo ra dải màu từ cam đến đỏ sẫm tùy thuộc vào tỷ lệ lưu huỳnh và selen. Dù vậy, tiếp xúc thường xuyên với các hợp chất này dễ làm gia tăng nguy cơ gây tổn thương các cơ quan, khử khoáng xương, hay thậm chí là ung thư. 

 

Với sắc xanh lục độc đáo, độ bão hòa cao, và có độ bền nhiệt cao như các hợp chất của Nickel, ví dụ như Nickel silicate(Ni₂SiO₄), chúng thường dùng trong sản xuất gốm sứ và thủy tinh. Những sắc tố này còn được ưa chuộng nhờ dải màu dài từ xanh lục đến nâu, tùy vào thành phần hóa học. Nhưng do độc tố cao, tiếp xúc nhiều với các hợp chất nickel có thể gây kích ứng da, nhiều vấn đề về hô hấp và nguy cơ cao mắc ung tra. 

 

2.  Các hợp chất hữu cơ tạo màu

Có thể thấy, các thuốc nhuộm từ các hợp chất kim loại đang dần được cân nhắc hạn chế sử dụng do tác động có hại tới sức khỏe. Với xu hướng lựa chọn các hợp chất thiên nhiên của các nhà tiêu dùng, thì việc nghiên cứu sâu hơn về các loại thuốc nhuộm hữu cơ cũng là một điều tất yếu. Thực tế, màu sắc không chỉ tồn tại và chỉ có thể được chiết xuất từ các kim loại, mà còn có ở các hợp chất hữu cơ nằm trong các loại hoa quả thường thấy. Ở một số loại thực vật quen thuộc có chứa một số hợp chất của họ anthocyanin và họ carotenoid, tạo nên các gam màu từ đỏ tới tím trong thực vật.     

Các hợp chất họ anthocyanin có thể tan được trong nước, thuộc nhóm flavonoid, có màu sắc thay đổi theo độ pH, đỏ trong môi trường axit và xanh trong môi trường kiềm. Chúng có mặt trong nhiều loại thực phẩm như quả mọng (việt quất, mâm xôi, dâu tây) bắp cải tím, nho tím và mận. Trong khi đó, carotenoid là sắc tố tan trong lipid, đóng vai trò quan trọng trong quang hợp và mang lại nhiều lợi ích sức khỏe nhờ đặc tính chống oxy hóa. Chúng tạo ra các sắc vàng, cam và đỏ trong thực vật, phổ biến trong cà chua, ớt đỏ, cà rốt và dưa hấu. 

 

3. Quy trình chiết xuất 

a. Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu cần chuẩn bị:

  • Nguyên liệu thực vật tươi hoặc khô (ví dụ: cánh hoa, quả mọng, lá)

  • Nước ấm

  • Bình đựng

  • Rây lọc, vải lọc, giấy lọc 

  • Nếu người thực hiện muốn chiết xuất hạt  màu dạng bột, ta có thể dùng thêm Phèn chua (chất cố định màu), baking soda, nước cốt chanh, glycerin, tinh dầu

b. Quy trình

 

Chiết xuất sắc tố:

  • Đặt khoảng 1 cốc nguyên liệu thực vật đã chuẩn bị vào một nồi hoặc bát chịu nhiệt.

  • Đổ khoảng 2 cốc nước ấm hoặc nước nóng vào, đảm bảo nguyên liệu được ngập hoàn toàn.

  • Để hỗn hợp ngâm trong 20-30 phút, thỉnh thoảng khuấy đều để sắc tố tan ra.

Lọc dung dịch màu:

  • Sau khi ngâm, dùng rây lọc hoặc vải lọc để tách phần bã thực vật, thu lấy nước màu vào bát hoặc lọ sạch.

Điều chỉnh và bảo quản màu (Tùy chọn):

  • Điều chỉnh pH để thay đổi màu sắc: Thêm nước cốt chanh để tạo sắc vàng, hoặc baking soda để làm đậm các tông đỏ và tím.

  • Cải thiện độ bền màu: Cho khoảng 1/2 thìa cà phê phèn chua vào dung dịch để giúp màu bám tốt hơn và ít phai khi tiếp xúc với ánh sáng.

  • Tăng độ mượt mà: Thêm vài giọt glycerin để màu nước có độ mịn hơn khi sử dụng.

  • Chống nấm mốc: Nhỏ 1-2 giọt tinh dầu để giúp bảo quản màu lâu hơn

c. Cơ chế 

 

Tế bào thực vật được bao bọc bởi thành tế bào cứng, chủ yếu cấu tạo từ cellulose, hemicellulose và lignin. Khi xử lý với nước ấm, các cấu trúc này trở nên mềm hơn và bị phân hủy một phần, giúp sắc tố dễ dàng thoát ra ngoài. Quá trình xử lý nhiệt này cũng có thể vô hiệu hóa các enzyme có khả năng phân hủy sắc tố, nhờ đó bảo toàn độ bền màu. Nhiệt độ của nước ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán—quá trình di chuyển sắc tố từ khu vực có nồng độ cao trong tế bào thực vật ra môi trường ngoại bào xung quanh xung quanh. Nhiệt độ cao hơn giúp các phân tử chuyển động nhanh hơn, tăng cường tốc độ khuếch tán và cải thiện hiệu suất chiết tách. Tuy nhiên, sử dụng nước ấm (khoảng 60-70 độ) thay vì nước sôi giúp duy trì sự ổn định hoá học của các sắc tố kém bền nhiệt. Nhiệt độ quá cao có thể làm phân hủy hoặc biến đổi sắc tố, dẫn đến mất màu hoặc thay đổi màu sắc. Do đó, duy trì nhiệt độ ấm tối ưu là điều quan trọng để thu được màu sắc tươi sáng và bền vững. 

Để chuyển dung dịch thuốc nhuộm trong nước thành dạng bột rắn, cần sử dụng một chất gắn màu như phèn chua kết hợp với chất kiềm như baking soda. Phèn chua đóng vai trò trung gian giữa phân tử thuốc nhuộm và chất nền, giúp tạo thành phức hợp không tan. Khi thêm vào dung dịch nhuộm, phèn chua sẽ liên kết với các phân tử màu. Khi bổ sung baking soda vào hỗn hợp phèn – thuốc nhuộm, dung dịch sẽ được trung hòa, làm kết tủa phức hợp màu – phèn chua. Quá trình này giúp tách sắc tố ra khỏi dung dịch dưới dạng chất rắn có thể thu bằng cách lọc.

 

Tài liệu tham khảo 

[1] Vietnam Journal of Science and Technology (2024). "Màu vẽ thực vật: Hướng đi mới cho nông nghiệp xanh". Vietnam Journal of Science and Technology. https://vjst.vn/vn/tin-tuc/11219/mau-ve-thuc-vat--huong-di-moi-cho-nong-nghiep-xanh.aspx.

 

[2] University of Malta (n.d.). "Heavy metals in cosmetics". University of Malta Institutional Repository. https://www.um.edu.mt/library/oar/bitstream/123456789/96946/1/Heavy%20metals%20in%20cosmetics.pdf.

 

[3] U.S. Environmental Protection Agency (EPA) (n.d.). "Lead Compounds". U.S. Environmental Protection Agency. 

https://www.epa.gov/sites/default/files/2016-09/documents/lead-compounds.pdf.

 

[4] California Office of Environmental Health Hazard Assessment (OEHHA) (n.d.). "Lead and Lead Compounds". California Proposition 65 Warnings. https://www.p65warnings.ca.gov/fact-sheets/lead-and-lead-compounds.

 

[5] Flora, G., Gupta, D., & Tiwari, A. (2012). "Toxicity of lead: A review with recent updates". Interdisciplinary Toxicology, 5(2), 47–58. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3485653/.

 

[6] Wikipedia (n.d.). "Cadmium pigments". Wikipedia, The Free Encyclopedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Cadmium_pigments.

 

[7] Jaishankar, M., Tseten, T., Anbalagan, N., Mathew, B. B., & Beeregowda, K. N. (2014). "Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals". Interdisciplinary Toxicology, 7(2), 60–72. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30677907/.

[8] Genchi, G., Sinicropi, M. S., Lauria, G., Carocci, A., & Catalano, A. (2020). "The Effects of Cadmium Toxicity". International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(11), 3782. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7312803/.

[9] Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR), Centers for Disease Control and Prevention (CDC) (n.d.). "Cadmium | ToxFAQs™". https://wwwn.cdc.gov/TSP/ToxFAQs/ToxFAQsDetails.aspx?faqid=47&toxid=15.

[10] "What are the Uses of Nickel Compounds in Modern Industries?" https://www.samaterials.com/content/what-are-the-uses-of-nickel-compounds-in-modern-industries.html 

[11] Mason Color Works (n.d.). "Nickel Silicate".https://www.masoncolor.com/ceramic-stains/greens/6274-nickel-silicate 

[12] Health and Safety Laboratory (HSL) (n.d.). "Nickel and its inorganic compounds: Health and safety guidelines". Health and Safety Executive (HSE). https://www.hsl.gov.uk/media/1663348/eh60_nickel.pdf.

 

[19] Talcott, S. (n.d.). "Colors from Natural Sources". Texas A&M AgriLife Research. https://college.agrilife.org/talcottlab/wp-content/uploads/sites/108/2020/03/Colors-1.pdf.

[14] Khoo, H. E., Azlan, A., Tang, S. T., & Lim, S. M. (2017). "Anthocyanidins and anthocyanins: colored pigments as food, pharmaceutical ingredients, and the potential health benefits". Food & Nutrition Research, 61(1), 1361779. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28970777/.

[15] Maoka, T. (2019). "Carotenoids as natural functional pigments". Journal of Natural Medicines, 74, 1–16. https://link.springer.com/article/10.1007/s11418-019-01364-x.

[16] Desnos, R. (2017). "How to make watercolour paint from petals". Rebecca Desnos Blog. https://rebeccadesnos.com/blogs/journal/how-to-make-watercolour-paint-from-petals/.

[17] "DIY: Natural sustainable watercolor paint for children". (2017). Lost in Colours. https://www.lostincolours.com/natural-plant-based-watercolors-for-children/.

[18] "How to Make Watercolor and Ink Using Plants". (2020). Mother Earth News. https://www.motherearthnews.com/diy/how-to-make-watercolor-and-ink-using-plants-zbcz2011/.

[19] (n.d.). "Extraction of pigment by hot water". ResearchGate. https://www.researchgate.net/figure/Extraction-of-pigment-by-hot-water_fig5_328831232.

[20] Voss, D. (n.d.). "Research Projects". Ohio State University, College of Food, Agricultural, and Environmental Sciences (CFAES). https://grad.cfaes.ohio-state.edu/research-projects/danielle-voss.

[21] Desnos, R. (n.d.). "Making Lake Pigments". Rebecca Desnos Blog. https://rebeccadesnos.com/blogs/journal/making-lake-pigments.


 
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây