Tập 83 - 07 - 2011

HOCNGHE

AND TECHNOTOCf

TU NHIEN . KY THUAT

[E . TECHN[ITIIEY

a0 ctno DUC vA DAo rAoDAI HQC THAI NGUYEN

T+p ehi KHOA HQC vn C6NG NGHEJournal of Science and Technology

- tdng bi6n tAp:- Ph6 tdng bi6n tAp Thrrdng tn/c:- Ph6 Tdng bi6n tAp:- Trtt'&ng Ban bi6n tAp:- Thtr ky Tda soan:

GS.TS. ru QUANG HrdNPGS.TS. CHU HOANG MAUPGS.TS. TRAN THI VIOT TRUNG

az(

THS. Ltr TIEN DUNGTHS. DOAN OTJC UAT

TOA SOAN: Dai hoc Thr4i NguyOn, phudng TAn Thinh, thdnh phd Th6i NguyOn'

Tel. 02 8 0. 3 8 402 8 8. Fax. 0280. 3852665 * E-mail: tapchikhcn.dhtn@ gmail'com'

Gia,y ph6p Hoat dQng biio chi s6 1ZI)1GP-BTTTT, ngiry 261812010 cira BQ truong BQ Thong tin - Truyd-n^th0ng'

rn ioir .udn, iap zzior)nqdm 20rr taiNhh in eao ihat Nguyen. In xong vh nop luu chidu thi4ng 0V20ll.Bin dien tir tham khio iai rrang Web cira Trung ram Hoc 1i0u Dai hoc Th6i Nguyon: http://www'lrc-tnu-edu.vn

THE LE GTII BAITap chi Khoa hgc vd C6ng nghQ Dai hoc Th6i Nguy6n thucrng xuyOn nhAn ddng

nhirng Ual Uao cua cdn bQ gidng d4y. can.bQ.nghien 9YY ud.6: illkhoa hQc'..trong vir

ngouiDui hoo Th6i Nguy6n nhdm cdng bd k€t qua nghidn ctlu, bhi t6ng quan hodc nhirng

thbng tin trao C6i ttruqc mgi linh vuc khoa hoc c6ng nghQ. Sau ddy ld the 1€ gui bdi cho Toa

soan:1. T4p chi chi nhAn ddng nhirng bai b6o khoa hoc chua c6ng bd tr6n c6c b5o. t4p chi

khoa hgc trong nr.rcrc vd qudc t6.

2. Bai b6o khoa h'c co thti v_i€t bing titing ViQt ho4c ti6ng Anh. . .. i .,3. Khi n6p cho roa so4n. m5i Uai b6o can duoc in thdnh hai b6n tr€n giAy A+. kem theo

dia CD.4. CAu trirc bai b6o.

4.1. TOn bai b6o.

4.2. Ho tOn tac gid hoqc nhom ttrc gia, co quan cdng t6c.

4.3. M5i bdi bA; khdng ddi qu6 5 trang (khoang 3.000 tu). Trong bdi b6o, o nhirng nQi

dung tac gi6 da lham khdo hoAc su dpng_k*i*, n.elri€n .P lit,::. tdi liCu khoa hoc kh6c, cAn

danh dAl tang sd (dat trong m6c r.u6ng tl) - ld sd thu tg cua tdi liQu x€p trong danh mgc tdi liOu

tham khao4.4. Torn tirt n6i dung bdi b6o: tOi tneu i50 tir bang ti6ng Vi€t va duoc dich sang tiOng

Anh (k€ ca ri€u AC Uai b6o;,,dtroi muc tom t6t ti6ng Vi€t co "Tir khoa"; duoi tom tdt ti6ng

Anh co "'Key words" (t6i thi6u 05 tu hodc cum tu).4.5. TAi li6u tham kh6o:- TLTK sip x€p theo vAn A,B,C, tdi liQu titlng nu6c ngodi kh6ng phiOn 6m, kh6ng

dich.- DOi vcyi tdc gia la ngudi Viqt Nam x6p theo thir tg A, B, C theo ftn (kh6ng dAo t6n

len trtroc ho).- Ddi voi tac gia la ngtrdi nu6c ngodi x6p theo lhu tg A, B, C theo hp. ,,- D6i vcri nhirng tai liOu khdng co t6n tac giit xOp thu tU A, B, C cua tir dau ti6n lOn c<v

quan ban hanh tdi liQu (vi duiB0 Gi6o dgc vd Ddo t4o x6p vAn B)'TLTK la s6ch. lufln 6:n cAn ghi ddy du cdc thong tin theo thu tu: t€n t6c gia hodc co quan ban

lrdnh. Nam xuAt ban). ftn sdch,Nhd xudt bdn. noi xudt ban.

TLTK ld bdi bao hoflc bai trong mQt cudn s6ch... cAn ghi dAy du c6c th6ng.tin.theo thfr

tu: T6n tac gia. (NAm cdng b6), "TOn biri b6o", TAn Mp chi hoQc sdch, Tdp, (56), c6c s6

trang (gach ngang giira2 chir s6).

5.Hinh thfrc trinh bay:- Ngoai.phAl tieu d6, t6c gia va tom tit bdi b6.o (dAu tr4ngl) vd Summary (cu6i bdi).

bdi b6o yeu .A,, phai trinh bdy tr6n kh6 ,A4 theo chidu doc. dugc chia 02 c6t v6i c6c th6ng

s6 Pagesetup cu th6 nhu sau:Top:3.1cm, Bottom: 3.1cm, Left: 3.0cm. Right: 2.8cm,

Header: 2.85cm, Footer: 2.85cm, With:7.25cm, Spacing:0.8cm. TOn bai b6o cO 12' chir in

d6m: 10i dung bai b6o cd I 1; Font chir Unicode; hinh v6, dd thi trinh bdy phu hqp voi dQ

ron-s cdt (7 .25 cn-r); c6c bdng bi€u qu6 l6n trinh bay tlreo trang ngang (Landscape)'

- D6i vcyi c6c bai b6o i.O frle" bdng cdc phAn mdm chuy6n dpng nhu Latex, ACD/Chem

Sketch hodc Science Helper for Word cfrng trinh bdy theo khudn dang n6u trOn.

6. Ndu bdi b6o kh6ng ducyc su dung. Ban biOn tap kh6ng tra l4i bAn th6o.

7. Titc gia hoac tac giachfnh trong nhom t6c giA cAn gni Aia chi, s6 di6n tho4i vdo cu6i

A^

BAN BIEN TAP

oµ soT T¹p chÝ Khoa häc vµ C«ng nghÖ

CHUYÊN SAN KHOA H ỌC TỰ NHIÊN – KỸ THUẬT

Môc lôc Trang

Lê Hữu Thiềng, Vũ Thị Ngọc Thuỷ, Nguyễn Thị Thu Huyền - Nghiên cứu hoạt tính sinh học phức chất của Lantan với L-glutamin và L-lơxin

3

Phạm Thị Hồng Minh, Lưu Văn Nguyên,Nguyễn Ngọc Tuấn, Nguyễn Quảng An, Trương Thị Thanh Nga, Nguyễn Quyết Ti ến- Các kết quả nghiên cứu ban đầu về thành phần hóa học của thân cây Na leo (kadsura heteroclita) Ở Tam Đảo - Vĩnh Phúc

9

Nguyễn Quyết Ti ến, Phạm Thị Hồng Minh, Nguyễn Quảng An, Trương Thị Thanh Nga, Nguyễn Ngọc Tuấn, Đoàn Văn Tuấn, Phạm Hữu Điển - Một số kết quả nghiên cứu ban đầu về thành phần hóa học của cây Bằng lăng nước (Lagerstroemia speciosa)

15

Nguyễn Thị Ngọc Linh, Nguyễn Thị Huệ, Nguyễn Tuyết Vân - Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Nano TiO2/Al 2O3 và thử nghiệm xử lý khí No, Co

19

Tr ịnh Ngọc Châu, Nguyễn Thị Bích Hường, Hoàng Duy Cương, Nguyễn Thị Thanh - Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc của các phức chất Ni(II) và Pd(II) với N(4)-phenyl thiosemicacbazit

25

Nguyễn Quyết Ti ến, Phạm Thị Hồng Minh, Nguyễn Quảng An, Trương Thị Thanh Nga, Nguyễn Ngọc Tuấn, Vũ Đình Doanh, Phạm Hữu Điển - Một số kết quả nghiên cứu mới về thành phần hóa học của cây Dây thìa canh (gymnema sylvestre)

31

Phạm Văn Thỉnh, Tr ịnh Thị Giang, Mai Thị Hường - Một số kết quả ban đầu về thành phần hóa học trong rễ cây Tào đông (prunus zippeliana var. crasistyla (CARD)

39

Đặng Thị Uyên, Đỗ Thị Vân, Vì Huyền Trang, Phạm Hữu Kiên - Mô phỏng hệ số trước hàm mũ, Do trong kim loại Fe vô định hình.

43

Nguyễn Thị Nhâm Tuất, Ngô Văn Giới - Nghiên cứu hiện trạng xử lý nước thải và đề xuất công nghệ cải tạo hệ thống xử lý nước thải tại bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên

49

Đỗ Mạnh Cường, Nguyễn Xuân Vũ, Dương Văn Cường - Tách dòng và xác định trình tự của gene crtY mã hóa cho Lycopene cyclase từ Pantoea ananatis

55

Lưu Tùng Giang, Nguyễn Hiền Trung - Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều tốc Turbine thủy điện nhỏ ở các tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam

59

Phan Quang Thế, Nguyễn Thị Quốc Dung, Hoàng Minh Phúc - Ảnh hưởng của chế độ cắt đến các thành phần lực cắt trong tiện cứng trực giao thép 9XC bằng dụng cụ CBN

67

Nguyễn Đình Dũng, Nguyễn Bường – Phương pháp hiệu chỉnh cho hệ phương trình toán tử tuyến tính giới nội với dữ liệu có nhiễu

73

Nguyễn Hải Minh, V ũ Mạnh Xuân, Nguyễn Quang Dũng, Trương Đồng Tâm - Ứng dụng chuẩn HL7 – CDA R2 xây dựng hệ thống trao đổi hóa đơn giao nhận thuốc trong các cơ sở y tế

81

Chu Đức Toàn - Điều khiển tối ưu luồng tham chiếu trong hệ xử lý song song 89

Mai Vi ết Thuận, Hoàng Thị Hà - Bài toán điều khiển giá trị tối ưu cho hệ phương trình vi phân trung tính có trễ trên trạng thái và điều khiển

95

Phạm Thị Tuyết Mai - On truncated second main theorem with moving targets 103

Lê Thị Thanh Hương, Đinh Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Phượng, Nguyễn Nghĩa Thìn - Nghiên cứu đa dạng nguồn gen cây thuốc của đồng bào dân tộc Mường xã Quảng Lạc, huyện Nho

109

Journal of Science and Technology

83 (07)

N¨m 2011

Quan, tỉnh Ninh Bình

Nguyễn Xuân Trường - Tài nguyên đất và thực trạng khai thác, sử dụng đất ở tỉnh miền núi Hà Giang 113

Nguyễn Thu Huyền, Nguyễn Thị Đông - Xây dựng mô hình phân loại, thu gom và xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại các hộ gia đình ở tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên

121

Nguyễn Thị Hồng, Nguyễn Thị Thu Cẩm - Hiện trạng khai thác thủy sản ở Quảng Ninh và những tác động tới môi trường tự nhiên

127

Bạch Phương Vinh - Rèn luyện một số hoạt động trí tuệ chung cùng với các hoạt động trí tuệ phổ biến trong toán học cho học sinh lớp 9 thông qua bài tập hình học phẳng

133

Nguyễn Dương Nguyên Trinh, Nguyễn Ngọc Nhật Minh – Sử dụng kỹ thuật ghi âm để sửa lỗi trong dạy phát âm cho sinh viên năm 1 tại trường Đại học Ngoại ngữ - Đại học Đà Nẵng

141

Nguyễn Quang Hậu, Trần Hoàng Tâm - Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao ở nước ta hiện nay 147

oµ soT T¹p chÝ Khoa häc vµ C«ng nghÖ

NATURALSCIENCE – TECHNOLOGY

Content Page

Le Huu Thieng, Vu Thi Ngoc Thuy, Nguyen Thi Thu Huyen - Study of biological activity of the complexes of Lathanide with L-glutamine and L- leucine

3

Pham Thi Hong Minh, Luu Van Nguyen,Nguyen Ngoc Tuan, Nguyen Quang An, Truong Thi Thanh Nga, Nguyen Quyet Tien - Primary study on the chemical composition of kadsura heteroclita, in Tam Dao, Vinh Phuc province

9

Nguyen Quyet Tien, Pham Thi Hong Minh, Nguyen Quang An, Truong Thi Thanh Nga, Nguyen Ngoc Tuan, Doan Van Tuan, Pham Huu Dien - Primary study on the chemical composition of Lagerstroemia

speciosa

15

Nguyen Thi Ngoc Linh, Nguyen Thi Hue, Nguyen Tuyet Van - The study on synthesis of TiO2/ Al2O3 nanomaterials and treatment test of No, Co gases

19

Trinh Ngoc Chau, Nguyen Thi Bich Huong, Hoang Duy Cuong, Nguyen Thi Thanh - Synthesis, structural investigation of complexes between Ni(II) and Pd(II) with N(4)-phenyl thiosemicarbazide

25

Nguyen Quyet Tien, Pham Thi Hong Minh, Nguyen Quang An, Truong Thi Thanh Nga, Nguyen Ngoc Tuan, Vu Dinh Doanh, Pham Huu Dien - New results on the chemical composition of gymnema sylvestre

31

Phạm Văn Thỉnh, Tr ịnh Thị Giang, Mai Thị Hường - Primary study on the chemical composition of prunus zippeliana var. crasistyla (CARD)

39

Dang Thi Uyen, Do Thi Van, Vi Huyen Trang, Pham Huu Kien - Simulation of pre-exponential factor, D0 in amorphous Fe metal

43

Nguyen Thi Nham Tuat, Ngo Van Gioi - The present state of hospital wastewater treatment and the technology solution proposal for improving the hospital wastewater treatment system in the Thai Nguyen central general hospital

49

Do Manh Cuong, Nguyen Xuan Vu, Duong Van Cuong - Cloning and sequencing of crtY gene endcode Lycopene cyclase from Pantoea ananatis bacteria

55

Luu Tung Giang, Nguyen Hien Trung - Research on improving the quality of a small hydropower turbine speed control in mountainous regions in Viet Nam

59

Phan Quang The, Nguyen Thi Quoc Dung, Hoang Minh Phuc - The effect of cutting condition on cutting forces in orthogonal hard turning 9XC steel with CBN tools

67

Nguyen Dinh Dung, Nguyen Buong - Regularization for a common solution of a system of ill-posed equations involving linear bounded mappings with perturbative data

73

Nguyen Hai Minh, Vu Manh Xuan, Nguyen Quang Dung, Truong Dong Tam - Standard application HL7 - CDAR2 exchange building systems bill delivery of drugs in medical facility

81

Chu Duc Toan - Optimal control of reference jet in parallel processing systems

89

Journal of Science and Technology

83 (07)

N¨m 2011

Mai Viet Thuan, Hoang Thi Ha - Optimal guaranteed cost control of neutral systems with interval time-varying delayed state and control

95

Pham Thi Tuyet Mai - On truncated second main theorem with moving targets 103

Le Thi Thanh Huong, Dinh Thi Lan Huong,Nguyen Thi Phuong, Nguyen Nghia Thin - Investigating the diversity of medical plant genetic resource of Muong ethnic at Quang Lac commune, Nho Quan district, Ninh Binh province

109

Nguyen Xuan Truong - Land resources and situation of exploitation and using of land resources in a mountainous province, Ha Giang

113

Nguyen Thu Huyen, Nguyen Thi Dong - Building a model sorting, collecting and procesing of solid waste at the households in the group no.7, Tan Thinh ward, Thai Nguyen city

121

Nguyen Thi Hong, Nguyen Thi Thu Cam - The statement of exploitation of aquatic resources in Quang Ninh province and its impacts to the natural environment

127

Bach Phuong Vinh - Practising some operations with general intellectual activities in common intellectual mathematical grade 9 students through exercise plane geometry

133

Nguyen Duong Nguyen Trinh, Nguyen Ngoc Nhat Minh - Using recording technique for error correction in teaching pronunciation for first-year students at College of Foreign Languages, University of Da Nang

139

Nguyen Quang Hau, Tran Hoang Tam - Developing high quality human resources in our country nowadays

145

Lê Hữu Thiềng và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 3 - 8

3

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH H ỌC PHỨC CHẤT CỦA LANTAN V ỚI L-GLUTAMIN VÀ L-L ƠXIN

Lê Hữu Thiềng, Vũ Thị Ngọc Thuỷ, Nguyễn Thị Thu Huyền Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Bài báo này thông báo kết quả khảo sát ảnh hưởng của phức La(Gln)3(NO3)3.4H2O và phức La(Leu)3(NO3)3 đến sự phát triển mầm của hạt đỗ tương và khả năng kháng khuẩn của chúng đối với hai vi khuẩn: escherichia coli, staphylococcus. Ảnh hưởng của phức chất La(Gln)3(NO3)3.4H2O đến sự phát triển mầm của hạt đỗ tương được nghiên cứu trong khoảng nồng độ từ 50 ÷ 250 ppm. Kết quả thực nghiệm cho thấy từ nồng độ 50 ÷ 100 ppm, phức chất có tác dụng kích thích, từ 150 ÷ 250 ppm lại ức chế sự phát triển mầm hạt đỗ tương. Phức chất kích thích sự phát triển mầm hạt đỗ tương kém hơn so với phối tử, còn ion kim loại thì ức chế sự phát triển mầm hạt đỗ tương. Ảnh hưởng của phức chất La(Leu)3(NO3)3 được nghiên cứu trong khoảng nồng độ từ 60 ÷ 300 ppm. Kết quả thực nghiệm cho thấy phức chất có tác dụng ức chế sự phát triển mầm hạt đỗ tương, sự ức chế tăng theo nồng độ và phức chất có tác dụng ức chế kém hơn phối tử, tốt hơn ion kim loại. Ở nồng độ 50.000 µg/ml cả hai phức chất đều có hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn escherichia coli và staphylococcus. Khả năng kháng khuẩn của hai phức chất khác nhau không đáng kể. Từ khóa: Phức chất, lantan, glutamin, lơxin, hoạt tính sinh học

MỞ ĐẦU*

Các phức chất của nguyên tố đất hiếm (NTĐH) với các aminoaxit đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (công nghệ sinh học, nông nghiệp, y dược,…)[3, 4]. Các kết quả nghiên cứu khẳng định phức chất của nguyên tố đất hiếm với aminoaxit được dùng làm chất xúc tác tách AND, ARN [2], có hoạt tính thuốc [5]. Trong bài báo này, chúng tôi thông báo kết quả khảo sát ảnh hưởng của phức chất tạo bởi lantan với l-glutamin, lantan với l- lơxin đến sự phát triển mầm của hạt đỗ tương và hoạt tính kháng khuẩn của chúng đối với một số vi khuẩn gây bệnh.

THỰC NGHIỆM

1. Điều chế phức chất của lantan với l-glutamin, với l-lơxin

Trộn La(NO3)3 với l-glutamin (Gln) hoặc l-lơxin (Leu) theo tỉ lệ mol là 1:3. Sau đó hoà tan hỗn hợp trên bằng dung dịch nước etanol theo tỉ lệ thể tích là 1:1. Đun cách thuỷ hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ 50 ÷ 600C. Thỉnh thoảng thêm vào hỗn hợp phản ứng một lượng xác định etanol tuyệt đối. Khi nước * Tel: 0982859002

trong hỗn hợp phản ứng còn một lượng tối thiểu thì ngừng đun, để nguội. Các tinh thể phức rắn tách ra ở pH 6 ÷ 6,5. Lọc rửa phức rắn thu được bằng etanol tuyệt đối và bảo quản trong bình hút ẩm [1].

Bằng các phương pháp phân tích hóa học cho thấy các phức chất thu được có thành phần tương ứng với công thức La(Gln)3(NO3)3.4H2O và La(Leu)3(NO3)3. Các phức chất tan tốt trong nước, kém tan trong các dung môi hữu cơ như etanol, axeton,… 2. Khảo sát ảnh hưởng của phức chất La(Gln) 3(NO3)3.4H2O đến sự phát tri ển mầm của hạt đỗ tương Phương pháp thí nghiệm: Chọn 6 mẫu hạt đỗ tương, mỗi mẫu 50 hạt kích thước tương đối đồng đều (Khối lượng 11,87 ± 0,01 g). Ngâm hạt trong các dung dịch phức chất có nồng độ 50, 100, 150, 200, 250 ppm (mẫu so sánh ngâm trong nước cất). Thể tích mỗi dung dịch phức chất và nước cất đem ngâm là 100 ml. Sau thời gian 24 giờ vớt ra và ủ hạt trong cốc cỡ 500 ml, được lót dưới và đậy trên bằng giấy lọc. Các dung dịch ngâm được thu hồi để tưới lại lần sau. Hàng ngày tưới hạt bằng các dung dịch phức và nước cất theo thứ tự các mẫu, ngày tưới 3 lần, mỗi lần khoảng 30 phút.


4

Sau khi mầm hạt phát triển được số ngày tuổi nhất định, đem đo độ dài thân mầm và rễ của từng cây trong các mẫu thí nghiệm. Kết quả được trình bày ở bảng 1, hình 1.

Từ kết quả bảng 1, hình 1 cho thấy: trong khoảng nồng độ khảo sát của phức chất 50÷250 ppm, từ nồng độ 50 ÷ 100 ppm phức chất kích thích sự phát triển mầm của hạt đỗ tương, sự kích thích thể hiện rõ ở nồng độ 100 ppm; còn từ nồng độ 150 ÷ 250 ppm lại

ức chế sự phát triển mầm, sự ức chế tăng theo nồng độ. 3. So sánh ảnh hưởng của phức chất, ion kim loại và phối tử Gln đến sự phát tri ển mầm của hạt đỗ tương Tiến hành thí nghiệm như 2, mẫu nghiên cứu ngâm trong các dung dịch: dung dịch phức La(Gln)3(NO3)3.4H2O nồng độ 100 ppm, dung dịch La(NO3)3 nồng độ 100 ppm và dung dịch Gln nồng độ 300 ppm. Kết quả được trình bày ở bảng 2, hình 2.

Bảng 1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phức chất La(Gln)3(NO3)3.4H2O đến sự phát triển mầm hạt đỗ tương

Mẫu 1 2 3 4 5 6 Nồng độ phức chất (ppm) 0(H2O) 50 100 150 200 250 Thời gian (ngày) 4

d T (cm) 3,10 3,15 3,36 2,93 2,58 2,41

d R (cm) 2,37 2,40 2,55 2,23 1,93 1,77

AT (%) 100 101,61 108,39 94,52 83,23 77,74 AR (%) 100 101,27 107,59 94,09 80,52 73,75

n 7

n: độ lặp lại; d T: là độ dài trung bình của thân mầm đỗ tương; d R : là độ dài trung bình của rễ mầm đỗ tương; AT là % độ dài thân so với đối chứng; AR là % độ dài rễ so với đối chứng;

AT, AR = X

SS

d

d.100

d SS: Độ dài trung bình thân, rễ của mầm đỗ tương ở mẫu so sánh (đối chứng).

d X: Độ dài trung bình thân, rễ của mẫu xử lý.

Hình 1. Ảnh hưởng của nồng độ phức chất La(Gln)3(NO3)3.4H2O đến sự phát triển mầm hạt đỗ tương

Mẫu 1 2 3 4 5 6 Nồng độ phức chất (ppm) 0(H2O) 50 100 150 200 250

Hình 2. Ảnh hưởng của phức chất, phối tử và ion kim loại đến sự phát triển mầm hạt đỗ tương


5

1 2 3 4 H2O Gln La(Gln)3(NO3)3.4H2O La(NO3)3

Bảng 2. Kết quả so sánh ảnh hưởng của phức La(Gln)3(NO3)3.4H2O, Gln và La(NO3)3 đến sự phát triển mầm của hạt đỗ tương

Mẫu 1 2 3 4 Dung dịch H2O Gln La(Gln)3(NO3)3.4H2O La(NO3)3

Nồng độ (ppm) - 300 100 100 Thời gian (ngày) 4

d T (cm) 3,10 3,53 3,36 2,90

d R (cm) 2,37 2,64 2,43 1,97

AT (%) 100 113,87 108,39 93,55 AR (%) 100 111,39 102,53 82,08

Từ kết quả ở bảng 2, hình 2 cho thấy phức chất và phối tử đều kích thích sự phát triển mầm hạt đỗ tương, phức chất có tác dụng kích thích sự phát triển mầm đỗ tương kém hơn phối tử, ion kim loại ức chế sự phát triển mầm hạt đỗ tương. 4. Khảo sát ảnh hưởng của phức chất La(Leu)3(NO3)3 đến sự phát tri ển mầm của hạt đỗ tương Tiến hành thí nghiệm như 2.2 với các dung dịch phức chất có nồng độ 60, 120, 180, 240,

300 ppm. Kết quả được trình bày ở bảng 3, hình 3.

Từ kết quả ở bảng 3, hình 3 cho thấy phức chất có tác dụng ức chế sự phát triển mầm của hạt đỗ tương. Sự ức chế làm giảm chiều cao của mầm và độ dài của rễ. Trong khoảng nồng độ khảo sát từ 60 ÷ 300 ppm, phức chất có tác dụng ức chế sự phát triển mầm của hạt đỗ tương. Sự ức chế rõ rệt ở nồng độ 120 ppm và tăng theo nồng độ.

Bảng 3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phức chất La(Leu)3(NO3)3 đến sự phát triển mầm hạt đỗ tương


Thời gian (ngày) 4

d T (cm) 3,07 2,84 2,46 2,27 2,05 1,82

d R (cm) 2,34 2,2 1,78 1,61 1,42 1,25

AT (%) 100 92,51 80,13 73,94 66,78 59,28 AR (%) 100 94,02 76,07 68,80 60,68 53,42 N 7

Hình 3. Ảnh hưởng của nồng độ phức chất La(Leu)3(NO3)3 đến sự phát triển mầm hạt đỗ tương



6

5. So sánh ảnh hưởng của phức chất , ion kim loại và phối tử Leu đến sự phát tri ển mầm của hạt đỗ tương

Đã tiến hành như thí nghiệm 2.2, mẫu nghiên cứu ngâm trong các dung dịch:

Dung dịch phức La(Leu)3(NO3)3 nồng độ 120 ppm, dung dịch La(NO3)3 nồng độ 120 ppm và dung dịch Leu nồng độ 360 ppm. Các kết quả được trình bày ở bảng 4, hình 4. Từ kết quả ở bảng 4, hình 4 cho thấy, cũng như phức chất, phối tử và ion kim loại có tác dụng ức chế sự phát triển mầm của hạt đỗ tương. Phức chất có tác dụng ức chế kém hơn phối tử và tốt hơn ion kim loại.

6. Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của các phức chất Chúng tôi tiến hành thử khả năng kháng khuẩn của các phức chất La(Gln)3(NO3)3.4H2O, La(Leu)3(NO3)3 đối với hai vi khuẩn:

Vi khuẩn staphylococcus (khuẩn gam dương)

Vi khuẩn escherichia coli (khuẩn gam âm). Mẫu nghiên cứu được tiến hành ở phòng Vi sinh - Trường Đại học Y - Dược - Đại học Thái Nguyên.

Các chủng khuẩn được nuôi cấy trong môi trường Mueller-Hinton-Aga, bằng phương pháp khuếch tán trong thạch (kỹ thuật giếng thạch). Kết quả được chỉ ra ở bảng 5, hình 5.

Ở bảng 5, hình 5:

Mẫu 1, 3: La(Gln)3(NO3)3.4H2O; Mẫu 2,4: La(Leu)3(NO3)3

Từ kết quả ở bảng 5, hình 5 cho thấy ở nồng độ khảo sát là 50 000 µg/ml, các phức chất có tác dụng kháng khuẩn với hai loại vi khuẩn Escherichia coli và Staphylococcus. Khả năng kháng khuẩn của hai phức chất khác nhau không đáng kể.

Bảng 4. Kết quả so sánh ảnh hưởng của phức La(Leu)3(NO3)3, La(NO3)3 và Leu đến sự phát triển mầm của hạt đỗ tương

Mẫu 1 2 3 4 Dung dịch H2O La(Leu)3(NO3)3 La(NO3)3 Leu

Nồng độ (ppm) - 120 120 360 Thời gian (ngày) 4

d T (cm) 3,07 2,46 2,68 2,31

d R (cm) 2,34 1,78 1,94 1,63

AT (%) 100 80,13 87,30 75,24 AR (%) 100 76,07 82,91 69,66

n 7

Hình 4. Ảnh hưởng của phức chất, phối tử và ion kim loại đến sự phát triển mầm hạt đỗ tương

Bảng 5. Tác dụng kháng khuẩn của các phức chất ở nồng độ 50 000 µg/ml

Mẫu Đường kính vòng vô khuẩn (mm)

Escherichia coli Staphylococcus La(Gln)3(NO3)3.4H2O 21 29 La(Leu)3(NO3)3 18 30


7

Hình 5. Kết quả thử nghiệm kháng khuẩn của phức chất với vi khuẩn Escherichia coli (ảnh bên trái) và vi khuẩn Staphylococcus (ảnh bên phải)

KẾT LUẬN

Ion La3+ cũng như các phức chất của nó với L-glutamin và L-lơxin có ảnh hưởng đến sự phát triển mầm của hạt đỗ tương.

1. Trong khoảng nồng độ 50 ÷ 100 ppm phức chất La(Gln)3(NO3)3.4H2O kích thích sự phát triển mầm của hạt đỗ tương, và thể hiện rõ ở nồng độ 100 ppm. Mức độ kích thích của phức chất kém phối tử, còn ion kim loại ức chế sự phát triển mầm hạt đỗ tương. Sự kích thích của phức chất làm tăng độ dài thân và rễ của mầm đỗ tương.

2. Trong khoảng nồng độ từ 60 ÷ 300 ppm, phức chất La(Leu)3(NO3)3 có tác dụng ức chế sự phát triển mầm của hạt đỗ tương, nồng độ ức chế rõ rệt là 120 ppm. Sự ức chế làm giảm độ dài thân và rễ của mầm đỗ tương. Sự ức chế tăng dần theo nồng độ. Mức độ ức chế của phức chất kém hơn phối tử và tốt hơn ion kim loại.

3. Ở nồng độ 50 000 µg/ml các phức chất La(Gln)3(NO3)3.4H2O, La(Leu)3(NO3)3 đều có hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn Escherichia coli và Staphylococcus. Từ những kết quả thu được, chúng tôi cho rằng

các phức chất của lantan với Gln và Leu là có hoạt tính thuốc, có triển vọng để nghiên cứu ứng dụng chúng trong sinh học và y dược.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Indrasenan P, Lakshmy M (1997). Synthesis and infrared spectral studies of some lanthanide complexes with leucine, Indian Journal of Chemistry. Vol 36A, P. 998 – 1000. [2]. Julia Torres, Carlos Kremer, Helena Pardo,…(2003). Preparation and crystal structure of new Samarium complexes with glutamic acid. Journal of Molecular Structure 660, P. 99 – 106. [3]. P.H. Brown etal (1990). Rare earth elements biological system hand book on the physics and chemistry or rare earth. Vol. 13, P. 432 – 450. [4]. R. Celia Carubelli, Ana M.G.Massabni and Sergio R (1997). de A Leite. J. Braz. Chem. Soc. Vol. 8, No. 6, P. 597 -602. [5]. Yang Zupei, Zhang Banglao, YuYueying, Zhang Hongyu (1998). Synthesis and characterazation on solid compounds of L – histidine with light rare earth chlorides. Vol. 26, No. 1, P 57 – 59.


8

SUMMARY STUDY OF BIOLOGICAL ACTIVITY OF THE COMPLEXES OF LA THANIDE WITH L-GLUTAMINE AND L-LEUCINE

Le Huu Thieng*, Vu Thi Ngoc Thuy, Nguyen Thi Thu Huyen College of Education – Thai Nguyen University

This paper reports the surveyed results about the impacts of the complex La(Gln)3(NO3)3.4H2O and complex La(Leu)3(NO3)3 to soya sprouts’ development and their antibacterial ability against the two bacteria: Escherichia ecoli and staphylococcus. Impacts of the complex La(Gln)3(NO3)3.4H2O to the development of soya sprouts were studied under the concentration range of 50 ÷ 250 ppm. The experimental results show that under the concentration range of 50 ÷ 100 ppm, the complexes can stimulate the soya sprouts’ development, however, under the concentration range of 150 ÷ 250 ppm, they can restrict the development of soybean. The complexes stimulate the development of soybean sprouts less than ligands while metal ions restrict the development of soybean spouts. Impacts of the complexes La(Leu)3(NO3)3 were studied under the concentration range from 60 ÷ 300 ppm. The experimental results show the complexes may restrict the development of soya sprouts, this restriction increases depending on the concentration range. The complexes restrict soya sprouts less than ligands, but better than metal ions. At the concentration range of 50,000 µg / ml, both of two complexes have antibacterial activities against the bacteria: Escherichia coli and staphylococcus. The resistant ability against bacteria of the two complexes is not significantly different. Key words: complexes, lanthanum, glutamine, leucine, biological activity

* Tel: 0982859002

Phạm Thị Hồng Minh và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 9 - 13

9

CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BAN ĐẦU VỀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA THÂN CÂY NA LEO ( KADSURA HETEROCLITA) Ở TAM ĐẢO - VĨNH PHÚC

Phạm Thị Hồng Minh1, Lưu Văn Nguyên2,Nguyễn Ngọc Tuấn1, Nguyễn Quảng An1, Trương Thị Thanh Nga1, Nguyễn Quyết Ti ến1

1Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 2Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Cây Na leo hay còn gọi là cây Nắm cơm (Kadsura heteroclita) thuộc họ Ngũ vị (SCHISANDRACEAE) được nhân dân sử dụng làm thuốc bổ hoạt huyết, giảm đau, kích thích tiêu hóa, một số nơi dùng dây và rễ chữa cam sài, động kinh, tê thấp, còn dây và lá trị kiết lỵ, lá để chữa mụn bắp chuối, viêm ruột, viêm dạ dày và hành tá tràng, chữa đau xương, đau bụng và trị cảm mạo [1, 3]. Một số kết quả nghiên cứu ban đầu thu được về thành phần hóa học của dịch chiết n-hexan từ cây Na leo – Kadsura heteroclita, cho biết, ngoài 2 chất thuộc nhóm chất phytosterol là β-sitosterol (1), 3β-O-β-sitosterol-glucopyranosid (2) còn axit kadsuric (3) là thành phần chính trong dịch n-hexan của cây này. Cấu trúc hóa học của chúng được xác định bằng các phương pháp phổ hiện đại IR, LC-MS và 1D-, 2D-NMR. Từ khóa: Kadsura heteroclita, sterol và axit kadsuric

GIỚI THIỆU* Cây Na leo hay có tên gọi khác là Dây răng ngựa, Nắm cơm, Hải phong đằng có tên khoa học Kadsura heteroclita thuộc chi Ngũ vị tử nam (Kadsura), họ Ngũ vị (SCHISANDRACEAE). Ở Việt Nam, cây Na leo phân bố ở Lào Cai, Thái Nguyên, Hòa Bình (Mai Châu), Ninh bình, Đà Nẵng. Ngoài ra, cây còn có ở Ấn Độ, Trung Quốc, Mianma và Indonesia… Chi Ngũ vị tử nam (Kadsura) ở Việt Nam có khoảng 6 loài [2]. Thành phần hóa học của Kadsura heteroclita đã có nhiều công trình nghiên cứu được công bố ở ngoài nước. Các lớp chất chủ yếu trong cây Na leo gồm: phytosterol, các triterpen khung lanostan, tannin, lignan, lacton… Một số hợp chất triterpen và tannin có nhiều hoạt tính quí như kháng khuẩn, kháng viêm, chống ô xi hóa, kháng HIV, chống ung thư… [4, 5]. Trong khuôn khổ bài báo này chúng tôi trình bày một số kết quả ban đầu về thành phần hóa học trong dịch chiết n-hexan của thực vật Kadsura heteroclita.

THỰC NGHIỆM

1. Nguyên liệu 3,5 kg mẫu thân, cành cây Na leo – Kadsura heteroclita khô được thu hái ở Tam Đảo - * Tel: 01676473616; Email: [email protected]

Vĩnh phúc tháng 11 năm 2010 và được ThS. Bùi Văn Thanh Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam xác định tên khoa học là Kadsura heteroclita.

2. Thiết bị nghiên cứu

Điểm chảy được đo trên máy Electrothermal IA-9200 (Anh). Phổ IR được ghi trên máy IMPACT 410 sử dụng đĩa nén tinh thể KBr. Phổ ESI-MS đo trên máy HP-1100 LS/MS Trap. Phổ 1H-NMR (500 MHz) và 13C-NMR (125 MHz) được ghi trên máy Bruker AM500 FT-NMR và TMS được sử dụng là chất nội chuẩn. Sắc kí cột (CC) sử dụng chất nhồi Silica gel (Kieselgel 60, 70 - 230 mesh và 230 - 400 mesh, Merck).

3. Phương pháp nghiên cứu Mẫu thực vật tươi được khử men trong tủ sấy 10 phút ở nhiệt độ 110 oC, sau đó được sấy khô đến khối lượng không đổi (độ ẩm < 10%) ở nhiệt độ 60oC. Mẫu khô được nghiền nhỏ và được tiến hành ngâm chiết phân đoạn và phân lập các chất sạch bằng phương pháp sắc kí cột silica gel. Phương pháp ngâm chiết và phân lập chất xem sơ đồ 1.

4. Dữ liệu phổ các chất đã phân lập

• β-Sitosterol (1)


10

Tinh thể hình kim không màu (51 mg), điểm chảy 139-141 0C. IR (νmax , cm-1): 3431,5 (dao động hóa trị OH), 2931,3 (dao động hóa trị CH); 1647,2 (C=C); EI-MS (m/z): 414[M]+. 1H-NMR (500MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 3,51 (1H, m, H-3); 5,31 (1H, dd, J=5 và 2 Hz, H-6); 1,01 (3H, s, H-18); 0,92 (3H, d, J = 6,6Hz, H-21); 0,85 (3H, d, J = 7,1Hz, H-26); 0,84 (3H, d, J = 6,6Hz, H-29); 0,81 (3H, d, J = 6,6Hz, H-28); 0,68 (3H, s, H-19). 13C-NMR (125MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 37,3 (C-1); 31,7 (C-2); 71,8 (C-3); 42,3 (C-4); 140,8 (C-5); 121,7 (C-6); 31,9 (C-7); 31,9 (C-8); 50,2 (C-9); 36,5 (C-10); 21,1 (C-11); 39,8 (C-12); 42,3 (C-13); 56,8 (C-14); 24,3 (C-15); 28,3 (C-16); 56,1 (C-17); 11,9 (C-18); 19,4 (C-19); 36,2 (C-20); 18,8 (C-21); 33,9 (C-22); 26,1 (C-23); 45,9 (C-24); 29,2 (C-25); 19,1 (C-26); 19,4 (C-27); 23,1 (C-28); 11,9 (C-29).

β-Sitosterol (1)

• 3β-O-β-sitosterol-glucopyranosid (2) Chất bột rắn trắng (44 mg), Phổ FT-IR νmax

(cm-1): 3390 (rộng); 2934; 1644; 1461; 1373; 1073; 1026.

Phổ EI-MS: m/z (%): 396 [M - C6H12O6]+

(9); 273 (2); 255 (9); 185 (5); 161 (15); 145 (25); 133 (21); 105 (42), 91 (46); 81 (51); 69 (100).

Phổ 1H-NMR (500 MHz, DMSO-d6); δ (ppm): 0,65 (3H, s, Me-18); 0,93 (3H, s, Me-19).

Phổ 13C-NMR (125MHz, DMSO-d6); δ (ppm): Phần genin: 36,3 (t, C-1); 27,9 (t, C-2); 76,8 (d, C-3); 38,4 (t, C-4); 140,6 (s, C-5); 121,3 (d, C-6); 31,7 (d, C-7); 31,5 (d, C-8); 50,7 (d, C-9); 35,6 (s, C-10); 21,0 (t, C-11); 36,9 (t, C-12); 45,2 (s, C-13); 56,3 55,5 (d, C-17);11, 9 (q, C-18); 19,8 (q, C-19); 33,4 (d, C-20); 19,6 (d, C-21); 31,5 (t, C-22); 28,8 (t, C-23); 49,7 (d, C-24); 25,5(t, C-25); 19,0 (q,

C-26); 20,7 (d, C-27); 22,7(t, C-28); 12,2 (q, C-29); Phần đường: 100,9 (d, C-1'); 77,1 (d, C-3'); 76,8 (d, C-5'); 73,6 (d, C-2'); 70,2 (d, C-4'); 61,2 (t, C-6')

3β-O-β-sitosterol-glucopyranosid (2) • Axit kadsuric (3) Chất tinh thể hình kim không màu (800 mg), nhiệt độ nóng chảy: 156 – 158 0C, LC-ESI/MS positive (m/z): 471,0 [M+H]+, 1H-NMR (500MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 5,34 (1H, dd, J=5,5Hz, H-11); 6,09 (1H, dd, J=7,5Hz, H-24); 4,88 và 4,69 (2H, dd, H-29); 0,66 (3H, s, H-18); 1,07 (3H, s, H-19); 0,95 (3H, d, H-21); 1,90 (3H, s, H-27); 0,75 (3H, s, H-28); 1,76 (3H, s, H-30). 13C-NMR (125MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 32,0 (C-1); 26,7 (C-2); 181,1 (C-3); 147,5 (C-4); 49,5 (C-5); 27,8 (C-6); 28,9 (C-7); 42,5 (C-8); 142,4 (C-9); 42,5 (C-10); 118,6 (C-11); 37,6 (C-12); 43,9 (C-13); 47,2 (C-14); 33,7 (C-15); 27,8 (C-16); 50,7 (C-17); 14,6 (C-18); 26,8 (C-19); 36,0 (C-20); 18,2 (C-21); 35,7 (C-22); 26,7 (C-23); 147,3 (C-24); 125,8 (C-25); 173,7 (C-26); 20,4 (C-27); 18,1 (C-28); 113,7 (C-29); 23,2 (C-30).

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Từ phân đoạn dịch chiết n-hexan của bột khô thân, cành cây Na leo – Kadsura heteroclita (3,5 kg), bằng các phương pháp ngâm chiết, phân lập các chất trên sắc ký cột với chất nhồi Silica gel và các hệ dung môi rửa giải thích hợp chúng tôi đã phân lập được 5 hợp chất gồm 2 chất phytosterol là (1) và (2). Bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1D, 2D-NMR kết hợp với so sánh các dữ liệu phổ của chúng với các dữ liệu phổ của các chất β-sitosterol và 3β-O-β-sitosterol-glucopyranosid tương ứng trong tài liệu [6] cho thấy chúng hoàn toàn phù hợp, cho phép khẳng định chúng là β-sitosterol và 3β-O-β-sitosterol-glucopyranosid. Chất 3 còn lại là axit kadsuric thuộc lớp chất triterpen thuộc khung


11

lanostan. Chất 4 và 5 còn lại đang được tiếp tục xác định cấu trúc. • Axit kadsuric (3) Hợp chất 3 cũng thu được từ dịch chiết n-hexan của cây Na leo sau khi chạy qua cột Silica gel và kết tinh lại trong chloroform thu được chất rắn tinh thể hình kim không màu (800 mg ~0,023%). Phân tích sơ bộ các loại phổ của 3 có thể khẳng định nó là một hợp chất với bộ khung C30 với 3 loại proton olefin ở các độ dịch chuyển hóa học δH: 5,34 (1H, dd, J=5,5Hz, H-11); 6,09 (1H, dd, J=7,5Hz, H-24); 4,88 và 4,69 (2H, m, H-29); 5 nhóm metyl singlet (vân đơn) ở các độ dịch chuyển hóa học δC/H: 0,66 (3H, s, H-18); 1,07 (3H, s, H-19); 1,90 (3H, s, H-27); 0,75 (3H, s, H-28); 1,76 (3H, s, H-30) và một nhóm metyl dublet (vân kép) ở δH 0,95 (3H, d, H-21).

Phổ 1H, 13C, DEPT NMR và HSQC của 3 cho biết có tổng số 30 cacbon gồm có 8 C thuộc các C liên kết trong đó 2 C thuộc các liên kết carbonyl axit (COOH) ở các δC : 147,5 (C-4); 142,4 (C-9); 118,6 (C-11); 147,3 (C-24); 125,8 (C-25); 113,7 (C-29); 173,7 (C=O, C-26) và 181,1 (C=O, C-3). 6 nhóm metyl ở các δC/H : 14,6/0,66 (3H, s, H-18); 26,8/1,07 (3H, s, H-19); 18,2/0,95 (3H, d, H-21); 20,4/1,90 (3H, s, H-27); 18,1/0,75 (3H, s, H-28) và 23,2/1,76 (3H, s, H-30). Phổ IR của 3 cho biết các liên kết đặc trưng ở các tần số dao động 2969-2933 cm-1 (CH) 1700 cm-1 (C=O); 1632 cm-1 (C=C). Phổ EIS-MS cho [M+H]+ = 471 tương ứng với công thức C30H47O4 → M = 470 ứng với C30H46O4. Trên cơ sở số liệu phổ NMR (1D và 2D) các dữ liệu phổ NMR và các tương tác xa của 3 được tổng kết trong bảng 1.

Bảng 1. Số liệu phổ NMR và các tương tác xa của 3 500MHz (1H-NMR), 125MHz (13C-NMR); Nội chuẩn TMS, dung môi CDCl3

TT H (δ ppm) C (δ ppm) H → C (HMBC) CHn (DEPT) 1 2,04 và 1,80 (m) 32,0 2; 3; 10 CH2 2 2,43 và 1,58 (m) 26,7 3 CH2 3 - 181,1 C 4 - 147,5 C 5 2,05 (m) 49,5 4; 6; 10 CH 6 27,8 7 CH2 7 28,9 6 CH2 8 2,14 (m) 42,5 7; 9; 14 CH 9 - 142,4 C 10 - 42,5 C 11 5,34 (1H, dd, J=5,5Hz) 118,6 8; 13 CH 12 37,6 CH2 13 - 43,9 C 14 - 47,2 C 15 1,38 (m) 33,7 16 CH2 16 1,90 và 1,78 (m) 27,8 15 CH2 17 1,64 (m) 50,7 13; 16; 18; 22 CH 18 0,66 (s) 14,6 12; 13; 14; 17 CH3 19 1,07 (s) 26,8 1; 5; 8; 9 CH3 20 1,43 (m) 36,0 19 CH 21 0,95 (d) 18,2 17; 22; 23 CH3 22 1,17 và 1,53 (m) 35,7 20; 23 CH2 23 26,7 CH2 24 6,09 (1H, dd, J=7,5Hz) 147,3 22, 26; 27 CH 25 - 125,8 - C 26 - 173,7 - C 27 1,90 (s) 20,4 24; 25; 26 CH3

28 0,75 (s) 18,1 13; 14; 15; 17 CH3 29 4,88 và 4,69 (2H, dd) 113,7 5; 30 CH2 30 1,76 (s) 23,2 4; 29 CH3


12

Sơ đồ 1. Phương pháp ngâm chiết và phân lập các chất từ thân cành cây Na leo

Qua việc phân tích các số liệu phổ NMR của chất 3 như trên, kết hợp so sánh với các kết quả nghiên cứu về axit kadsuric trong tài liệu [7] cho phép khẳng định hợp chất 3 là axit kadsuric với cấu trúc hóa học của nó như sau.

Axit kadsuric

KẾT LUẬN Từ các kết quả nghiên cứu ở trên chúng tôi đi đến kết luận sau:

Từ thực vật Na leo – Kadsura heteroclita, thu hái ở Tam Đảo, Vĩnh Phúc đã phân lập được 3 hợp chất thuộc các lớp chất đã biết như: các phytosterol: β-sitosterol (1), 3β-O-β-sitosterol-glucopyranoside (2) và hợp chất triterpen khung lanostan axit kadsuric (3). Trong đó, hợp chất axit kadsuric (3) với hàm lượng khá cao và liên kết đôi ở vị trí C24,25 có cấu hình trans khác với kết quả trong tài liệu [7] và lần đầu tiên phân lập được từ cây này.

Lời cảm ơn: Các kết quả nghiên cứu này được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí từ Đề tài NAFOSTED, mã số 104.01-2010.23

TÀI LI ỆU THAM KHẢO

[1]. Đào Hữu Bích và cộng sự (2004), Những cây thuốc và động vật làm thuốc, Nxb Khoa học kỹ thuật, tr. 416-423. [2]. Danh mục các loài thực vật Việt Nam tập II, (2003) Nxb Nông nghiệp. , tr.135 [3]. Phạm Hoàng Hộ (2000), Cây cỏ Việt Nam, Nxb trẻ TP Hồ chí Minh, , quyển I, tập I, tr.384-386 [4]. Wei Wang, Jinzhi Liu; Jian Han; Zhengren Xu; Rongxia Liu; Peng Liu; Weixing Wang; Xiaochi Ma; Shuhong Guan and Dean Guo, New triterpenoids from Kadsura heteroclita and their cytotoxic activities, Planta Med., vol 72, pp. 450-457, 2006. [5]. Xiu Wei Yang, Masao Hattori, Tsuneo Namba, Dao Feng Chen and Guo Jun Xu; Anti-lipid peroxidative effect of an extract of the stems of Kadsura heteroclita and it’s major constituent Kadsurin, in mice, Chem. Pharm. Bull., Vol 40(2), pp.406-409, 1992. [6]. Goad, L. J., and Akihisa, T., “Analysis of sterols”, Chapman & Hall, (1997) 324-333. [7]. Nan Wang, Zhanlin Li, Dandan Song, Wei Li, Hongwei Fu, Kazuo Koike, Yuehu Pei, Yongkui Jing and Huiming; Lanostane-type triterpenoids from roots of Kadsura coccinea, J. Nat. Prod., Vol. 71, pp.990-994.


13

SUMMARY PRIMARY STUDY ON THE CHEMICAL COMPOSITION OF KADSURA HETEROCLITA, IN TAM DAO, VINH PHUC PROVINCE

Pham Thi Hong Minh1, Luu Van Nguyen2,Nguyen Ngoc Tuan1, Nguyen Quang An1, Truong Thi Thanh Nga1, Nguyen Quyet Tien1*

1Institute of Chemistry, VAST 2Thainguyen University of Education

From the n-hexan extract of the Kadsura heteroclita growing in Vietnam, three known compounds as β-sitosterol (1), 3β-sitosteryl 1-O-β-D-glucopyranoside (2), and kadsuric acid (3), were isolated. Their chemical structures were identified by IR, Mass, ESI/Mass, 1D and 2D NMR experiments. Compound kadsuric acid (3) was isolated from this plant for the first time. Key words: Kadsura heteroclita, phytosterols and kadsuric acid

* Tel: 01676473616; Email: [email protected]


14

Nguyễn Quyết Tiến và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 15 - 18

15

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BAN ĐẦU VỀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CÂY BẰNG LĂNG NƯỚC (LAGERSTROEMIA SPECIOSA)

Nguyễn Quyết Ti ến1, Phạm Thị Hồng Minh1, Nguyễn Quảng An1, Trương Thị Thanh Nga1, Nguyễn Ngọc Tuấn1, Đoàn Văn Tuấn2, Phạm Hữu Điển3

1Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2Trường ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên, 3Trường ĐH Sư phạm Hà Nội

TÓM TẮT Bằng lăng nước – Lagerstroemia speciosa là cây thuốc quí của một số nước Đông Nam Á và Ấn Độ. Người ta sử dụng nó để điều trị các bệnh như đái tháo đường, giảm mỡ máu và kháng viêm [1-9]. Những kết quả nghiên cứu ban đầu thu được về thành phần hóa học của cây Bằng lăng nước – Lagerstroemia speciosa, cho biết, ngoài 2 chất thuộc nhóm chất phytosterol là β-sitosterol (1), β-sitosterol-3-yl-glucopyranosid (2) còn axit 3,7,8-tri-O-methylellagic (3) lần đầu tiên phân lập được từ cây này. Cấu trúc hóa học của chúng được xác định bằng các phương pháp phổ hiện đại IR, HR/MS và 1D-, 2D-NMR. Từ khóa: Lagerstroemia speciosa, sterol, axit 3,7,8-tri-O-methylellagic

GIỚI THIỆU* Cây Bằng lăng nước – Lagerstroemia speciosa, thuộc họ Bằng lăng (LYTHRACEAE), Bằng lăng nước (tiếng Philipin: Banaba, tiếng Campuchia: Bang-lang, tên Ấn Độ: Pride of India, Queen 's flower) hay còn gọi là Bằng lăng tiên, tên khoa học là Lagerstroemia speciosa (L.) Pers. họ Bằng lăng (Lythraceae) [1, 2]. Ở Việt Nam, Bằng lăng nước có nhiều ở Hà Nội, Lâm Đồng, Đồng Nai, thành phố Hồ Chí Minh … Chi Bằng lăng (Lagerstroemia) ở Việt Nam có khoảng 20 loài. Bằng lăng nước là loài bằng lăng hoa tím ở vùng nhiệt đới đã được dùng làm thuốc chữa bệnh ở Châu Mỹ, Ấn Độ, Philippin,... để trị tiểu đường và khá nhiều bệnh khác như trị ỉa chảy, chống ô xi hóa, giảm mỡ máu, kháng khuẩn, … Thành phần hóa học của Bằng lăng nước đã có nhiều công trình nghiên cứu được công bố ở trong và ngoài nước. Các lớp chất chủ yếu trong Bằng lăng nước gồm: phytosterol, axit béo, các triterpen, glycosid, tannin, amino axit, … Đặc biệt, hợp chất axit urosolic (axit 2α-hydroxyursolic) với hàm lượng khá cao trong nó được cho là hoạt chất có tác dụng giảm glucozơ huyết rất tốt [3=4]. Trong khuân khổ bài báo này chúng tôi trình bày về một số kết quả ban đầu phân lập được từ cây này. * Tel: 01676473616; Email: [email protected]

THỰC NGHIỆM

1. Nguyên liệu Mẫu lá, cành cây Bằng lăng nước – Lagerstroemia speciosa, (1,0 kg khô từ 8 kg tươi) được thu hái ở Từ Liêm, Hà Nội tháng 12 năm 2010 và được TS. Đỗ Hữu Thư, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam xác định tên khoa học là Lagerstroemia speciosa.

2. Thiết bị nghiên cứu Điểm chảy được đo trên máy Electrothermal IA-9200 (Anh). Phổ IR được ghi trên máy IMPACT 410 sử dụng đĩa nén tinh thể KBr. Phổ ESI-MS đo trên máy HP-1100 LS/MS Trap. Phổ 1H-NMR (500 MHz) và 13C-NMR (125 MHz) được ghi trên máy Bruker AM500 FT-NMR và TMS được sử dụng là chất nội chuẩn. Sắc kí cột (CC) sử dụng chất nhồi Silica gel (Kieselgel 60, 70 - 230 mesh và 230 - 400 mesh, Merck).

3. Phương pháp nghiên cứu Mẫu thực vật tươi được khử men trong tủ sấy 10 phút ở nhiệt độ 110oC, sau đó được sấy khô đến khối lượng không đổi (độ ẩm < 10%) ở nhiệt độ 60oC. Mẫu khô được nghiền nhỏ và được tiến hành ngâm chiết phân đoạn và phân lập các chất sạch bằng phương pháp sắc kí cột silica gel. Phương pháp ngâm chiết và phân lập chất xem sơ đồ 1.


16

4. Dữ liệu phổ các chất đã phân lập

β-Sitosterol (1)

Tinh thể hình kim không màu (47 mg), điểm chảy 138-140 0C. IR (νmax , cm-1): 3431,5 (dao động hóa trị OH), 2931,3 (dao động hóa trị CH); 1647,2 (C=C); EI-MS (m/z): 414[M]+. 1H-NMR (500MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 3,51 (1H, m, H-3); 5,31 (1H, dd, J=5 và 2 Hz, H-6); 1,01 (3H, s, H-18); 0,92 (3H, d, J = 6,6Hz, H-21); 0,85 (3H, d, J = 7,1Hz, H-26); 0,84 (3H, d, J = 6,6Hz, H-29); 0,81 (3H, d, J = 6,6Hz, H-28); 0,68 (3H, s, H-19). 13C-NMR (125MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 37,3 (C-1); 31,7 (C-2); 71,8 (C-3); 42,3 (C-4); 140,8 (C-5); 121,7 (C-6); 31,9 (C-7); 31,9 (C-8); 50,2 (C-9); 36,5 (C-10); 21,1 (C-11); 39,8 (C-12); 42,3 (C-13); 56,8 (C-14); 24,3 (C-15); 28,3 (C-16); 56,1 (C-17); 11,9 (C-18); 19,4 (C-19); 36,2 (C-20); 18,8 (C-21); 33,9 (C-22); 26,1 (C-23); 45,9 (C-24); 29,2 (C-25); 19,1 (C-26); 19,4 (C-27); 23,1 (C-28); 11,9 (C-29).

β-Sitosterol (1)

• β-sitosterol-3-yl-glucopyranosid (2)

Chất bột rắn trắng (52 mg), Phổ FT-IR νmax

(cm-1): 3390 (rộng); 2934; 1644; 1461; 1373; 1073; 1026.

Phổ EI-MS: m/z (%): 396 [M - C6H12O6]+

(9); 273 (2); 255 (9); 185 (5); 161 (15); 145 (25); 133 (21); 105 (42), 91 (46); 81 (51); 69 (100).

Phổ 1H-NMR (500 MHz, DMSO-d6); δ (ppm): 0,65 (3H, s, Me-18); 0,93 (3H, s, Me-19).

Phổ 13C-NMR (125MHz, DMSO-d6); δ (ppm): Phần genin: 36,3 (t, C-1); 27,9 (t, C-2); 76,8 (d, C-3); 38,4 (t, C-4); 140,6 (s, C-5); 121,3 (d, C-6); 31,7 (d, C-7); 31,5 (d, C-8);

50,7 (d, C-9); 35,6 (s, C-10); 21,0 (t, C-11); 36,9 (t, C-12); 45,2 (s, C-13); 56,3 (d, C-14); 23,9 (t, C-15); 29,4 (t, C-16); 55,5 (d, C-17); 11, 9 (q, C-18); 19,8 (q, C-19); 33,4 (d, C-20); 19,6 (d, C-21); 31,5 (t, C-22); 28,8 (t, C-23); 49,7 (d, C-24); 25,5 (t, C-25); 19,0 (q, C-26); 20,7 (d, C-27); 22,7 (t, C-28); 12,2 (q, C-29); Phần đường: 100,9 (d, C-1'); 77,1 (d, C-3'); 76,8 (d, C-5'); 73,6 (d, C-2'); 70,2 (d, C-4'); 61,2 (t, C-6').

β-sitosterol-3-yl-glucopyranosid (2)

• Axit 3,7,8-tri-O-methylellagic (3)

Chất bột rắn trắng (217 mg), nhiệt độ nóng chảy: 289 – 290 0C, HR-MS positive (m/z): 345,06273 [M+H]+, 1H-NMR (500MHz, D2O, TMS, δ ppm): 6,969 (1H, s, H-6); 7,683 (1H, s, H-1); 3,759 (3H, s, H-12); 3,952 (3H, s, H-13); 4,112 (3H, s, H-11). 13C-NMR (125MHz, D2O, TMS, δ ppm): 119,18 (C-1); 114,79 (C-1a); 144,82 (C-2); 144,41 (C-3); 139,32 (C-4); 109,63 (C-4a); 158,48 (C-5); 110,61 (C-5a); 107,54 (C-6); 153,93 (C-7); 140,72 (C-8); 139,01 (C-9); 111,10 (C-9a); 158,44 (C-10); 62,24 (C-11); 56,65 (C-12); 61,68 (C-13).

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Từ 3 phân đoạn dịch chiết n-hexan, etylaxetat và metanol của bột khô thân, lá cây Bằng lăng nước – Lagerstroemia speciosa (1,0 kg), bằng các phương pháp ngâm chiết, phân lập các chất trên sắc ký cột với chất nhồi Silica gel và các hệ dung môi thích hợp chúng tôi đã thu được 3 chất sạch và cấu trúc hóa học của chúng đã được xác định dựa trên các dữ liệu phổ IR, MS, 1D, 2D-NMR và các tài liệu tham khảo [4-9] gồm: β-sitosterol (1); β-sitosterol-3-ylglucopyranosid (2) chất còn lại là phenolic axit 3,7,8-tri-O-methylellagic (3).


17

• Axit 3,7,8-tri-O-methylellagic (3) Hợp chất 3 thu được từ dịch chiết metanol của cây Bằng lăng nước – Lagerstroemia speciosa, sau khi chạy qua cột Silica gel và kết tinh lại trong metanol thu được hợp chất bột rắn màu trắng (217 mg ~0,022%). Phân tích sơ bộ các loại phổ của 3 có thể khẳng định bộ nó là một hợp chất phenolic với chỉ 2 proton olefin ở các độ dịch chuyển hóa học δH: 6,969 (s) và 7,683 (s); 3 nhóm methoxy ở các độ dịch chuyển hóa học δC/H: 56,65/3,759(s); 61,68/3,952(s) và 62,24/4,112(s). Phổ IR của 3 cho biết các liên kết đặc trưng ở các tần số dao động 3514 cm-1 (OH); 1738-1 (C=O); 1606-1 (C=C); 1046-1 và 1281-1 (C-O-C). Phổ EIS-MS cho [M+H]+ =

345 tương ứng với công thức C17H13O8 → M = 344 ứng với C17H12O8.

Phổ 1H, 13C, DEPT NMR và HSQC của 3 cho biết có tổng số 17 cac bon gồm có 14 C thuộc các C liên kết đôi với 2 C thuộc các liên kết carbonyl (C=O) ở δC về trường cao hơn thông thường 158,48 và 158,44ppm cho biết các liên kết này thuộc loại liên kết liên hợp và chứa vòng lacton. Ba C còn lại cho biết các độ dịch chuyển hóa học của nó phù hợp với các tín hiệu của 3 C thuộc các nhóm methoxy (CH3O) tại δC/H 56,65/3,759; 61,68/3,952(s) và 62,24/4,112(s). Trên cơ sở số liệu phổ NMR (1D và 2D) các dữ liệu phổ NMR và các tương tác xa của 3 được tổng kết trong bảng 1.

Sơ đồ 1. Phương pháp ngâm chiết và phân lập các chất từ cây Bằng lăng nước

Bảng 1. Số liệu phổ NMR và các tương tác xa của 3

500MHz (1H-NMR), 125MHz (13C-NMR); Nội chuẩn TMS, dung môi D2O

TT H (δ ppm)/D2O C (δ ppm)/ D2O H → C (HMBC) CHn (DEPT) 1 7.683 (s) 119.18 C-1a; 2; 3; 4; 4a; 10 1a - 114.79 >C= 2 - 144.82 3 - 144.41 4 - 139.32 4a - 109.63 >C= 5 - 158.48 >C=O 5a - 110.61 >C= 6 6.969 (s) 107.54 C-5a; 5; 7; 8; 9; 9a 7 - 153.93 8 - 140.72 9 - 139.01 9a - 111.10 >C= 10 - 158.44 >C=O 11 4.112 (s) 62.24 C-3 (144.41) CH3O- 12 3.759 (s) 56.65 C-7 (153.93) CH3O- 13 3.952 (s) 61.68 C-8 (140.72) CH3O-


18

Qua việc phân tích các số liệu phổ NMR của chất 3 như trên, kết hợp với việc so sánh với các kết quả nghiên cứu về axit 3,7,8-tri-O-methylellagic trong tài liệu [10] cho phép khẳng định hợp chất 3 là axit 3,7,8-tri-O-methylellagic với cấu trúc hóa học của nó như sau.

Axit 3,7,8-tri-O-methylellagic

KẾT LUẬN

Từ các kết quả nghiên cứu ở trên chúng tôi đi đến kết luận sau:

Từ thực vật Bằng lăng nước – Lagerstroemia speciosa, thu hái ở Từ Liêm, Hà Nội đã phân lập được 3 hợp chất thuộc các lớp chất đã biết như: các phytosterol: β-sitosterol (1), β-sitosterol-3-yl-glucopyranoside (2) và hợp chất phenolic axit 3,7,8-tri-O-methylellagic (3). Trong đó, hợp chất axit 3,7,8-tri-O-methylellagic (3) với hàm lượng khá cao và có nhiều hoạt tính quí đã được khẳng định như chống ung thư, chống ô xi hóa, kháng khuẩn [10], lần đầu tiên phân lập được từ cây này.

Lời cảm ơn: Các kết quả nghiên cứu này được được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí từ Đề tài Nghiên cứu Khoa học trọng điểm cấp Bộ, mã số B2010-17-275TĐ.


[1]. Võ Văn Chi (1997), Từ điển cây thuốc Việt Nam, Nxb Y học, tr. 76-77. [2]. Danh mục các loài thực vật Việt Nam tập II (2003), Nxb Nông nghiệp, tr.870 [3]. Phùng Thanh Hương; Nguyễn Thị Thu Hiền, Tác dụng của dịch chiết lá bằng lăng nước (Lagerstroemia speciosa (L.) Pers.) trên chuột cống đái tháo đường tuýp 2, TC Dược học, 2009, số 9, tr.19-22 [4]. Chapman & Hall/CRC. DNP on CD – ROM, 1982-2009, Version 18.1 [5]. Klein Guy; Kim Jaekyung; Himmeldirk Klaus; Cao Yanyan; Chen Xiaozhuo, Antidiabetes and Anti-obesity Activity of Lagerstroemia speciosa, Evidence-based Complementary and Alternative Medicine, 2007, Vol.4 (4): p.401. [6]. Naisheng Bai, Kan He, Marc Roller, Bolin Zheng, Xiaozhuo Chen, Zhongguang Shao, Tangsheng Peng and Qunyi Zheng, Active Compounds from Lagerstroemia speciosa, Insulin-like Glucose Uptake-Stimulatory/Inhibitory and Adipocyte Differentiation-Inhibitory Activities in 3T3-L1 Cells, J. Agric. Food Chem., 2008, Vol. 56(24), p.11668–11674 [7]. Anil P, Manish S, Garvendra RS, Vijay B, Tarachand K, In Vitro antioxidant studies of Lagerstroemia speciosa leaves, Pharmacognosy Journal, 2010, Vol. 2(10), p.357-360 [8]. H. R. Ambujakshi, Antibacterial activity of leaves of Lagerstroemia speciosa (L) Pers., Journal of Pharmacy Research, 2009, Vol 2 (6) [9]. Goad, L. J., and Akihisa, T., “Analysis of sterols”, Chapman & Hall, (1997) 324-333. [10]. George, I. Ndukwe and Yimin Zhao, Pharmacological activity of 2,3,8-tri-O-methyl ellagic acid isolated from the stem bark of Irvingia gabonensis, African Journal of Biotechnology Vol. 6 (16), 2007, p.1910-1912.

SUMMARY PRIMARY STUDY ON THE CHEMICAL COMPOSITION OF LAGERSTROEMIA SPECIOSA

Nguyen Quyet Tien1*, Pham Thi Hong Minh1, Nguyen Quang An1, Truong Thi Thanh Nga1, Nguyen Ngoc Tuan1, Doan Van Tuan2, Pham Huu Dien3

1Institute of Chemistry, VAST, 2Thainguyen University of Education 3Hanoi University of Education

Phenolic compound 3,7,8-tri-O-methylellagic acid (3), together with β-sitosterol (1) and β-sitosterol-3-yl-glucopyranosid (2) were isolated from the methanol extract of the branches and leaves of Lagerstroemia speciosa. Their structures were determined by IR, Mass, HR-ESI/Mass, 1D and 2D NMR spectra. Compound 3 was isolated from this plant for the first time. Key words: Lagerstroemia speciosa, phytosterols and 3,7,8-tri-O-ellagic acid


Nguyễn Thị Ngọc Linh và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 19 - 23

19

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LI ỆU NANO TiO2/Al2O3 VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ KHÍ NO, CO

Nguyễn Thị Ngọc Linh1*, Nguyễn Thị Huệ2, Nguyễn Tuyết Vân2

1 Trường ĐH Khoa Học - ĐH Thái Nguyên 2Viện Môi trường - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

TÓM TẮT Trong công trình này, chúng tôi nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano TiO2/Al 2O3 (lớp màng TiO2-anatas phủ trên bề mặt sợi oxit nhôm) theo phương pháp sol-gel. Dung dịch sol TiO2 được điều chế từ các chất ban đầu là titan tetraizopropoxit, axetylaxeton, nước và etanol với tỉ lệ mol các cấu tử lần lượt là 1:1:3:20 (sol A) và 1:2:3:20 (sol B). Qua các kết quả phân tích bằng phương pháp XRD, SEM cho thấy: thời gian nhúng mẫu oxit nhôm tốt nhất trong sol A và B là 90 phút sẽ cho các hạt TiO2-anatas có dạng hình cầu với kích thước nano và phủ đều trên bề mặt sợi oxit nhôm; mẫu tạo ra từ sol B cho kích thước hạt nhỏ và đồng đều hơn sol A. Thử nghiệm xử lý khí NO và CO cho thấy dưới tác dụng của nguồn sáng có bước sóng là 360nm vật liệu TiO2/Al 2O3 phân hủy các khí này tương đối tốt. Anatas TiO2/Al 2O3 với khả năng hoạt động quang hóa cao, có nhiều triển vọng trong vấn đề xử lý khí NO và CO phát thải do hoạt động giao thông. Từ khóa: nano TiO2, phương pháp sol-gel, hoạt tính xúc tác

MỞ ĐẦU*

Với sự gia tăng của các hoạt động giao thông đã làm cho môi trường không khí ngày càng bị ô nhiễm trầm trọng. Vì vậy việc thiết lập công nghệ xử lý khí thải hiện nay là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Một trong các giải pháp kỹ thuật đó là ứng dụng tính chất quang xúc tác của vật li ệu nano TiO2.

Titanđioxit (TiO2) với kích thước tinh thể cỡ nano mét có cấu trúc xốp đã làm tăng hiệu ứng xúc tác rõ rệt và được ứng dụng nhiều trong thực tế. Hệ quang hoá TiO2 rất bền có hiệu ứng xúc tác cao và có khả năng xử lý khí thải rất tốt nhờ vào năng lượng ánh sáng mặt trời [1]. TiO2 tồn tại ở ba dạng tinh thể anatas, rutil và brookit, trong đó dạng anatas có hoạt tính xúc tác quang hoá là mạnh nhất.

Để tổng hợp lớp màng nano TiO2 dạng anatas phủ đều trên bề mặt sợi oxit nhôm chúng tôi đã dùng phương pháp sol-gel. Trên thế giới cho đến nay có rất ít công trình đề cập đến vấn đề này. Do vậy, mục đích của đề tài là nghiên cứu mối liên quan giữa quá trình sol-


gel và cấu trúc tinh thể của màng TiO2, đồng thời thử nghiệm xử lý khí NO, CO của vật liệu chế tạo được.

THỰC NGHIỆM

1. Tổng hợp vật li ệu

Tổng hợp vật liệu nano TiO2/Al 2O3 theo phương pháp sol-gel từ các chất ban đầu là titan tetraizopropoxit Ti(OC3H7

i)4 (TTIP), etanol C2H6O (EtOH), axetylaxeton C5H8O2 (ACAC) của Đức và sợi Al 2O3 của Nhật Bản, bao gồm các giai đoạn chính sau:

- Điều chế các sol TiO2

Sol A: TTIP:ACAC:H2O: EtOH = 1:1:3:20

Sol B: TTIP:ACAC:H2O: EtOH = 1:2:3:20

Lấy hỗn hợp các chất với tỉ lệ mol các cấu tử như trên cho vào bình nón và khuấy bằng máy khuấy từ trong 5 giờ thu được các sol TiO2 có màu vàng nâu [2].

- Tạo màng nano TiO2/Al2O3

Các sợi Al 2O3 được vo tròn thành từng cuộn nhỏ và nhúng vào các sol TiO2 đã điều chế. Khảo sát quá trình nhúng mẫu trong khoảng thời gian 30, 60, 90, 120 phút và 24 giờ. Lấy các mẫu ra và để trong không khí từ 12-24 giờ. Sau đó cho vào tủ nung Carbolite (Đức),


20

điều chỉnh nhiệt độ như sau: Ban đầu, nhiệt độ được nâng lên từ từ theo tốc độ 2oC/phút. Giữ cố định ở 100oC trong 1 giờ để loại hoàn toàn nước trong các lớp màng. Rồi nâng nhiệt độ lên tới 500 oC và giữ ở nhiệt độ đó trong 3 giờ. Sau đó nhiệt độ được hạ dần về nhiệt độ phòng [3]. 2. Nghiên cứu khả năng xử lý khí NO, CO của vật li ệu TiO2

Tiến hành phản ứng quang hoá xúc tác phân huỷ NO và CO trong test box có thể tích là 1m3 với sự kích thích quang của 4 đèn chiếu sáng, mỗi đèn có công suất là 20W, bước sóng của ánh sáng là 360nm. Đặt hai tấm vật liệu có kích thước 35×35 cm vào test box, thu khí NO, CO với nồng độ 5ppm tương đương với nồng độ trong thực tế tại một số khu vực đã khảo sát trên địa bàn Hà Nội. Bật đèn để phản ứng xảy ra, sau 1, 2, 3, 4 giờ,....kiểm tra nồng độ khí NO, CO bằng thiết bị đo Drager Safety (Đức) qua ống dẫn khí trích từ test box. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 1. Đặc trưng của màng TiO2 Các vật liệu tạo ta từ sol A và B được nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (thiết bị Siemens D5000). Kết quả (hình 1 và 2) cho thấy các mẫu đều có cấu trúc 100% anatas với các cực đại đặc trưng cho pha này ở 2θ=25,3o (mặt 101); 37,8o (mặt 004) và 48o (mặt 200), các giá trị 2θ = 37,27o và 42,60 là vị trí của pic Al (200c) và Al (202c) [4]. Các mẫu được tạo ra từ sol A và sol B với thời gian nhúng 90 phút sẽ cho cường độ phổ pha TiO2 - anatas lên cao và nhọn hơn các mẫu còn lại. Với cùng thời gian nhúng 90 phút, mẫu được tạo ra từ sol B cho cường độ phổ pha TiO2 - anatas cao hơn mẫu tạo ra từ sol A (hình 3).

Hình 1. Giản đồ XRD của mẫu TiO2/Al 2O3 tạo

bởi sol A với thời gian nhúng 30 phút (a), 60 phút (b), 90 phút (c), 120 phút (d) và 24 giờ (e).

b

c

d

e

TiO 2AlCps

a

Hình 2. Giản đồ XRD của mẫu TiO2/Al 2O3 tạo bởi sol B với thời gian nhúng 30 phút (a), 60 phút

(b), 90 phút (c), 120 phút (d) và 24 giờ (e)

Cps

a

b

TiO2

Al

Hình 3. Giản đồ XRD của mẫu TiO2/Al2O3 tạo bởi

sol A ( a ) và B (b) với thời gian nhúng 90 phút

Kết quả phân tích SEM (thiết bị FESEM S-4800) một số mẫu tạo ra từ sol A cho thấy: thời gian nhúng 30 phút chưa hình thành các hạt (TiO2 - anatas) rõ ràng (hình 4a), thời gian nhúng 90 phút cho các hạt có dạng hình cầu với kích thước tương đối đồng đều (hình 4b), thời gian nhúng 24 giờ các hạt đã hình thành nhưng kích thước không đều đồng thời có sự kết tụ thành khối (hình 4c). Với sol B: thời gian nhúng 90 phút cho các hạt có dạng hình cầu với kích thước hạt nhỏ tương đối đồng đều (hình 5a), thời gian nhúng 120 phút cho kích thước hạt to hơn và thấy xuất hiện sự kết tụ của các hạt (hình 5b), thời gian nhúng 24 giờ các hạt có kích thước không đều đồng thời có sự kết tụ thành khối (hình 5c).

Như vậy, với những mẫu được tạo ra từ sol A và B nhúng trong 90 phút sẽ cho tinh thể TiO2 có dạng hình cầu với kích thước nano và đồng đều hơn những mẫu còn lại. Sol B (lượng ACAC tăng lên hai lần) cho kích thước hạt giảm (hình 5a) và chiều dày lớp màng cũng tăng lên (hình 6b).

Cps

TiO2

Al

b

c d

e

a

Nguyễn Thị Ngọc Linh và đtg

(a)

(b)

(c)

(a)

Các kết quả thu được khác nhau dung dịch sol A và B có thhưởng bởi tốc độ phản ứng thngưng tụ của phức tạo bởi TTIP và phACAC [3]. Phản ứng giữa TTIP vvới các tỉ lệ mol khác nhau có thdiễn như sau:

Hình 4. Ảnh SEM của vật liệu TiOsol A với thời gian nhúng 30 phút (a), 90 phút (B)

và 24 giờ (c)

Hình 6. Chiều dày l

Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ

(a)

(b)

(c)

(b)

ợc khác nhau đối với các à B có thể là do bị ảnh ả ứng thủy phân và

TTIP và phối tử ữa TTIP và ACAC

nhau có thể được biểu

Ti(O-i-C3H7)4 + x(CH3)2(CO)C3H7)4-x [(CH3)2(CO)2CH]xlà số mol của ACAC)

Tốc độ của quá trình thủy phân vlệ nghịch với lượng phối tửlà tốc độ thủy phân củ

ủ ậ ệu TiO2/Al 2O3 tạo bởi i gian nhúng 30 phút (a), 90 phút (B)

ờ (c)

Hình 5. Ảnh SEM của vật liệsol B với thời gian nhúng 90 phút (a), 120 phút (B)

và 24 giờ (c)

ày lớp phủ anatase TiO2 /Al2O3 tạo bởi sol A (a) và sol B (b)

83(07): 19 - 23

21

(b)

(CO)2CH2 → Ti(O-i-

x + x i-C3H7OH (x

ủy phân và ngưng tụ tỉ ối tử thêm vào, nghĩa

y phân của Ti(O-i-C3H7)4-x

ủ ật liệu TiO2/Al 2O3 tạo bởi i gian nhúng 90 phút (a), 120 phút (B)

ờ (c)

à sol B (b)


22

[(CH3)2(CO)2CH]x khi x = 2 chậm hơn tốc độ thủy phân của Ti(O-i-C3H7)4-x

[(CH3)2(CO)2CH]x khi x = 1. Do vậy, vật li ệu được tạo ra từ sol B sẽ cho kích thước hạt nhỏ hơn sol A, điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết.

Qua các kết quả phân tích bằng phương pháp XRD, SEM cho thấy thời gian nhúng mẫu tốt nhất trong sol A và B là 90 phút sẽ cho các hạt TiO2-anatas có dạng hình cầu với kích thước nano và phủ đều trên bề mặt sợi oxit nhôm. Vì vậy, chúng tôi đã lựa chọn thời gian này để tổng hợp vật liệu nano TiO2/Al 2O3 tạo ra từ sol A và B đồng thời nghiên cứu khả năng phân hủy khí NO và CO của vật liệu đó.

2. Nghiên cứu khả năng xử lý khí NO, CO của vật li ệu TiO2

Kết quả nghiên cứu cho thấy CO bị khử hoàn toàn sau 7 giờ bởi vật liệu được phủ sol A và sau 6 giờ bởi sol B (hình 7), NO bị khử hoàn toàn sau 8 giờ bởi vật liệu được phủ sol A và sau 7 giờ bởi sol B (hình 8). Khi có hỗn hợp khí CO và NO thì trong 5 giờ đầu CO bị phân

hủy rất nhanh, NO bị phân hủy chậm, khi CO bị phân hủy hết thì NO sẽ nhanh chóng bị phân hủy (hình 9,10). Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy vật liệu được phủ bởi sol B có hoạt tính xúc tác tốt hơn vật liệu được phủ bởi sol A.

KẾT LUẬN

Đã chế tạo được vật liệu nano TiO2 anatase phủ trên bề mặt sợi oxit nhôm đi từ hỗn hợp dung dịch TTIP, ACAC, H2O và EtOH bằng phương pháp sol-gel. Các mối liên quan giữa quá trình sol-gel và cấu trúc tinh thể của màng TiO2 được nghiên cứu và khảo sát.

Kết quả nghiên cứu khẳng định rằng: thời gian nhúng mẫu tốt nhất trong sol A và B là 90 phút sẽ cho các hạt TiO2-anatas có dạng hình cầu với kích thước nano và phủ đều trên bề mặt sợi oxit nhôm; mẫu tạo ra từ sol B cho kích thước hạt nhỏ và đồng đều hơn sol A.

Các kết quả nghiên cứu này đã chứng tỏ màng TiO2 được chế tạo theo phương pháp sol-gel có khả năng quang hoá cao.

Hình 7. Sự phân hủy CO của vật liệu TiO2/Al2O3

được phủ bởi sol A và B Hình 9. Sự phân hủy CO và NO của vật liệu

TiO2/Al 2O3 được phủ bởi sol A

Hình 8. Sự phân hủy NO của vật liệu TiO2/Al 2O3 được phủ bởi sol A và B.

Hình 10. Sự phân hủy CO và NO của vật liệu TiO2/Al 2O3 được phủ bởi sol B.

Sự phân huỷ khí CO của vật liệu nanoTiO2/Al2O3

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7

Thời gian (h)

Nồ

ng

độ

(p

pm

)

1:2:3:20

1:1:3:20

1:1:3:20 + đèn

1:2:3:20 + đèn

Sự phân huỷ khí NO và CO của vật liệu nano TiO2/Al2O3 với tỉ lệ 1:1:3:20

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Thời gian (h)

Nồ

ng

độ

(p

pm

)

NO

CO

Sự phân huỷ khí NO của vật liệu nanoTiO2/Al2O3

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8

Thời gian (h)

Nồ

ng

độ

(p

pm

)

1:2:3:20

1:1:3:20

1:1:3:20 + đèn

1:2:3:20 + đèn

Sự phân huỷ khí NO và CO của vật liệu nano TiO2/Al2O3 với tỉ lệ 1:2:3:20

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Thời gian (h)

Nồ

ng

độ

(p

pm

)

NO

CO


23

Kết quả thử nghiệm xử lý khí CO và NO bằng vật liệu nano TiO2/Al 2O3 cho thấy dưới tác dụng của nguồn sáng có bước sóng là 360nm các khí này bị phân hủy hết sau vài giờ chiếu sáng. Với lớp màng TiO2 được chế tạo từ sol B có khả năng phân hủy CO và NO tốt hơn sol A. Như vậy, lớp màng anatas TiO2/Al 2O3 có nhiều triển vọng trong vấn đề xử lý khí NO và CO phát thải do hoạt động giao thông.


[1]. Trần Thị Đức, Nguyễn Thị Huệ (2003) “Nghiên cứu chế tạo các loại màng xúc tác quang

hóa TiO2 để xử lý các chất độc hại trong không khí và nước”. Báo cáo tổng kết đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội. [2]. Nguyễn Thị Huệ, H. Tao da (2000) “Phương pháp tạo màng quang xúc tác TiO2 trên silicagel, thủy tinh và ứng dụng trong phân hủy các hợp chất hữu cơ” Tuyển tập các báo cáo tại hội nghị phân tích hóa lý và sinh học trên toàn quốc lần 2. [3]. Nguyễn Thị Huệ (2007) Characteristic of TiO2 thin films on Chi-Alumina fiber by sol-gel method, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, tập 45, số 1B. [4]. JCPDS-International Center for Diffraction Data, PDF 21-1272; PDF 21-1276; PDF 13-0373.

SUMMARY THE STUDY ON SYNTHESIS OF TiO2/ Al2O3 NANOMATERIALS AND TREATMENT TEST OF NO, CO GASES

Nguyen Thi Ngoc Linh1*, Nguyen Thi Hue2, Nguyen Tuyet Van2 1College of Science – Thainguyen University

2Institute of Environmenttal Technology,Vietnam Academy of Science and Technology

In this work, we studied to manufacture TiO2/Al2O3 nanomaterials (anatas-TiO2 membrane layer coating on the surface of Alumina fibers) by sol-gel method. Sol-TiO2 solution was prepared by original substances such as tetraisopoxide titanium, acetyl acetone, water, and ethanol with molar ratios corresponding to 1:1:3:20 (sol A) and 1:2:3:20 (sol B). Through the analysis of results by means of XRD, SEM showed that the best time in the aerosol A and B samples is 90 minutes for spherical nano-sized anatas - TiO2 particles coating on the surface alumina fiber; samples generated from sol B give particles size smaller and more equal compared to sol A. NO and CO gases treatment test showed that under the effect of light source wavelength at 360nm, material TiO2/Al2O3 decomposed these gases relatively well. Anatas-TiO2/Al 2O3, with the ability of high photochemical activity, has great potential in treatment of NO and CO gases created from traffic activities. Key words: nano TiO2, sol-gel method, catalytic activity



24

Trịnh Ngọc Châu và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 25 - 29

25

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA CÁC PHỨC CHẤT NI(II) VÀ PD(II) V ỚI N (4)-PHENYL THIOSEMICACBAZIT

Tr ịnh Ngọc Châu1, Nguyễn Thị Bích Hường1, Hoàng Duy Cương2, Nguyễn Thị Thanh2

1Khoa Hóa học, Trường Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN 2Trường Đại học Sư phạm, ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Phản ứng giữa N(4)–phenyl thiosemicacbazit (Hpth) và Ni(II) hay Pd(II) trong dung dịch có môi trường kiềm với pH= 9-10 tạo thành hai phức chất Ni(pth)2 và Pd(pth)2. Các phức chất đã được nghiên cứu bằng phương pháp phân tích hóa học, phổ IR, phổ 1H-NMR, 13C- NMR và phổ MS. Kết quả thu được cho thấy Hpth liên kết với các ion kim loại qua các nguyên tử N(1) và S để tạo thành các phức chất vuông phẳng, chứa các vòng 5 cạnh bền. Dữ kiện phổ 13C- NMR cho phép phân biệt hai cấu hình cis và trans của cả 2 phức chất. Từ khóa: phenyl thiosemicarbazide, N(4)-phenyl thiosemicarbazide, phức chất của Ni(II; phức chất của Pd(II); phức chất vuông phẳng

MỞ ĐẦU*

Các phức chất của thiosemicacbazit và thiosemicacbazon đã được nghiên cứu từ rất lâu nhưng tới nay nó vẫn đang dành được sự quan tâm chú ý của nhiều nhà hóa học trong và ngoài nước [4,6]. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các thiosemicacbazit, các dẫn xuất thế của nó và phức chất của chúng có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như y học, kỹ thuật [3,5]. Đặc biệt là khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư [2]. Trong công trình này chúng tôi trình bày một số kết quả nghiên cứu phức chất của Ni(II) và Pd(II) với N(4)–phenyl thiosemicacbazit.

THỰC NGHIỆM

Tổng hợp phức chất của Ni(II) và Pd(II) với Hpth: Ni(pth) 2 và Pd(pth)2

Hoà tan hoàn toàn 0,668 g Hpth (4 mmol) trong 20 ml nước cất đã hòa tan 1-2 giọt HCl đặc (môi trường pH: 1-2), cho từ từ dung dịch NH3 đặc vào cốc chứa 10 ml muối MCl2 0,2M (2 mmol) (M: Ni, Pd) cho đến khi môi trường đạt pH: 9-10. Đổ từ từ hai dung dịch này vào nhau và khuấy đều hỗn hợp trên máy khuấy từ, ở nhiệt độ phòng sẽ thấy xuất hiện kết tủa màu nâu đối với phức của Ni(II) và

* Tel: 01684 975 666

màu vàng cam đối với phức của Pd(II). Tiếp tục khuấy thêm 3 giờ nữa để phản ứng xảy ra hoàn toàn.

Lọc rửa kết tủa trên phễu lọc thuỷ tinh đáy xốp bằng nước, hỗn hợp rượu nước, rượu và cuối cùng bằng đietylete. Làm khô chất rắn thu được trong bình hút ẩm. Các điều kiện phân tích Hàm lượng của các kim loại trong phức chất được phân tích theo phương pháp trọng lượng bằng cách cho kết tủa với đimetylglioxim. Phổ hồng ngoại của phối tử và các phức chất được ghi trên máy quang phổ FR/IR 08101 của hãng Shimadzu. Mẫu được chế tạo theo phương pháp ép viên với KBr. Phổ 1H và 13C - NMR của các chất được ghi trên máy Brucker – 500MHz, ở 300K trong dung môi DMSO. Phổ khối lượng của các phức chất được ghi trên máy Varian MS 320 theo phương pháp ESI, chế độ đo possitive. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 1. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong phức chất cho thấy trong phức Ni(pth)2 niken chiếm 14,93% (tính theo công thức phân tử giả định là NiC14H16N6S2 là 14,87%), phức Pd(pth)2, palađi chiếm 24,29% (tính theo công thức giả định PdC14H16N6S2 là 24,37%). Như vậy, công thức giả định của phức chất là đúng.

Trịnh Ngọc Châu và đtg

26

2. Phổ MS của các phức chất.

Để khẳng định lại công thức phân tphức chất chúng tôi đã ghi phcủa chúng:

Trên phổ MS của Ni(pth)2 và Pd(pth)các pic có cường độ cao nhất ứphân tử 391 của NiC14H16NPdC14H16N6S2.

Vì các phân tử phức chấtnguyên tố có nhiều đồng vị bềkiểm định thêm một lần nữa các công thphân tử trên bằng cách so sánh cvạch phổ thực nghiệm với cưtính trong cụm pic ion phân tửcường độ lí thuyết của các vthực hiện online theo [7].

Hình 1. Cường độ tương đối các vcụm pic đồng vị ( ion phân tử

thuyết và thực nghiệm với của Ni(pth)Pd(pth)2 (b)

Kết quả thu được trên hình 1 cho thgiữa thực tế và lý thuyết khá phNhư vậy, các kết quả phân tích hóa hphổ MS của 2 phức chất hoàn toàn phù hnhau và cho phép khảng định công thtử của 2 phức chất là: NiC(Ni(pth)2) và PdC14H16N6S2 (Pd(pth)

3. Phổ IR của phối tử và phứTrên phổ hấp thụ hồng ngoại củhiện dải hấp thụ đặc trưng cho dao trị của NH trong vùng từ 3000nhưng khi chuyển vào phức chấnày đều bị giảm về cường độ. giải thích là do khi tạo phức mộcủa nhóm N(2)H đã tách ra, H liên knguyên tử S nhưng sau đó nguyên tlại bị tách ra nhường chỗ cho ion

0

20

40

60

80

100

390 391 392 393 394 395

Cườ

ng độ

Lý thuyếThực tế

0

20

40

60

80

100

434 435 436 437 738 439 440

Cườ

ng độ Lý thuyết Thực tế


ức chất.

ức phân tử của 2 ã ghi phổ khối lượng

và Pd(pth)2 đều có độ ất ứng với pic ion

N6S2 và 439 của

ứ ất đều chứa các đồng vị bền nên có thể

ộ ầ ữa các công thức ng cách so sánh cường độ các

ường độ lí thuyết m pic ion phân tử. Việc tính toán

ác vạch này được

(a)

(b) ối các vạch trong

( ion phân tử) tính theo lí ệ ớ ủa Ni(pth)2 (a) và

ên hình 1 cho thấy thấy ết khá phù hợp nhau. ả phân tích hóa học và

àn toàn phù hợp ả định công thức phân

à: NiC14H16N6S2 (Pd(pth)2).

ức chất ồ ại của phối tử xuất

ưng cho dao động hóa ừ 3000 – 3500 cm-1 ức chất dải hấp thụ

ờ độ. Điều này được ạ ức một nguyên tử H

ã tách ra, H liên kết với đó nguyên tử H này ỗ cho ion kim loại,

trên phổ của các phức chấhiện dải hấp thụ đặc trưng cho dao liên kết SH ở vùng 2500 cm

dạng thion

Như vậy có thể kết luận phốvới ion kim loại qua S. Trong phdải hấp thụ đặc trưng cho cm-1 còn trong phổ của Ni(pth)của Pd(pth)2 ở 757 cm-1. Mkhác nữa cho sự thiol của phốvào trong phức chất đó là sthụ đặc trưng cho dao động cvới phổ của các phối tử tươphổ của các phức chất đều xuthụ của N(2) = C ở 1589 và 1594 cmtrong các phức chất Ni(pth)trí liên kết thứ hai của phối tửloại là qua nguyên tử N(1)

kết luận này là sự chuyển thụ đặc trưng cho dao động liCNN về số sóng thấp hơđược tạo thành qua nguyên telectron tự do trên nguyên ttheo sự giảm về tần số hấp thliên kết C=N(1) và CNN. trưng cho dao động liên kết C = Ntrong phổ của phối tử Hpth lnhưng khi chuyển vào phứPd(pth)2 thì vị trí tương ứng củ1514 cm-1. Dải hấp thụ củCNN cũng chuyển về số sóng thchuyển từ phối tử tự do vchất: trong phổ phối tử ở 1441 cmvà 5 cm-1 khi chuyển vào phvà Pd(pth)2 tương ứng. Từ những phân tích trên chúng tôi hình của phối tử và mô hình hình sau:

M: Ni, Pd

395 396 397m/z

Lý thuyếtực tế

440 441 442m/z

ực tế

NH2

NH

CNH

S

NH2

SH

(1)

(2)

(4)

S

C

NH

M

(4)

83(07): 25 - 29

ức chất đều không xuất ưng cho dao động của

ùng 2500 cm-1.

ng thion dạng thiol

ế ận phối tử tạo liên kết rong phổ của phối tử

ưng cho nhóm CS ở 895 Ni(pth)2 ở 759 cm-1, . Một bằng chứng

ủa phối tử khi chuyển à sự xuất hiện dải hấp ộng của N(2) = C. So ương ứng thì trong

ấ đều xuất hiện dải hấp à 1594 cm-1 lần lượt

ất Ni(pth)2 và Pd(pth)2. Vị ối tử với các ion kim (1). Bằng chứng cho ển vị trí các dải hấp ộng liên kết C=N(1) và ơn. Khi phức chất

ành qua nguyên tử N(1) làm mật độ ên nguyên tử này giảm kéo ầ ố ấp thụ của dao động

. Dải hấp thụ đặc ết C = N(1) xuất hiện

ố ử Hpth là 1593 cm-1 ức chất Ni(pth)2 và

ứng của nó là 1516 và ấ ụ của dao động nhóm ể ề ố sóng thấp hơn khi ử ự do vào phổ của phức ố ử ở 1441 cm-1, giảm 10

ào phức chất Ni(pth)2

ên chúng tôi đưa ra mô à mô hình tạo phức như

M: Ni, Pd

N

N

C

S NH

(1)

(2)

(4)

N

NH2

M(1)

(2)

Trịnh Ngọc Châu và đtg

4. Phổ 1H-NMR của phối tử v

Các tín hiệu cộng hưởng trong phcủa phối tử và phức chất đbảng 1. Phổ 1H-NMR của Hpth vđược đưa ra trên hình 2.

Hình 2. Phổ 1H-NMR của Hpth (a) v

Trước hết có thể thấy phổ củvới phổ của hai phức chất và phchất lại khá giống nhau. Tổng sốphối tử nhiều hơn trong hai phĐiều đó chứng tỏ phức chất đvà trong 2 phức chất các phốmột proton để tồn tại dưới dạđiện tích âm. Tín hiệu cộng h9,6 ppm trong phổ của phối tử đproton nhóm N(2)H không thtrong phổ của các phức chất. Đtỏ phối tử bị thiol hoá, nguychuyển sang S nhưng ngay sau ra nhường chỗ cho ion kim loạkết quả nghiên cứu phổ IR đã ch

Một vị trí liên kết tiếp theo giữion kim loại trung tâm đó là nguyKhi N(1) tham gia tạo liên kết phkim loại làm cho mật độ electron trgiảm, mật độ electron bao quanh H ckéo theo độ chuyển dịch hoá h


ối tử và phức chất

ởng trong phổ 1H-NMR ứ ất được chỉ ra trên

ủa Hpth và Ni(pth)2

(a)

(b)

ủa Hpth (a) và Ni(pth)2 (b)

ấ ổ của phối tử khác à phổ của 2 phức

ổng số proton trong n trong hai phức chất là 1. ứ ất đã được tạo thành ất các phối tử đều bị tách

ới dạng anion một ệ ộng hưởng singlet ở ủ ối tử được gán cho không thấy xuất hiện ứ ất. Điều này chứng

thiol hoá, nguyên tử H này ng ngay sau đó lại bị tách

cho ion kim loại trung tâm như ã chỉ ra.

ếp theo giữa phối tử và à nguyên tử N(1). ết phối trí với ion

ậ độ electron trên N này electron bao quanh H cũng giảm

ịch hoá học tăng. Tín

hiệu cộng hưởng singlet ở 4,78 ppm cho 2 proton nhóm N(1)HTrong phức chất chúng tách thriêng biệt: trong phức Ni(pth)6,56 và 6,32 ppm còn trong Pd(pth)pic 7,58 và 7,37 ppm.

Các tín hiệu cộng hưởng củthay đổi không đáng kể chứkhông ảnh hưởng tới những vị

Bảng 1: Các tín hiệu cộng hNMR của phối tử và ph

Qui kết (ppm)

Hợp ch

N(2)H Hpth Ni(pth)N(4)H 9,6(s,1)

H(ortho) 9,1(s,1) 8,72(d,1)H(meta) 7,65(s,2) 7,53(t,2)H(para) 7,29(t,2) 7,14(m,2)N(1)H 7,09(t,1) 6,79(m,1)

4,78(s,2) 6,56 và

6,32(s,2)* Tổng tích phân chung bằng 3

5. Phổ 13C-NMR của phối tửPhổ cộng hưởng từ 13C của Hpth vđược chỉ ra trên hình 3. Các tín hihưởng của phối tử và các phkê trong bảng 2.

Hình 3. Phổ 13C-NMR của Hpth(a) v

83(07): 25 - 29

27

ở 4,78 ppm được gán H2 trong phối tử.

t chúng tách thành hai pic ức Ni(pth)2 là pic singlet ở

6,56 và 6,32 ppm còn trong Pd(pth)2 là hai

ởng của các proton khác ể chứng tỏ sự tạo phức

ớ ững vị trí này.

ệ ộng hưởng trong phổ 1H- à phức chất

ợp chất

Ni(pth)2 Pd(pth)2 - -

8,72(d,1) 8,70(d,1) 7,53(t,2) 7,58(m,2)*

7,14(m,2) 7,16(q,2) 6,79(m,1) 6,80(m,1) 6,56 và

6,32(s,2) 7,58(m,1)*; 7,37(s,1)

ằng 3

ủ ối tử và phức chất ủa Hpth và Ni(pth)2

ên hình 3. Các tín hiệu cộng à các phức chất được liệt

(a)

(b)

ủa Hpth(a) và Ni(pth)2 (b)


28

Bảng 2: Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C- NMR của phối tử và phức chất

Hợp chất Qui kết (ppm)

CS C vòng benzen

Hpth 179,34 139,23; 128,01;

124,05; 123,45

Ni(pth)2

cis 168,62 142,28;

128,09; 120,0; 117,45

trans 171,11

142,01; 128,21;

120,30; 117,60

Pd(pth)2

cis

167,41 142,61;128,25; 120,34; 117,79

trans 169,06 142,61; 128,16;

120,07; 117,63

So sánh phổ của phối tử và phổ của phức chất cho thấy có sự khác nhau rõ rệt. Sự khác nhau dễ nhận thấy nhất là trong phổ của cả hai phức chất đều có từng cặp pic với sự khác nhau không nhiều về vị trí cũng như cường độ. Sự xuất hiện của các cặp pic này cho phép giả thiết rằng cả 2 phức chất đều tồn tại ở hai dạng đồng phân cis và trans, giống như các tác giả [1] đã kết luận khi nghiên cứu các phức chất vuông phẳng của Ni(II) với thiosemicacbazit bằng phương pháp phổ hấp thụ electron. Vì các đồng phân trans bền hơn đồng phân cis nên trong mỗi cặp, pic có cường độ lớn hơn là của dạng trans, pic có cường độ nhỏ hơn là của dạng cis.

Các tín hiệu cộng hưởng của cacbon nhóm CS trong phổ của phức chất đều có độ chuyển dịch hóa học giảm so với phổ của phối tử tự do: trong phổ của Ni(pth)2 và Pd(pth)2 lần lượt ở 171,11 và 169,06 ppm (dạng trans) và ở 168,62 và 167,41 ppm (dạng cis). Có thể sau khi xảy ra sự thiol hoá thì nguyên tử CS tham gia vào hệ liên hợp nên mật độ electron có thể bù đắp cho việc tạo thành liên kết với kim loại qua S dẫn đến sự thay đổi không nhiều của vị trí cộng hưởng.

Tín hiệu cộng hưởng của các nguyên tử cacbon trong vòng benzen thay đổi không đáng kể đều xuất hiện trong khoảng 117-143 ppm trong phối tử tự do cũng như trong cả dạng cis và dạng trans của cả hai phức chất.

Như vậy, kết quả nghiên cứu phổ 13C-NMR ngoài việc xác nhận các kết luận khi nghiên

cứu phổ IR và 1H-NMR về liên kết giữa phối tử và ion kim loại qua nguyên tử S còn cho phép khẳng định phức chất tồn tại dưới hai dạng cis và trans. Từ sự kết quả tất cả các phân tích trên, chúng tôi đưa ra giả thiết về công thức cấu tạo của 2 phức chất như trên hình 3.

M: Ni, Pd

dạng trans dạng cis

Cấu tạo của phức của Ni(pth)2 và Pd(pth)2

Hình 3. Phổ 13C-NMR của Hpth(a) và Ni(pth)2 (b)

KẾT LUẬN

Đã tổng hợp được hai phức chất của Ni(II) và Pd(II) với N(4)-phenyl thiosemicacbazit. Phối tử và các phức chất đã được nghiên cứu bằng các phương pháp phân tích nguyên tố, phổ khối lượng, phổ hấp thụ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C. Kết quả thu được cho phép khẳng định công thức phân tử và đưa ra giả thiết về cấu tạo của phối tử và phức chất tổng hợp được.


[1]. A. Sirota and T. Sramko, Square planar NiII complexes of thiosemicarhazide, Inorganica Chimica Acta, 8, 289-291, 1974. [2]. C.K. S. Pillai, U.S. Nandi and Warren, Levinson, Interaction of DNA with Anti-Cancer Drugs: Copper-Thiosemicarbazide System, Bioinorganic chemistry 7, 151-157, 1977. [3]. Ebenso. E.E., Ekpe U.J. Effect of molecular structure on the efficiency of amides and thiosemicarbazones used for corrosion inhibition of mild steel in hydrochloric acid. Materials Chemistry and Physics, 60, 79-82, 1999. [4]. J. Maslowska. Thiosemicarbazide complexs antimony (III) halides, Polyhedron Yol. 4, No. I, 23-27, 1985. [5]. Paolo P., Andrea V. Chemoselective homogeneous hydrogenation of phenylacetylene

SCN

NH2

NH

S

C N

NH2

NH

M

NH2

NC

S

M

S

C N

NH2

NH

NH

(1)

(2)(4)

(1)

(2) (4)

(1)

(2)(4)

(1)

(2)(4)


29

using thiosemicarbazone and thiobenzoylhydrazone palladium(II) complexes as catalists. J. Chem. Soc., Dalton Trans., 2715-2721, 1998. [6].Ratchanok Pingaew, Supaluk Prachayasittikul and Somsak Ruchirawat ,

Synthesis. Cytotoxic and Antimalarial Activities of Benzoyl Thiosemicarbazone Analogs of Isoquinoline and Related Compounds, Molecules , 15(2), 988-996, 2010. [7] http://www.sisweb.com/mstools/isotope

SUMMARY SYNTHESIS, STRUCTURAL INVESTIGATION OF COMPLEXES BE TWEEN NI(II) AND PD(II) WITH N (4)-PHENYL THIOSEMICARBAZIDE

Trinh Ngoc Chau1, Nguyen Thi Bich Huong1, Hoang Duy Cuong2*, Nguyen Thi Thanh2

1College of Natural Science, VNU 2College of Education , TNU

The reaction between N(4) - phenyl thiosemicarbazide (Hpth) and Ni(II) or Pd(II) in weak base medium (pH= 9-10) forms two complexes: Ni(pth)2 and Pd(pth)2. They were studied by mean of chemical analytical, infrared, 1H and 13C nuclear magnetic resonance and mass spectroscopies. The observed data demonstrate that the ligands coordinate to the metal ions via S and N(1) atoms and form the square planar complexes with five-membered rings. The data of 13C-NMR spectra may distinguish the trans or cis configurations of the both complexes Key words: thiosemicarbazide, N(4)-phenyl thiosemicarbazide, complex of Ni(II), complex of Pd(II), square planar complex

* Tel: 01684 975 666


30


31

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỚI VỀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CÂY DÂY THÌA CANH ( GYMNEMA SYLVESTRE)

Nguyễn Quyết Ti ến1*, Phạm Thị Hồng Minh1, Nguyễn Quảng An1, Trương Thị Thanh Nga1, Nguyễn Ngọc Tuấn1, Vũ Đình Doanh2, Phạm Hữu Điển3

1Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2Trường ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên, 3Trường ĐH Sư phạm Hà Nội

TÓM TẮT Bằng phương pháp sắc ký cột, bên cạnh các hợp chất phytosterol stigmasterol (1) và 3β-O- stigmasterol-glucopyranoside (2), hai hợp chất triterpenoid là lupeol (3) và 3β-O-cinnamoyl-β-amyrin (4) đã được phân lập từ cành, lá Dây thìa canh (Gymnema sylvestre.). Cấu trúc hóa học của chúng đã được nhận dạng bằng các phương pháp phổ IR, ESI-MS và NMR. Chất 3β-O-cinnamoyl-β-amyrin (4) lần đầu tiên phân lập được từ cây Gymnema sylvestre. Từ khóa: Gymnema sylvestre, sterol, triterpenoid

GIỚI THIỆU* Dây thìa canh hay còn gọi là Dây muôi, với danh pháp khoa học là Gymnema sylvestre (Retz.), thuộc họ Thiên lý (Asclepiadaceae). Cây thường mọc trong các bờ bụi, hàng rào tại một số nơi ở miền Bắc Việt Nam từ Hải Hưng, Hải Phòng, Hà Bắc, Ninh Bình, Thanh Hoá, Kon Tum, … Ngoài ra, còn phân bố ở Trung Quốc, Ấn Độ, Inđônêxia. Thu hái các bộ phận của toàn cây quanh năm, dùng tươi hay phơi khô. Ở Việt Nam, chi Lõa ti (Gymnema) có khoảng 8 loài [1, 2]. Đến nay đã có khoảng 70 nghiên cứu về Dây thìa canh trên thế giới, bao gồm cả nghiên cứu trên động vật và người, các nghiên cứu đã cho thấy tác dụng giảm đường huyết rất rõ rệt của Dây thìa canh. Thành phần hóa học của Dây thìa canh gồm các lớp chất chất béo (axit béo, ancol mạch dài), flavonoid, anthraquinon, các axit carboxylic, ancaloid và triterpen 5 vòng (khung oleanan, khung dammaran). Hoạt chất sinh học chính của Dây thìa canh là axit gymnemic, một hoạt chất thuộc nhóm triterpenoid-glycosid khung dammaran, nó được cho là hoạt chất kháng viêm, chống đái tháo đường chính của cây Dây thìa canh [3-9]. THỰC NGHIỆM Nguyên liệu Mẫu lá, cành cây Dây thìa canh – Gymnema sylvestre (Retz.), (2,0 kg khô) được thu hái ở * Tel: 01676473616; Email: [email protected]

Thái Nguyên tháng 10 năm 2010 và được TS. Đỗ Hữu Thư, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam xác định tên khoa học là Gymnema sylvestre. Thiết bị nghiên cứu Điểm chảy được đo trên máy Electrothermal IA-9200 (Anh). Phổ IR được ghi trên máy IMPACT 410 sử dụng đĩa nén tinh thể KBr. Phổ ESI-MS đo trên máy HP-1100 LS/MS Trap. Phổ 1H-NMR (500 MHz) và 13C-NMR (125 MHz) được ghi trên máy Bruker AM500 FT-NMR và TMS được sử dụng là chất nội chuẩn. Sắc kí cột (CC) sử dụng chất nhồi Silica gel (Kieselgel 60, 70 - 230 mesh và 230 - 400 mesh, Merck). Phương pháp nghiên cứu Mẫu thực vật tươi được khử men trong tủ sấy 10 phút ở nhiệt độ 110oC, sau đó được sấy khô đến khối lượng không đổi (độ ẩm < 10%) ở nhiệt độ 60oC. Mẫu khô được nghiền nhỏ và được tiến hành ngâm chiết phân đoạn và phân lập các chất sạch bằng phương pháp sắc kí cột silica gel. Phương pháp ngâm chiết và phân lập chất xem sơ đồ 1. Dữ liệu phổ các chất đã phân lập • Stigmasterol (1) Tinh thể hình kim không màu (63 mg), điểm chảy 155-157 0C, [α]25

D = -430 (c=0,05, CHCl3). IR (νmax , cm-1): 3406,2 (dao động hóa trị OH), 2934,1 (dao động hóa trị CH);


32

1621,2 (C=C); EI-MS (m/z): 412 [M]+. 1H-NMR (500MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 3,49 (1H, m, H-3); 5,33 (1H, dd, J=5 và 2 Hz, H-6); 5,11 (1H, dd, J=15 và 5 Hz, H-22); 5,03 (1H, dd, J=15 và 5 Hz, H-23); 1,01 (3H, s, H-18); 0,92 (3H, d, J21-20 = 6,5Hz, H-21); 0,85 (3H, d, J = 7,1Hz, H-26); 0,84 (3H, d, J = 6,5Hz, H-29); 0,81 (3H, d, J = 6,5Hz, H-28); 0,69 (3H, s, H-19). 13C-NMR(125MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 36,5 (C-1); 29,1 (C-2); 71,7 (C-3); 42,2 (C-4); 140,7 (C-5); 121,7 (C-6); 37,2 (C-7); 31,8 (C-8); 51,2 (C-9); 36,1 (C-10); 24,3 (C-11); 39,7 (C-12); 42,2 (C-13); 56,8 (C-14); 25,4 (C-15); 29,7 (C-16); 56,0 (C-17); 11,8 (C-18); 19,4 (C-9); 40,5 (C-20); 18,8 (C-21); 128,3 (C-22); 129,2 (C-23); 50,1 (C-24); 31,6 (C-25); 21,2 (C-26); 21,0 (C-27); 18,9(C-28); 12,0(C-29).

Stigmasterol (1)

• 3β-O-stigmasterol-glucopyranosid (2) Tinh thể hình kim không màu, điểm chảy 296-298 0C. 1H-NMR (500MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 3,41 (1H, m, H3α); 5,32 (1H, dd, J=5Hz và 2Hz, H-6); 5,11 (1H, dd, J=15Hz và 5Hz, H-22); 5,03 (1H, dd, J=15Hz và 5Hz, H-23); 1,00 (3H, s, H-18); 0,95 (3H, d, J21-20 = 6,4Hz, H-21); 0,85 (3H, d, J26-25 = 7,2Hz, H-26); 0,83 (3H, d, J29-27 = 6,5Hz, H-29); 0,80 (3H, d, J28-27 = 6,5Hz, H-28); 0,70 (3H, s, H-19); 4,3 (d, J1’-2’ = 7,8Hz, H-1’ phần đường); và các tín hiệu của các proton thuộc các C carbinol phần đường glucozơ có độ dịch chuyển hóa học nằm trong khoảng 3,2 – 3,9 ppm. 13C-NMR (125MHz, DMSO, TMS, δ ppm): Phần đường gồm: 100,7 (d, C-1’); 73,3 (d, C-2’); 76,4 (d, C-3’); 70,1 (d, C-4’); 76,9 (d, C-5’); 61,9 (d, C-6’); Phần genin: 38,1 (t, C-1); 29,5 (t, C-2); 71,7 (d, C-3); 42,2 (t, C-4); 140,6 (s, C-5); 120,8 (d, C-6); 38,2 (t, C-7); 31,5 (d, C-8); 50,3 (d, C-9); 36,0 (s, C-10); 24,4 (t, C-11); 38,2 (t, C-12); 31,5 (s, C-13); 56,1 (d, C-14); 25,6 (t, C-15); 31,1 (t, C-16); 55,4 (d, C-17);

3β-O-stigmasterol-glucopyranosid (2)

15,0 (q, C-18); 18,6 (q, C-19); 45,1 (d, C-20); 20,8 (q, C-21); 137,5 (d, C-22); 128,7 (d, C-23); 49,5 (d, C-24); 33,2 (d, C-25); 20,5 (q, C-26); 19,3 (d, C-27); 18,8 (q, C-28); 11,7 (q, C-29).

Lupeol (3)

Chất bột rắn trắng (39 mg), nhiệt độ nóng chảy: 188 – 189 0C, ESI-MS positive (m/z): 409 [M-H2O+H]+, 1H-NMR (500MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 3,199/3,189 và 3,176/3,166; (1H, dd, J=10Hz, H-3); 0,96 (3H, s, H-23); 1,03 (3H, s, H-24); 0,76 (s); (3H, s, H-25); 0,84 (3H, s, H-26); 0,95 (3H, s, H-27); 0,79 (3H, s, H-28); 1,68 (3H, s, H-30); 4,684/4,679 và 4,564/4,559, (2H, dd, J=5Hz, H-29). 13C-NMR (125MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 38.72 (C-1); 27,46 (C-2); 79,02 (C-3); 38,86 (C-4); 55,31 (C-5); 18,33 (C-6); 34,29 (C-7); 40,84 (C-8); 50,45 (C-9); 37,18 (C-10); 20,94 (C-11); 25,16 (C-12); 38,07 (C-13); 42,84 (C-14); 27,40 (C-15); 35,54 (C-16); 43,0 (C-17); 48,32 (C-18); 47,99 (C-19); 150,96 (C-20); 29,86 (C-21); 40,01 (C-22); 27,99 (C-23); 15,37 (C-24); 16,12 (C-25); 15,98 (C-26); 14,55 (C-27); 18,0 (C-28); 109,32 (C-29); 19,32 (C-30).

3β-O-Cinnamoyl-β-amyrin (4)

Chất bột rắn trắng (92 mg), nhiệt độ nóng chảy: 226 – 227 0C, ESI-MS positive (m/z): 409 [M+H-cinnamoyloxi]+, 1H-NMR (500MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 4,667/4,651/4,638 (1H, t; J = 8Hz, H-3); 5,199/5,192/5,186 (1H, t; J=3Hz, H-12); 0,837 (3H, s, H-23); 0,996 (3H, s, H-24); 0,984 ((3H, s, H-25); 0,952 (3H, s, H-26); 1,148 (3H, s, H-27); 0,925 (3H, s, H-28); 0,880 (3H, s, H-29); 0,875 (3H, s, H-30). 6,462/6,430 (1H, d, J = 16Hz, H-2’) 7.683/7.651, (1H, d, J = 16Hz, H-3’); 7,527


33

và 7,542 (2H, m, H-2’a và H-6’a); 7,387 (2H, m, H-3’a và H-5’a); 7,378 (1H, m, H-4’a). 13C-NMR (125MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 38,31 (C-1); 23,71 (C-2); 81,03 (C-3); 37,99 (C-4); 55,32 (C-5); 18,30 (C-6); 32,62 (C-7); 39,85 (C-8); 47,59 (C-9); 36,90 (C-10); 23,57 (C-11); 121,67 (C-12); 145,23 (C-13); 41,75 (C-14); 26,16 (C-15); 26,95 (C-16); 32,51 (C-17); 47,26 (C-18); 46,81 (C-19); 31,10 (C-20); 34,76 (C-21); 37,16 (C-22); 28,41 (C-23); 16,84 (C-24); 15,59 (C-25); 16,88 (C-26); 25,98 (C-27); 28,12 (C-28); 33,35 (C-29); 23,8 (C-30); 166,83 (C-1’); 118,89 (C-2’); 144,29 (C-3’); 134,59 (C-1’a); 128,05 (C-2’a và C-6’a); 128,85 (C-3’a và C-5’a); 130,13 (C-4’a).


Từ các phân đoạn dịch chiết n-hexan và etylaxetat của bột khô thân, lá cây Dây thìa canh – Gymnema sylvestre (2,0 kg), bằng các phương pháp ngâm chiết, phân lập các chất trên sắc ký cột với chất nhồi Silica gel và các hệ dung môi thích hợp chúng tôi đã thu được 4 chất sạch. Trong đó, các chất stigmasterol (1), lupeol (3) và 3β-O-cinnamoyl-β-amyrin (4) được phân lập từ dịch n-hexan, còn chất 3β-O-stigmasterol-glucopyranosid (2) từ dịch etyl axetat của thân lá cây Dây thìa canh. Dựa vào các số liệu phổ của chất 1 và 2 so sánh với các số liệu phổ của stigmasterol và 3β-O-stigmasterol-glucopyranosid trong các tài liệu đã công bố chúng được xác định là các phytosterol stigmasterol và 3β-O-stigmasterol-glucopyranosid tương ứng.

Hợp chất 3 trong phổ IR của nó cho biết một số dao động liên kết ở các tần số (ν cm-1) đặc trưng như: 3453 (OH), 2829 và 2937 (CH), 1613 (C=C). Phổ LC/MS của 3 cho biết pic phân tử mất nước với ion [M-H2O+H] = 409 ứng với công thức C30H49. Do vậy, hợp chất 3 có công thức phân tử là C30H50O. Phân tích các phổ 1H-NMR, 13C-DEPT và HSQC của 3 cho biết một số tín hiệu đặc thù với 7 nhóm metyl (CH3) ở các độ dịch chuyển hóa học 0,96 (3H, s, H-23); 1,03 (3H, s, H-24); 0,76 (s); (3H, s, H-25); 0,84 (3H, s, H-26); 0,95 (3H, s, H-27); 0,79 (3H, s, H-28); 1,68

(3H, s, H-30); một nhóm metylen (CH2) liên kết ngoài ở δH 4,684/4,679 và 4,564/4,559, (2H, dd, J=5Hz, H-29).

Phổ 13C-NMR và DEPT của 3 còn cho biết có tổng số 30 C trong phân tử gồm: 7 nhóm CH3 ở các δC 27,99 (C-23); 15,37 (C-24); 16,12 (C-25); 15,98 (C-26); 14,55 (C-27); 18,0 (C-28); 109,32 (C-29); 19,32 (C-30).; 11 nhóm CH2 ở các δC 38.72 (C-1); 27,46 (C-2); 18,33 (C-6); 34,29 (C-7); 20,94 (C-11); 25,16 (C-12); 27,40 (C-15); 35,54 (C-16); 29,86 (C-21); 40,01 (C-22) và 109,32 (C-29); 6 nhóm CH ở các δC 79,02 (C-3); 55,31 (C-5); 50,45 (C-9); 38,07 (C-13); 48,32 (C-18) và 47,99 (C-19); và 6 C bậc 4 ở các δC 38,86 (C-4); 40,84 (C-8); 37,18 (C-10); 42,84 (C-14); 43,0 (C-17); và 150,96 (C-20). Các số liệu phổ NMR và các tương tác xa của hợp chất 3 được thống kê trong bảng 1. Qua phân tích các số liệu phổ của 3 so sánh với số liệu phổ của lupeol trong tài liệu [9] cho phép khẳng định hợp chất 3 thu được từ dịch n-hexan của thực vật Gymnema sylvestre chính là lupeol với công thức hóa học như sau:

Lupeol

Phổ IR của 4 cho biết một số dao động liên kết ở các tần số (ν cm-1) đặc trưng như: 2829 và 2937 (CH), 1734 (C=O), 1613 (C=C), 1082-1247 (C-O-C). Phổ HR/MS cho các pic ion [M-Cinnamoyloxi]+ = 409, 37556 và pic ion [M - β-amyrin + H]+ = 131, khẳng định phân tử 4 gồm 2 phần hợp thành là axit cinnamic và β-amyrin thông qua liên kết este.


34

Sơ đồ 1. Phương pháp ngâm chiết và phân lập các chất từ cây Dây thìa canh.


TT H (δ ppm) C (δ ppm) H → C (HMBC) CH n (DEPT) 3 3 Lupeol*

1 0,91 38.72 38,7 2; 10 CH2 2 27,46 27,4 1; 3 CH2 3 dd, 3,199/3,189 và 3,176/3,166; J=10Hz 79,02 78,9 2; 4 CH 4 - 38,86 38,8 - C 5 0,69/0,67 55,31 55,3 4; 6; 10 CH 6 1,4/1,5 18,33 18,3 5; 7 CH2 7 1,39 34,29 34,2 6; 8 CH2 8 - 40,84 40,8 - C 9 1,29 50,45 50,4 8; 10; 11 CH 10 - 37,18 37,1 - C 11 1,23/1,43 20,94 20,9 9; 12 CH2 12 1,09/1,68 25,16 25,1 11; 13 CH2 13 1,65 38,07 38,0 12; 14; 18 CH 14 - 42,84 42,8 - C 15 1,58/1,7 27,40 27,4 14; 16 CH2 16 1,38/1,48 35,54 35,5 15; 17 CH2 17 - 43,0 43,0 - C 18 1,37 48,32 48,2 13; 17; 19 CH 19 2,38 47,99 47,9 18; 20; 21 CH 20 - 150,96 150,9 - C 21 1,3/1,9 29,86 29,8 19; 22 CH2 22 1,2/1,4 40,01 40,0 21; 23 CH2 23 0,96 (s) 27,99 28,0 4 CH3 24 1,03 (s) 15,37 15,4 4 CH3 25 0,76 (s) 16,12 16,1 10 CH3 26 0,84 (s) 15,98 15,9 8 CH3 27 0,95 (s) 14,55 14,5 14 CH3 28 0,79 (s) 18,0 18,0 17 CH3 29 dd, 4,684/4,679 và 4,564/4,559, J=5Hz 109,32 109,3 20; 30 CH2 30 1,68 (s) 19,32 19,3 20; 29 CH3

* Tài liệu tham khảo [9]


35

Kết hợp với kết phân tích các phổ 1D và 2D-NMR của 4 có thể khẳng định công thức phân tử của 4 là: C39H56O2. Từ các phổ 1H-NMR, 13C-DEPT và HSQC của 4 cho biết trong phân tử có 8 tín hiệu proton thuộc các liên kết đôi ở các độ dịch chuyển hóa học δH/C: 5,2/121,67 (H-12); 6,46/118,89 (H-2’); 7.68/144,29 (H-3’); 7,53/128,05 (H-2’a và H-6’a); 7,39/128,85 (H-3’a và H-5’a); 7,36/130,13 (H-4’a); 8 loại proton thuộc nhóm metyl (CH3) ở các δH/C: 0,837/28,41 (H-23); 0,996/16,84 (H-24); 0,984/15,59 (H-25); 0,952/16,88 (H-26); 1,148/25,98 (H-27); 0,925/28,12 (H-28); 0,880/33,35 (H-29); 0,875/23,8 (H-30); Phổ 13C-NMR và DEPT của 4 cho biết thêm trong phân tử có 39 C, trong đó 9 C bậc 4 ở các δC: 37,99 (C-4); 39,85 (C-8);36,90 (C-10); 145,23 (C-13); 41,75 (C-14); 32,51(C-17); 31,10 (C-20); 166,83 (C-1’) và 134,59 (C-1’a); 12 C bậc 3 (CH) ở các δC: 81,03 (C-3); 55,32 (C-5); 47,59 (C-9); 121,67 (C-12); 47,26 (C-18); 118,89 (C-1’); 144,29 (C-3’); 128,05# (C-2’a và C-6’a); 128,85# (C-3’a và C-5’a) và 130,13 (C-4’a); 10 C bậc 2 (CH2) ở các δC: 38,31 (C-1); 23,71 (C-2); 18,30 (C-6); 32,62 (C-7);

23,57 (C-11); 26,16 (C-15); 26,95 (C-16); 46,81 (C-19); 34,76 (C-21) và 37,16 (C-22); 8 C bậc 1 (CH3) ở các δC: 28,41 (C-23); 16,84 (C-24); 15,59 (C-25); 16,88 (C-26); 25,98 (C-27); 28,12 (C-28); 33,35 (C-29) và 23,8(C-29). Qua các phân tích số liệu phổ 1D-, 2D-NMR của 4, các số liệu phổ cùng các mối tương tác xa trong phân tử được tổng kết trong bảng 2. Phân tích phổ 2D NMR (HSQC và HMBC) cùng với các phổ 1H-NMR của 4 và so sánh với các số liệu phổ của 3β-O-cinnamoyl-β-amyrin trong tài liệu [9] có thể khẳng định 4 chính là 3β-O-cinnamoyl-β-amyrin với cấu trúc hóa học như sau.

3β-O-cinnamoyl-β-amyrin (4)


TT H (δ ppm) C (δ ppm)

H → C (HMBC) CH n (DEPT) 4 4 β-amyrin#

1 1,1/1,68 38,31 38,7 2 CH2 2 1,73/1,90 23,71 27,3 1/ 3 CH2 3 t; J = 8Hz

4,667/4,651/4,638 81,03 79,0 1’ /2/ 4/ 24

CH

4 - 37,99 38,8 - C 5 0,916 55,32 55,3 4/ 6/ 10 CH 6 1,58/1,45 18,30 18,5 7 CH2 7 1,36/1,55 32,62 32,8 8 CH2 8 - 39,85 38,8 - C 9 1,61 47,59 47,7 8/ 10/ 11/ 25/26 CH 10 - 36,90 37,6 - C 11 0,9/1,7 23,57 23,6 9/ 13 CH2 12 t; J = 3Hz 5,199/5,192/5,186 121,67 121,8 14 CH 13 - 145,23 145,1 - C 14 - 41,75 41,8 - C 15 1,0/1,76 26,16 26,2 16 CH2 16 0,8/2,0 26,95 27.0 15/ 17 CH2 17 - 32,51 32,5 - C 18 1,96 47,26 47,4 13/ 12/ 19 CH 19 1,68/1,04 46,81 46,9 18/ 20 CH2 20 - 31,10 31,1 - C


36

TT H (δ ppm) C (δ ppm)

H → C (HMBC) CH n (DEPT) 4 4 β-amyrin#

21 1,1/1,35 34,76 34,8 20/ 22 CH2 22 1,24/1,45 37,16 37,2 17/ 21 CH2 23 0,837 28,41 28,2 4/ 24 CH3 24 0,996 16,84 15,5 3 / 4/ 5 CH3

25 0,984 15,59 15,6 10 CH3 26 0,952 16,88 16,9 8 CH3 27 1,148 25,98 26,0 14 CH3 28 0,925 28,12 28,4 17 CH3 29 0,880 33,35 33,3 20 CH3 30 0,875 23,8 23,7 20 CH3 1’ - 166,83 - - C 2’ d; 6,462/6,430; J=16Hz 118,89 - 1’a/ 1’ CH 3’ d, 7.683/7.651; J=16Hz 144,29 - 1’/ 2’ / 2’a/ 6’a CH 1’a - 134,59 - - C

2’a/6’a m; 7,527/ 128,05 - 4’a/3’ CH 3’a/5’a m; 7,387 128,85 - 1’a CH

4’a m; 7,378 130,13 - 2’a/ 6’a CH

# Tài liệu tham khảo [8]

KẾT LUẬN

Bằng các phương pháp sắc ký cột với chất hấp phụ là silicagel pha thường, hai triterpenoid lupeol và 3β-O-cinnamoyl-β-amyrin bên cạnh các phytosterol stignasterol và 3β-O-stigmasterol-gluopyranosid đã được phân lập từ cặn chiết metanol của thân lá cây Dây thìa canh (Gymnema sylvestre). Cấu trúc hóa học của các hợp chất được xác định bằng các phương pháp phổ hiện đại như: phổ khối lượng ESI-MS, phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều (1D-NMR: 1H, 13C-NMR, các phổ DEPT 90, DEPT 135) và hai chiều (2D-NMR: HSQC và HMBC). Đây là lần đầu tiên hợp chất 3β-O-cinnamoyl-β-amyrin được phân lập từ loài. Gymnema sylvestre

Lời cảm ơn: Các kết quả nghiên cứu này được được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí từ Đề tài Nghiên cứu Khoa học trọng điểm cấp Bộ, mã số B2010-17-275TĐ.


[1].Võ Văn Chi (1997), Từ điển cây thuốc Việt Nam, Nxb Y học, , tr.396 [2]. Danh mục các loài thực vật Việt Nam tập II, tr.65

[3].Chapman & Hall/CRC. DNP on CD – ROM, 1982-2009, Version 18.1. [4].Trần Văn Ơn “DIABETNA –Dây thìa canh: thuốc quí cho bệnh nhân tiểu đường”. Tạp chí Dược học, No391, (2008) [5].Sugihara, Y; Nojima, H; Matsuda, H; Murakami, T; Yoshikawa, M; Kimura, I "Antihyperglycemic effects of gymnemic acid IV, a compound derived from Gymnema sylvestre leaves in streptozotocin-diabetic mice". Journal of Asian natural products research, Vol. 2 (4): p.321–327 (2000). [6].Wang, LF; Luo, H; Miyoshi, M; Imoto, T; Hiji, Y; Sasaki, T. "Inhibitory effect of gymnemic acid on intestinal absorption of oleic acid in rats". Canadian journal of physiology and pharmacology, vol. 76 (10-11): 1017–1023. (1998) [7].Wencai Ye, Qing-Wen Zhang, Xin Liu, Chun-Tao Che, Shou-Xun Zhao. “Oleanane saponins from Gymnema sylvestre”. Phytochemistry, 53, p. 893-899. 2000 [8].Mario G de C.; Javier R. V.; Lucinene F de O.; Flavio B. B.; Triterpenos isolados de Eschweilera longipes Miers (Lecythidaceae), Quimica nova, vol. 21(6), p.740-743, 1998. [9].Reynolds, W. F., McLean, S., Poplawski, J., Enriquez, R. G., Escobar, L. L. Tetrhedron, vol. 42, p.3419, (1986)


37

SUMMARY NEW RESULTS ON THE CHEMICAL COMPOSITION OF GYMNEMA SYLVESTRE

Nguyen Quyet Tien1*, Pham Thi Hong Minh1, Nguyen Quang An1, Truong Thi Thanh Nga1, Nguyen Ngoc Tuan1, Vu Dinh Doanh2, Pham Huu Dien3

1Institute of Chemistry, VAST; 2Thainguyen University of Education; 3Hanoi University of Education

Chromatographic separation led to the isolation of two triterpenoids lupeol (3) and 3β-O-cinnamoyl-β-amyrin (4) with together two phytosterols stigmasterol (1) and stigmasterol-3-O-glucopyranoside (2), from the branches, leaves of Gymnema sylvestre. Their structures were elucidated by ESI-MS and NMR experiments. This is the first report of these triterpenoids from Gymnema sylvestre. Keywords: Gymnema sylvestre, phytosterols and triterpenoids



38

Phạm Văn Thỉnh và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 39 - 42

39

MỘT SỐ KẾT QUẢ BAN ĐẦU VỀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC TRONG RỄ CÂY TÀO ĐÔNG (PRUNUS ZIPPELIANA VAR. CRASISTYLA (CARD)

Phạm Văn Thỉnh*, Tr ịnh Thị Giang, Mai Thị Hường Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Cây Tào đông có tên khoa học Prunus zippeliana var. crasistyla (Card).thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae). rễ của cây này trong đông Y dùng làm thuốc chống viêm cơ, viêm khớp, chữa đau dây thần kinh. Từ cặn chiết của etyl axetat của rễ cây Tào đông , bằng các phương pháp sắc kí cột với chất hấp phụ silica gel đã phân lập được 3 chất tinh khiết. Cấu trúc của chúng được xác định bằng các phương pháp phổ LC-MS, FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT, HSQC và HMBC cho biết có 2 steroids là stigmasterol, β-sitosterol và 1 tritecpen là axit 2-α-hiđroxyuronic. Từ khóa: Prunus zippeliana var. crasistyla (Card), rosaceae, prunus, stigmasterol, β-sitosterol tritecpenoit, hiđroxyurolic

MỞ ĐẦU*

Cây Tào đông ở vùng núi còn được đồng bào gọi với một số tên khác như cây đào rừng, cây vàng nương vòi mập, cây địa chạo, chạ đào v.v… mọc khá phổ biến ở các tỉnh miền núi Bắc Kạn, Lạng Sơn, Cao Bằng, Hà Giang, Lao Cai. Tên khoa học của cây này là Prunus zippeliana var. crasistyla (Card). Cây tào đông là cây thân gỗ cứng, cao từ 4-5m, nhiều cành, lá thuôn có mép răng cưa, mọc so le dài từ 5-7 cm, rộng từ 3-5cm. Rễ mọc chìm cắm sâu vào khe núi, những rễ nhô ra khỏi đất vỏ rất cứng, rễ chìm trong lòng đất vỏ mền hơn [1].

Rễ cây Tào đông được dùng để làm thuốc trong dân gian từ rất lâu, mới đây Hội Đông Y tỉnh Bắc Kạn tổ chức nghiên cứu các tác dụng của dịch chiết bằng rượu rễ cây tào đông cho thấy nó có tác dụng tốt đối với các bệnh viêm khớp cấp và mãn tính, chữa đau dây thần kinh ngoại biên, chữa các chứng đau cột sống, viêm đa khớp. Có thể đun nước uống (10-20 gam rễ cho 1ngày) có thể chiết cô đặc thành cao sau đó hòa tan vào rượu hoặc chiết bằng rượu rồi xoa lên vùng đau [1-2]

Theo một số nghiên cứu [2] cho biết dịch chiết nước của rễ cây Tào đông có phản ứng dương tính với flavonoit, saponin glicozit, tanin, không phát hiện thấy các phản ứng của ancaloit. Nghiên cứu này cũng cho biết dịch * Tel: 0912132563, Email: [email protected]

chiết cồn của rễ cây Tào đông có tác dụng chống viêm cấp khi thử nghiệm trên bàn chân chuột.

Bài báo này sẽ thông báo một số thành phần hóa học có trong rễ cây Tào đông thu tại huyện Chợ Rã tỉnh Bắc Kạn có trong dịch chiết bằng dung môi etyl axetat.

THỰC NGHIỆM

Nguyên liệu

Rễ cây tào đông được thu hoạch tại huỵện Chợ Rã tỉnh Bắc Kạn (2,0 kg) được PGS.TS.Lê Ngọc Công, khoa Sinh trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên thẩm định là cây Prunus zippeliana var. crasistyla (Card).

Thiết bị nghiên cứu

Điểm chảy được đo trên máy Electrothermal IA-9200 (Anh). Phổ IR được ghi trên máy IMPACT 410 sử dụng đĩa nén tinh thể KBr. Phổ ESI-MS đo trên máy HP-1100 LS/MS Trap. Phổ 1H-NMR (500 MHz) và 13C-NMR (125 MHz) được ghi trên máy Bruker AM500 FT-NMR và TMS được sử dụng là chất nội chuẩn. Sắc kí cột (CC) sử dụng chất nhồi Silica gel (Kieselgel 60, 70 - 230 mesh và 230 - 400 mesh, Merck).

Phương pháp nghiên cứu

Mẫu thực vật tươi (1,36kg) được khử men trong tủ sấy 10 phút ở nhiệt độ 110oC, sau đó được sấy khô đến khối lượng không đổi (độ ẩm < 10%) ở nhiệt độ 40-50oC (còn lại


40

0,82kg). Mẫu khô được nghiền nhỏ và được tiến hành ngâm chiết phân đoạn bằng các dung môi có độ phân cực tăng dần (trước tiên dùng etylaxetat, sau đó chiết bằng metanol và metanol-nước).

Phần cặn tan trong etyl axetat thu được 20 gam.

Phần cặn thu được trong dịch chiết bằng metanol và metanol nước là 40 gam

Phân lập các chất sạch trong dịch chiết etyl axetat bằng phương pháp sắc kí cột với chât hấp phụ silica gel. Chúng tôi thu được 3 chất tinh khiết kí hiệu là ET-1 (42mg) , ET-2 (31mg) và ET-3 (27mg).


1. Hợp chất ET-1

Chất ET-1 được phân lập khi rửa giải cột sắc kí bằng hệ dung môi n-hexan-etyl axetat (95:5) thu được 42mg tinh thể hình kim không màu, nóng chảy ở 155-157oC, tan tốt trong n-hexan, chlorofom, có Rf=0,65 trong hệ dung môi n-hexan:etyl axetat (5:1), có [α]25

D = -430 (c=0,05, CHCl3).Phổ hồng ngoại cho các tần số ở 3406,2cm-1 (dao động hóa trị OH), 2934,1cm-1 (dao động hóa trị CH); 1621,2cm-1 (C=C); phổ EI-MS (m/z) cho píc 412 [M]+. Phổ NMR cho các thông tin cụ thể sau 1H-NMR (500MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 3,49 (1H, m, H-3); 5,33 (1H, dd, J=5 và 2 Hz, H-6); 5,11 (1H, dd, J=15 và 5 Hz, H-22); 5,03 (1H, dd, J=15 và 5 Hz, H-23); 1,01 (3H, s, H-18); 0,92 (3H, d, J21-20 = 6,5Hz, H-21); 0,85 (3H, d, J = 7,1Hz, H-26); 0,84 (3H, d, J = 6,5Hz, H-29); 0,81 (3H, d, J = 6,5Hz, H-28); 0,69 (3H, s, H-19). 13C-NMR(125MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 36,5 (C-1); 29,1 (C-2); 71,7 (C-3); 42,2 (C-4); 140,7 (C-5); 121,7 (C-6); 37,2 (C-7); 31,8 (C-8); 51,2 (C-9); 36,1 (C-10); 24,3 (C-11); 39,7 (C-12); 42,2 (C-13); 56,8 (C-14); 25,4 (C-15); 29,7 (C-16); 56,0 (C-17); 11,8 (C-18); 19,4 (C-9); 40,5 (C-20); 18,8 (C-21); 128,3 (C-22); 129,2 (C-23); 50,1 (C-24); 31,6 (C-25); 21,2 (C-26); 21,0 (C-27); 18,9(C-28); 12,0(C-29).

So sánh các dữ liệu về tính chất hóa học, tính chất vật lí và các đặc trưng quang phổ của chất ET-1 hoàn toàn tương tự với các đặc

trưng về phổ và tính chất vật lí của stigmasterol [3]. Vì vậy chúng tôi quy kết chất ET-1 là stigmasterol hay tên hệ thống của nó là stigmat-5,22-đien-24R-3β-ol

Stigmasterol (ET-1)


Tiếp tục rửa giải cột bằng hệ dung môi n-hexan-etylaxetat (90:10) thu được chất tinh khiết ET-2 đó là các tinh thể hình kim, không màu (31mg), nóng chảy ở 138-140oC. Phổ IR cho vân 3431,5 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của OH, vân 2931,3cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của CH, vân 1647,2cm-1 là dao động hóa trị đặc trưng của liên kết đôi C=C. Phổ khối cho píc ion phân tử ở 414 [M] + Phổ cộng hưởng từ hạt nhân cho các thông tin cụ thể sau: 1H-NMR (500MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 3,51 (1H, m, H-3); 5,31 (1H, dd, J=5 và 2 Hz, H-6); 1,01 (3H, s, H-18); 0,92 (3H, d, J = 6,6Hz, H-21); 0,85 (3H, d, J = 7,1Hz, H-26); 0,84 (3H, d, J = 6,6Hz, H-29); 0,81 (3H, d, J = 6,6Hz, H-28); 0,68 (3H, s, H-19). 13C-NMR (125MHz, CDCl3, TMS, δ ppm): 37,3 (C-1); 31,7 (C-2); 71,8 (C-3); 42,3 (C-4); 140,8 (C-5); 121,7 (C-6); 31,9 (C-7); 31,9 (C-8); 50,2 (C-9); 36,5 (C-10); 21,1 (C-11); 39,8 (C-12); 42,3 (C-13); 56,8 (C-14); 24,3 (C-15); 28,3 (C-16); 56,1 (C-17); 11,9 (C-18); 19,4 (C-19); 36,2 (C-20); 18,8 (C-21); 33,9 (C-22); 26,1 (C-23); 45,9 (C-24); 29,2 (C-25); 19,1 (C-26); 19,4 (C-27); 23,1 (C-28); 11,9 (C-29).

So sánh các thông tin về phổ NMR, phổ IR, các hằng số vật lí của chất ET-2 mà chúng tôi phân lập từ rễ cây Tào đông với chất β-sitosterol mà các tác giả khác đã làm rõ được cấu trúc hóa học của nó thấy hoàn toàn giống nhau [3], từ đó có thể quy kết chất ET-2 là β-sitosterol.


41

β-Sitosterol (ET-2)


Chất ET-3 thu được khi phân lập bằng hệ dung môi chlorofom-metanol (95:5) là chất kết tinh vô định hình (27mg), tan tốt trong hệ dung môi chlorofom-metanol, nóng chảy ở 244-245oC, có Rf= 0,28 trong hệ dung môi trên. Phổ IR cho vân rộng trong khoảng 3500-3200cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm OH có liên kết hiđro; vân 1695cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm cacboxyl, và vân 1645cm-1 đăc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C=C.

Phổ 1H-NMR của ET-3 cho biết có 7 tín hiệu của nhóm CH3 ở các độ chuyển dịch hóa học δH 0,735ppm (3H, s, 26-CH3), δH 0,778ppm (3H, s, 24-CH3), δH 0,812ppm (3H, d, J=6,2, 30-CH3), δH 0,840ppm (3H, s, 29-CH3), δH 0,884ppm (3H, s, 25-CH3), δH 0,91ppm (3H,

s, 23-CH3) và δH 1,05ppm (3H, s, 27-CH3). Tín hiệu cộng hưởng của proton trong các nhóm CH liên kết với nhóm hiđroxyl ở δH = 3,34ppm tương ứng với proton ở C-2 và δH= 3,77ppm tương ứng với proton ở C-3. một tín hiệu ở 2,1ppm (1H,d, J=11Hz) chính là tín hiệu của proton ở vị trí C-18, đó là những tín hiệu đặc trưng cho tritecpen có khung ursan. Tín hiệu ở δH =5,14ppm là độ chuyển dịch hóa học của proton trong nhóm CH liên kết đôi chứng tỏ nguyên tử cacbon chứa nối đôi còn lại là cacbon bậc bốn. Tất cả các dữ liệu trên hoàn toàn phù hợp với một tritecpen có bộ khung ursan và có liên kết đôi ở vị trí C13 và C14.Phổ 13C-NMR, phổ DEPT và phổ HSQC cho biết phân tử ET-3 có 30 cacbon cho phép khẳng định ET-3 là tritecpen trong đó có 7 nhóm CH3, 8 nhóm CH2, 8 nhóm CH và 7 cacbon bậc bốn.trong đó có 1 cacbon đặc trưng cho nhóm COOH với δC=178,26 ppm, một tín hiệu của nhóm CH ở δC= 124,50ppm, 1 C bậc 4 chứa nối đôi ở δC= 138,21ppm hai nhóm CH-OH ở các độ chuyển dịch hóa học tương ứng của C và H là δC= 64,63 ppm δH=3,77ppm ứng với CH-OH ở vị trí số 2 và δC= 77,82 ppm δH= 3,34ppm ứng với CH-OH ở vị trí số 3 (các số liệu phổ NMR được trình bày ở bảng 3.1). Phổ khối của chất ET-3 cho píc ion phân tử [M] + 473 m/z.

Bảng 1. Các số liệu phổ NMR của chất ET-3

Vị trí C 13C-NMR (ppm) 1H-

NMR(ppm) Vị trí của C 13C-NMR(ppm) 1H-NMR(ppm)

1 41,71 - 16 23,76 - 2 64,63 3,34 17 46,78 - 3 77,82 3,77 18 52,23 2,10 4 37,95 - 19 38,40 - 5 47,57 1,98 20 3,48 - 6 17,56 - 21 30,16 - 7 32,61 - 22 36,29 - 8 39,01 - 23 21,06 0,91 9 46,56 - 24 28,87 0,73 10 37,81 - 25 16,22 0,90 11 22,86 - 26 16,91 0,90 12 124,51 5,13 27 23,21 1,03 13 138,22 - 28 178,26 - 14 40,00 - 29 16,99 0,89 15 27,42 - 30 21,85 0,81


42

HO

HO

O

OH1

2

34

56

7

89

10

11

12

13

14

15

16

1718

1920 21

22

28

30

29

27

2625

2423

Axit 2α-hiđroxyursolic (ET-3)

So sánh các số liệu về phổ của chất ET-3 với các số liệu mà các tác giả khác đã công bố khi nghiên cứu các đối tượng thực vật khác cho thấy chất ET-3 có phổ hoàn toàn giống với phổ của chât 2,3-đihiđroxi-urs-12-en-28-oic hay thường gọi là axit 2α-hiđroxyursolic [4]. Căn cứ vào các dữ liệu thực nghiệm và so sánh trên chúng tôi quy kết chất ET-3 là axit 2α-hiđroxyursolic. Chất có khung tritepen ursan được xác định là những chất có khả năng kháng khuẩn, chống viêm cao, là những chất có khả năng kháng gốc tự do, kháng tế bào ung thư gan dòng Hep-G2 và một số dòng tế bào bạch cầu (Leuk-M1) đặc biệt là hoạt tính anti-HIV với giá trị nồng độ thấp IC50 6,5mg/ml [5]

KẾT LUẬN

Bằng phương pháp sắc kí cột với chất hấp phụ silica gel, rửa giải cột bằng các hệ dung

môi có độ phân cực khác nhau chúng tôi đãphân lập từ phần cặn chiết bằng etyl axetat của rễ cây tào đông Prunus zippeliana var. crasistyla (Card) được 3 chất tinh khiết. Bằng các phương pháp quang phổ hiện đại, so sánh đối chiếu với các tài liệu tham khảo đã quy kết được chất ET-1 là stingmasterol; ET-2 là β-sitosterol và chất ET-3 là axit 2α-hiđroxyursolic.


[1]. Nguyễn Tiến Bân và các cộng sự (2003) “Danh mục các loài thực vật Việt Nam” T.II Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội. [2]. Nguyễn Thị Minh, Hoàng Văn Lực, Nguyễn Xuân Dũng (2009) “Bước đầu nghiên cứu hóa học cây đào rừng” Tuyển tập các công trình hội nghị khoa học và công nghệ hóa hữu cơ toàn quốc lần thứ 4. [3]. L.John Goad and Toshihiro Akihisa., ANALISIS OF STEROLS (1997) Blackie academic & professional London Weiheim –New Yord –Tokyo –Melbourne- Madras p.378 -380. [4]. Takashi Yamagiski, De-Cheng Zhang, Jer-Jang et al “The cytotoxic principles of Hyptis capitata and of the new tritecpenes hyptatic acid-A and B” Phytochemistry, 1988, 27 (10) p 3213-3216 [5]. Birgit U.Jaki, Scott G Franzblau, Lucas R., Chadwick, David C. Lankin, Fangqiu Zhang, Yuehong Wang an Guido F. Pauli. “Puriy- activity Relationships ò Natural Products: The Case of Anti-TB active Ursolc acid. J.Nat. Prod.2008, 71 p.1742-1748

SUMMARY PRIMARY STUDY ON THE CHEMICAL COMPOSITION OF PRUNUS ZIPPELIANA VAR. CRASISTYLA (CARD)

Pham Van Thinh*, Trinh Thi Giang *, Mai Thi Huong*

College of Education- TNU

Prunus zippeliana var. crasistyla (Card) belonging to the families Rosaceae.Which can be found in almost all mountainous regions in Bac Kan, Cao Bang, Lang Son, Lao Cai…provinces. The locan people there often use the whole plant as a popular medicin. The ethyl acetate extracted of Prunus zippeliana var. crasistyla ‘s leaves were separated by 2 steroids and 1 tritecpen. Chemical structure of these compounds determined through spestral methods such as LC-MS, FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT, HSQC and HMBC was stigmasterol, β-sitosterol and 2-α-hidroxyurolic acid. Key words: Prunus zippeliana var. crasistyla (Card), rosaceae, prunus, stigmasterol, β-sitosterol, tritecpenoit, 2α- hidroxyurolic

* Tel: 0912132563, Email: [email protected]

Đặng Thị Uyên và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 43 - 47

43

MÔ PHỎNG HỆ SỐ TRƯỚC HÀM M Ũ, D0 TRONG KIM LO ẠI Fe VÔ ĐỊNH HÌNH

Đặng Thị Uyên*, Đỗ Thị Vân, Vì Huyền Trang, Phạm Hữu Kiên Trường ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Sự phụ thuộc vào mật độ khối lượng của hệ số trước hàm mũ (thừa số khuếch tán), D0 trong kim loại Fe vô định hình (VĐH) đã được nghiên cứu bằng phương pháp thống kê hồi phục (TKHP). Kết quả mô phỏng cho thấy, một lượng đáng kể vacancy-simplex (VS) trong kim loại Fe VĐH, chúng có vai trò khuếch tán giống như nút khuyết “vacancy” trong tinh thể và thay đổi mạnh theo mật độ. Cơ chế khuếch tán trong kim loại VĐH được mô tả như sau, nguyên tử khuếch tán nhảy vào VS, VS hiện tại biến mất dẫn đến sự dịch chuyển tập thể của một số nguyên tử lân cận VS. Hệ số trước hàm mũ, D0 của nguyên tử khuếch tán được tính theo cơ chế VS cho kết quả phù hợp tốt với số liệu thực nghiệm. Từ khóa: Thống kê hồi phục; Vô định hình; Simplex; Vacancy; Hệ số trước hàm mũ, D0

GIỚI THIỆU*

Những nghiên cứu về các kim loại vô định hình (VĐH) có ý nghĩa rất lớn trong các lĩnh vực khoa học vật liệu và khoa học ứng dụng,vì các kim loại VĐH có những tính chất hoá lý đặc biệt và ưu việt hơn so với vật liệu tinh thể truyền thống: độ bền, độ cứng và tính ổn định cao khi có lực uốn tác dụng tuần hoàn; điện trở lớn, hệ số nhiệt điện trở thấp; độ dẫn từ cao, lực kháng từ nhỏ; khả năng chịu ăn mòn cao [1-6]. Kim loại Fe VĐH thường được khảo sát trong thực nghiệm cũng như trong lĩnh vực mô phỏng [6-10], đặc biệt là những nghiên cứu về cơ chế tự khuếch tán, rất nhiều tính chất hoá lý được giải thích thông qua cơ chế này. Gần đây, những kết quả nghiên cứu về các kim loại VĐH không những cung cấp những hiểu biết về các tính chất hoá học, tính chất vật lý mà còn có những công trình khảo sát cho kết quả xác thực đối với hệ số khuếch tán [1,2,9,10]. Võ Văn Hoàng và các cộng sự đã nghiên cứu sự phụ thuộc hệ số khuếch tán vào nhiệt độ bằng cách sử dụng phương pháp mô phỏng động lực học phân tử (ĐLHPT) theo cơ chế lỗ hổng. Kết quả thu được là tương đối phù hợp với các dự đoán trong các công trình trước đây [2]. Phạm Khắc Hùng và các cộng sự đã sử dụng phương pháp TKHP để nghiên cứu * Tel: 01689969574; Email: [email protected]

cơ chế khuếch tán trong hợp kim Fe80B20 VĐH theo cơ chế khuếch tán thông qua các bong bóng-vacancy [7]. Kết quả nhóm tác giả này thu được phù hợp tốt với các số liệu thực nghiệm. Tuy nhiên, như chúng tôi được biết những nghiên cứu về sự phụ thuộc của thừa số khuếch tán D0 vào mật độ khối lượng của hệ kim loại VĐH hầu như rất ít. Trong công trình này chúng tôi nghiên cứu cơ chế khuếch tán thông qua vacancy-simplex trong kim loại Fe VĐH. Sự phụ thuộc của hệ số trước hàm mũ, D0 vào mật độ cũng sẽ được thảo luận ở đây.

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Trong công trình này, chúng tôi đã sử dụng phương pháp TKHP [1,2,7]. Tính toán được đưa ra đối với 3 mô hình A, B và C chứa 2×105 nguyên tử trong hình lập phương (bảng 1).Ở đây, chúng tôi đã sử dụng thế tương tác cặp Paka-Doyama , có dạng:

( ) ( ) ( )4 2

0cutoff

cutoff

a r b c r d e r rr

r r

+ + + + ≤= >

ϕ

(1) trong đó r là khoảng cách tương tác nguyên tử, cutoffr là bán kính ngắt, các tham số a, b, c, d và e được xác định theo các số liệu thực nghiệm về module đàn hồi (bảng 2). Cấu hình ban đầu của các mô hình nhận được bằng cách gieo ngẫu nhiên tất cả các nguyên tử trong không gian mô phỏng. Mật độ của mô


44

hình được chọn là mật độ thực của kim loại VĐH (bảng 2). Các cấu hình trên được chúng tôi “ lắc mạnh” để phá vỡ trạng thái ban đầu và hồi phục trên 106 bước mô phỏng để tạo ra các trạng thái cân bằng của hệ, bước mô phỏng được chọn bằng 0.01 Å. Tiếp theo, chúng tôi giảm năng lượng của các hệ đến trạng thái hồi phục tốt hơn bằng cách lắc các

mô hình 50 bước mô phỏng 0.4 Å. Sau đó, chúng tôi tiếp tục hồi phục hệ với bước mô phỏng 0.01 Å để tạo ra các trạng thái cân bằng cho hệ. Quá trình này được lặp lại nhiều lần để thu được năng lượng ổn định tốt nhất. Hệ cân bằng nhận được sẽ được sử dụng để nghiên cứu một số tính chất trên các mô hình xây dựng.

Bảng 1. Thông số đặc trưng cho các mô hình xây dựng; ε là năng lượng của hệ [3-5]

Các mô hình A B C Mật độ (g/cm3) 7.792 7.831 7.872

ε /trên nguyên tử (eV) -1.4023 -1.4029 -1.4011

Bảng 2. Hệ số thế tương tác cặp của các mô hình xây dựng [2,7]

Cặp a (eV/ Å4) b (Å) c (eV/ Å2) d (Å) e (eV) rcutoff (Å) Fe-Fe - 0.18892 - 1.82709 1.70192 - 0.50849 - 0.19829 3.44

Hình 1. Mô tả một số simplex trong các mô hình xây dựng: a) simplex - 4 nguyên tử; b) simplex - 6 nguyên tử; c) simplex - 5 nguyên tử và các nguyên tử lân cận.

Mũi tên chỉ hướng nhảy của nguyên tử vào simplex.

Hình 1 mô tả một số simplex trong các mô hình xây dựng. Như có thể thấy, trong simplex có một khoảng thể tích tự do, nó sẽ giúp nguyên tử trên bề mặt có thể nhảy vào phía trong của simplex. Khi nguyên tử nhảy vào trong simplex dẫn đến chuyển động tập thể của các nguyên tử lân cận simplex và simplex có vai trò khuếch tán giống như vacancy trong tinh thể [1,2,7]. Phương pháp xác định simplex tương tự như xác định bong bóng (bubbles) trong hợp kim Fe80B20 VĐH [7].


Mức độ tin cậy của các mô hình xây dựng được kiểm tra bằng cách so sánh hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT) nhận được với HPBXT thực nghiệm nhiễu xạ tia-X/nơtron. Như thấy trong hình 2, HPBXT trong các mô hình của chúng tôi phù hợp tốt với thực nghiệm [3,4]. Đặc biệt, HPBXT của các mô hình cũng có sự tách đỉnh nhỏ ở cực đại thứ hai. Sự tách đỉnh

này thường được giải thích là do có sự liên quan đến các khối đa diện trong kim loại VĐH. Bảng 3 thống kê các thông số đặc trưng cấu trúc của kim loại Fe VĐH. Như có thể thấy, chỉ có một vài sai lệch nhỏ tại các đỉnh thứ 4, 5 giữa mô hình của chúng tôi với các công trình [1,4-7]. Theo chúng tôi, sự sai lệch này là do kích thước hoặc số hạt của các mô hình trong các công trình là khác nhau. Bảng 3 cũng cho thấy, mặc dù mật độ các mô hình khác nhau nhưng đặc trưng cấu trúc của chúng hoàn toàn tương tự nhau. Đặc điểm này cũng có thể quan sát trên hình 3. Vì vậy, không thể phân tích HPBXT để nghiên cứu các tính chất vật lý khác nhau trên cùng kim loại VĐH có mật độ khác nhau.

Để nghiên cứu cơ chế khuếch tán trong các mô hình kim loại xây dựng, chúng tôi xác định các đơn vị simplex (xem hình 1). Như thấy trong bảng 4, mặc dù năng lượng của các

a

b

c


45

mô hình A, B, C khác nhau không đáng kể nhưng số simplex tìm thấy trong các mô hình này lại khác nhau. Cụ thể, khi mật độ khối lượng của các mô hình A, B và C tăng từ 7.792-7.872 g/cm3 thì số simplex trên một nguyên tử tương ứng giảm từ 6.498-6.479.

Số simplex trong mỗi hệ giảm mạnh khi số nguyên tử tạo thành simplex tăng từ 4-7 và giảm theo mật độ của các mô hình. Nghĩa là, kim loại Fe VĐH sẽ trở nên xếp chặt (bền vững) hơn khi mật độ khối lượng tăng.

Bảng 3. Đặc trưng cấu trúc của các mô hình xây dựng: ri là vị trí của đỉnh thứ i; g(r) là độ cao đỉnh thứ nhất trong hàm phân bố xuyên tâm cặp; * là số liệu thực nghiệm

Mô hình r1 r2/r1 r3/ r1 r4/r1 r5/r1 g(r) A 2.56 1.68 2.01 2.54 3.41 3.78 B 2.56 1.67 2.00 2.55 3.41 3.78 C 2.54 1.67 2.01 2.56 3.41 3.81

[8]* 2.50 1.67 2.00 - - 3.73

[9]* 2.58 1.67 1.96 2.51 3.38 3.20

Hình 3. Hàm phân bố xuyên tâm cặp của các mô hình xây dựng

Sau khi xác định số simplex trong các mô hình xây dựng, với mỗi simplex, chúng tôi dịch từng nguyên tử (20 bước) vào phía tâm của simplex đó, bước dịch chuyển là 0.05 Å. Sau đó, ghi lại năng lượng chuyển tiếp và độ dịch chuyển nguyên tử đó sau mỗi lần nhảy. Sau đó, chúng tôi biểu diễn mối quan hệ giữa năng lượng chuyển tiếp và khoảng cách dịch chuyển của từng nguyên tử. Kết quả mô phỏng cho thấy, đồ thị mô tả sự thay đổi năng lượng chuyển tiếp theo khoảng cách dịch chuyển của nguyên tử như hình 4 a).

Đối với dạng đồ thị b), có sự tăng tuyến tính, nghĩa là các nguyên tử tương ứng với dạng đồ thị b) sẽ không thể nhảy vào phía trong simplex. Với đồ thị a), thì ngược lại, có một cực đại và có hình dạng gần giống với dạng hàm Gauss. Nguyên tử tương ứng với đồ thị a), có thể nhảy vào trong simplex và các simplex tương ứng với nguyên tử như vậy có thể đóng vai trò khuếch tán giống như vacancy trong tinh thể. Chúng tôi gọi các simplex này là VS. Số VS tìm thấy trong các

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

1

2

3

4

Mô hình C

r (10-1nm)

0

1

2

3

4

Mô hình B

g(r)

0

1

2

3

4

Mô hình A


46

mô hình được liệt kê trong bảng 5. Như có thể thấy, số VS thay đổi mạnh theo mật độ khối lượng. Cụ thể, khi mật độ khối lượng của các mô hình A, B và C tăng từ 7.792-7.872 g/cm3 thì số VS giảm tương ứng từ 477-306. Như vậy, khi mật độ tăng thì số VS giảm, tức là hệ số trước hàm mũ, D0 sẽ giảm.

Hình 4 b), cho biết phân bố tỉ lệ số nguyên tử theo độ cao rào thế, khi cho nguyên tử khuếch tán nhảy vào trong VS. Như có thể thấy, cực đại rào thế khoảng 1.6 eV. Độ rộng phổ rào thế cỡ 0.6-3.2 eV.Qua đó, cho thấy các dạng đồ thị năng lượng (hình 4 a) trong các mô hình xây dựng rất phức tạp.

Bảng 4. Số các đơn vị simplex-natoms, trong đó natoms là số nguyên tử tạo thành simplex

natoms A B C 4 1247806 1245210 1244922 5 49529 48782 48266 6 2296 2140 2384 7 8 0 2

Hình a) Hình b)

Hình 4. Hai dạng đặc đồ thị năng lượng của nguyên tử lân cận khi dịch vào tâm của simplex (Hình a) và tỉ lệ phần trăm số VS theo độ cao rào thế (Hình b)

Bảng 5. Hệ trước hàm mũ, D0 trong các mô hình xây dựng và số liệu thực nghiệm [10].

Mô hình A B C Fe91Zr9

Nvasimp 477 325 306 - D0×10-7(m2/s) 79.50 54.17 51.00 70.6

Hệ số trước hàm mũ, D0 của nguyên tử khuếch tán tỉ lệ với số VS, Nvasimp và được xác định theo dạng định luật Arrhenius [7]:

21exp( ) exp( )

6m m

vasimp

s ED fv d N

k kT= < > −

, (2)

trong đó d là khoảng cách nhảy của nguyên tử; Sm, Em lần lượt là năng lượng và entropy dịch chuyển hiệu dụng đối với sự khuếch tán trong môi trường mất tự; k là hằng số

Boltzmann; ν là tần số nhảy nguyên tử; f là hệ số tương quan.

Vì phương pháp TKHP là trường hợp đặc biệt của phương pháp ĐLHPT trong giới hạn nhiệt độ bằng 0. Do đó, số VS được tìm thấy trong các mô hình là không phụ thuộc vào nhiệt độ mà chỉ thay đổi theo mức độ hồi phục và mật độ của hệ. Như một hệ quả, năng lượng kích hoạt chính là năng lượng dịch chuyển, Em và hệ số trước hàm mũ, D0 sẽ được xác định bởi:

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

-1

0

1

2 a b

N¨ng l−

îng,

eV

Kho¶ng c¸ch nh¶y r, (10-1nm)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

TØ l

Ö p

hÇ

n t

r¨m

th

eo

sè

l−î

ng

VS

§é cao rµo thÕ, eV


47

20

1exp( )

6m

vasimp

sD fv d N

k= < >

. (3) Nếu giả thiết ν = 1012 s-1; f = exp(sm/k) ≈ 1; d2 ≈ 10 Å2 thì từ công thức (3), chúng tôi xác định được gần đúng hệ số trước hàm mũ, D0 của nguyên tử khuếch tán như trong bảng 5. Có thể thấy, khi mật độ tăng thì hệ số trước hàm mũ D0 giảm. Bảng 5 cho thấy, giá trị hệ số trước hàm mũ trong các mô hình xây dựng phù hợp tốt với số liệu thực nghiệm [9,10]. KẾT LUẬN Bài báo đạt được một số kết quả chính sau: - Các mẫu vật liệu được xây dựng bằng phương pháp TKHP, dùng thế tương tác cặp Paka-Doyama cho HPBXT phù hợp tốt với số liệu thực nghiệm và kết quả mô phỏng của một số tác giả khác. - Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng, trong kim loại Fe VĐH tồn tại một lượng đáng kể các VS, chúng đóng vai trò khuếch tán giống như vacancy trong tinh thể. Cơ chế khuếch tán trong các kim loại VĐH được mô tả như sau, nguyên tử trên VS nhảy vào trong VS, sau đó là sự dịch chuyển tập thể của một số lượng lớn các nguyên tử lân cận bao.

- Hệ số trước hàm mũ trong các mô hình xây dựng được tính toán thông qua VS cho giá trị phù hợp tốt với thực nghiệm. Hệ số trước hàm mũ phụ thuộc mạnh vào mật độ khối lượng, khi mật độ tăng thì hệ số trước hàm mũ giảm (Số VS giảm) và ngược lại.


[1]. P.K. Hung, H.V. Hue, L.T. Vinh, J. Non-Cryst. Solids, 352 (2006) 3332. [2]. Vo Van Hoang, Nguyen Hung Cuong, Physica B 404 (2009) 340. [3]. H. Kronmuller, W. Frank and A. Horner, Mater. Sci. Eng., A 133 ( 1991 ) 410. [4]. Y. Waseda, S. Tamaki, Philos. Mag. 32 (1975) 273. [5]. P.K. Leung, J.G. Wright, Philos. Mag. B 30 (1974) 995. [6]. L.B. Davies, P.J. Grundy, Phys. Status Solidi A 8 (1971) 189. [7]. P.K. Hung, P.H. Kien and L.T. Vinh, J. Phys.: Condens. Matter 21 (2009) 035401. [8]. T. Ichikawa et al., Phys. Status Solidi A 19 (1973) 707. [9]. V. Naundorf et al., Journal of Non-Crystalline Solids 224 (1998) 122. [10]. W. Frank et al., Materials Science and Engineering, 97 (1988) 415-418.

SUMMARY SIMULATION OF PRE-EXPONENTIAL FACTOR, D 0 IN AMORPHOUS Fe METAL

Dang Thi Uyen*, Do Thi Van, Vi Huyen Trang, Pham Huu Kien College of Education - TNU

Density dependent of pre-exponential factor, D0 in amorphous Fe metal have been studied by using a static relaxation method. Result of simulation reveals that the amorphous Fe metal have a large number of vacancy-simplex (VS), which has a role of diffusion as a vacancy in crystal and strong dependent on model density. A diffusion mechanism is proposed for the tracer diffusivity in amorphous metal of which the elemental atomic movement includes a jump of neighboring atom into the VS and then collective displacement of a number of atoms. Pre-exponential factor, D0 of diffusion atom is determined via the VS for result agree well with the experimental data. Key words: Static relaxation; Amorphous; Simplex; Vacancy; Exponential factor, D0



48

Nguyễn Thị Nhâm Tuất và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 49 - 53

49

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ CẢI TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẠI BỆNH VI ỆN ĐA KHOA TRUNG ƯƠNG THÁI NGUYÊN

Nguyễn Thị Nhâm Tuất, Ngô Văn Giới Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Nghiên cứu được thực hiện tại Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên (BVĐKTWTN) năm 2011. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, nước thải bệnh viện còn phát hiện thấy vi trùng gây bệnh, hàm lượng BOD, COD, Nts, Pts vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5945-2005(B)). Hệ thống xử lý nước thải (HTXLNT) hiện tại chưa được đầu tư và trang bị các thiết bị xử lý mới, công suất của trạm xử lý chưa đáp ứng được yêu cầu xử lý. Kết quả nghiên cứu chỉ ra thực trạng xử lý nước thải và đề xuất giải pháp công nghệ thích hợp để cải tiến nâng cao hiệu quả hoạt động của HTXLNT tại BVĐKTWTN góp phần bảo vệ môi trường. Từ khóa: môi trường, công nghệ, nước thải, bệnh viện, Thái Nguyên

ĐẶT VẤN ĐỀ* Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên là một bệnh viện lớn được thành lập từ năm 1951; được kế thừa và phát triển từ bệnh viện khu tự trị Việt Bắc, ban đầu bệnh viện có tên là Bệnh viện Đa khoa Thái Nguyên. Năm 1997 bệnh viện được đổi tên thành BVĐKTWTN và trở thành bệnh viện trung ương hạng I; có diện tích là 7,63 ha; được đặt tại phường Phan Đình Phùng, thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên; hoạt động với quy mô (tính từ đầu năm 2010) là 810 giường bệnh, 22 khoa lâm sàng, 9 khoa cận lâm sàng, 7 phòng chức năng, 795 cán bộ công chức. Hàng ngày, bệnh viện đón tiếp từ 800-1000 bệnh nhân nội trú, điều trị ngoại trú cho hơn 2000 bệnh nhân. Chức năng quan trọng hàng đầu của BVĐKTWTN là khám và chữa trị bệnh cho cán bộ và nhân dân các dân tộc tỉnh Thái Nguyên và một số huyện của các tỉnh lân cận như Tuyên Quang, Cao Bằng, Bắc Giang…Thêm vào đó Bệnh viện còn có chức năng bồi dưỡng nghiệp vụ cho cán bộ y tế thuộc các tỉnh lân cận; đào tạo bác sỹ chuyên khoa cấp 1; là cơ sở thực hành chính của Trường đại học Y-Dược Thái Nguyên và Trường cao đẳng Y tế Thái Nguyên; thực hiện các chương trình y tế (nhiễm trùng hô hấp, suy dinh dưỡng, chống mù lòa, tiêu chảy, sốt rét, bướu cổ); thực hiện chức năng kinh tế. * Tel: 0987343119 ; Email: [email protected]

Hàng ngày, BVĐKTWTN phát sinh một lượng lớn nước thải chứa nhiều vi trùng gây bệnh, hàm lượng BOD, COD, Nts, Pts vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5945-2005(B)). Hệ thống xử lý nước thải của BVĐKTWTN đã được xây dựng từ lâu đến nay đã bị xuống cấp, công suất của trạm xử lý chưa đáp ứng được lượng nước thải phát sinh hàng ngày của bệnh viện, nước thải sau xử lý chưa đảm bảo tiêu chuẩn cho phép có tiềm năng gây ô nhiễm môi trường. Do vậy việc nghiên cứu một cách toàn diện thực trạng xử lý nước thải của BVĐKTWTN nhằm đánh giá những điểm mạnh và điểm yếu của HTXLNT bệnh viện, làm cơ sở để đưa ra một giải pháp công nghệ thích hợp nhằm cải tiến nâng cao hiệu quả hoạt động của HTXLNT tại BVĐKTWTN là rất cần thiết.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài được thực hiện trên các đối tượng nghiên cứu là: Nước thải BVĐKTWTN trước và sau khi qua HTXLNT, hệ thống thu gom và xử lý nước thải.

Các phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu là: Phương pháp thu thập, xử lý số liệu; phương pháp khảo sát thực địa và một số phương pháp phân tích thông dụng trong phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn hiện hành…


50

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Thành phần nước thải của Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên

Nghiên cứu cho thấy, tổng lượng nước thải phát sinh từ các khu chức năng phục vụ mục đích khám chữa trị bệnh, sinh hoạt, vệ sinh trong bệnh viện là gần 400 m3/ngày đêm. Nước thải BVĐKTWTN có thành phần đa dạng và phức tạp có chứa các hợp chất hữu cơ, chất tẩy rửa, chất rắn lơ lửng, vi trùng và vi khuẩn gây bệnh (salmonella, shigella, vibrio, streptococcus, pseudomonas, Coli- form…), chất phóng xạ (phát sinh từ các khoa cận lâm sàng, chụp chiếu X-quang, quá trình chuẩn đoán và điều trị bệnh), các chất độc hại (Formaldehyt, Chloroform, Xylen, Phenol…) phát sinh trong quá trình diệt khuẩn, bảo quản mẫu… Kết quả phân tích nước thải của BVĐKTWTN (bảng 1-cột 5) cho thấy nước thải BVĐKTWTN có nhiều chỉ tiêu vượt tiêu chuẩn cho phép, cụ thể như BOD5 vượt 3,61 lần; COD vượt 2,39 lần; NH4-N vượt 11 lần; Nitơ tổng vượt 9,1 lần; Phốtpho vượt 3,56 lần; đặc biệt là Coliform vượt 1460 lần so với TCVN 5945-2005 (B) [3].

Hiện trạng xử lý nước thải tại Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên

Nước thải từ các nguồn phát sinh trong BVĐKTWTN được thu gom và cho qua HTXLNT gồm các hạng mục công trình được thể hiện cụ thể như trong hình A.

Đây là dây chuyền công nghệ xử lý nước thải được Bệnh viện xây dựng vào năm 1997 với công suất thiết kế là 288 m3/ngày đêm, đáp ứng cho quy mô 500 giường bệnh, 500 lượt khám chữa bệnh, 700 nhân viên và người nhà bệnh nhân. Như vậy, so với quy mô hiện nay (810 giường bệnh và 795 cán bộ công chức, 800-1000 bệnh nhân) thì HTXLNT này chưa đáp ứng được lưu lượng nước thải phát sinh trong ngày (400 m3/ngày đêm), đã vượt quá công suất thiết kế ban đầu gần 1,4 lần. Hơn nữa, kết quả phân tích nước thải của bệnh viện còn cho thấy hàm lượng Nitơ và Phốt pho khá cao, nếu chỉ đơn thuần dùng bể Aeroten mà bệnh viện đang áp dụng để xử lý thì sẽ không đảm bảo được yêu cầu chất lượng nước sau xử lý theo TCVN 5945-2005(B). Đó là nguyên nhân dẫn đến hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước sau khi qua HTXLNT của bệnh viện chưa đáp ứng được yêu cầu xử lý.

Kết quả phân tích nước thải sau khi qua HTXLNT (bảng 1-cột 6) cho thấy hầu hết các chỉ tiêu phân tích đều không đạt TCVN 5945-2005(B).

Nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý của HTXLNT rất thấp (bảng 2), trong đó thấp nhất là BOD5 (11,5%), cao nhất là Coliform (83,01%) nhưng vẫn vượt 24,8 lần so với TCVN 5945-2005(B).

Bảng 1. Kết quả phân tích nước thải của BVĐKTWTN [3]

TT Tên chỉ tiêu Phương pháp Đơn vị Kết quả TCVN

5945-2005(B) Trước XL Sau XL

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 1 PH SMEWW 5210 B - 7,4 7,4 6,5-8,5 2 BOD5 SMEWW 5220 D mg/l 108,7 96,2 30 3 COD SMEWW 2540 D mg/l 239 179,9 100 4 TSS SMEWW 2540 D mg/l 59,8 44,1 100 5 Mn SMEWW 3113 mg/l 0,298 0,162 0,1 6 Pb SMEWW 3113 mg/l 0,0113 <0,005 0,5 7 Hg SMEWW 3112 B mg/l <0,001 <0,001 0,01 8 Fe SMEWW 3111 B mg/l 0,763 0,62 5 9 NH4 –N SMEWW 4500-NH3 mg/l 109,759 82,82 10 10 Tổng N TCVN 6498:1999 mg/l 273,07 219,04 30 11 Tổng P SMEWW 4500 – P mg/l 21,351 5,086 6 12 Coliform SMEWW 9222 MPN/100ml 730000 124000 5000


51

Bảng 2. Hiệu suất xử lý một số chỉ tiêu cơ bản của HTXLNT tại BVĐKTWTN

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Hiệu suất

xử lý, % Trước xử lý Sau xử lý 1 BOD5 mg/l 108,7 96,2 11,5 2 COD mg/l 239 99,9 24,7 3 TSS mg/l 59,8 44,1 26,3 4 NH4 –N mg/l 109,75 82,82 25,5 5 Tổng N mg/l 273,07 219,04 54,3 6 Tổng P mg/l 21,351 5,086 76,58 7 Coliform MPN/100ml 730000 124000 83,01

Hình (A). Dây chuyền công nghệ xử lý nước

thải tại BVĐKTWTN Hình (B). Sơ đồ công nghệ cải tạo hệ thống xử lý

nước thải BVĐKTWTN

Đề xuất công nghệ cải tạo hệ thống xử lý nước thải Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên Xuất phát từ thực trạng trên, bài báo nghiên cứu đề xuất công nghệ cải tạo HTXLNT cho BVĐKTWTN (hình B) nhằm cải tiến nâng cao hiệu quả hoạt động của HTXLNT cũ, góp phần bảo vệ môi trường.

Thuyết minh công nghệ cải tạo: Nước thải BVĐKTWTN trước hết được phân luồng như sau:

- Nước thải sinh hoạt (buồng bệnh, phòng, khoa) từ bồn cầu được xử lý sơ bộ bằng bể tự hoại, sau đó cùng với dòng nước tắm giặt, nhà bếp, vệ sinh sàn nhà được dẫn vào hệ thống xử lý nước thải tập trung (HTXLNTTT) của

bệnh viện, cuối cùng được bơm vào hệ thống thoát nước thải chung của thành phố.

- Nước thải từ các phòng xét nghiệm chứa các hóa chất độc hại một phần được xử lý sơ bộ bằng hóa chất thích hợp, sau đó được dẫn trực tiếp vào HTXLNTTT của bệnh viện. Những hóa chất dạng lỏng độc hại đến tế bào được chôn riêng trong bể bê tông cốt thép và cố định tại đó tạo điều kiện cho chúng phân hủy theo thời gian.

- Nước thải chứa chất phóng xạ (từ các khoa như u bướu, X-quang, y học hạt nhân) được tách riêng vào một bể yếm khí gồm 3 ngăn được ủ theo chu kỳ bán hủy là 3 tháng, nước thải sau đó được dẫn vào HTXLNTTT của bệnh viện.


52

Nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý nước thải tập trung:

Nước thải sau khi được phân luồng và xử lý sơ bộ sẽ được gom vào bể điều hòa, tại đây nước thải sẽ được ổn định về lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý nito và phospho ở công trình sinh học phía sau, đồng thời để tránh lắng cặn trong bể, hạn chế quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ tạo mùi hôi cần bổ sung thêm máy khuấy trong đó.

Nước thải từ bể điều hòa được bơm lên bể phản ứng keo tụ tạo bông. Tại đây, hóa chất keo tụ được định lượng vào bể. Dưới tác dụng của hóa chất keo tụ và động lực của dòng chảy trong bể phản ứng keo tụ tạo bông, các chất ô nhiễm có kích thước nhỏ phân tán, tự lắng kém sẽ kết dính lại với nhau thành bông keo có kích thước lớn, tỉ trọng cao, có thể dễ dàng được tách ra nhờ cơ chế lắng diễn ra trong bể lắng lamella.

Nước thải từ bể lắng lamella sẽ tự chảy vào bể anoxic sau đó vào bể aeroten và bể nano dạng ướt. Đây là công trình xử lý sinh học thiếu khí-hiếu khí hỗn hợp tốn ít diện tích, có khả năng xử lý tổng hợp các chất ô nhiễm (BOD, Nito, Phốt pho, NH4

+, NO3-), đồng thời khử trùng

nước thải không cần dùng hóa chất.

Oxy (không khí) được cấp vào bể aeroten bằng các máy thổi khí tạo bọt khí có kích thước nhỏ hơn 10 µm. Lượng khí cấp vào bể nhằm cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ hòa tan thành nước và carbonic, nitơ hữu cơ và amoni thành nitrat (NO3

-); xáo trộn đều nước thải và bùn hoạt tính tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các cơ chất cần xử lý.

Sau quá trình xử lý tại bể anoxic-bể aeroten-bể nano dạng ướt, nước thải đạt TCVN 5945-2005 (B) và có thể thải ra nguồn tiếp nhận.

Lượng bùn dư từ bể nano dạng ướt và bùn từ bể lắng lamella được bơm vào bể chứa bùn và được lưu trữ tạm thời tại bể này. Sau khoảng thời gian lưu nhất định, bùn trong bể tách

thành 2 phần: phần bùn đặc lắng xuống đáy được hút và xử lý định kỳ, phần nước trong ở trên sẽ được đưa về bể điều hòa để tiếp tục xử lý.

KẾT LUẬN

Hệ thống xử lý nước thải của BVĐKTWTN đang vận hành trong tình trạng quá tải (vượt 1,4 lần so với công suất thiết kế), nhiều hạng mục công trình đã bị xuống cấp, chưa được đầu tư mới các thiết bị xử lý, chưa đáp ứng được yêu cầu xử lý về lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm thấp: BOD5 (11,5%), COD (24,7%), TSS (26,3%) NH4-N (25,5%), tổng N (54,3%), tổng P (76,58%), Coliform (83,01%).

Bài báo nghiên cứu đề xuất công nghệ cải tạo HTXLNT tại BV ĐKTWTN là sự kết hợp giữa phương pháp hóa lý đông keo tụ và phương pháp sinh học nhân tạo hỗn hợp anoxic-aeroten-bể nano dạng ướt có khả năng xử lý tổng hợp các chất ô nhiễm trong nước như Nitơ, BOD, NH4

+, NO3-.. đồng thời có

thể khử trùng nước thải không dùng hóa chất rất kinh tế mà không mất nhiều diện tích đất xây dựng.


[1]. Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên (tháng 3 năm 2010), Báo cáo thực hiện kế hoạch chuyên môn 4 năm (2006- 2010). [2]. Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên, Báo cáo thuyết minh, thiết kế, quản lý và vận hành trạm làm sạch nước thải Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên. [3].Tổng cục môi trường (09/02/2010), Kết luận kiểm tra bảo vệ môi trường đối với Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên, Hà Nội. [4]. C.P Leslie Grady. Jr; Glen T. Daigger; Henry C. Lim (1999). Biological Wastewater Treatment. Marcel Dekker. Inc. [5]. Mark Hammer. Mark J. Hammer. Jr. (1996). Water and wastewater technology. Prentice Hall International. Inc. [6]. Mogens Henze – Poul Harremoes. Jesla Cour Jansen – Erik Arvin (1995). Wastewater treatment Biological and Chemical Processes


53

SUMMARY THE PRESENT STATE OF HOSPITAL WASTEWATER TREATMENT AND THE TECHNOLOGY SOLUTION PROPOSAL FOR IMPROVING THE HOSPITAL WASTEWATER TREATMENT SYSTEM IN THE THAI NG UYEN CENTRAL GENERAL HOSPITAL

Nguyen Thi Nham Tuat*, Ngo Van Gioi College of Sciences - Thai Nguyen University

This study was done at the Thai Nguyen central general Hospital in 2011. Research results have shown that wastewater found germs, BOD, COD, NTS, PTS exceeded the permitted standard (TCVN 5945-2005 (B)). Wastewater treatment system was not yet invested and equiped the new wastewater treatment equipments, capacity of the treatment plant did not meet the requirements. This paper shows the present state of the Thai Nguyen central general hospital wastewater treatment and then technology solution proposal for improving wastewater treatment system and environmental protection Key words: Environment, technology, wastewater, hospital, Thai Nguyen

* Tel: 0987343119 ; Email: [email protected]


54

Đỗ Mạnh Cường và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 55 - 58

55

TÁCH DÒNG VÀ XÁC ĐỊNH TRÌNH T Ự CỦA GENE CRTY MÃ HÓA CHO LYCOPENE CYCLASE TỪ PANTOEA ANANATIS

Đỗ Mạnh Cường, Nguyễn Xuân Vũ*, Dương Văn Cường Trường Đại học Nông Lâm - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

ß-carotene, một hợp chất carotenoid, có vai trò là tiền chất vitamin A, tăng cường hệ miễn dịch và chống một số bệnh ung thư ở đường tiêu hóa. ß-carotene được sử dụng nhiều trong y tế, công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Việc cung cấp ß-carotene từ các nguồn tự nhiên có một số yếu điểm như thiếu tính chủ động phụ thuộc vào thời vụ và chi phí cao. Do vậy, nhu cầu đặt ra là cần xây dựng nguồn cung cấp ß-carotene nhân tạo. Trong con đường sinh tổng hợp ß-carotene, enzyme lycopene cyclase, được mã hóa bởi gene crtY, xúc tác phản ứng chuyển hóa lycopene thành ß-carotene. Nghiên cứu này của chúng tôi là tách dòng và xác định trình tự của gene crtY từ vi khuẩn Pantoea ananatis. Gene crtY được tách dòng có chiều dài 1161 bp với trình tự tương đồng 100% với trình tự gene crtY phân lập từ vi khuẩn Pantoea ananatis đã công bố trên ngân hàng gene NCBI mã số D90087.2 . Kết quả của nghiên cứu này là tiền đề cho mục tiêu tạo chủng E. coli có khả sản xuất ß-carotene. Từ khóa: ß-carotene, pro-vitamin A, crtY, Lycopene cyclase

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Carotenoid là nhóm sắc tố tự nhiên được tổng hợp chủ yếu trong thực vật, tảo, vi khuẩn và nấm [9]. Carotenoid có vai trò trong hình thành màu sắc, che chắn ánh sáng và hình thành một số hormone [10]. Trong công nghiệp carotenoid được dùng làm dược phẩm, thực phẩm dinh dưỡng, chất phụ gia thức ăn cho động vật, phẩm màu làm mỹ phẩm và thực phẩm [5]. Do khả năng chống oxi hóa, carotenoid mang lại lợi ích cho sức khỏe con người, bảo vệ da dưới tác động của ánh nắng mặt trời, tăng cường chức năng hệ miễn dịch, ngăn ngừa hay làm chậm quá trình phát bệnh của các bệnh mãn tính có tác dụng trong điều trị và phòng ngừa một số bệnh ung thư [3,5,6].

ß-carotene, với vai trò là tiền chất vitamin A, tăng cường hệ miễn dịch và chống một số bệnh ung thư [1] đã trở thành một trong những chất được quan tâm nhất trong nhóm carotenoid. Cơ thể con người không tự tổng hợp được ß-carotene mà phải hấp thụ từ thức ăn [2]. * Tel: 0915565282; Email: [email protected]

Hình 1. Con đường sinh tổng hợp các chất carotenoid

Tất cả carotenoid đều được xây dựng từ đơn phân Isopentenyl diphosphate (IPP) và dimethylallyl diphosphate (DMAPP). Hiện nay đã có hơn 20 gene crt chịu trách nhiệm tổng hợp nên các enzyme xúc tác quá trình tổng hợp carotenoids được tách dòng từ các loại sinh vật như vi khuẩn, vi khuẩn lam, nấm, tảo cho đến thực vật bậc cao [4]. Một


56

trong những vi khuẩn có thể cung cấp các gene enzyme để tổng hợp carotenoid là vi khuẩn Pantoea ananatis (trước đây gọi là Erwinia uredevora) [8]. ß-carotene được tổng hợp từ lycopene nhờ enzyme lycopene cyclase được mã hóa bởi gene crtY (Hình 1).

Với mục tiêu tạo chủng E. coli có khả năng sản xuất β-carotene, chúng tôi tiến hành tách dòng và xác định trình tự gene crtY từ Pantoea ananatis.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Vi khuẩn Pantoea ananatis (có DNA được sử dụng làm khuôn cho phản ứng PCR) được mua từ hãng DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen Zellkulturen GmbH). Vi khuẩn E.coli DH5α được cung cấp bởi Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam dùng làm vật chủ cho quá trình biến nạp. Chúng tôi sử dụng vector tách dòng pLUG® TA-cloning và các bộ KIT DNA- spinTM Plasmid DNA Puification, MEGA- spinTM Agarose Gel Extraction mua từ hãng iNtRON BiotechnologyTM cho các bước thí nghiệm. Cặp mồi dùng trong PCR (bảng 1) được thiết kế dựa trên trình tự các nucleotid ở 2 đầu gene CrtY đã được công bố trên ngân hàng gene NCBI mã số D90087.2 và được tổng hợp bởi hãng Alpha DNA. Các hoá chất sử dụng trong các thí nghiệm được cung cấp từ các hãng Merk, Sigma và Invitrogen.

Bảng 1. Cặp mồi sử dụng nhân gene CrtY.

Tên mồi Trình tự

CrtY-F 5’TGAATTCAGGAGGTGTCTTAAATGGGAGCGGCTAT3’

CrtY-R 5’GCAAGCTTTTAACGATGAGTCGTCATAATGG3’

Vi khuẩn Pantoea ananatis dạng đông khô được nuôi phục hồi theo hướng dẫn của nhà cung cấp, sau đó được nuôi trong môi trường Nutrient Broth ở điều kiện hiếu khí, nhiệt độ 250C, lắc 120 vòng/phút trong 16h. Dịch vi khuẩn được ly tâm 4000 vòng/phút trong 8 phút để thu cặn tế bào. 2 µl cặn tế bào đã pha loãng 10 lần được sử dụng làm khuôn cho PCR. Chương trình PCR được thiết lập 25

chu kỳ, mỗi chu kỳ bao gồm 3 bước biến tính 950C 45 giây, gắn nối 550C 45 giây, và kéo dài 720C 90 giây. Sản phẩm PCR được điện di trên gel agarose 1% sau đó chiết lại sử dụng bộ KIT MEGA- spinTM Agarose Gel Extraction theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Phản ứng gắn nối TA giữa sản phẩm PCR với vector pLUG ở nhiệt độ 160C qua đêm, thành phần phản ứng pLUG 1µl, sản phẩm PCR 2µl, H2O 4µl, dung dịch đệm 10X của T4 2µl, enzyme T4 DNA ligase 1µl. Sản phẩm phản ứng gắn nối được biến nạp vào tế bào khả biến E. coli chủng DH5α bằng phương pháp sốc nhiệt 420C trong 90 giây, sau đó cấy trải trên môi trường LB đặc có bổ sung ampicilin 100µg/ml, 16µl Xgal và 4µl IPTG để chọn lọc. Những khuẩn lạc trắng được nhặt nuôi riêng rẽ trong 7 ml môi trường LB lỏng có bổ sung ampicilin 100µg/ml ở điều kiện nhiệt độ 370C, lắc 120 vòng/phút trong khoảng 14-16h. Plasmid được tách chiết bằng bộ KIT DNA- spinTM Plasmid DNA Purification theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Các dòng plamid được cắt kiểm tra bằng enzyme giới hạn HindIII. Cuối cùng, chúng tôi tiến hành xác định trình tự nucleotid của đoạn xen trên máy xác định trình tự tự động của hãng Applied Biosystems. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết quả nhân gene crtY. Sản phẩm PCR được điện di trên gel agarose 1% (hình 2). Đường chạy số 1 xuất hiện 2 băng, 1 băng sáng rõ tại vị trí cao hơn băng 1000 bp và thấp hơn băng 1250 bp của thang DNA chuẩn tương đương kích thước lý thuyết của gene crtY là 1161 bp. Như vậy, gene crtY có thể đã được khuếch đại đặc hiệu. Băng mờ phía dưới thấp hơn băng 100 bp của thang chuẩn là primer dimers.

Hình 2. Kết quả PCR nhân gene CrtY Đường chạy 1: Sản phẩm PCR

Đường chạy 2: Thang DNA chuẩn 1Kb

1 2

1000 bp

1250 bp

1 2

1000 bp

1250 bp

1 2

1000 bp

1250 bp

1 2

1000 bp

1250 bp


57

Kết quả tách dòng gene crtY

Kết quả sang lọc dòng thu được 3 khuẩn lạc trắng. Kết quả cắt plasmid tái tổ hợp bằng HindIII, vị trí cắt được thiết kế ở 2 đầu T của pLUG và không hiện diện trong trình tự gene crtY, được thể hiện ở hình 3.

Hình 3. Kết quả cắt plasmid tái tổ hợp bằng HindIII

Đường chạy 1,2(A) và 3(B): Các dòng plasmid tái tổ hợp có khả năng mang gene crtY Đường chạy M : Thang chuẩn DNA 1kb

Hình 3 cho thấy các dòng 2 và 3 xuất hiện 2 băng khích thước khoảng 3 kb và hơn 1 kb lần lượt tương ứng với vector pLUG mạch thẳng và gene crtY. Đường chạy số 1 xuất hiện băng khoảng 1kb có thể là đoạn xen không mong muốn. Dòng 2 và 3 được chọn, dòng 1 bị loại bỏ.

Kết quả xác định trình tự nucleotide dòng crtY-2

Kết quả giải trình tự dòng crtY-2 thu được trình tự trùng khớp 100% với trình tự gene crtY từ Pantoea ananatis đã công bố trước đó trên ngân hàng gene NCBI với mã số D90087.2 (hình 4).

GTGGGAGCGG CTATGCAACC GCATTATGAT CTGATTCTCG

TGGGGGCTGG ACTCGCGAAT GGCCTTATCG CCCTGCGTCT

TCAGCAGCAG CAACCTGATA TGCGTATTTT GCTTATCGAC

GCCGCACCCC AGGCGGGCGG GAATCATACG TGGTCATTTC

ACCACGATGA TTTGACTGAG AGCCAACATC GTTGGATAGC

TTCGCTGGTG GTTCATCACT GGCCCGACTA TCAGGTACGC

TTTCCCACAC GCCGTCGTAA GCTGAACAGC GGCTACTTCT

GTATTACTTC TCAGCGTTTC GCTGAGGTTT TACAGCGACA

GTTTGGCCCG CACTTGTGGA TGGATACCGC GGTCGCAGAG

GTTAATGCGG AATCTGTTCG GTTGAAAAAG GGTCAGGTTA

TCGGTGCCCG CGCGGTGATT GACGGGCGGG GTTATGCGGC

AAACTCAGCA CTGAGCGTGG GCTTCCAGGC GTTTATTGGC

CAGGAATGGC GATTGAGCCA CCCGCATGGT TTATCGTCTC

CCATTATCAT GGATGCCACG TTAATTGAAG ACACGCACTA

TATCGATAAT GCGACATTAG ATCCTGAACG CGCGCGGCAA

GTCGATCAGC AAAATGGTTA TCGCTTCGTG TACAGCCTGC

CGCTCTCGCC GACCAGATTG AATATTTGCG ACTATGCCGC

GCAACAGGGT TGGCAGCTTC AGACATTGCT GCGTGAAGAA

CAGGGCGCCT TACCCATCAC CCTGTCGGGC AATGCCGAGG

CATTCTGGCA GCAGCGCCCC CTGGCCTGTA GTGGATTACG

TGCCGGTCTG TTCCATCCTA CCACCGGCTA TTCACTGCCG

CTGGCGGTTG CCGTGGCCGA CCGCCTGAGC GCACTTGATG

TCTTTACGTC GGCCTCAATT CACCAGGCTA TTAGGCATTT

TGCCCGCGAG CGCTGGCAGC AGCAGCGCTT TTTCCGCATG

CTGAATCGCA TGCTGTTTTT AGCCGGACCC GCCGATTCAC

GCTGGCGGGT TATGCAGCGT TTTTATGGTT TACCTGAAGA

TTTAATTGCC CGTTTTTATG CGGGAAAACT CACGCTGACC

GATCGGCTAC GTATTCTGAG CGGCAAGCCG CCTGTTCCGG

TATTAGCAGC ATTGCAAGCC ATTATGACGA CTCATCGTTA A

Hình 4 : Kết quả giải trình tự gene crtY từ dòng crtY-2

KẾT LUẬN Tách dòng và giải trình tự thành công gene crtY mã hóa enzyme lycopene cyclase từ vi khuẩn Pantoea ananatis.


[1]. Bendich A. (2004) From 1989 to 2001: what have we learned about the "biological actions of beta-carotene" J Nutr 134:225S-230S. [2].Fujisawa M., Watanabe M., Choi S.K., Teramoto M., Ohyama K., Misawa N. (2008) Enrichment of carotenoids in flaxseed (Linum usitatissimum) by metabolic engineering with introduction of bacterial phytoene synthase gene crtB. J Biosci Bioeng 105:636-41. DOI: S1389-1723(08)70121-X [pii]10.1263/jbb.105.636. [3]. Giovannucci E. (1999) Tomatoes, tomato-based products, lycopene, and cancer: review of the epidemiologic literature. J Natl Cancer Inst 91:317-31. [4]. Joseph Hirschberg M.C., Mark Harker, Tamar Lotan, Varda Mann and Iris Pecker. (1997 ) Molecular genetics of the carotenoid biosynthesis pathway in plants and algae. Pure and Applied Chemistry 69:10.

1 2 M M3

3kb3kb

1kb 1kb

A B

1 2 M M3

3kb3kb

1kb 1kb

A B


58

[5]. Lee P.C., Schmidt-Dannert C. (2002) Metabolic engineering towards biotechnological production of carotenoids in microorganisms. Appl Microbiol Biotechnol 60:1-11. DOI: 10.1007/s00253-002-1101-x. [6]. Lenore Arab, Steck S. (2000) Lycopene and cardiovascular disease. Am J Clin Nutr 71:1691S-5S; discussion 1696S-7S. [7]. Lu Q.Y., Hung J.C., Heber D., Go V.L., Reuter V.E., Cordon-Cardo C., Scher H.I., Marshall J.R., Zhang Z.F. (2001) Inverse associations between plasma lycopene and other carotenoids and prostate cancer. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 10:749-56.

[8]. Misawa N., Nakagawa M., Kobayashi K., Yamano S., Izawa Y., Nakamura K., Harashima K. (1990) Elucidation of the Erwinia uredovora carotenoid biosynthetic pathway by functional analysis of gene products expressed in Escherichia coli. J Bacteriol 172:6704-12. [9]. Schmidt-Dannert C., Umeno D., Arnold F.H. (2000) Molecular breeding of carotenoid biosynthetic pathways. Nat Biotechnol 18:750-3. DOI: 10.1038/77319. 10. Vershinin A. (1999) Biological functions of carotenoids--diversity and evolution. Biofactors 10:99-104.

SUMMARY CLONING AND SEQUENCING OF crt Y GENE ENDCODE LYCOPENE CYCLASE FROM PANTOEA ANANATIS BACTERIA

Do Manh Cuong, Nguyen Xuan Vu*, Duong Van Cuong College of Agriculture and Forestry, Thai Nguyen University

ABSTRACT ß-carotene, a carotenoid compound, plays critical roles in human metabolism including serving as precursor for vitamin A synthesis, strengthening the immune system, and preventing some digestive cancers. ß-carotene has been widely used in medicine, food industry, pharmaceuticals, and cosmetics. The inactive supply of ß-carotene from natural sources has some remarkable weaknesses such as season dependence and high cost. Therefore, it is necessary to engineer other artificial ß-carotene sources. In the natural ß-carotene biosynthetic pathway, lycopene cyclase, encoded by the gene crtY, is responsible for converting lycopene to ß-carotene. In this study we have cloned and sequenced crtY from Pantoea ananatis. The nucleotide sequence of the cloned 1161 bp crtY is 100% matched with the P. ananatis crtY previously published on NCBI gene bank (D90087.2). The cloned crtY will subsequently be used for engineering a ß-carotene producible E. coli strain. Keywords: ß-carotene, pro-vitamin A, crtY, Lycopene cyclase


Lưu Tùng Giang và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 59 - 65

59

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU TỐC TURBINE THỦY ĐIỆN NHỎ Ở CÁC TỈNH MI ỀN NÚI PHÍA B ẮC VIỆT NAM

Lưu Tùng Giang1, Nguyễn Hiền Trung2* 1Sở Công thương tỉnh Hà Giang, 2Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT Bài báo này phân tích và trình bày hệ thống điều chỉnh tốc độ turbine thuỷ điện nhỏ theo quan điểm tối ưu hóa. Thiết lập quá trình điều khiển chuyển động phi tuyến với bộ điều tốc thực hiện theo hệ điều khiển mờ theo luật PID. Bộ điều khiển cho hệ thống điều tốc và máy phát đã đạt được kết quả tốt với việc thử nghiệm trên mô hình. Kết quả mô phỏng cho thấy tần số ổn định tốt nhất ở chế độ hoà lưới, còn ở chế độ vận hành với các loại phụ tải độc lập khác nhau cũng hoàn toàn thoả mãn so với chỉ tiêu chất lượng đặt ra: góc tải và mô men điện từ cũng thay đổi nhằm duy trì nguồn năng lượng cấp cho tải theo công suất đặt; đáp ứng tần số đảm bảo độ sai lệch nhỏ hơn với sai lệch tần số cho phép. Từ khóa: Hệ thống điều tốc, lưu lượng nước, tối ưu hóa, chất lượng điện năng MỞ ĐẦU*

Với đặc điểm địa lý của miền núi phía Bắc Việt Nam có nhiều đồi núi và sông hồ, lại có mưa nhiều nên hàng năm mạng lưới sông suối vận chuyển ra biển hơn 870 tỷ m3 nước, rất thuận lợi cho việc phát triển các nhà máy thủy điện. Hà Giang là một tỉnh nằm ở địa đầu phía Bắc tổ quốc. Do đặc điểm địa hình chia cắt mạnh tạo nên lợi thế về tiềm năng thuỷ điện với qui mô 750MW/68 dự án [1].

Hình 1 là sơ đồ nghiên cứu của nhà máy thủy điện Thanh Thuỷ 2, xã Thanh Thuỷ, huyện Vị Xuyên, tỉnh Hà Giang, được sử dụng trong bài báo này. Kết cấu nhà máy gồm:

Hình 1. Sơ đồ nghiên cứu

Đập tràn tự do Ôphixerop có cửa nhận nước kiểu chiaron; Ống áp lực bằng thép D1400 dày 14-20mm; Turbine Francis trục ngang


HLD45-WJ-82; Máy phát đồng bộ có công suất 8MW (bảng 3); Hệ thống điều chỉnh kích từ; Hệ thống đường dây truyền tải và các thiết bị trợ động khác; Hệ thống bảo vệ, an toàn... Thông thường, mỗi nhà máy thuỷ điện đều được trang bị hệ thống tự động ổn định tốc độ và tự động điều chỉnh điện áp - AVR nhằm đảm bảo chất lượng điện năng [2]-[4]. Hệ thống điều tốc có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng nước đưa vào turbine. Cần nghiên cứu sao cho hệ thống luôn ổn định tốc độ tức là ổn định tần số lưới điện ở tần số công nghiệp 50Hz với sai số cho phép ±0,2Hz [5], đảm bảo duy trì công suất cơ khi vận hành hoà vào lưới điện theo điều độ hệ thống điện (A0). XÂY DỰNG MÔ HÌNH NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU TỐC 1. Mô hình hệ thống Cơ sở nghiên cứu về điều chỉnh tốc độ tự động đối với thuỷ điện nhỏ được minh hoạ trong trường hợp tổ máy phát cấp riêng cho phụ tải cục bộ như hình 2. Khi phụ tải thay đổi làm cho Pe thay đổi, gây nên mất cân bằng giữa Pe và Pm, đây là nguyên nhân làm cho tốc độ tăng hay giảm. Từ hình 2 khi máy phát nối cứng trục với turbine và phụ tải được mô tả bằng phương trình chuyển động:

2 = −rm e

dH T T

dt

ω (1)

Lưu Tùng Giang và đtg

60

Hình 2. Mô hình turbine - máy phát ccho phụ tải trong đó: Tm - mô men turbine (p.u); Tmen điện (p.u); H - hằng số quán tính (s)Ta có thể sử dụng công suất thay cho mô men trong phương trình chuyển độsai lệch nhỏ:

0

0 0

0

;

= = + ∆= + ∆ = + ∆= + ∆

r

m m m e e e

r r

P M P P

T T T T T T

ω

ω ω ωVới trạng thái tĩnh (xác lập) và (2) ta có:

0( )∆ − ∆ = ∆ − ∆m e m eP P T Tω

02

1( ); 2

∆⇒ = ∆ − ∆

∆⇔ = ∆ − ∆ =

rm e

rm e

dH P P

dtd

P P M Hdt M

ωω

ω

Công suất Pe điện từ được phát thợp. Có những loại tải không phvào tần số (tải chiếu sáng và tcũng có loại tải phụ thuộc nhiề(tải động cơ), ta có:

ω∆ = ∆ + ∆e L rP P D trong đó: ∆PL là sự thay đổi công sulà hệ số damping. Thay (5) vào (4) sẽ được

02 rr m L

dH D P P

dt

ωω ω∆ + ∆ = ∆ − ∆

Phương trình chuyển động (6) đtrong hình 3.

Hình 3. Hàm truyền công suất (tphụ thuộc tần số

+ 1Ms D+

-

∆ωr ∆Pm

∆Pe

∆

∆PL

a)

×


máy phát cấp điện

mô men turbine (p.u); Te - mô ằ ố quán tính (s).

ất thay cho mô men ển động. Với những

= + ∆ = + ∆m m m e e eT T T T T T

(2) ập) Tm0 = Te0, từ (1)

( ) (3)

0( ); 2⇔ = ∆ − ∆ =P P M Hω (4)

ợc phát tới phụ tải hỗn ải không phụ thuộc nhiều áng và tải nhiệt). Nhưng

ụ ộc nhiều vào tần số

(5) đổi công suất tải; D

r m LH D P P+ ∆ = ∆ − ∆ (6)

động (6) được minh họa

n công suất (tốc độ) khi tải

Sai lệch tốc độ ở trạng thái xác lâp thay đổi phụ thuộc vào đCòn đối với một biến đổi c(∆PL), sai lệch tốc độ cu∆PL/D (hình 3). Bộ điều tố đthể là một khâu tích phân củđộ, được thiết kế như hình 4.

Hình 4. Mô hình bộ điều tốc: (a) s(b) đáp ứng khi tă

2. Đáp ứng thời gian củtốc độ Bộ điều chỉnh tốc độ được thichỉnh sự thay đổi vị trí củhướng dẫn đến thay đổi áp suthời gian ngắn như mong muHệ phản hồi tần số ổn định vgian khởi động trong khi lthống thể hiện ở hình 5, trong

TW - hằng số thời gian khởi độ

RP - độ giảm tốc độ trạng thái tTGV - hằng số thời gian của servomotor cchính (0,2s) TR - thời gian thiết lập lại (5s)RT - độ giảm tốc độ tạm thờD - hệ số damping (= 2)

Hình 5. Mô hình điều khiển độ mturbine Trong hình 5 là mô hình hoàn chdụng trong thực tế điều khiểcao được phản hồi độ lệch tốsuất) cho các nhiễu tải khác nhau (

Tải

đặt

P1/R

+

- Turbine

R

TR

P

1 sTR

1 s TR

+

+

GV

11 sT+

1 sT

1 sT /2

++× ∆ωr

t

LPD

∆

b)

83(07): 59 - 65

ạng thái xác lâp ∆ωr khi tải ào độ nhạy tần số tải. ế đổi của phụ tải điện

cuối cùng là ∆ωr = ộ đ ều tốc đơn giản nhất có

t khâu tích phân của biến thiên tốc ình 4.

ộ đ ều tốc: (a) sơ đồ mạch và ứng khi tăng tải

i gian của bộ điều chỉnh

ợc thiết lập để điều đổ ị trí của các cổng cánh

đổi áp suất turbine với ư mong muốn. ố ổ định với yêu cầu thời

ng trong khi làm việc của hệ trong đó:

ởi động (1s)

độ ạng thái tĩnh (0,05) ời gian của servomotor cổng

ế ậ ại (5s) độ ạm thời (0,4)

ể độ mở cánh hướng

rong hình 5 là mô hình hoàn chỉnh được ứng ế đ ều khiển tốc độ, nâng ồ độ ệch tốc độ (góc công ễ ải khác nhau (∆PL ).

∆ω

r

∆P m

-

Turbine

W

W

1 sT

1 sT /2

+ 0

12H Dω +

∆P L

×


61

3. Thiết lập sơ đồ khối điều khiển Sơ đồ bộ điều tốc điện - thuỷ lực cung cấp với luật điều khiển PID được thể hiện trong hình 6. Độ sai lệch tốc độ được xử lý thông qua hệ thống PID thành một tín hiệu lệnh để các van thủy lực và cơ cấu trợ động (servo) điều chỉnh sự thay đổi trong van tiết lưu hoặc vị trí cửa van của cơ cấu truyền động. Các hằng số thời gian của các thiết bị truyền động thủy lực được thành lập bởi các đặc điểm công nghệ của hệ thống van và servo.

Hình 6. Sơ đồ khối bộ điều tốc turbine thuỷ lực trong đó: TPV - thời gian servomotor định hướng (0,05s) KV - khuếch đại phụ động (=5) Rmax mở - tốc độ mở cửa van tối đa ≈ 0,15pu/s Rmax đóng - tốc độ đóng cửa van tối đa ≈ 0,15pu/s Khi vận hành hệ thống thì đặc tính vận hành thường xuyên thay đổi, nhờ các thiết bị điều khiển có độ bù chuyển tiếp giúp vận hành ổn định. Còn khi lựa chọn tối ưu thì độ giảm tốc độ tạm thời RT và thời gian thiết lập lại TR có quan hệ với hằng số thời gian khởi động TW và hằng số thời gian cơ của turbine - máy phát TM=2H như sau [6]:

[ ]2,3 ( 1,0)0,15= − − WT W

M

TR T

T (7)

[ ]5,0 ( 1,0)0,5= − −R W WT T T (8)

4. Bộ điều khiển mờ theo luật PID Hệ thống điều khiển theo hình 6 được kiểm soát bằng một tiêu chí là tối ưu hóa với hệ điều khiển logic mờ [7] theo thuật toán chỉnh định PID, có 3 đầu vào gồm sai lệch e giữa tín hiệu đầu vào và tín hiệu ra, đạo hàm bậc nhất của e và đạo hàm bậc hai của e. Đầu ra của hệ mờ là đạo hàm du/dt của tín hiệu điều khiển u(t) như hình 7.

Hình 7. Hệ điều khiển mờ theo luật PID Sử dụng phương pháp chỉnh định bộ điều khiển theo giải thuật Ziegler-Nichols (Z-N). Trong phương pháp này, việc tách rời thời gian Ti sẽ được thiết lập đến vô cùng và thời gian phát sinh Td tới không. Điều đó là để có được PID ban đầu của hệ thống. Thiết lập PID này, sau đó sẽ tiếp tục được tối ưu hóa bằng cách sử dụng "Phương pháp suy giảm độ dốc".

5. Tham số PID Hệ thống theo khảo sát là dao động và do đó điều chỉnh theo quy tắc Z-N dựa trên hệ số khuếch đại tới hạn Kth và chu kỳ tới hạn Pth :

( ) (1 ( ) ( ))c p i dG s K T s T s= + + (9)

Từ N-Z phương pháp điều chỉnh tần số theo quy tắc điều chỉnh với thông số của Kp, Ti và Td như bảng 1 với: Kth là hệ số khuếch đại khi hệ ở trạng thái dao động tới hạn; Tck là chu kỳ dao động. Bảng 1

Luật điều khiển

Kp Ti Td

P 0,5.Kth ∞ 0 PI 0,4.Kth 0,8.Tck 0

PID 0,6.Kth 0,5.Tck 0,125.Tck Xét phương trình đặc trưng của mạch vòng khép kín:

3 26 5 0Ps s s K+ + + = (10) Từ tiêu chuẩn ổn định Routh, giá trị của Kp làm cho hệ thống ổn định có thể được xác định theo bảng 2. Bảng 2

s3 1 5 s2 6 Kp s1 (30-Kp)/6 0 s0 Kp -

y

d

dtx

e’

I Đối

tượng e

× -

Mở

van

-

FLC KV

PR

R

TR

sTR

1 sT+

PV

11 sT+

1/s

GV

11 sT+

-

Cơ cấu thừa hành thuỷ lực

∆G/G

0

Mở Rmax

Đóng Rmax

Van mở Max

Van mở Min

+ ω

ref

ωr

- × ×

×

-

Luật hợp

thành


62

Thiết lập các tham số điều khiển PID ta thu được hàm truyền khép kín của các PID điều khiển với tất cả các thông số xác định được là:

26,3223( 1,4235)( )

+=c

sG s

s (11) Từ hàm truyền đạt trên, ta có thể thấy rằng bộ điều khiển PID đã đạt cực trị tại gốc s=-1,4235. Sơ đồ khối kiểm soát hệ thống với điều khiển PID như hình 8.

Hình 8. Sơ đồ điều khiển Vòng lặp khép kín hệ thống là:

2

4 3 2

( ) 6,3223 17,999 12,8089

( ) 6 11,3223 18 12,8089

+ +=+ + + +

cG s s s

R s s s s s (12) Đáp ứng của hệ thống này có thể thu được bằng mô phỏng MATLAB [8].

Hình 9. Đáp ứng hệ thống thiết kế Để nâng cao chất lượng hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng bộ điều khiển PID số

1 20 1 2

1( )

1

− −

−

+ +=−c

q q z q zG z

z (13)

Hình 10. Tối ưu hoá đáp ứng hệ thống

Sau khi thực hiện mô phỏng với việc sử dụng bộ PID số làm chất lượng điều khiển tốt hơn, thời gian đáp ứng ở 2,4÷3s.

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRONG MATLAB

1. Khi nhà máy vận hành độc lập Mô hình mô phỏng nhà máy xây dựng từ thư viện SimPower của Matlab Simulink với các thông số đã được điều chỉnh lại theo số liệu dùng trong bài báo này (bảng 3, 4 phụ lục).

Quá trình thử tải theo 4 cấp độ khác nhau (bảng 5 phụ lục) từ mức 0,71MVA đến 7,57 MVA có tổng thời gian chạy 60s, công suất tham chiếu 0,305pu tương đương 1,73MVA. Đáp ứng của hệ thống như sau:

Hình 11. Đáp ứng tốc độ (pu)

Hình 12. Đáp ứng góc tải và mô men điện từ (pu)

Hình 13. Đáp ứng công suất Q và P (pu)

0 5 10 150

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

Step Response

Time (sec)

Am

plitude

0 10 20 30 40 50 600.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

<Toc do may phat (pu)>

<Time (s)>

<Spe

ed (pu

)>

0 10 20 30 40 50 60-20

-10

0

10

20

30

40

<Goc tai (deg)>

<Time (s)>

<Delta (Deg)>

0 10 20 30 40 50 60

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

<Momen dien tu (pu)>

<Time (s)>

<Te (pu)>

0 10 20 30 40 50 60-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

< Cong suat phan khang Qeo (pu)>

<Time (s)>

<Qeo (pu)>

0 10 20 30 40 50 60

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

<Cong suat tac dung (pu)>

<Time (s)>

<Peo (pu)>

2

4 3 2

6,3223s 17,999s 12,8089

s 6s 5s

+ ++ +

+

ω(s) f(s)

- ×


63

Nhận xét: Tăng phụ tải 0,71MVA ở thời điểm 5s, hệ thống điều tốc điều chỉnh tần số tăng đến 60Hz. Ở thời điểm 20s, nếu tiếp tục tăng đến 7,57MVA, tần số giảm xuống còn 25Hz. Khi duy trì tải ở mức 1,73 MVA tương ứng công suất đặt 0,305pu thì hệ thống điều tốc điều chỉnh về trạng thái duy trì ổn định ở tần số 49,99 Hz. 2. Khi nhà máy hoà với lưới điện vô cùng lớn

Hình 14. Đáp ứng tốc độ

Hình 15. Đáp ứng góc tải và mô men điện từ

Hình 16. Đáp ứng công suất Q và P Nhận xét: Khi nhà máy hoà vào lưới điện có công suất vô cùng lớn, thì góc tải và mô men điện từ cũng được điều chỉnh theo công suất đặt tham chiếu. Lúc đó sự duy trì của hệ thống điều tốc là duy trì và điều chỉnh công suất cơ trên trục turbine. Tần số luôn duy trì ổn định ở mức f=50Hz được xác lập ở thời gian 2,5s. Góc tải công suất duy trì ở 22,10 và mô men điện từ ở mức 0,9pu. KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này đã chọn ra phương án nâng cao chất lượng điều tốc turbine thuỷ điện nhỏ, bằng việc thiết lập hệ thống điều chỉnh phù hợp giữa công suất nguồn sơ cấp và tải của lưới điện; Xây dựng hệ thống điều khiển tốc độ turbine bằng bộ điều tốc với hệ điều khiển mờ theo luật PID. Tiến hành xây dựng các mô hình mô phỏng để kiểm tra các tính năng của mô hình đã thiết kế cũng như thử nghiệm các trường hợp hoạt động của hệ thống trong các điều kiện làm việc tiêu biểu. Tuy nhiên do việc tiến hành thí nghiệm trên đối tượng máy phát không ở mô hình thực tế, nên việc nghiên cứu mới chỉ dừng ở việc khảo sát dựa trên mô hình được xây dựng từ các thư viện chuẩn hóa trong Matlab Simulink. Kết quả mô phỏng cho thấy tần số ổn định tốt

0 2 4 6 8 10 120.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1

1.02

1.04

1.06

1.08

1.1

< Toc do may phat (pu)>

<Time (s)>

<S

pe

ed

(p

u)>

0 2 4 6 8 10 12-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

<Goc tai (deg)>

<Time (s)>

<d

elta

(d

eg

)>

0 2 4 6 8 10 12-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

<Momen dien tu (pu)>

<Time (s)>

<T

e (

pu

)>

0 2 4 6 8 10 12-15

-10

-5

0

5

10

<Cong suat phan khang (pu)>

<Time (s)>

<Q

(p

u)>

0 2 4 6 8 10 12

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

<Time (s)>

<P

(p

u)>

<Cong suat tac dung (pu)>


64

nhất ở chế độ hoà lưới, còn ở chế độ vận hành với các loại phụ tải độc lập khác nhau thì có sai số là 0,01Hz nằm trong phạm vi cho phép. Như vậy với việc xây dựng mô hình nâng cao chất lượng điều tốc đã giải quyết được các yêu cầu đặt ra.

PHỤ LỤC

Bảng 3. Thông số máy phát điện đồng bộ TT Tên thông số Đơn vị Trị số

1 Công suất định mức

Pđm MW 8,00

2 Điện áp định mức

Uđm V 13,.800

3 Dòng điện stato định

mức A 394,23

4 Tần số định mức fđm Hz 50,00

5 Dòng điện kích từ

không tải A 43,48

6 Điện trở mạch stato

(p.u) p.u 0,0001

7 Các tham số điện kháng dọc trục và

ngang trục

Xd p.u 1,1745 Xd

’ p.u 0,2664 Xd

’’ p.u 0,2268 Xq p.u 0,4266 Xq'' p.u 0,2187 Xl p.u 0,1620

8 Các hằng số thời gian trong quá trình quá độ và siêu quá độ

Td' s 1,010 Td'' s 0,053 Tqo

'' s 0,100

Bảng 4. Tham số chính bộ điều tốc

TT Tên thông số Đơn vị Trị số 1 Độ mở van Gmin (pu) 0,01 Gmax (pu) 0,98 Vgmin (pu) -0,10 Vhmax (pu) 0,10 2 Tham số đặc tính Rp 0,05 Kp 1,16 Ki 0,11 Kd Td s 0,01 3 Thông số turbine beta 0,00 TW s 2,67

Bảng 5. Thời gian vận hành với các loại phụ tải

STT Thời gian vận hành

Công suất vận hành

Tỷ lệ % phụ tải

(s) (MVA) % 1 5 0,71 8,84 2 20 7,57 94,58 3 40 0,71 8,84 4 50 1,73 21,69


[1].Qui hoạch thuỷ điện vừa và nhỏ tỉnh Hà Giang

giai đoạn 2005-2010 có xét đến 2015; Viện Năng

lượng, Hà Nội 2007.

[2].Electric Energy and Electric Generators

Published in 2006 by CRC Press Taylor & Francis

Group

[3].IEEE Working Group on Prime Mover and

Energy Supply Models for System Dynamic

Performance Studies; "Hydraulic Turbine and

Turbine Control Models for Dynamic Studies,"

IEEE Transactions on Power Systems. Vol.7,

No.1, February, 92, pp. 167-179

[4].J.P. Ngoma Cand. Sc.(Eng); P. D. Lezhniuk,

Dr. Sc. (Eng.), Prof.; A.V. "Nikitorovych,

compensation of reactive power of asynchronous

generators at small hydro power stations". 2008,

2

[5].Nghị định số 105/2005/NĐ-CP, ngày 17 tháng

8 năm 2005 về Quy định chi tiết và hướng dẫn thi

hành một số điều của Luật Điện lực

[6].P. Kundur, Power System Stability and

Control, McGraw-Hill Book, 1994

[7].Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2002);

Lý thuyết điều khiển mờ; Nhà xuất bản Khoa học

và Kỹ thuật,

[8].Nguyễn Phùng Quang (2006); Matlab &

Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động; Nhà

xuất bản Khoa học & kỹ thuật,

[9].Lưu Tùng Giang (2010); Nâng cao chất lượng

điều tốc turbin thuỷ điện nhỏ; Luận văn Thạc sỹ

kỹ thuật. Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp -

ĐH Thái Nguyên,


65

SUMMARY RESEARCH ON IMPROVING THE QUALITY OF A SMALL HYDROP OWER TURBINE SPEED CONTROL IN MOUNTAINOUS REGIONS IN VIE TNAM

Luu Tung Giang1, Nguyen Hien Trung2* 1Department of Industry and Trade of Ha Giang Province, 2College of Technology - TNU

This paper analyses and presents the speed control system of a small hydropower turbine with the view of optimization. The high performance process of non-linear movement control with the set of speed adjustment under the small control system of PID law is implemented. The control sets for the adjusted system of speed and the generators have achieved good results with the experimental model. The model results show that the features are completely satisfied compared with the quality standards that are set, corresponding to different levels of load, the load angle and the electromagnetic torque also change in order to maintain energy levels for download under installed capacity, meet the demands of frequency,ensure smaller bias with frequency deviation allowed. Key words: Speed control system, water flow, optimization, power quality

* Tel: 0912386547; email: [email protected]


66

Phan Quang Thế và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 67 - 71

67

ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CÁC THÀNH PH ẦN LỰC CẮT TRONG TI ỆN CỨNG TRỰC GIAO THÉP 9XC BẰNG DỤNG CỤ CBN

Phan Quang Thế, Nguyễn Thị Quốc Dung*, Hoàng Minh Phúc Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT Bài báo này trình bày một nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến các thành phần lực cắt trong tiện cứng trực giao thép 9XC. Mảnh dao CBN dạng đặc với thành phần CBN cao được sử dụng trong quá trình tiện cứng phôi ống thép 9XC. Hai nhân tố vận tốc cắt và lượng chạy dao được tiến hành thí nghiệm ở hai mức yếu tố. Trong quá trình tiện cứng, các thành phần lực cắt đã được đo đạc. Phân tích phương sai kết quả thí nghiệm cho thấy cả ba yếu tố vận tốc cắt, lượng chạy dao và tương tác giữa chúng đều có ảnh hưởng đáng kể đến các giá trị của lực cắt. Trong đó, lượng chạy dao có ảnh hưởng lớn nhất và vận tốc cắt có ảnh hưởng ít hơn so với ảnh hưởng của tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao. Từ khóa: Tiện cứng, lực cắt, dụng cụ cắt, phân tích phương sai, tiện cứng trực giao

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Với nhiều ưu thế nổi bật, tiện cứng đang là một phương pháp gia công tinh được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các ngành công nghiệp[1]. Có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến quá trình tiện cứng đã được công bố.

Xem xét các kết quả nghiên cứu cho thấy, thuộc tính của dụng cụ cắt và vật liệu phôi, thông số hình học của dụng cụ, điều kiện gia công và các tính chất của hệ thống công nghệ được coi như là các thông số đầu vào của quá trình tiện cứng và chúng có thể được lựa chọn khi bắt đầu gia công. Các thông số như lực cắt, nhiệt cắt, chất lượng bề mặt và tuổi thọ dụng cụ được coi như là các tiêu chuẩn về hiệu quả của quá trình hoặc là các thông số đầu ra. Việc xác định chính xác lực cắt trong quá trình gia công luôn đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu tối ưu hóa quá trình, thiết kế tối ưu các thông số của dụng cụ và hệ thống công nghệ. Lực cắt đặc trưng cho công suất cần thiết và là chỉ tiêu chủ yếu để thiết kế các phần tử của máy cắt kim loại, các cơ cấu kẹp và cố định dụng cụ cũng như các yêu cầu về độ cứng vững để đảm bảo loại trừ rung động trong gia công. Do lớp kim loại được cắt đi rất mỏng nên các thành phần lực đo được trong cắt kim loại thường không vượt quá vài * Tel: 0915308818; Email: [email protected]

chục đến vài trăm kilogram. Mặc dù lực tương đối nhỏ so với các quá trình gia công kim loại khác như rèn, ép…nhưng do tác dụng trên một diện tích rất bé đã khiến cho ứng suất sinh ra trong quá trình cắt kim loại thuộc loại cao nhất trong các quá trình gia công. Nhiệt độ cao và ứng suất lớn là nguyên nhân của một loạt các quá trình hóa lý phức tạp xảy ra trong quá trình cắt đồng thời diện tích tiếp xúc nhỏ là trở ngại lớn trong việc tiếp cận nghiên cứu vùng cắt. Trong quá trình tiện cứng, độ cứng cao của phôi cùng với các thông số hình học đặc trưng của dụng cụ, tốc độ cắt lớn và điều kiện gia công khô đã có ảnh hưởng lớn làm cho tác dụng của lực cắt có những thay đổi đáng kể so với quá trình tiện thông thường. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm hiểu tác động của các nhân tố cắt đến các thành phần lực cắt là điều cần thiết. Đó còn là cơ sở để tính toán ứng suất và nhiệt cắt, các nhân tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ dụng cụ cũng như chất lượng bề mặt gia công.

Trong phạm vi tìm hiểu về các hiện tượng xảy ra trong quá trình tiện cứng, một loạt các nghiên cứu đã được tiến hành cho nhiều loại vật liệu. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện thời về vấn đề này vẫn chưa cho phép khái quát hóa các kết quả đạt được và dự đoán trạng thái của các vật liệu khác. Vì vậy, việc nghiên cứu đối với các vật liệu này luôn phải tiếp tục[2]. Theo Nakayama và cộng sự[3], lực cắt


68

trong gia công các vật liệu cứng không lớn hơn các vật liệu mềm mềm. Góc trượt lớn và sự hình thành phoi răng cưa do độ dẻo kém đã làm giảm lực cắt mặc dù độ bền cao của vật liệu cứng. Hơn nữa, khi gia công các thép cứng, góc trước âm của dụng cụ càng lớn thì lực dọc trục càng cao và lực cắt tiếp tuyến càng thấp. Sự biến thiên của các thành phần lực cắt cũng bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của độ cứng của vật liệu gia công. Strafford và Audy [4] đã cho thấy khi tiện cứng thép AISI 4340 có độ cứng từ 29 đến 57 HRC bằng dụng cụ gốm đã có sự tăng tương ứng lực cắt từ 30-80%. Trong một công bố khác[5] đã chứng tỏ rằng tốc độ cắt càng cao, lực dọc trục và lực cắt riêng càng thấp, không phụ thuộc vào mòn dụng cụ.

Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến quá trình tiến triển của lực cắt cũng đã được mô hình trong nhiều nghiên cứu. Bằng việc tiến hành các thí nghiệm khi gia công thép AISI D2 ở độ cứng 62HRC với dụng cụ cắt CBN, Arsecularatne và cộng sự [6] đã kết luận có một mối liên hệ chặt chẽ giữa lực cắt và điều kiện cắt. Huang và Liang [7] trình bày lực cắt tổng cộng là tổng của các thành phần lực để tạo phoi và lực do mòn mặt sau. Mô hình này được đánh giá bằng thực nghiệm quá trình tiện cứng chính xác thép AISI 52100 ở độ cứng 62 HRC với dụng cụ CBN. Chen [8] cũng công bố khi nghiên cứu thực nghiệm tiện cứng thép bằng dụng cụ CBN, lực hướng kính có giá trị lớn nhất trong ba thành phần lực cắt.

Để cải thiện hiệu quả chung của công nghệ tiện cứng, cần thiết phải có một sự hiểu biết hoàn chỉnh về quá trình. Với mục tiêu như vậy, nghiên cứu này tập trung vào phân tích ảnh hưởng của các nhân tố điều kiện cắt cũng như ảnh hưởng của sự tương tác giữa chúng đến các thành phần lực trong tiện cứng trực giao bằng phương pháp phân tích thống kê.

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Thí nghiệm được tiến hành trên máy tiện vạn năng Tuda (Nhật Bản). Phôi có dạng ống, chiều dài L=80mm, đường kính ∅100, làm từ thép hợp kim 9XC (Nga), tôi thể tích đạt độ cứng HRC 52-55 (hình1). Thành phần hóa học của vật liệu phôi cho trong bảng 1. Dụng

cụ cắt dùng trong thí nghiệm là mảnh CBN đặc hình tam giác, ký hiệu TNGN110308E (SECO-Thụy Điển). Bán kính mũi dao r=0,1, chiều dày s=3,18 (hình 2). Thân dao của SECO ký hiệu CTFNR2525M11 hợp với mảnh dao để tạo thành góc trước γ = -60, góc sau α = 60.

Bảng 1. Thành phần hóa học của thép 9XC

C Si P Mn Ni Cr Mo 0,823 1,2351 0,0241 0,5862 0,0332 1,113 0,0192

V Cu W Ti Al Fe

Hình 1. Phôi và dao dùng trong thí nghiệm

Các thành phần lực cắt được đo bằng thiết bị đo lực ba chiều ký hiệu PTNKĐ-ĐL (Vi ện Tên lửa-Việt Nam) như hình 2.

Hình 2. Thiết bị đo lực PTNKĐ-ĐL

TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

Với mục tiêu đơn giản hóa quá trình, thí nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến các thành phần lực cắt được thực hiện theo sơ đồ cắt trực giao. Sơ đồ thí nghiệm như hình 3:

Hình 3. Sơ đồ thí nghiệm tiện cứng trực giao


69

Các nghiên cứu đã chứng tỏ quan hệ phụ thuộc giữa lực cắt và các thông số chế độ cắt là quan hệ hàm số mũ có dạng: F= Cvrtpsq (1) Trong trường hợp không xét đến tương tác kép giữa các biến thì C, r, p, q là các hằng số. Để tuyến tính hóa, logarit hai vế, hàm biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa lực cắt vào chế độ cắt sẽ là: lnF=lnC+rlnv+plnt+qlns (2)

Với sơ đồ cắt trực giao như hình 3, chiều sâu cắt t không thay đổi và thành phần lực hướng kính Fy sẽ được loại bỏ. Các thí nghiệm được qui hoạch theo kế hoạch bậc một hai nhân tố ở hai mức yếu tố như trong bảng 2. Ngoài 4 điểm thí nghiệm cần thực hiện theo qui hoạch còn có các thí nghiệm được thực hiện song song tại tâm. Mỗi thí nghiệm được thực hiện tương ứng với chiều dài cắt L=15mm theo phương dọc trục ở chiều sâu cắt cố định là 3mm. Các dữ liệu ghi được như trong hình 4 cho thấy lực cắt tương đối ốn định trên suốt chiều dài cắt chứng tỏ rung động là không đáng kể. Kết quả thí nghiệm được tổng hợp trong bảng 3.

Bảng 2 Các thông số cắt và các mức giá trị

Mức yếu tố Vận tốc cắt

v (m/p) Lượng chạy dao

s (mm/v) -1 75 0.09 +1 245 0.12 0 160 0.105

Hình 4. Biến thiên của các thành phần lực cắt ở a) n=330vg/ph; s=0,12 mm/vg; b) n=770vg/ph;

s=0,12mm/vg;

Bảng 3. Kết quả thí nghiệm xác định các thành phần lực cắt

Thí nghiệm

Nhân tố Lực cắt v

(m/p) s

(mm/vg) Fz (N) Fx(N)

1 75 0,09 1199.41 297.35 2 245 0,09 894.85 267.09

Thí nghiệm

Nhân tố Lực cắt v

(m/p) s

(mm/vg) Fz (N) Fx(N)

3 75 0,12 1153.09 337.03 4 245 0,12 1432.56 417.85 5 160 0,105 1362.48 351.48 6 160 0,105 1287.28 376.02 7 160 0,105 1311.52 361.33

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Hình 5 là đồ thị ảnh hưởng của các nhân tố vận tốc cắt v, lượng chạy dao s và tương tác giữa chúng đến các thành phần lực cắt Fz và Fx trong tiện cứng trực giao. Phân tích phương sai của các thành phần lực cắt như trong bảng 4.

Hình 5. Ảnh hưởng của các nhân tố v và s và tương tác giữa chúng đến các thành phần lực cắt

trong tiện cứng trực giao

Bảng 4. Phân tích phương sai của các thành phần lực cắt trong tiện cứng trực giao

a)

c) d)

f) e)

b)


70

Mô hình phân tích hồi qui xác định giá trị lực cắt trong hệ tọa độ logarit sau khi loại trừ các hệ số không có nghĩa có dạng như sau:

Lực Fz: 2 1 27,0509 0,1078 0,1275$y x x x= + + (3) Lực Fx: 2 1 25,7844 0,1078 0,0806$y x x x= + + (4) Mô hình hoàn toàn tương hợp với hệ thống thực nghiệm khi thỏa mãn tiêu chuẩn Fisher: F<Fb ; với Fb là giá trị chuẩn số Fisher tra bảng ở mức có nghĩa α=0,05, bậc tự do dư f1=1 và bậc tự do lặp f2=2: Fb=18,5; F là giá trị thống kê Fisher của các thành phần lực cắt: Fz=1,7203 ; Fx=3,4861. Giá trị xác suất P của các nhân tố v, s và tương tác giữa chúng đều lớn hơn 0,05 chứng tỏ các hệ số của chúng trong phương trình hồi qui là có nghĩa và chúng có ảnh hưởng đến các thành phần lực cắt. Phương trình hồi qui với các biến thực:

(5)

(6)

Mặt hồi qui của hàm biểu diễn lực cắt theo các thông số vận tốc cắt v và lượng chạy dao s như trong hình 6. Phân tích mặt hồi qui cho thấy rõ tác dụng tương tác giữa các biến ảnh hưởng đến các giá trị lực cắt. Trên cả hai đồ thị, lượng chạy dao s có ảnh hưởng lớn nhất đến lực cắt, tiếp theo là ảnh hưởng của tương tác giữa lượng chạy dao và vận tốc cắt. Vận tốc cắt v có ảnh hưởng ít hơn. Phân tích hình ảnh mặt hồi qui hoàn toàn phù hợp với phân tích phương sai của các thành phần lực cắt.

Hình 6. Mặt hồi qui và đồ thị đường mức của các thành phần lực cắt Fz (a) và Fx (b)

KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến các thành phần lực cắt trong tiện cứng trực giao đã được trình bày. Nghiên cứu được thực hiện trên phôi thép 9XC với dụng cụ cắt CBN. Kết quả phân tích phương sai và phân tích hồi qui chứng tỏ

rằng mô hình mô tả lực cắt có thể dự đoán các giá trị lực cắt với độ tin cậy là 95%. Mối liên hệ giữa các thông số cắt và hiệu quả quá trình cắt thông qua lực cắt được được biểu diễn bằng mô hình hàm số mũ. Phân tích phương sai các kết quả thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng của lượng chạy dao đến lực cắt chiếm ưu thế hơn so với vận tốc cắt. Bên cạnh đó tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao có ảnh hưởng đáng kể đến sự biến thiên của các thành phần lực cắt. Điều này cho phép xác định được vùng gia công phù hợp của vật liệu phôi và dụng cụ. Giá trị của các thành phần lực tăng khi tăng giá trị các thông số của chế độ cắt. Trong nghiên cứu này, giá trị của thành phần lực cắt tiếp tuyến luôn lớn hơn nhiều so với lực ăn dao, không phụ thuộc vào điều kiện cắt. Nghiên cứu này còn có thể làm cơ sở để phân tích tính toán nhiệt và ứng suất trong quá trình gia công. Phương pháp phân tích nghiên cứu đề xuất cũng có thể mở rộng hiệu quả cho các quá trình cắt khác.


[1]. Huang Y, Chou Kevin Y, Liang SY. CBN tool wear in hard turning: a survey on research progresses. Int J Adv Manuf Technol 2006;35(5–6):443–53. [2]. Lahiff C, Gordon S, Phelan P. PCBN tool wear modes and mechanisms in finish hard turning. Robot Comput Integr Manuf 2007;23(6):638–44. [3]. Nakayama K, Arai M, Kanda T. Machining characteristics of hard materials. Ann CIRP 1988;37(1):89–92. [4]. Strafford KN, Audy J. Indirect monitoring of machinability in carbon steels by measurement of cutting forces. J Mater Process Technol 1997;67(1–3):150–6. [5]. Remadna M, Rigal JF. Evolution during time of tool wear and cutting force in the case of hard turning with CBN inserts. J Mater Process Technol 2006;178:67–75. [6]. Arsecularatne JA, Zhang LC, Montross C, Mathew P. On machining of hardened AISI D2 steel with PCBN tools. J Mater Process Technol 2006;171(2):244–52. [7]. Huang Y, Liang SY. Modeling of cutting forces under hard turning conditions considering tool wear effect. Trans ASME J Manuf Sci Eng 2005;127(2):262–70. [8]. Chen W. Cutting forces and surface finish when machining medium hardness steel using CBN tools. Int J Mach Tools Manuf 2000;40(3):455–66.

4 3,3903 1,4974ln 6,60203,719.10 vzF v s− −=

2,1426 0,9463ln 3,65040,0837 vxF v s −=


71

ABSTRACT THE EFFECT OF CUTTING CONDITION ON CUTTING FORCES I N ORTHOGONAL HARD TURNING 9XC STEEL WITH CBN TOOLS

Phan Quang The, Nguyen Thi Quoc Dung*, Hoang Minh Phuc Thainguyen University of Technology - TNU

This paper presents an experimently study of the effects of cutting speed and feed rate on the cutting force components in the orthogonal turning. The solid CBN inserts with high containt of CBN were used in hard turning of the 9XC steel tube. Two factors cutting speed and feed rate with two levels were performed. In the cutting process, force components were measured. Analysis of variances for results showed that three factors: cutting speed, feed rate and their interaction had influences on value of forces. Among them, speed rate has the largest effect and cutting speed has the lower effect compared with the interaction between cutting speed and speed rate. Key words: Hard turning, cutting forces, cutting tool, analysis of variance, othogornal hard turning

* Tel: 0915308818; Email : [email protected]


72

Nguyễn Đình Dũng và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 73 - 79

73

REGULARIZATION FOR A COMMON SOLUTION OF A SYSTEM OF ILL-POSED EQUATIONS INVOLVING LINEAR BOUNDED MAPPINGS W ITH PERTURBATIVE DATA

Nguyen Dinh Dung1*, Nguyen Buong2 1 Thai Nguyen University, Thai Nguyen, Viet Nam 2 Vietnamese Academy of Science and Technology

Institute of Information Technology, Ha Noi, Viet Nam

ABSTRACT The purpose of this paper is to give a theoretical analysis of Tikhonov for solving a system of ill-posed equations involving linear and bounded mappings in real Hilbert spaces under perturbative operators and right hand side. Then, an example of finding a common solution of N systems of linear algebraic equations with singular matrixes is given. Key words: Tikhonov regularization, ill-posed problem

INTRODUCTION*

Let X and jY be Hilbert spaces with scalar

product and norm of X denoted by the

symbols .,. and X

. respectively. Let

NjAj ,...,1, = , be N linear bounded

mappings from X to jY .

Consider the following problem: Find an Xx ∈~ such that

NjfxA jj ,...,1,~ == , (1)

where jf is given in jY a priori. Set

NjfxAXxS jjj ,...,1,: ==∈= ,

jNj SS 1=∩= .

Here, suppose that S ≠ ∅ . From the properties of jA , it is easy to see that jS is

closed convex in X . There fore S is also closed convex in X .

We are especially interested in the situation where the data jf and jA are not exactly in

the know. We have only jδ approximation

j

jf δ of the data jf and h

jA of jA satisfying


jY

jjj

jff δδ ≤− (2)

And j

hj j XY

A x A x hC x− ≤ (3)

where, hjA is a bounded and linear mapping,

0C > . With the above condition on jA ,

each −j equation (1) is ill-posed. By this we

mean that the solution set jS does not depend

continuously on ( )jj fA , . There fore, to find

a solution of each −j equation in (1) one has to use stable methods. One of those methods is the variational variant of Tickhonov’s regularization that consists of minimizing the functional

2

*

2

XYj

hj xxfxA

j

j −+− αδ, (4)

where *x is element in jSX \ , 0>α is the

small parameter of regularization. For the

case where jhj AA ≡ , it is proved in [1] that

each −j minimization problem in (4) hase

unique solution j

jxδα ,

and if 02

→αδ j then

j

jxδα ,

converges to a solution jx~ satisfying

XSxXj xxxxj

** min~ −=−∈

, Nj ,...,1= .


74

Our problem: Finding j

j

hhx δ

δα,

),( such that

xx j

j

hh

~,),( →δ

δα as 0,, →jh δα , a relation

( )jh δα , such that xx j

j

hh

~,),( →δ

δα as

0, →jh δ and finally estimate the value

X

hh xx j

j

~,),( →δ

δα , where x~ is a −*x minimal

norm element in S ( MNSx −* ). Burger and Kaltenbacher [2] used the Newton-Kaczmarz method cyclically for regularizing each separate equation in (1) under a source condition on each mapping jA

. The steepest-Descent-Kaczmarz method is used cyclically by Haltmeier, Kowar, Leitão, and Shererfor [3] for regularizing each separate equation in (1) under a local tangential cone condition on each mapping

jA .

In this paper, we consider the case that jA

and jf are given approximately by hjA and

j

jf δ, respectly. For this purpose, we consider

the problem

DX

N

jY

jhj xxfxA

j

j min2

*1

2

→−+−∑=

αδ, (5)

we shall show convergence rate of regularized solution in (5) under a source condition only on 1A in the next section. Then, we give an example showing that problem (4), perhaps, is well-posed, although each equation in (1) is ill-posed. Above and below, the symbol → denotes convergence in the norm, a b is meant )(bOa = and )(aOb = . MAIN RESULTS Under the assumptions on jA it can be

easy to show that problem (5) admits a unique solution. We shall first address two questions. Is the problem (5) stable in the sense of continuous dependence of the solution on data

j

jfδ ? Secondly, do the solutions of (5)

converge toward a solution of (1) as 0,, →jh δα ?

Theorem 1. Let 0>α , 0>→ hhk , ( khjA

approximate hjA in sens (3) and satisfying

(3)), jkj

jj ff δδ →, , hj

hj AA k → as ∞→k ,

with 0≥jδ and kx be a minimizer of (5)

with j

jf δ and h

jA replaced by kj

jf ,δ and

khjA ,respectively. Then, the sequence of kx

converges to a minimizer of (5).

Proof. δδα

,),(

hhx is a solution of (5) if only if it

is a solution of the following equation

δα fxxxBh ~)( * =−+ , (6)

where

∑=

=N

j

hj

hj

h AAB1

*)( and ∑=

=N

jj

hj

jfAf1

*)(~ δ

δ ,

*)( hjA denotes the adjoint mapping of hjA , if

jkj

jj ff δδ →, then

∑∑==

=→=N

jj

hj

N

jj

hj

k jkjk fAffAf1

*

1

* )(~

)(~

, δδ

δδ

as ∞→k . Denote by kk

kk

hhx δ

δα,

),( is a solution

of the following equation

kh fxxxB kδα ~

)( * =−+ (7)

where

∑=

=N

j

hj

hj

h kkk AAB1

*)(

and ∑=

=N

jj

hj

k kjk fAf1

* ,)(~ δ

δ

*)( khjA denotes the adjoint mapping of kh

jA .

From (6) and (7) we obtain that

( ),,

( , ) ( , )

,,( , ) ( , )( , )

k k k

k k

k k

k k

h hh hh h

hh kh h

B x B x

h x x f f

δδα δ α δ

δδα δ α δ δ δα δ

−

+ − = −% %


75

( )( )

, ,, ,( , ) ( , ) ( , ) ( , )

, ,,( , ) ( , ) ( , )

,

,

k k k k

k k k k

k k k k k

k k k k

h hh h hh h h h

h h hh hh h h

B x x x x

B B x x x

δ δδ δα δ α δ α δ α δ

δ δδα δ α δ α δ

⇒ − −

+ − −

, ,, ,( , ) ( , ) ( , ) ( , )( , ) ,k k k k

k k k k

h hh hh h h hh x x x xδ δδ δ

α δ α δ α δ α δα δ+ − −,,

( , ) ( , ), k k

k k

hk hh hf f x x δδ

δ δ α δ α δ= − −% %

Since, hB is monotone, hence

( ),,

( , ) ( , )

,( , )

1

( , )

k k

k k

k k k

k k

hhh h X

h hh kh X

x x

B B x f fh

δδα δ α δ

δα δ δ δα δ

− ≤

− + −% %

0~~

,0 →−→− khh ffBB kδδ as ∞→k ,

so δδα

δδα

,),(

,),(

hh

hh xx kk

kk→ .

Theorem 2. Let ),(, δαδδ hj = be such that

( , ) 0,hα δ → 0,( , )h

δα δ

→ 0( , )

h

hα δ→

as 0, →δh . Then sequence δδα

,),(

hhx , where

),(,0 δααδ h=→ and δδα

,),(

hhx is a solution

of (5) converges to an xMNSx ~* − of (1).

Proof. Clearly, we have, for each Sy∈ , that

∑=

==N

jjj fAffBy

1

*~,

~. (8)

So, from (6) and (8), we obtain that

, ,( , ) ( , )

,( , )

, ,( , ) * ( , )

,( , )

,

( ) ,

( , ) ,

,

h h h hh h

h hh

h hh h

hh

B x B y x y

B B y x y

h x x x y

f f x y

δ δα δ α δ

δα δ

δ δα δ α δ

δδ α δ

α δ

− −

+ − −

+ − −

= − −% %

Since, hB is monotone, hence

,( , )

, ,( , ) * ( , )

,( , )

( ) ,

( , ) ,

,

h hh

h hh h

hh

B B y x y

h x x x y

f f x y

δα δ

δ δα δ α δ

δδ α δ

α δ

− −

+ − −

≤ − −% %

*

1

( )N

h hj jX

j

B y By hC y A A=

⇒ − ≤ +∑

∑=

+=−

N

jYjY

hj

jj

fChAff1

* ..)(~~ δδ

So, ,( , ) *

hh XX

x y x yδα δ − ≤ −

*

1

( )( , )

Nhj jX

j

hC y A A

hα δ =

+ +∑

*

1

( )( , ) ( , ) jj

Nhj j YY

j

hA C f

h h

δα δ α δ=

+ +

∑

Since, jA are the bounded mappings and

0),(

,),(

→δαδα

δh

h

h, the sequence δ

δα,

),(h

hx

is bounded. Then, there exist a subsequence

kk

kk

hhk xx δ

δα,

),(:= of the sequence δδα

,),(

hhx

converge weakly to some element Xx ∈~ as ∞→k . Now, we shall prove that Sx ∈~ .

Indeed, from (5) we can obtain the following inequalities.

( )22

1

2

*( , )

k k k k

l

Nh hl k l j j j jY

j

k k X

A x f A y A y f f

h y x

δ δ

α δ=

− ≤ − + −

+ −

∑

together (2) and (3), hence

( )22

2

*( , )

k k

l

hl k l k kXY

k k X

A x f N h C y

h y x

δ δ

α δ

− ≤ +

+ − (9)

for any Sy∈ and Nl ,...,1= . Since each

functional 2

l

kk

Ylkhl fxA δ− is weakly lower

semicontinuous, kx x→ % and

0),(,, →kkkk hh δαδ as ∞→k . We obtain

the last inequality that NlfxA ll ,...,1,~ == .

So, Sx ∈~ . Now, from (9),

0),(

,),(

→δαδα

δh

h

h as 0, →δh , the

weakly lower semicontinuity of norm and that any closed convex in X has only one


76

MNSx −* , it follows that xxhh

~,),( →δ

δα as

0, →δh . This completes the proof.

Theorem 3. Assume that there exists 1Y∈ω

suchthat ω*1*~ Axx =− . Then for the choice

( )phα δ+ , we obtain

( )( )

1 / 2

,( , ) / 2

( ) 1 2

( ) 0 1

p

hh X p

O h px x

O h p

δα δ

δ

δ

− + ≤ <− = + < ≤

%

Proof. Using (5) with xx ~= and jδ δ= ,

1,...,j N= , we obtain

2 2, ,( , ) ( , ) *

1

( , )j

Nh h hj h j hY X

j

A x f h x xδ δ δα δ α δα δ

=

− + −∑

2 2

*1

( , )j

Nhj j XY

j

A x f h x xδ α δ=

≤ − + −∑ % %

So, we have that 2 2, ,

( , ) ( , )1

( , )j

Nh h hj h j hY X

j


=

− + −∑ %

2

1 j

Nhj j j j Y

j

A x A x A x fδ

=

≤ − + −∑ % % %

( )2 22, ,( , ) * ( , ) *( , ) h hh hXX X

h x x x x x xδ δα δ α δα δ+ − + − − −% %

hence, 2 2, ,

( , ) ( , )1

( , )j

Nh h hj h j hY X

j


=

− + −∑ %

( )2

XN hC x δ≤ +%

( )2 22, ,( , ) * ( , ) *( , ) h hh hXX X

h x x x x x xδ δα δ α δα δ+ − + − − −% %

Since,

2 22, ,( , ) * ( , ) *

h hh hXX X

x x x x x xδ δα δ α δ− + − − −% %

,* ( , )2 , h

hx x x xδα δ= − −% %

Together with source condition, we have

1

2 2, ,1 ( , ) 1 ( , )( , )h h h

h hY XA x f h x xδ δ δ

α δ α δα δ− + − %

( ) ( )2 ,1 ( , )2 ( , ) , h

hXN hC x h A x xδ

α δδ α δ ω≤ + + −% %

( ),1 ( , ), h

hA x xδα δω − %

( )1 1

,1 ( , ) 1

hhY Y

A x fδ δα δω δ≤ + −

( )11 1

, ,( , ) ( , ) 1

h h hh hY X Y

hC x A x fδ δ δα δ α δω δ≤ + + −

hence,

1

2 2, ,1 ( , ) 1 ( , )( , )h h h

h hY XA x f h x xδ δ δ

α δ α δα δ− + − %

( ) ( )1

2 ,( , )2 ( , ) hhX Y X

N hC x h hC xδα δδ α δ ω δ≤ + + +%

11 1

,( , ) 12 ( , ) h hhY Y

h A x fδ δα δα δ ω+ −

111 1

2, ,1 ( , ) 1 ( , ) 12 ( , )h h h h

h hYY YA x f h A x fδ δ δ δ

α δ α δα δ ω− ≤ −

( ) ( )1

2 ,( , )2 ( , ) hhX Y X

N hC x h hC xδα δδ α δ ω δ+ + + +% .

This together with the implication

cbacabacba +≤⇒+≤≥ ),0,,( 22 ,

we implies

( ) ( )( )11

1

,1 ( , ) 1

1/22 ,( , )

2 ( , )

2 ( , )

h hh YY

hhX Y X

A x f h

N hC x h hC x

δ δα δ

δα δ

α δ ω

δ α δ ω δ

− ≤ +

+ + +%

So,

( )( )

1 /2

,( , ) /2

( ) 1 2

( ) 0 1

p

hh X p

O h px x

O h p

δα δ

δ

δ

− + ≤ <− = + < ≤

%

as ( )phα δ+ . This completes the proof.

NUMERICAL EXAMPLE

For illustration, we consider the following problem of finding a common solution of two systems of linear algebraic equations

,2,1, == jfxA jj (10)

1

1 2 -1

2 0 1

3 2 0

A

=

,

−−−−

−−=

111

012

121

2A ,

=5

3

2

1f ,

−−−

=3

1

2

2f


77

It is easy to verify that system (10) posses a unique common solution )1;1;1(~ =x .

0)det()det( 21 == AA , each equation in (10)

is ill-posed. We consider the case that jA and

jf are given approximately by hjA and δjf ,

espectly. Where ∆+=+= jjjhj ffHAA δ, ,

0 / 3 / 2

/ 2 / 3

/ 4 / 4

h h

H h h h

h h h

=

,

/ 3

/ 3

/ 3

δδδ

∆ =

Based on result in section 2, the common solution of (10) can be found by solving the following optimization problem

333

2 2 2

*1

min ( , )hj j RRx R j

A x f h x xδ α δ∈ =

− + −∑ , (11)

where 23

22

213 xxxx

R++= for every

3321 );;( Rxxxx ∈= . It is not difficult to

verify that (11) is equivalent to the following equation

δδα fxxhxBh ~))(,( * =−+ (12)

where hhhhh AAAAB 2

*21

*1 )()( += ,

δδδ 2

*21

*1 )()(

~fAfAf hh +=

and *x is any vector in 3R , if 0== δh then

==411

1145

1520

BBh ,

==6

20

26~~ffδ .

Since det( ) 996B = and (12) can be sonsidered as a regularization equation for the

well-posed equation Bx f= % , we can use Jacoby or Gauss-Seidel iteration methods for

finding a unique solution ,( , )

hhx δ

α δ of (12). The

following Table 1 shows the caculation

results for the approximation solution ,( , )h

hx δα δ =

( ), , , , , ,1 2 3; ;h h hx x xα δ α δ α δ at 20th iteration with the

started point 0 (2;2;2)x = for equation

,hA xδ = fδ%

*( , )h xα δ+ ,, ( , )h hA B h Iδ α δ= + ,

where I is indentify operator. Now, we give another example with det( ) 0B = . We consider the case that

1

0.1 -0.2 0.1 -0.1

0.2 -0.1 0 0.2

0.3 -0.3 0.1 0.1

0.1 0.1 -0.1 0.3

A

=

,

=

0.5 0.3- 0.5 0.1-

0.4 0.2- 0.3 0

0.2 0 0.1- 0.2

0.1 0.1- 0.2 0.1

2A

and

1

-0.1

0.3

0.2

0.4

f

=

, 2

0.3

0.3

0.5

0.6

f

=

then

* *1 1 2 2

0.21 -0.17 0.05 0.09

-0.17 0.54 -0.29 0.37

0.05 -0.29 0.17 -0.27

0.09 0.37 -0.27 0.61

B A A A A

= + =

,

=+=

0.80

0.34-

0.45

0.18

2*21

*1 fAfAf .

Since the rank of the matrix B =3, it is not difficult to verify that the set of common solutions of (10) is a line passed through two


78

points (1;1;1;1)x = and ' (1;3;6;2)x = .

So, the solution of minimal norm is the vector (1;7 /15; 1/ 3; 11/15)x = −%

We consider the case that jA and jf are

given approximately by hjA and δ

jf ,

respectly. Where

, , 1,2hj j j jA A H f f jδ= + = + ∆ = ,

/ 2 / 3 / 4 / 5

/ 3 / 4 / 5 / 6

/ 4 / 5 / 6 / 7

/ 5 / 6 / 7 /8

h h h h

h h h hH

h h h h

h h h h

=

,

/ 2

/ 2

/ 2

/ 2

δδδδ

∆ =

Table 2 shows our caculation result with

10 nh δ −= = . To solve regularized equation (12), we use the iterative regularization [8]

( )( )( 1) ( ) ( ) ( ) (0) ,k k h k kk kx x B x x x fδα ε+ = − + − − %

(0) 4x R∈ is any vector, with the stopping rule [9]:

4 4

2 2( ) ( )h K h k

R RB x f B x fδ δτδ− ≤ < −% % ,

1, 0,1,...., 1k Kτ > = − .

In our example, we have that 4

h

RL B= , we

choose 1 03, 0.05

1k

kk

εε εε+ = =

+. Then, the

sequence kε satisfies the conditions:

0, 0k kε ε> and 13

1

1k k

k k

ε εε ε

+

+

− = and 2 20

2

Lελ += .

By taking k kcα ε= with 1

2c

λ= , we have

that ( )2

2 00 2 2

0

(1 ) 12

c cL

ελ εε

− = <+

.

Clearly, condition (2.6) in [9] is equivalent to

( )( )4

2

(0) 3 20 0 0

00

1 1 21

1 2

Rx x

Tc

c

ε ε ετ

ελ ε

− + + + ≥ = + − −

%.

Therefore, with (0) (0;0;0;0)x = , we obtain

that 44

(0) 1.3663RR

x x x− = =% % , So, we

can choose

( )( )4

2

(0) 3 20 0 0

00

1 1 21

1 2

145.8741.

Rx x

cc

ε ε ετ

ελ ε

− + + + = + − −

=This work was supported by the Vietnamese Natural Foundation of Science and Technology Development.

REFERENCES

[1]. A.N Tikhonov and V.Y.Arsenin, “Solution of ill-posed problems”, Wiley, N.Y.1977.

[2].M.Burger and B.Kaltenbacher, “Regularization Newton-Kacmarz methods for nonlinear ill-posed problems”, SIAM J. Number. Analysis, 44(2006) 153-182.

[3]. M.Haltmeier, R.Kowar, A.Leitao, and O.Scherzer, “Kacmarz methods for nonlinear ill-posed equations I: Convergence analysis, Inverse problem and Imaging”, 1 (2) (2007) 289-298, II: Application, 1 (3) (2007) 507-523.

[4]. A.D. Cezaro, M.Haltmeier, A. Leitao, and O. Sherzer, “On steepest descent - Kacmarz method for regularizing systems of nonlinear ill-posed equations”, Applied Mathematics and computations, 202 (2) (2008) 596-607.

[5]. Ng. Buong, “Regularization for unconstrained vector optimization of convex functionals in Banach spaces”, Zh. Vychisl. Mat. i Mat. Fiziki, 46(3) (2006) 372-378.

[6]. H.W.Engl, K. Kunisch, and A. Neubauer, “Convergence rates for Tikhonov regularization of nonlinear ill-posed problems”, Inverse Problem 5 (1989) 523-540.

[7] M.M. Vainberg,”Variational method and method of monotone mappings”, Moscow, Nauka 1972 (in Russian).

[8]. A.B. Bakushinky and A. Goncharsky, “Ill-posed problems: Theory and Aplications”, Kluwer Academic 1994.

[9]. A.B. Bakushinky and A. Smirnova, “A posteriori stopping rule for regularized fixed point iterations”, Nonl. Anal. 64 (2006) 1255-1261.


79

Table 1. 20th approximation solutions with started point

0 (2;2;2)x = , ( )phα δ= + , 1p = , * (0;0;0)x =

0.1000 0.1000 0.2000 0.9444 0.9602 1.0652 0.0945 0.0100 0.0100 0.0200 0.9946 0.9963 1.0091 0.0112 0.0010 0.0010 0.0020 0.9995 0.9996 1.0009 0.0011 0.0001 0.0001 0.0002 0.9999 1.0000 1.0001 0.0001

0 0 0 1.0000 1.0000 1.0000 0.0000

Table 2. Approximation solutions , ( ) ( ) ( ) ( )( , ) 1 2 3 4( , , , )h K K K Khx x x x xδ

α δ = with started point

(0) (0;0;0;0)x = , 10 , 1,2,...nh nδ −= = =

n K ( )1

Kx ( )2Kx

( )3

Kx ( )4Kx 4

( )h K

RB x fδ− % τδ

1 0 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.155791 14.587413 2 0 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.009850 1.458741 3 29 0.167796 0.240586 -0.200835 0.525637 0.381565 0.145874 4 96 0.393307 0.251553 -0.267696 0.835876 0.120050 0.014587 5 7009 0.670939 0.277273 -0.285218 0.871628 0.038193 0.001459 6 380309 0.837765 0.364742 -0.309287 0.816961 0.012078 0.000146 7 13912613 0.937705 0.426402 -0.324047 0.767432 0.003819 0.000015

TÓM TẮT PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH CHO HỆ PHƯƠNG TRÌNH TOÁN TỬ TUYẾN TÍNH GI ỚI NỘI VỚI DỮ LI ỆU CÓ NHIỄU

Nguyễn Đình Dũng1*, Nguyễn Bường 2 1 Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên, Việt Nam

2 Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Viện Công nghệ Thông tin, Hà Nội, Việt Nam

Trong bài báo này, chúng tôi đưa ra phương pháp hiệu chỉnh Tickhonov xấp xỉ nghiệm của hệ phương trình toán tử tuyến tính giới nội trong không gian Hilbert thực với toán tử và vế phải của hệ có nhiễu. Phần cuối cùng của bài báo đưa ra một số ví dụ tính toán tìm nghiệm của N hệ đại số tuyến tính với ma trận hệ số là các ma trận suy biến. Từ khóa: Hiệu chỉnh Tikhonov, Bài toán không chỉnh



80

Nguyễn Hải Minh và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 81 - 87

81

ỨNG DỤNG CHUẨN HL7 – CDA R2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRAO ĐỔI HÓA ĐƠN GIAO NHẬN THUỐC TRONG CÁC CƠ SỞ Y TẾ

Nguyễn Hải Minh 1*, Vũ Mạnh Xuân2, Nguyễn Quang Dũng3, Trương Đồng Tâm4 1Khoa Công nghệ Thông tin - Đại học Thái Nguyên,

2 Trường ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên, 3 Phòng CNTT - Bảo hiểm xã hội tỉnh Thái Nguyên,

4 Bệnh viện trường Đại học Y Dược - Đại học Thái nguyên

TÓM TẮT Xây dựng các chương trình ứng dụng hỗ trợ việc trao đổi thông tin giữa các hệ thống khác nhau có sử dụng chuẩn trao đổi thông tin quốc tế trong các cơ sở y tế là rất cần thiết, vì nó không những giúp ta giảm được thời gian khi phải nhập lại dữ liệu từ hệ thống này vào các hệ thống khác mà còn giúp cho ta tránh được các lỗi phát sinh khi nhập dữ liệu. Nhằm phát triển hệ thống trao đổi thông tin dựa trên các cơ sở dữ liệu (CSDL) hiện đang sử dụng tại các cơ sở y tế và ứng dụng chuẩn quốc tế Health Level 7 standards (HL7) dùng trong y học, chúng tôi trình bày một giải pháp dùng để trao đổi và chia sẻ thông tin hóa đơn giao nhận thuốc giữa các khoa điều trị với khoa dược. Chúng tôi đã ứng dụng chuẩn trao đổi tài liệu lâm sàng Clinical Document Architecture Release 2 (CDA R2) của HL7 kết hợp với hai CSDL khác nhau: CSDL hệ thông tin bệnh viện và CSDL của hệ thống quản lý dược. Giải pháp này sẽ giúp cho công tác nhập và xử lý dữ liệu đơn thuốc của các y bác sỹ đơn giản và chính xác hơn, góp phần giảm chi phí văn phòng phẩm, tăng tính tương tác giữa các hệ thống quản lý trong bệnh viện đồng thời cũng là giải pháp để thích ứng giữa chuẩn quốc tế với một chuẩn cục bộ trong việc phát triển các chương trình ứng dụng. Ngoài ra, với giải pháp này hệ thống còn đáp ứng được việc trao đổi thông tin ngay cả khi việc kết nối mạng (connection) gặp sự cố. Từ khóa: Clinical Document Architecture (CDA R2), drug bills

MỞ ĐẦU*

Chuẩn tài liệu Clinical Document Architecture Release 2 (CDA R2) đã được tổ chức chuẩn quốc tế về lĩnh vực tin học trong y tế Health Level 7 (HL7) thông qua và đưa vào ứng dụng vào năm 2005 [12]. Kể từ đó rất nhiều các hệ thống hỗ trợ trao đổi tài liệu lâm sàng trên thế giới đã sử dụng mô hình thiết kế tài liệu này để phát triển các ứng dụng và đã thu được nhiều thành công to lớn.

Ở Hàn Quốc, hệ thống phần mềm "CDA Studio" được phát triển nhằm hỗ trợ các cơ sở y tế thiết kế và lập các báo biểu lâm sàng, được dùng để trao đổi giữa các chương trình ứng dụng khác nhau một cách tự động. Đặc trưng cơ bản của hệ thống này là được thiết kế dựa trên một hệ thống Quản lý thông tin bệnh viên có sẵn và các tài liệu chiết xuất ra được thiết kế dựa trên CDA R2 [13, 14]. Tại

* Email: [email protected]

Nhật Bản, hệ thống "Referral Letter System" được thiết kế nhằm kết hợp các chuẩn Quốc gia hiện có và chuẩn quốc tế để hỗ trợ trao đổi tài liệu lâm sàng giữa các cơ sở y tế trong nước và các tổ chức Y tế nước ngoài [4].

Tại Đài Loan, hệ thống "Portable CDA" được xây dựng nhằm hỗ trợ trao đổi các tài liệu lâm sàng qua môi trường offline thông qua các thiết bị lưu trữ ngoài [9,16]. Ngay từ rất sớm, dựa trên CDA R1 và chuẩn trao đổi thông tin trong y học quốc gia (SCIPHOX), tại Đức đã triển khai và xây dựng thành công hệ thống "HER akteonline.de" giúp cho việc trao đổi thông tin bệnh nhân giữa các cơ sở khám chữa bệnh, kê đơn thuốc, cập nhật và ra y lệnh của bác sỹ cho bệnh nhân trực tuyến thông qua môi trường Internet [10].

Ở nước ta một trong những nguyên nhân dẫn tới việc chia sẻ và trao đổi thông tin giữa các hệ thống thông tin quản lý dùng trong y học chưa nhiều là vì trong thời điểm hiện tại


82

chúng ta còn thiếu các chuyên gia về lĩnh vực tin học trong y tế [15], thiếu những thông tin cần thiết về các chuẩn quốc tế dùng trong y học. Hơn nữa việc dùng văn bản để lưu trữ và dùng các mẫu kê đơn thuốc, ghi y lệnh của bác sỹ trong các cơ sở y tế cho bệnh nhân ở ta còn khá phổ biến [15]. Chính điều này đã góp phần làm tăng chi phí cho bệnh nhân trong việc khám chữa bệnh, gia tăng thời gian chờ đợi của bệnh nhân, giảm hiệu suất làm việc của các y Bác sỹ và điều dưỡng.

Trong bài viết này, chúng tôi trình bày một thiết kế CDA dùng cho hoá đơn giao nhận thuốc hàng ngày giữa các khoa điều trị với khoa dược mà tại các cơ sở này chưa có điều kiện đầu tư hệ thống quản lý đồng bộ. Hệ thống quản lý dược và hệ thống quản lý khám chữa bệnh được cung cấp bởi các nhà cung cấp khác nhau và hơn nữa việc lĩnh thuốc tại khoa dược cũng là một công việc hàng ngày của các điều dưỡng viên. Do đó công tác phục vụ, chi phí cho in ấn và bàn giao ký nhận giữa các cán bộ có trách nhiệm trong việc này còn khá nhiều bất cập. Phần mềm đã được thiết kế và cài đặt tại bệnh viện trường Đại học Y khoa Thái nguyên với tên sản phẩm là Medipro 2.0

Bài báo có cấu trúc như sau: Sau phần mở đầu là mô tả bài toán; phần kế tiếp trình bày kỹ thuật đề xuất, và kết quả ứng dụng. Cuối cùng là thảo luận.

MÔ TẢ BÀI TOÁN

Công việc giao nhận thuốc nói trên của mỗi cơ sở y tế có thể mô tả qua bốn bước như sau:

- Bước 1: Điều dưỡng viên phải nhập thông tin về đơn thuốc của bệnh nhân vào hệ thống quản lý, chúng tôi gọi tắt là Hệ thông tin bệnh viện, (tên tiếng Anh: Hospital Information System), hay còn viết tắt là hệ HIS. - Bước 2: Dùng chức năng của hệ HIS để tính toán và tổng hợp số lượng thuốc sẽ lĩnh theo từng nhóm thuốc và lập hóa đơn phiếu lĩnh thuốc cho khoa mình quản lý. Biện pháp thông thường hiện nay dùng cho việc tính tổng theo từng nhóm được phân loại dựa bảng phân loại danh mục thuốc quốc tế - Anatomical Therapeutic Chemical lassification System (ACT) [3] (Bảng 1).

- Bước 3: Điều dưỡng viên in, ký, cầm hóa đơn giao nhận thuốc xuống khoa dược. Dựa vào hóa đơn, điều dưỡng sẽ cùng cán bộ khoa dược tiến hành giao - nhận và cùng ký vào bản giao nhận thuốc.

- Bước 4: Hóa đơn giao nhận thuốc sẽ được in làm 2 bản, một bản lưu tại khoa dược, một bản giao lại cho khoa điều trị để làm chứng từ quyết toán. Khi công việc giao nhận đã được thực hiện xong, cán bộ tại khoa dược sẽ tiếp tục nhập các thông tin về thuốc vào trong hệ thống quản lý dược.

Bảng 1. Bảng mã phân loại nhóm thuốc theo ATC

ATC Tên nhóm A Bộ máy tiêu hóa và Chuyển hóa B Máu và các cơ quan tạo máu C Hệ tim mạch D Da liễu G Hệ Niệu-Sinh dục và hormon sinh dục H Các chế phẩm nội tiết tác dụng toàn thân (trừ

hormon sinh dục) J Các chất kháng khuẩn cho sử dụng toàn than L Các chất chống tân tạo và điều biến hệ miễn dịch M Hệ cơ xương N Hệ thần kinh P Các sản phẩm diệt ký sinh trùng R Hệ hô hấp S Cơ quan thụ cảm V Các nhóm khác

Việc ứng dụng CDA trong thiết kế hóa đơn giao nhận thuốc trên đảm bảo việc giao nhận có thể thực hiện được thông qua các văn bản điện tử, mà vẫn đảm bảo được tính pháp lý và tính quy trách nhiệm theo quy định chung về công tác quản lý dược hiện nay. Không những thế nó còn làm giảm thời gian xử lý công việc cho các nhân viên y tế, giảm chi phí cho đầu tư văn phòng phẩm. Với giải pháp này chúng tôi đã thiết kế CDA template cho mẫu hóa đơn lĩnh thuốc được dùng trong Bệnh viện trường Đại học Y Dược – Đại học Thái nguyên, cùng với cơ sở dữ liệu bệnh án và cơ sở dữ liệu quản lý dược hiện có tại bệnh viện.

KỸ THUẬT ĐỀ XUẤT

Trong phần này, chúng tôi xin giới thiệu chi tiết thiết kế CDA template cho hóa đơn trên và được được dùng để phát triển hệ thống trao đổi thông tin giữa hai hệ thống quản lý: Hệ thông tin bệnh viện và Hệ thống quản lý dược.


83

Sơ lược về CDA R2

Kiến trúc CDA R2 được tổ chức HL7 công nhận là kiến trúc tài liệu chuẩn, dùng trong trao đổi tài liệu lâm sàng từ năm 2005. Kiến trúc tài liệu này được phát triển dựa trên HL7 V3 Reference Information Model (RIM), là một mô hình thiết kế hướng đối tượng. Kiến trúc RIM này gồm có 6 thành phần cơ bản: Act, Participation, Entity, Role, ActRelationship, and RoleLink [1,12].

- Act: Sự kiện kích hoạt để sinh các tài liệu, được nhận từ các trình ứng dụng trong các cơ sở y tế. Ví dụ: Bệnh nhân nhập viện, xuất viện, in phiếu lĩnh thuốc …

- Participation: Thông tin về các sự kiện. Ví dụ: ai là người thực hiện sự kiện, thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc …

- Entity: Mô tả người thực hiện hoặc cơ quan tổ chức, gây phát sinh sự kiện.

- Role: Mô tả các hành vi và hoạt động của các sự kiện.

- ActRelationship: Quan hệ giữa các sự kiện với nhau

- RoleLink: Mô tả tính phụ thuộc giữa hai hành vi (Roles).

Một tài liệu CDA được thiết kế dựa trên lược đồ Extensible Markup Language (XML), nội dung tài liệu sẽ được đóng gói trong thẻ (tag) nguyên thủy <ClinicalDocument> … </ClinicalDocument>. Nằm trong tag này cấu trúc tài liệu sẽ được chia làm hai phần: Cấu trúc đầu file (Header) và nội dung của file (body). Đối với phần body của tài liệu thì có thể dùng 2 loại khuôn dạng tài liệu đó là: Văn bản có định dạng <structuredBody> hoặc văn bản không định dạng <NonXMLBody> để lưu trữ nội dung chính của tài liệu cần trao đổi.

Một tài liệu CDA có thể mô tả sơ bộ bằng cấu trúc lược đồ XML như hình 1.

Qua phân tích các hóa đơn giao nhận thuốc tại các bệnh viện chúng tôi thấy một hóa đơn giao nhận thuốc bao gồm 4 phần chính (Hình 2).

o Phần 1: Trình bày các thông tin cơ bản của cơ sở khám chữa bệnh như: tên cơ quan, tên khoa phòng .. (P1).

o Phần 2: Trình bày phần tiêu đề chính – nội dung chính trong hóa đơn giao nhận thuốc (P2).

o Phần 3: Trình bày chi tiết các thuốc sẽ được thực hiện trên thực tế khi giao (P3).

o Phần 4: Phần xác nhận thông tin của những người có trách nhiệm trong việc giao nhận thuốc – Phần chữ ký (P4).

Hình 1: Cấu trúc một tài liệu CDA

Hình 2. Ví dụ hóa đơn giao nhận thuốc

Thiết kế CDA Template cho Hóa đơn giao nhận thuốc.

Để thuận tiện cho công việc giữa bên giao và bên nhận, chúng tôi thiết kế mỗi hóa đơn giao nhận là một cặp đôi tài liệu: Một lưu trữ các thông tin về nhóm thuốc sẽ được thực hiện, một lưu trữ thông tin chi tiết cho từng loại thuốc. Liên kết giữa 2 tài liệu này được thực hiện thông qua cơ chế hyperlink, đường link này được "gắn" và dấu trong tài liệu về nhóm thuốc, sơ đồ liên kết được mô tả qua (Hình 3).


84

Bản thiết kế CDA dùng cho nhóm thuốc Trong cấu trúc CDA này chúng tôi đã dùng các thuộc tính của phần Header để lưu trữ các thông tin về cơ sở khám chữa bệnh, những thông tin về điều dưỡng viên, bác sỹ tham gia trong quá trình kê đơn thuốc cho bệnh nhân.

Hình 3. Sơ đồ quan hệ giữa CDA nhóm thuốc và CDA chi tiết về thuốc

Trong phần Body của tài liệu chúng tôi sử dụng các tag <recordTarget> để lưu trữ các thông tin cơ bản của bệnh nhân, người mà sẽ sử dụng các thuốc được thể hiện trên phiếu lĩnh thuốc; dùng tag <author> để lưu trữ thông tin về thông tin người lập phiếu lĩnh, lập tài liệu CDA; dùng tag <custodian> để lưu trữ thông tin về khoa, nơi lưu trữ các thông tin cơ bản của việc sử dụng trước khi lập phiếu lĩnh thuốc; dùng tag <relatedDocument> lưu trữ các thông tin bổ sung khi có sự điều chỉnh về hoá đơn giao nhận thuốc (Hình 4). Tag <text> dùng để lưu trữ thông tin chi tiết về các nhóm thuốc sẽ được lĩnh tại khoa dược, và ngoài ra sử dụng tag <entry> để lưu trữ chữ ký số của những thành viên tham gia trong quá trình giao dịch.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <?xml-stylesheet type="text/xsl" href="StyleSheet4DrugGroup.xsl"?> <ClinicalDocument xmlns="urn:hl7-org:v3" xmlns:voc="urn:hl7-org:v3/voc" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="urn:hl7-org:v3 CDA.xsd"> <!–CDA Header <typeId root="2.16.840.1.113883.1.3" extension="POCD_HD000040" /> <templateId root="2.2.110.1.113883.10.20.1" /> <id root="BV02-03-04-BS0012-20100416" /> <code code="34820-1" codeSystem="2.16.840.1.113883.6.1" codeSystemName="LOINC" displayName="CONSULTATION NOTE" /> <title>PHIẾU LĨNH THUỐC TẠI KHO/KHOA DƯỢC</title>

<effectiveTime value="20100414130000" /> <confidentialityCode code="N"

codeSystem="2.16.840.1.113883.5.25" /> <languageCode code="UTF-8" /> <recordTarget> <patientRole classCode="PAT"> <id extension="09002456" root="2.2.110.1.113883.19.5.2" /> <addr use="HP"> <city> Thai Nguyen</city><country>Vietnam</country> <streetAddressLine> Quyet thang – TP Thai nguyen </streetAddressLine> </addr> <telecom use="HP" value="tel:+84-280-3-746-008" /> <telecom use="MC" value="tel:+84-915-444-149" /> <patient> <name use="L"> <given>Minh</given> <suffix>Nguyen Van </suffix> </name> <administrativeGenderCode code="M" codeSystem="2.16.840.1.113883.5.1" /> <birthTime value="19781123" /> </patient> </patientRole> </recordTarget> <recordTarget> <patientRole> <id extension="01" root="2.2.110.1.113883.19.5.2"></id> <providerOrganization classCode="ORG"> <id extension="01" root="2.2.110.1.113883.19.5.2"></id> <name>KHOA NGOẠI</name> </providerOrganization> </patientRole> </recordTarget> <author> <time value="2007081415" /> <assignedAuthor> <id extension="D00065" root="2.16.410.1.113883.19.5" /> <assignedPerson> <name> <prefix>Dr.</prefix> <given>Nguyen Van</given> </name> </assignedPerson> <representedOrganization> <id extension="01" root="2.16.410.1.113883.19.5" /> <name> Khoa kham benh</name> </representedOrganization> </assignedAuthor> </author> <custodian> <assignedCustodian> <representedCustodianOrganization> <id extension="1011" root="2.2.110.1.113883.19.5.2" /> <name> BV truong Dai hoc Y - DHTN</name> <addr> <city >Thai Nguyen</city> <country>Vietnam</country> </addr>

<Hyperlink 1> <. . .>

<Hyperlink n>

CDA nhóm thuốc

<Header> CDA chi tiết về thuốc 1

. . .

CDA chi tiết về thuốc 2


85

</representedCustodianOrganization> </assignedCustodian> </custodian> <relatedDocument typeCode="RPLC"> <parentDocument> <id extension="BV02-01" root="2.2.110.1.113883.19.5.2"/> <setId extension="BV02-01-BS002" root="2.2.110.1.113883.19.5.2" /> <versionNumber value="1"/> </parentDocument> </relatedDocument> ………...

</ClinicalDocument>

Hình 4. Cấu trúc Header cho tài liệu CDA template.

Bản thiết kế CDA cho phiếu lĩnh thuốc chi tiết

Về cơ bản cấu trúc Header của CDA chi tiết phiếu phiếu lĩnh thuốc được tổ chức gần giống như Header của CDA nhóm thuốc, nhưng trong đó có một điểm khác là trong tag <recordTarget> là chỉ lưu trữ thông tin các bệnh nhân thực sự có sử dụng thuốc trên phiếu lĩnh. Có nghĩa là danh sách bệnh nhân được lưu trữ ở đây là một tập con của danh sách bệnh nhân lưu trữ trong CDA nhóm thuốc, bên cạnh đó tag này cũng được dùng để lưu các thông tin về khoa và cơ sở khám chữa bệnh. Dùng Tag <text> để lưu trữ thông tin chi tiết về từng loại thuốc sẽ được lĩnh tại khoa dược và sau đó sẽ được phân phát tại các khoa điều trị. Ngoài ra tag <entry> cũng được dùng để lưu lại chữ ký số của các cán bộ liên quan trong quá trình giao nhận.

Sinh (generating) tài liệu CDA: Hóa đơn giao nhận thuốc

CDA hóa đơn giao nhận thuốc được sinh ra dựa trên Database của hệ thống quản lý thông tin bệnh viện, và được lưu trữ một cách có hệ thống nhờ một hệ thống hộ trợ quản lý các tài liệu CDA. Thông qua hệ thống này các điều dưỡng viên có thể gửi, chuyển các tài liệu một cách trực tiếp sang cho các dược sỹ và từ đó tiến hành các thao tác thực hiện giao và nhận. Quy trình thực hiện được mô tả qua sơ đồ giải thuật 1 (Hình 5).

KẾT QUẢ

Dựa trên Database hệ thông tin bệnh viện và hệ thống quản lý dược tại Trường đại học Y Dược thuộc Đại học Thái nguyên, chúng tôi đã thiết kế và tiến hành cài đặt phần mềm ứng dụng (Exchange drug bills system).

Hệ thống sinh tài liệu CDA

Sau đăng nhập hệ thống quản lý chung của bệnh viện, một chương trình hỗ trợ sinh hóa đơn giao nhận thuốc dưới dạng chuẩn tài liệu CDA – (CDA Generator) sẽ được kích hoạt.

Log on

Check of User ID and Password

Invalid

Valid

Start the application

Selection of a drug group

Check of a CDA Invalid

Valid Loading CDA xml file into the buffer

Refine information

Showing on the human interface

Activation of updating function

No

Yes

Adoption of interoperability information

End

Exit No

Yes

Selection a CDA drug detail

Refining and Showing information

Hinh 5. Sơ đồ giải thuật xử lý hóa đơn lĩnh thuốc


86

Sử dụng phần mềm này và CDA template, tài liệu CDA sẽ tạo ra và khi ta sử dụng trình duyệt web để hiển thị thì sẽ cho kết quả: CDA nhóm thuốc sẽ có dạng như hình 6 và CDA phiếu lĩnh thuốc chi tiết có dạng như hình 7.

Hình 6. CDA nhóm thuốc nhìn dưới Internet Browser

Trên thực tế, do các điều kiện khách quan, môi trường truyền thông ở ta chưa được thực sự tốt, việc việc kết nối Internet không thể đảm bảo liên tục 24/24 giờ, nên chúng tôi tích hợp công nghệ CDA portable vào để trao đổi tài liệu hóa đơn giao nhận thuốc. Trong trường hợp này chúng tôi đã thiết kế một cơ chế hàng đợi (queue) để lưu trữ các thông tin trong quá trình làm việc trong môi trường offline, thông tin giao nhận sẽ được lưu tại máy chủ của viện và trong tài khoản account của user khoa dược. Khi trạng thái kết nối Internet là sẵn sàng thì việc thực hiện trao đổi thông tin cập nhật vẫn diễn ra bình thường mà không ảnh hưởng tới việc chăm sóc và điều trị bệnh nhân tại viện.

THẢO LUẬN

Thuật ngữ Tin học trong y tế (Medical Informatics) trên thế giới không còn là mới mẻ, nhưng đối với nước ta thì những thông tin mới nhất trong công nghệ này được dùng để phát triển các ứng dụng thì còn nhiều hạn chế. Qua bài viết này chúng tôi hy vọng đã đưa đến cho các bạn một cách tiếp cận mới trong việc thiết kế, cài đặt các tài liệu số dùng trong y học. Nét đặc biệt của tài liệu này là có thể dùng trong trao đổi thông tin trên môi trường Internet độc lập không phụ thuộc vào các Hệ quản trị cơ sở dữ liệu và database của các hệ thống quản lý hiện có.

Với giải pháp này, việc giao nhận thuốc tại các bệnh viện sẽ đơn giản hơn, giảm được chi phí cho các cơ sở y tế, và giảm thời gian xử lý các công việc giấy tờ cho các cán bộ tại viện. Ngoài ra để nâng cấp hệ thống, trong thời gian tới chúng tôi sẽ tập trung vào nghiên cứu hệ thống mã hóa chuẩn quốc tế RxNorm, SNOMED CT [14], để tích hợp vào hệ thống để hỗ trợ xử lý được trên diện rộng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1].Frieda Kaiser, James Angus, Helen Stevens, e-MS Clinical Document Architecture Implementation Guide, e-MSIG, 2006. [2].George Beeler, Jr., et al, Health Level Seven, HL7- Reference Information Model, Release 1, 2006. [3].Anatomical Therapeutic Chemical Classification System, http://en.wikipedia.org, Accessed on March 2010. [4].Huang Yong, Guo Jinqiu, Yoshio Ohta, A Prototype Model Using Clinical Document Architecture (CDA) with a Japanese Local Standard: Designing and Implementing a Referral Letter System, Acta Medica, Okayama, pp. 1-6, 2008. [5].Puustjärvi Juha, Puustjärvi Leena, Towards Semantic Exchange of Clinical Documents, International Journal on Advances in Life Sciences, pp. 69-76, 2009. [6].Kim, H., Yi, B.-K., Kim, I., Ha, K., Kwak, Y.-S., Interoperable clinical information sharing system based on CDA and document registry framework, 9th International HL7 Interoperability Conference 2008, pp. 34–39, 2008. [7].Kim, I. K., Lee, J. Y., Kim, I. K., and Kwak, Y. S., A new method of registering the XML-based clinical document architecture supporting

Hình 7. CDA Hóa đơn phiếu lĩnh thuốc chi tiết


87

pseudonymization in clinical document registry framework. Journal of Korean Institute of Information Scientists and Engineers: Software and Applications. 34:918–928, 2007. [8].Kim, I. K., Lee, J. Y., Kim, I. K., Cho, H., and Kwak, Y. S., Clinical document repository system for electronic health record, Journal of Korean Society of Medical Informatics. 11:199–211, 2005. [9].Huang Kuo-Hsuan, Hsieh Sung-Huai, Chang Yuan-Jen, Lai Feipei, Hsieh Sheau-Ling, Lee Hsiu-Hui, Application of Portable CDA for Secure Clinical-document Exchange, J Med Syst, online published 2009 . [10]. Marcel Lucas Müller, Frank Ǖckert, Thomas Bürkle, Hans-Ulrich Prokosch, Cross-institutional data exchange using the clinical document architecture (CDA), International Journal of Medical Informatics 74, pp. 245-256, 2005. [11]. Dolin R.H., Alschuler L.; Beerb C., Biron P.V., Boyer S. L., Essin D., Kimber E., Lincoln T., and Mattison J.E.. The HL7 Clinical Document Architecture, J. Am Med Inform Assoc, pp. 552–569, 2001. [12]. Robert H. Dolin, Liora Alschuler, Sandy Boyer and Calvin Beebe. HL7 Clinical Document Architecture, Release 2.0, HL7.

[13]. Sungwon Jung, Myeongseon Choe, Sooyoung Yoo, Heekyong Park, Development of CDA Authoring Tool: CDA Studio, IEEE, pp.307-310, 2005. [14]. Sungwon Jung, Seunghee Kim, Sooyoung Yoo, Jinwook Choi, Toward the Automatic Generation of the Entry Level CDA Documents, J Kor Soc Med Informatics, pp. 141-151, 2009. [15]. Vũ Anh Trần, H. Lee Seldonb, Hoàng Đức Chủ, Kiên Phan Nguyễn, Electronic healthcare communications in Vietnam in 2004, international journal of medical informatics, pp. 764-770, 2006. [16]. Jian Wen-Shan, Hsu Chien-Yeh, Hao Te-Hui, Wen Hsyien-Chia, Hsu Min-Huei, Lee Yen-Liang, Li Yu-Chuan, Polun Chang, Building a portable data and information interoperability infrastructure - framework for a standard Taiwan Electronic Medical Record Template, computer methods and programs in biomedicine, pp. 102-111, 2007. [17]. Stéphane Spahni, Christian Lovis, Richard Mercille, Hervé Verde, Michel Cotten, Antoine Geissbühler, Implementing a new ADT based on the HL7 version 3 RIM, international journal of medical informatics, pp. 190–194, 2007.

SUMMARY STANDARD APPLICATION HL7 - CDA R2 EXCHANGE BUILDING SYSTEMS BILL DELIVERY OF DRUGS IN MEDICAL FACILITY

Nguyen Hai Minh1*, Vu Manh Xuan2, Nguyen Quang Dung3, Truong Dong Tam4 1Faculty Information Technology - TNU

2 College of Education - ĐH Thái Nguyên, 3Social Insurance in Thai Nguyen province

4 Hospital of the University of Medicine - Thai Nguyen University Applying international exchange standard to develop a support exchange clinical documents application among different systems in a healthcare providers is really necessary and needed work, because it is not only reducing the time of work-office process but also help the staffs avoid the human mistake when they have to do it in manual. In order to develop the exchange clinical documents application by applying the Health Level 7 standards (HL7), that is based on the existing databases of healthcare providers. In this paper we represent a method to develop an application for exchanging and sharing of drug bill documents between departments and Department of pharmacy in healthcare providers. Our method is developed by adapting the Clinical Document Architecture Release 2 (CDA R2), an existing database of the Hospital Information System (HIS) and a database of the pharmacy management systems. This method allows the staffs improving the work-office in hospital, contribution to reducing healthcare costs, and increasing to interaction between modules of the management information systems in hospital, and it also is a solution to adapt the CDA R2 to a local standard. Additionally, this method is also possible to exchange the drug bill documents when local area connection has a problem. Key words: Clinical Document Architecture (CDA R2), drug bills

* Email: [email protected]

Chu Đức Toàn Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 81 - 87

88


89

ĐIỀU KHI ỂN TỐI ƯU LUỒNG THAM CHI ẾU TRONG HỆ XỬ LÝ SONG SONG

Chu Đức Toàn*

Khoa Công nghệ Tự động - Trường Đại học Điện lực

TÓM TẮT Điều khiển tối ưu không gian nhớ để nâng cao tốc độ cho các hệ xử lý song song là vấn đề khoa học và thiết thực, rất quan trọng nhiều ngành nhiều lĩnh vực cần ứng dụng. Một trong những nguyên nhân cơ bản làm giảm hiệu năng của hệ xử lý song song là sự xung đột khi truy cập tới bộ nhớ dùng chung. Bài báo nghiên cứu đề xuất mô hình nhớ dùng chung có bổ sung cơ cấu bộ đệm ở lối vào. Mô hình này cho phép tối ưu bộ nhớ dùng chung bằng phương pháp cấp phát động. Sử dụng công nghệ FPGA dễ dàng tái kiến trúc hàng đợi theo tham số kích thước m để tối ưu hóa cấu trúc bộ nhớ cho lớp bài toán là giải pháp nâng cao hiệu năng, nâng cao tốc độ. Mô hình cho phép sử dụng các bộ nhớ kích thước lớn nhưng tốc độ không tới hạn để nâng cao độ tin cậy cho hệ xử lý song song. Từ khóa: nâng cao hiệu năng, lý thuyết hàng đợi, công nghệ FPGA, hệ xử lý song song

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Các hệ xử lý song song thì vấn đề tốc độ và giảm thiểu tối đa xác suất xung đột khi truy cập tài nguyên dùng chung được quan tâm nhiều nhất nhằm đáp ứng các yêu cầu nhiệm vụ của hệ thống, đây cũng là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu. Với giải pháp trước đây là sử dụng cấu trúc bộ nhớ đan xen bậc thấp theo kiểu kiến trúc S-access hoặc C-access. Tuy nhiên điều đó chỉ giải quyết một phần xác suất xung đột giữa các bộ xử lý, cần nâng cao khả năng phục vụ của bộ nhớ và giảm thiểu tối đa xác suất xung đột hơn nữa. Bài báo này trình bày việc ứng dụng lý thuyết hàng đợi, quy luật phân bố Markov và công nghệ mới FPGA nhằm giảm thiểu tối đa xác suất xung đột khi truy cập tài nguyên dùng chung, nâng cao hiệu năng, nâng cao tốc độ cho các hệ xử lý song song.

MÔ HÌNH BỘ NHỚ DÙNG CHUNG

Xét mô hình bộ nhớ dùng chung trong hệ xử lý song song hình 1.

Hiệu năng tham chiếu E ở đây được định nghĩa như tỷ số:

E= Nacc/ Nacc0

Với Nacc-số lượng các tham chiếu thành công tới bộ nhớ dùng chung và Nacc0- tổng số các

* Tel: 0982917093; E mail: [email protected]

tham chiếu tới bộ nhớ dùng chung.

Hình 1. Mô hình bộ nhớ dùng chung

Một lập luận đơn giản cho thấy rằng nếu coi xác suất của một tham chiếu thành công là E, thì số lượng các phép thử để bảo đảm một tham chiếu thành công là:

1

1

1(1 ) i

i

i E EE

∞−

=

− =∑

Bây giờ ta gọi P là xác suất để thanh ghi tham chiếu ở lối vào rỗi khi một luồng tham chiếu khởi đầu một tham chiếu tới không gian nhớ.

Từ đó ta có biểu thức quan hệ:

pl E

P

E

P

E

)1(1 −+= (1). Biểu thức hiệu năng này

có thể viết lại như sau:lp

pl

EPPE

EEE

)1( −+= (2)

Trong đó: E là hiệu năng của bộ nhớ song


90

song dùng chung; El - Hiệu năng của một chiếu ở mức băng logic; Ep là hiệu năng của một tham chiếu khi thanh ghi tham chiếu lối vào bận; P là xác suất tại một thời điểm thanh ghi tham chiếu lối vào rỗi.

Biểu thức (2) là mô hình toán học để xác định hiệu năng E của kiến trúc bộ nhớ dùng chung trong hệ xử lý song song với bộ đệm đóng vai trò hàng đợi ở lối vào và lối ra mô đun nhớ vật lý. Trong mô hình này ta cần xác định 3 đại lượng là xác suất P, hiệu năng Ep và hiệu năng El từ đó khảo sát theo mô hình tính hiệu năng với việc cấp phát động tham số kích thước hàng đợi m.

* Xác định đại lượng xác suất P

Để xác định P dựa trên cơ sở của lý thuyết hàng đợi, quá trình tham chiếu tới bộ nhớ dùng chung là quá trình Markov và có phân bố theo luật hàm mũ (M), thời gian phục vụ của bộ nhớ là xác định (D), không gian nhớ phục vụ các tham chiếu bằng 1 và kích thước hàng đợi của mỗi mô đun nhớ bằng m (hình 2b).

Bằng công thức tính xác suất theo quy tắc M/D/1/m, dễ dàng xác định đại lượng P trong miền tham số quan tâm. Bảng 1 là các giá trị P trong mối quan hệ với kích thước hàng đợi m và ρ (ở đây ρ = λ Tp , λ là tốc độ tham chiếu trung bình và Tp là thời gian dịch vụ hàng đợi có hiệu quả).

* Xác định đại lượng hiệu năng khi các hàng đợi của các môđun nhớ đã đầy Ep : Gọi M là ma trận chuyển đổi trạng thái cho mô hình này (với M ij được hiểu là xác suất mà trạng thái tiếp theo là j, trạng thái hiện tại là i) thì M được biểu diễn như sau:

Hình 2. Sơ đồ hàng đợi tổng quát (a) và sơ đồ hàng đợi cho hệ xử lý song song (b)

Bảng 1. Đại lượng xác suất P trong mối quan hệ với kích thước hàng đợi m và ρ

ρρρρ m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 m=7 m=8

0.1 0.9099 0.9955 0.9999 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 0.2 0.8333 0.9820 0.9985 0.9999 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 0.3 0.7694 0.9609 0.9946 0.9993 0.9999 1.0000 1.0000 1.0000 0.4 0.7148 0.9346 0.9863 0.9973 0.9994 0.9999 1.0000 1.0000 0.5 0.6672 0.9043 0.9731 0.9923 0.9978 0.9994 0.9998 0.9999 0.6 0.6253 0.8707 0.9535 0.9826 0.9933 0.9974 0.9990 0.9996 0.7 0.5880 0.8358 0.9279 0.9661 0.9834 0.9917 0.9959 0.9979 0.8 0.5553 0.8005 0.8971 0.9415 0.9648 0.9783 0.9863 0.9912 0.9 0.5262 0.7655 0.8619 0.9089 0.9357 0.9528 0.9646 0.9729 1.0 0.5000 0.7313 0.8240 0.8699 0.8968 0.9144 0.9269 0.9362


91

Xác suất tiên nghiệm của bất kỳ trạng thái nào phải bằng chính tần suất xuất hiện của trạng thái đó. Gọi p = (p0, p1,…, pz, …, p T) là vector xác suất tiên nghiệm của T +1 trạng thái và chúng được xác định từ mối quan hệ pM = p. Ta có: p0 (1- qx) + p1 = p0; p0qx/T + p2 = p1; p0qx/T + p3 = p2 ; …p0qx/T + pT = pT-1

; p0qx/T = pT 10

=∑=

T

iip

Giải hệ phương trình ta được:

p0 = 2/)1(1

1

++ Tqx;

p1 = 2/)1(1 ++ Tqx

qx;

p2 =]2/)1(1[

)1(

++−

TqxT

Tqx…

pT-1 = ]2/)1(1[

2

++ TqxT

qx;

pT = ]2/)1(1[ ++ TqxT

qx

Thay p0 ở trên và giải phương trình ẩn x ta có:

)1(

1/)1(21 2

+−++

=Tq

bTTnqx

Do đó bTTnq

p/)1(211

220

+++=

pz được tính tương tự.

Từ đây ta tính được )1( 00

0

pqp

qpE

−+=

bTTnqq

q

/)1(2112

22 +++−

=

bTnTqq

qbnTqEB

/)1(2112

2),,,(

2 +++−==

áp dụng để tính Ep ta chỉ cần thay T bởi Tp:

bTnTqq

qE

pp

p/)1(2112

22 +++−

= (3)

* Xác định đại lượng hiệu năng khi thanh ghi tham chiếu lối vào ở trạng thái rỗi El

Để xác định El, ta giả định rằng mỗi luồng tham chiếu sẽ chỉ ở một trong ba trạng thái: trạng thái tự do (i); trạng thái thực hiện tham chiếu thành công (ii); trạng thái thực hiện tham chiếu không thành công (iii). Ta có (n-1)/2 luồng tham chiếu có mức ưu tiên cao hơn và mỗi luồng này có thể tham chiếu tới một trong k mô đun nhớ, mỗi mô đun nhớ có hàng đợi kích thước m. Như vậy xác suất để một tham chiếu không thành công sẽ là:

km

n

2

)1( −β do đó βεβδ −=−−= 1

2

)1(1

km

n

(4) trong đó km

n

2

)1( −=ε

Gọi p =(α,β,γ) là vector xác suất tiên nghiệm của ba trạng thái. Các xác suất ổn định này có thể được xác định qua mối quan hệ p = ΓΓΓΓp.

Từ quan hệ này ta có:

α = (1-q) α + (1-q) β = (1-q)( α+β) (5)

β = δq(α+β) + δγ (6)

γ = (1-δ)(qα+qβ+γ) (7)

Sau khi biến đổi ta được kết quả :

)1(2

)1(4)21(21 2

q

qqqqqqEl −

−+−−+−−==

εεδ (8)

KHẢO SÁT THEO MÔ HÌNH TÍNH HIỆU NĂNG VỚI VIỆC CẤP PHÁT ĐỘNG THAM SỐ KÍCH THƯỚC HÀNG ĐỢI M

Sử dụng phương pháp tái cấu hình của công trình [2] bằng công nghệ FPGA để thay đổi kích thước hàng đợi m, tức thay đổi cách nối mạch của bộ nhớ FIFO (First In First Out) cho phép cấp phát động tài nguyên phần cứng của hệ thống một cách tương đối dễ dàng, cụ thể trong trường hợp này là cấp phát động kích thước hàng đợi m của bộ nhớ dùng chung trong hệ đa xử lý. Bây giờ ta sẽ khảo sát hiệu năng E theo biểu thức (2) cho miền tham số cần quan tâm, cụ thể P được tính


92

trong khoảng biến thiên của m từ 1 tới 8, Ep được tính theo công thức (3) còn El được tính theo công thức (8), ta sẽ có một loạt các đồ thị quan hệ, trong đó đáng chú ý là các đồ thị sau :

Hình 3. Hiệu năng E của hệ đa xử lý phụ thuộc

vào tốc độ bộ nhớ Tc và kích thước hàng đợi

Hình 4. Hiệu năng E của hệ đa xử lý phụ thuộc vào số lượng luồng tham chiếu và kích thước

hàng đợi

Hình 3 biểu diễn hiệu năng của hệ đa xử lý như một hàm của chu kỳ bộ nhớ. Đường cong 1 chỉ ra trường hợp bộ nhớ không có hàng đợi ở lối vào (m = 0 ) phục vụ cho việc so sánh với các trường hợp khi hệ thống có kiến trúc hàng đợi với m=2 (đường cong 2), m=3 (đường cong 3), m=4 (đường cong 4). Rõ ràng là m càng tăng hiệu năng E càng ít phụ thuộc vào tốc độ bộ nhớ nghĩa là có thể sử dụng được các bộ nhớ tốc độ thấp cho hệ đa xử lý hiệu năng cao. Mặt khác nếu sử dụng công nghệ FPGA [2] dễ dàng tái kiến trúc lại hàng đợi theo tham số kích thước m để tối ưu hoá cấu trúc bộ nhớ theo lớp bài toán thì hệ đa xử lý sẽ vừa có hiệu năng cao lại vừa có độ tin cậy cao. Đó chính là mục tiêu của bài toán tổng hợp các hệ vi xử lý chức năng.

Hình 4 biểu diễn hiệu năng của hệ đa xử lý như một hàm của của số lượng luồng tham

chiếu. Đường cong 1 chỉ ra trường hợp bộ nhớ không có hàng đợi ở lối vào (m = 0 ) phục vụ cho việc so sánh với các trường hợp khi hệ thống có kiến trúc hàng đợi với m=2 (đường cong 2), m=3 (đường cong 3), m=4 (đường cong 4). Rõ ràng là m càng tăng hiệu năng E càng ít phụ thuộc vào số lượng luồng tham chiếu nghĩa là có thể tăng số lượng các CPU lên cho hệ đa xử lý để giải quyết các bài toán số lớn như các bài toán có cơ sở dữ liệu lớn nhưng có hệ số phân rã cao (tuyến tính hoặc cận tuyến tính).

KẾT LUẬN

Hiệu năng của hệ đa xử lý như một hàm của chu kỳ bộ nhớ và chỉ ra kích thước hàng đợi m càng tăng thì hiệu năng E càng ít phụ thuộc vào tốc độ bộ nhớ. Hệ thức này cũng cho phép biểu diễn hiệu được hiệu năng của hệ đa xử lý như một hàm của của số lượng luồng tham chiếu từ phía các CPU có trong hệ và chỉ ra rằng kích thước hàng đợi m càng tăng hiệu năng E càng ít phụ thuộc vào số lượng luồng tham chiếu nghĩa là có thể tăng số lượng các CPU lên cho hệ đa xử lý để giải quyết các bài toán số lớn như các bài toán có cơ sở dữ liệu lớn nhưng có hệ số phân rã cao. Nếu sử dụng công nghệ FPGA sẽ dễ dàng tái kiến trúc lại hàng đợi theo tham số kích thước m để tối ưu hoá cấu trúc bộ nhớ theo lớp bài toán thì hệ đa xử lý sẽ vừa có hiệu năng cao lại vừa có độ tin cậy cao. Đó chính là mục tiêu của bài toán tổng hợp các hệ vi xử lý song song chức năng. (Phần ứng dụng công nghệ FPGA sẽ được trình bày cụ thể rõ hơn trong số tới).


[1]. Nguyễn Minh Ngọc, Đỗ Xuân Tiến, Vũ Hoàng Gia.Về Thông lượng trung bình của hệ lưu trữ song song. Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, HVKTQS số 115, II-2006. [2]. Ken Mai, Ron Ho, Elad Alon, Dean Liu, Younggon Kim, Dinesh Patil, Mark Horowitz Architecture and Circuit Techniques for a Reconfigurable Memory Block. 0-7803-8267-6/04 2004 IEEE 2004. IEEE International Solid-State Circuits Conference.


93

[3]. Andreas Willig .A Short Introduction to Queueing Theory.Technical University Berlin, Telecommunication Networks Group. Sekr. FT 5-2, Einsteinufer 25, 10587 Berlin. email: [email protected] July 21, 1999. [4].Randolph Nelson. Probability, stochastic processes, and queueing theory. The Mathematics of Computer Performance Modeling 2000. [5].M. V. Wilkes. Slave memories and dynamic storage allocation. IEEE Transactions on

Electronic Computers Vol EC-14. No 2 April 2005. [6].Mehdi R. Zargham. Computer Architecture Single and Parallel Systems. Southem Illinois University 2001. [7].Rao, G.S. Performance Analysis of Cache Memories.” Journ. of Assoc. of Comp. Mach., vol. 25. no.3, 1998, pp. 378-397

ABSTRACT OPTIMAL CONTROL OF REFERENCE JET IN PARALLEL PROCESSING SYSTEMS

Chu Duc Toan*

Electric Power University

Optimal control of memory space to raise speed of parallel processing systems is a scientific and practical matter, which is very important in many branches and fields. One of the major factors reducing the efficiency of the parallel processing system is the conflict when accessing to the common memory. The article studies the proposal of the common memory supplemented a buffer structure at the input. This model allows optimizing the common memory by motive supply. Using the FPGA technology is easy to re-build the queuing according to parameter with size m to optimize the structure of memory for problems as the solution of raising the efficiency, raising the speed. The model allows to use the memories with big size but speed is not ultimate to raise the confidence for parallel processing systems. Key words: raising efficiency, queuing theory, FPGA technology, paralle processing systems

* Tel: 0982917093; E mail: [email protected]


94

Optimal guaranteed cost control of neutral systems with

interval time-varying delayed state and control

MAI VIET THUAN AND HOANG THI HA

College of Sciences, Thainguyen university, Thainguyen, Vietnam

E-mail: [email protected]

Abstract. This paper deals with the problem of op-timal guaranteed cost control for neutral systems withinterval time-varying delayed state and control. Thetime delay is assumed to be a continuous function be-longing to a given interval, but not necessary to be dif-ferentiable. A linear-quadratic cost function is consid-ered as a performance measure for the closed-loop sys-tem. By constructing a set of time-varying Lyapunov-Krasovskii functional combined with Newton-Leibnizformula, a guaranteed cost controller design is pre-sented and sufficient conditions for the existence of aguaranteed cost state-feedback for the system are givenin terms of linear matrix inequalities (LMIs). A numer-ical example is included to illustrate the effectivenessof our results.

Key words. Guaranteed cost control, Stability, Stabi-lization, Interval delay, Neutral system, Linear matrixinequality.

1 Introduction

Stability analysis of dynamical control time-delay sys-tems is fundamental to many practical problems andhas received considerable attention, see e.g [8, 9] andthe references therein. Various stability techniqueshave been applied to derive new conditions for asymp-totic stability and stabilization of the systems by manyresearchers [10, 11, 13]. On the other hand, in manypractical system, it is desirable to design the controlsystem which is not only asymptotically stable but alsoguarantee an adequate level of performance.

The linear quadratic stabilization of systems wasconsidered in the context of the guaranteed control costproblem, where the approach concerns finding upperbounds on the quadratic cost for the closed-loop linearsystem. This approach has the advantage of providingan upper bound on a given performance index and thus

the system performance degradation incurred by theuncertainties is guaranteed to be less than this bound.Based on this idea, many significant results have beenproposed for the continuous-time case [5, 12] and forthe discrete-time case [4, 14, 15]. However, the intervaltime-varying delayed control input was not consideredthere. In addition, although the disign problem of arobust delay-dependent guaranteed cost control of aclass of uncertain nonlinear neutral systems with bothnorm-bounded uncertainties and nonlinear parameterperturbations was considered in [1, 2], the approachused there can not be applied to the systems with non-differentiable time-varying delays in state and control.Moreover, in all that papers, the time delay is assumedto be either a constant or a differentiable function.

In this paper, we consider the problem of guar-anteed cost control for a more general neutral de-layed system, where the control input contains inter-val time-varying delays. By constructing a set of time-varying Lyapunov-Krasovskii functionals combinedwith Newton-Leibniz formula, new delay-dependentcriteria for existence of the guaranteed cost controllerare derived in terms of LMIs. Compared to the exist-ing results, our result has its own advantages. First, thetime delay system is time-varying delayed in state andcontrol. Since the controller input also contains contin-uously distributed time-varying delays, the techniquesused in the previous papers cannot be applied directlyto solve the stabilization problem for the system. Sec-ond, the time delay is assumed to be any continuousfunction belonging to a given interval, which meansthat the lower and upper bounds for the time-varyingdelay are available, but the delay function is boundedbut not necessary to be differentiable. This allows thetime-delay to be a fast time-varying function and thelower bound is not restricted to being zero.

The outline of the paper is as follows. Section 2presents definitions and some well-known technicalpropositions needed for the proof of the main result.Optimal guaranteed cost control of neutral systems

1

with interval time-varying delayed in state and controland a numerical example showing the feasibility and ef-fectiveness of the conditions are presented in Section 3.The paper ends with conclusions and cited references.

2 Preliminaries

The following notation will be used in this paper: R+

denotes the set of all real non-negative numbers; Rn de-notes the n−dimensional space with the scalar product〈., .〉 and the vector norm ‖ . ‖;Mn×r denotes the spaceof all matrices of (n× r)−dimensions. AT denotes thetranspose of matrix A; A is symmetric if A = AT ; Idenotes the identity matrix; λ(A) denotes the set ofall eigenvalues of A; λmax(A) = maxReλ;λ ∈ λ(A).xt := x(t + s) : s ∈ [−h, 0], ‖ xt ‖= sups∈[−h,0] ‖x(t+s) ‖; C([0, t], Rn) denotes the set of all Rn−valuedcontinuous functions on [0, t]; L2([0, t], Rm) denotes theset of all the Rm−valued square integrable functions on[0, t];

Matrix A is called semi-positive definite (A ≥ 0)if 〈Ax, x〉 ≥ 0, for all x ∈ Rn;A is positive definite(A > 0) if 〈Ax, x〉 > 0 for all x 6= 0;A > B meansA−B > 0. The notation diag. . . stands for a block-diagonal matrix. The symmetric term in a matrix isdenoted by ∗.

Consider the neutral system with mixed time-varying delays

x(t)−Dx(t− r) = A0x(t) +A1x(t− h1(t))+B0u(t) +B1u(t− h2(t))

x(t) = φ(t), t ∈ [−d, 0], d = maxh1max, h2max, r,(2.1)

where x(t) ∈ Rn, u(t) ∈ Rm are the state and con-trol input, repectively; φ(t) ∈ C1([−d, 0], Rn) with thenorm

‖φ‖ = sup−d≤t≤0

√‖φ(t)‖2 + ‖φ(t)‖2,

A0, A1, B0, B1, D are known constant real matriceswith appropriate dimension; h1(t), h2(t) are intervaltime-varying state and input delay and satisfy condi-tion:

0 ≤ himin ≤ hi(t) ≤ himax, i = 1, 2.

Definition 2.1 Given α > 0. The system (2.1),where u(t) = 0, is α−exponentially stable if there ex-ist a positive number β > 0 such that every solution

x(t, φ) satisfies the following condition:

‖ x(t, φ) ‖≤ βe−αt ‖ φ ‖, ∀t ≥ 0.

Definition 2.2 Given α > 0. The system (2.1) isα−exponentially stabilizable if there exists a feedbackcontrol u(t) = Kx(t),K ∈ Rm×n such that the closed-loop system

x(t)−Dx(t− r) = [A0 +B0K]x(t) +A1x(t− h1(t))+B1Kx(t− h2(t))

x(t) = φ(t), t ∈ [−d, 0].(2.2)

is α−exponentially stable.

Associated with the system (2.1) is the followingquadratic cost function:

J =∫ ∞

0

[xT (t)Qx(t) + uT (t)Ru(t)] dt, (2.3)

where Q ∈ Rn×n and R ∈ Rm×m are given symmetricpositive-definite matrices.

Here, the objective of this article is to develop aprocedure to design the feedback controller u(t) forthe system (2.1) and cost function (2.3) such that theclosed-loop system (2.2) is α−exponentially stable andthe closed-loop value of the cost function (2.3) satisfiesJ ≤ J∗, where J∗ is some specified constant.

Definition 2.3 For the system (2.1) and cost func-tion (2.3), if there exist a feedback control u∗(t) =Kx(t) and a positive constant J∗ such that for all de-lays, the closed-loop system (2.2) is exponential stableand the closed-loop value of the cost function (2.3) sat-isfies J ≤ J∗, then J∗ is said to be a guaranteed costand u∗(t) is said to be a guaranteed cost control law ofthe system (2.1) and the cost function (2.3).

Assumption 2.1 It follows from Theorem 1.6 in [9]that for the exponential stability of neutral systems(2.1), the following sufficient condition needs to be sat-isfied:

‖D‖ < 1. (2.4)

We introduce the following technical well-knownpropositions, which will be used in the proof of ourresults.

2

Proposition 2.1 ([7]) For any symmetric positivedefinite matrix M > 0, scalar γ > 0 and vector func-tion ω : [0, γ] → Rn such that the integrations con-cerned are well defined, the following inequality holds(∫ γ

0

ω(s) ds)T

M

(∫ γ

0

ω(s) ds)

≤ γ(∫ γ

0

ωT (s)Mω(s) ds)

Proposition 2.2 ( Matrix Cauchy inequality) Forany symmetric positive definite matrix M ∈ Rn×n andx, y ∈ Rn, we have

±2xT y ≤ xTMx+ yTM−1y.

Proposition 2.3 (Schur complement lemma [3])Given constant symmetric matrices X,Y, Z with ap-propriate dimensions satisfying X = XT , Y = Y T > 0.Then X + ZTY −1Z < 0 if and only if(

X ZT

Z −Y

)< 0 or

(−Y ZZT X

)< 0.

3 Main result

Let us denote

himed =12(himin + himax

), i = 1, 2,

δi =12(himax − himin

), i = 1, 2,

λ = [λmin(P )].[λmax(N)]−2,

Λ = [λmin(N)]−2

(λmax(P ) + h1medλmax(Q1)

+ h2medλmax(Q2) +h2

1med

2λmax(R1)

+h2

2med

2λmax(R2) + 2δ1h1medλmax(S1)

+ 2δ2h2medλmax(S2) + rλmaxU

),

H1 =

h1medM

T

h1medMT

h1medMT

h1medMT

h1medMT

, H2 =

h2medZ

T

h2medZT

h2medZT

h2medZT

h2medZT

,

H3 =

δ1A1Nδ1A1Nδ1A1Nδ1A1Nδ1A1N

, H4 =

δ2B1Yδ2B1Yδ2B1Yδ2B1Yδ2B1Y

H5 =[QN 0 0 0 0

]T,

H6 =[RY 0 0 0 0

]T,

Ξ =

Ξ11 Ξ12 Ξ13 Ξ14 Ξ15

∗ Ξ22 Ξ23 Ξ24 Ξ25

∗ ∗ Ξ33 Ξ34 Ξ35

∗ ∗ ∗ Ξ44 Ξ45

∗ ∗ ∗ ∗ Ξ55

,Ξ11 = 2αP +Q1 +Q2 +MT +M + ZT + Z

+A0N +NAT0 +B0Y + Y TBT0 ,

Ξ12 = M + Z −MT +NAT0 +A1N + Y TBT0 ,

Ξ13 = M + Z − ZT +B1Y +NAT0 + Y TBT0 ,

Ξ14 = P +M + Z +NAT0 + Y TBT0 −N,Ξ15 = DN +NAT0 + Y TBT0 +M + Z,

Ξ22 = −e−2αh1medQ1 −MT −M +A1N +NAT1 ,

Ξ23 = −M − ZT +NAT1 +B1Y,

Ξ24 = −M +NAT1 −N,Ξ25 = DN +NAT1 −M,

Ξ33 = −e−2αh2medQ2 − ZT − Z +B1Y + Y TBT1 ,

Ξ34 = −Z + Y TBT1 −N,Ξ35 = DN + Y TBT1 − Z,Ξ44 = h1medR1 + h2medR2 + 2δ1S1 + 2δ2S2 + U − 2N,Ξ45 = DN −N,Ξ55 = −e−2αrU +DN +NDT ,

Ξ66 = −h1mede−2αh1medR1,

Ξ77 = −h2mede−2αh2medR2,

Ξ88 = −δ1e−2α(h1med+δ1)S1,

Ξ99 = −δ2e−2α(h2med+δ2)S2.

Theorem 3.1 Consider the system (2.1) with thecost function (2.3) with α > 0, Q > 0, andR > 0. If the condition (2.4) is satisfied andif there exists symmetric positive definite matricesN,P,Q1, Q2, R1, R2, S1, S2, U and matrices Y,M,Z,such that the following LMI holds:

Ξ H1 H2 H3 H4 H5 H6

∗ Ξ66 0 0 0 0 0∗ ∗ Ξ77 0 0 0 0∗ ∗ ∗ Ξ88 0 0 0∗ ∗ ∗ ∗ Ξ99 0 0∗ ∗ ∗ ∗ ∗ −Q 0∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ −R

< 0, (3.1)

3

then u(t) = Y N−1x(t) is a guaranteed control law andthe cost for the system (2.1) given by

J ≤ J∗ = Λ ‖ φ ‖2 .

Chùng minh. Let us denote

W = N−1, P = WPW,Qi = WQiW,Ri = WRiW,

Si = WSiW,T i = WTiW (i = 1, 2),

and

M = WMW, Z = WZW, K = Y N−1.

From Leibniz-Newton formula, we have

x(t−himed)−x(t−hi(t)) =∫ t−himed

t−hi(t)

x(s) ds (i = 1, 2).

Then the equation (2.2) yields

x(t) = [A0 +B0K]x(t) +Dx(t− r) +A1x(t− h1med)

−A1

∫ t−h1med

t−h1(t)

x(s) ds

+B1Kx(t− h2med)−B1K

∫ t−h2med

t−h2(t)

x(s) ds.

(3.2)

Consider the following Lyapunov-Krasovskii functionfor the system (3.2) :

V (t, xt) =8∑i=1

Vi(t, xt),

where

V1(t, xt) = xT (t)Px(t),

V2(t, xt) =∫ t

t−h1med

e2α(s−t)xT (s)Q1x(s) ds,

V3(t, xt) =∫ t

t−h2med

e2α(s−t)xT (s)Q2x(s) ds,

V4(t, xt) =∫ 0

−h1med

∫ t

t+s

e2α(θ−t)xT (θ)R1x(θ) dθ ds,

V5(t, xt) =∫ 0

−h2med

∫ t

t+s

e2α(θ−t)xT (θ)R2x(θ) dθ ds,

V6(t, xt)

=∫ −h1med+δ1

−h1med−δ1

∫ t

t+s

e2α(θ−t)xT (θ)S1x(θ) dθ ds,

V7(t, xt)

=∫ −h2med+δ2

−h2med−δ2

∫ t

t+s

e2α(θ−t)xT (θ)S2x(θ) dθ ds,

V8 =∫ t

t−re2α(s−t)xT (s)Ux(s) ds

It is easy to verify that

λ ‖ x(t) ‖2≤ V (t, xt) ≤ Λ ‖ xt ‖2, t ∈ R+. (3.3)

Taking the derivative of Vi(t, xt), i = 1, . . . , 8, along thesolution of system (3.2), we have

V1(t, xt) = 2xT (t)Px(t),

V2(t, xt) = −2αV2(t, xt) + xT (t)Q1x(t)

− e−2αh1medxT (t− h1med)Q1x(t− h1med),

V3(t, xt) = −2αV3(t, xt) + xT (t)Q2x(t)

− e−2αh2medxT (t− h2med)Q2x(t− h2med),

V4(t, xt) ≤ −2αV4(t, xt) + h1medxT (t)R1x(t)

− e−2αh1med

∫ 0

−h1med

x(t+ s)R1x(t+ s) ds,

V5(t, xt) ≤ −2αV5(t, xt) + h2medxT (t)R2x(t)

− e−2αh2med

∫ 0

−h2med

x(t+ s)R2x(t+ s) ds,

V6(t, xt) ≤ −2αV6(t, xt) + 2δ1xT (t)S1x(t)

− e−2α(h1med+δ1)

∫ −h1med+δ1

−h1med−δ1xT (t+ s)S1x(t+ s) ds,

V7(t, xt) ≤ −2αV7(t, xt) + 2δ2xT (t)S2x(t)

− e−2α(h2med+δ2)

∫ −h2med+δ2

−h2med−δ2xT (t+ s)S2x(t+ s) ds,

V8 = −2αV8 + xT (t)Ux(t)− e−2αrxT (t− r)Ux(t− r).

Hence

V (t, xt) + 2αV (t, xt)

≤ 2xT (t)Px(t) + xT (t)[Q1 +Q2 + 2αP

]x(t)

− e−2αh1medxT (t− h1med)Q1x(t− h1med)


− e−2αrxT (t− r)Ux(t− r)+ xT (t)

[h1medR1 + h2medR2 + 2δ1S1 + 2δ2S2 + U

]x(t)

−2∑i=1

(e−2αhimed

∫ t

t−himed

xT (s)Rix(s) ds

+ e−2α(himed+δi)

∫ t−himed+δi

t−himed−δi

xT (s)Six(s) ds).

(3.4)

Note that when hi(t) ≥ himed, we have

−∫ t−himed+δi

t−himed−δi

xT (s)Six(s) ds ≤ −∫ t−himed

t−hi(t)

xT (s)Six(s) ds,

4

and when hi(t) < himed, we also have


t−himed−δi

xT (s)Six(s) ds

≤ −∫ t−hi(t)

t−himed

xT (s)Six(s) ds.

Then, for ∆hi(t) := hi(t)− himed, i = 1, 2 we obtain


t−himed−δi

xT (s)Six(s) ds

≤ −sgn(∆hi(t))∫ t−himed

t−hi(t)

xT (s)Six(s) ds, i = 1, 2.

(3.5)

Setting

ζT (t) = [xT (t) xT (t− h1med) xT (t− h2med)

xT (t) xT (t− r)],

and auxiliary variables with appropriate dimensions

M =[M M M M M

],

Z =[Z Z Z Z Z

],

W =[W W W W W

].

From Leibniz-Newton formula and equation (3.2),we have:

2ζT (t)MT

[x(t)− x(t− h1med)−

∫ t

t−h1med

x(s) ds]

= 0,

(3.6)

2ζT (t)ZT[x(t)− x(t− h2med)−

∫ t

t−h2med

x(s) ds]

= 0,

(3.7)

2ζT (t)WT

[[A0 +B0K]x(t) +A1x(t− h1med)

−A1

∫ t−h1med

t−h1(t)

x(s) ds+B1Kx(t− h2med)

−B1K

∫ t−h2med

t−h2(t)

x(s) ds− x(t) +Dx(t− r)]

= 0.

(3.8)

From Proposition 2.1 and Proposition 2.2 it follows

that

− 2ζT (t)MT

∫ t

t−h1med

x(s) ds

≤ e2αh1medh1medζT (t)MTR1

−1Mζ(t)

+1

h1mede−2αh1med

(∫ t

t−h1med

x(s) ds)T

R1

×(∫ t

t−h1med

x(s) ds)

≤ e2αh1medh1medζT (t)MTR1

−1Mζ(t)

+ e−2αh1med

∫ t

t−h1med

xT (s)R1x(s) ds;

(3.9)

− 2ζT (t)ZT∫ t

t−h2med

x(s) ds

≤ e2αh2medh2medζT (t)ZTR2

−1Zζ(t)

+ e−2αh2med

∫ t

t−h2med

xT (s)R2x(s) ds.

(3.10)

Again from Proposition 2.1 and Proposition 2.2, whenh1(t) ≥ h1med, we have

− 2ζT (t)WTA1

∫ t−h1med

t−h1(t)

x(s) ds

≤ e2α(h1med+δ1)δ1ζT (t)WTA1S1

−1AT1Wζ(t)

+1δ1e−2α(h1med+δ1)

(∫ t−h1med

t−h1(t)

x(s) ds)T

S1

×(∫ t−h1med

t−h1(t)

x(s) ds)


−1AT1Wζ(t)

+ e−2α(h1med+δ1)

∫ t−h1med

t−h1(t)

xT (s)S1x(s) ds.

Similarly, when h1(t) < h1med, we have

− 2ζT (t)WTA1

∫ t−h1med

t−h1(t)

x(s) ds

= 2ζT (t)WTA1

∫ t−h1(t)

t−h1med

x(s) ds


−1AT1Wζ(t)

+ e−2α(h1med+δ1)δ−11

(∫ t−h1(t)

t−h1med

x(s) ds)T

S1

×(∫ t−h1(t)

t−h1med

x(s) ds)


−1AT1Wζ(t)

+ e−2α(h1med+δ1)

∫ t−h1(t)

t−h1med

xT (s)S1x(s) ds.

5

Therefore

− 2ζT (t)WTA1

∫ t−h1med

t−h1(t)

x(s) ds


−1AT1Wζ(t)

+ sgn(∆h1(t))e−2α(h1med+δ1)

∫ t−h1med

t−h1(t)

xT (s)S1x(s) ds.

(3.11)

Similar to (3.11), we can also obtain

− 2ζT (t)WTB1K

∫ t−h2med

t−h2(t)

x(s) ds

≤ e2α(h2med+δ2)δ2ζT (t)WTB1KS2

−1KTBT1Wζ(t)

+ sgn(∆h2(t))e−2α(h2med+δ2)

∫ t−h2med

t−h2(t)

xT (s)S2x(s) ds.

(3.12)

Taking (3.4)− (3.12) into account, we have

V (t, xt) + 2αV (t, xt)

≤ 2xT (t)Px(t) + xT (t)[Q1 +Q2 + 2αP

]x(t)



+ xT (t)[h1medR1 + h2medR2 + 2δ1S1

+ 2δ2S2 + U]x(t)

+ 2ζT (t)MT[x(t)− x(t− h1med)

]+ 2ζT (t)ZT

[x(t)− x(t− h2med)

]+ 2ζT (t)WT

[(A0 +B0K)x(t) +A1x(t− h1med)

+B1Kx(t− h2med) +Dx(t− r)− x(t)]

+ ζT (t)[e2αh1medh1medMTR1

−1M

+ e2αh2medh2medZTR2−1Z

+ e2α(h1med+δ1)δ1WTA1S1−1AT1W

+ e2α(h2med+δ2)δ2WTB1KS2−1KTBT1W

]ζ(t).

(3.13)

Thus, we have

V (t, xt) + 2αV (t, xt) ≤ ζT (t)Ωζ(t)− xT (t)Hx(t),(3.14)

whereH = Q+WY TRYW,

Ω =

Ω11 Ω12 Ω13 Ω14 Ω15

∗ Ω22 Ω23 Ω24 Ω25

∗ ∗ Ω33 Ω34 Ω35

∗ ∗ ∗ Ω44 Ω45

∗ ∗ ∗ ∗ Ω55

+ Ω,

Ω11 = 2αP +Q1 +Q2 +MT

+M +W (A0 +B0K)

+ (A0 +BK)TW + ZT

+ Z +Q+WY TRYW,

Ω12 = M + Z −MT+WA1 + (A0 +B0K)TW,

Ω13 = M + Z − ZT +WB1K + (A0 +B0K)TW,

Ω14 = P +M + Z + (A0 +B0K)TW −W,Ω15 = WD + (A0 +B0K)TW +M + Z,

Ω22 = −e−2αh1medQ1 −MT −M +WA1 +AT1 W,

Ω23 = −M − ZT +AT1 W +WB1K,

Ω24 = −M +AT1 W −W,Ω25 = WD +AT1 W −M,

Ω33 = −e−2αh2medQ2 − ZT − Z

+WB1K +KTBT1 W,

Ω34 = −Z +KTBT1 W −W,Ω35 = WD +KTBT1 W − Z,Ω44 = h1medR1 + h2medR2 + 2δ1S1 + 2δ2S2 + U − 2W,Ω45 = WD −W,Ω55 = −e−2αrU +WD +DTW,

Ω = e2αh1medh1medMTR1−1M

+ e2αh2medh2medZTR2−1Z

+ e2α(h1med+δ1)δ1WTA1S1−1AT1W

+ e2α(h2med+δ2)δ2WTB1KS2−1KTBT1W.

On the other hand, by using the Schur complementlemma, the condition Ω < 0 holds if and only if

Ω =

Ω11 Ω12 Ω13 Ω14 Ω15 Ω∗ Ω22 Ω23 Ω24 Ω24 Ω∗ ∗ Ω33 Ω34 Ω35 Ω∗ ∗ ∗ Ω44 Ω45 Ω∗ ∗ ∗ ∗ Ω55 Ω∗ ∗ ∗ ∗ ∗ Θ

< 0,

where

Ω =[h1medM

Th2medZ

Tδ1WA1 δ2WB1K

]Θ = diag

− h1mede

−2αh1medR1,−h2mede−2αh2medR2,

−δ1e−2α(h1med+δ1)S1,−δ2e−2α(h2med+δ2)S2

.

Now, pre- and post-multiply both sides of Ω with

Γ = diagN,N,N,N,N,N,N,N,N,

we obtain Ξ = ΓΩΓ. We have Ω < 0 is equivalentto Ξ < 0. Again, by the Schur complement lemma, the

6

condition Ξ < 0 is equivalent to condition (3.1). There-fore, from the conditions (3.1) and (3.14), we have

V (t, xt) + 2αV (t, xt) ≤ −xT (t)Hx(t). (3.15)

Since H > 0, we obtain

V (t, xt) + 2αV (t, xt) ≤ 0, (3.16)

Integrating both sides of (3.16) from 0 to t, we obtain

V (t, xt) ≤ V (0, x0)e−2αt, ∀t ∈ R+.

Furthermore, taking condition (3.3) into account, wehave

λ ‖ x(t, φ) ‖2≤ V (t, xt) ≤ Λe−2αt ‖ φ ‖2,

then the solution x(t, φ) of the system satisfy

‖ x(t, φ) ‖≤√

Λλe−αt ‖ φ ‖, ∀t ≥ 0,

which implies the closed-loop system is α−stable.To find the guaranteed cost value, from (3.15) andV (t, xt) > 0, we have

V (t, xt) ≤ −xT (t)Hx(t). (3.17)

Integrating both sides of (3.17) from 0 to s, we obtain

V (s, xs)− V (0, x0) ≤ −∫ s

0

xT (t)Hx(t) dt.

Hence ∫ s

0

xT (t)Hx(t) dt ≤ V (0, x0) = Λ ‖ φ ‖2 .

Letting s→∞, we obtain

J =∫ ∞

0

xT (t)Hx(t) dt ≤ Λ ‖ φ ‖2= J∗.

This completes the proof of the theorem.

Remark 3.1. Note that in Theorem 3.1 the delayshi(t), i = 1, 2 are assumed to be continuous functionsbelonging to a given interval, but not necessary to bedifferentiable and then the methods used is in [1, 2,5, 12] are not applicable to this system. Moreover, thedesign of guaranteed cost control involves solving theLMIs (3.1), which can be solvable by utilizing Matlab'sLMI Control Toolbox [3, 6, 7].

Example 3.1. Consider the system (2.1), whereφ(t) = [sint, 0]T , andh1(t) = 0.1 + 0.4 sin2 t ift ∈ I = ∪k≥0[2kπ, (2k + 1)π]h1(t) = 0 ift ∈ R+ \ I,

h2(t) = β(t), if t ∈ [0, 0.5)h2(t) = β(t− k), if t ∈ [k, k + 1], k = 1, 2, . . . ,

where β(t) = t+ 0.3, t ∈ [0, 0.5]; = −t+ 1.4, t ∈ (0.5, 1],the constant delay r = 0.5,

A0 =[3 10 −25

], A1 =

[2 0−3 1

], D =

[0.1 00 0.2

],

B0 =[10

], B1 =

[12

],

It is worth noting that, the delay functions h1(t), h2(t)are non-differentiable and A0, A1 are not stable. There-fore, the methods used in [1, 2, 5, 12] are not applica-ble to this system. We have 0.1 ≤ h1(t) ≤ 0.5; 0.3 ≤h2(t) ≤ 0.9,∀t ≥ 0. Given

α = 0.9, R = [1], Q =[1 00 4

].

By using LMI toolbox of Matlab, we can verify that,the LMI (3.1) is satisfied with h1min = 0.1, h1max =0.5, h2min = 0.3, h2max = 0.9, r = 0.5, h1med =0.3, h2med = 0.6, δ1 = 0.2, δ2 = 0.3,

N =[

0.0191 −0.0014−0.0014 0.0088

], P =

[0.0687 0.00040.0004 0.0676

],

R1 =[

0.0307 −0.0094−0.0094 0.0422

],

Q1 = Q2 = 10−3 ×[0.7875 0.00600.0060 0.8150

],

R2 = S2 =[0.0014 0.00000.0000 0.0016

], S1 =

[0.0021 0.00000.0000 0.0023

],

U =[0.0009 0.00000.0000 0.0010

],M =

[−0.0653 −0.0388−0.0066 0.0875

],

Z =[−0.0636 0.0040−0.0004 0.0562

], Y =

[−0.0021 0.0036

],

and accordingly the feedback control is u(t) =[−0.0828 0.3934

]x(t). Moreover, the solution of

closed-loop system satisfy

‖ x(t, φ) ‖≤ 5.3206e−0.9t ‖ φ ‖, ∀t ≥ 0,

and the optimal guaranteed cost of the closed-loop sys-tem is as follows:

J ≤ J∗ = 2.3066.

7

4 Conclusions

In this paper, the problem of guaranteed cost con-trol for neutral systems with interval nondifferentiabletime-varying delayed state and control has been stud-ied. By constructing a set of improved Lyapunov-Krasovskii functionals combined with Newton-Leibnizformula, a guaranteed cost controller design has beenpresented and new sufficient conditions for the exis-tence of a guaranteed cost state-feedback for the sys-tem have been derived in terms of LMIs.

B i to¡n i·u khiºn gi¡ trà tèi ÷u cho h»ph÷ìng tr¼nh vi ph¥n trung t½nh câ tr¹ tr¶ntr¤ng th¡i v i·u khiºn

Mai Vi¸t Thuªn v Ho ng Thà H

Tâm tt. B i b¡o · cªp tîi v§n · i·u khiºn gi¡trà tèi ÷u cho h» ph÷ìng tr¼nh vi ph¥n trung t½nh câ tr¹tr¶n tr¤ng th¡i v i·u khiºn. Trong b i b¡o n y, c¡ch m tr¹ ÷ñc gi£ thi¸t l c¡c h m li¶n töc thuëc mëtkho£ng cho tr÷îc v khæng nh§t thi¸t l kh£ vi. B¬ngvi»c x¥y düng h m Lyapunov-Krasovskii mîi k¸t hñpvîi cæng thùc Newton-Leibniz, mët i·u ki»n õ mîicho b i to¡n i·u khiºn gi¡ trà tèi ÷u cho h» ph÷ìngtr¼nh vi ph¥n trung t½nh ÷ñc ÷a ra d÷îi d¤ng c¡c b§t¯ng thùc ma trªn tuy¸n t½nh. Hìn núa, mët v½ dö sè÷ñc ÷a ra º minh håa cho t½nh hi»u qu£ cõa ti¶uchu©n cõa chóng tæi.

T i li»u

[1] M.N. Alpaslan Parlakci, Robust delay-dependentguaranteed cost controller design for uncertainneutral systems, Applied Mathematics and Comp.

215, 2936-2949 (2009).

[2] M.N. Alpaslan Parlakci, Robust delay-dependentguaranteed cost controller design for uncertainnonlinear neutral systems with time-varying statedelays, International journal of robust and nonlin-

ear control, 20, 334-345 (2010).

[3] S. Boyd, El. Ghaoui, E. Feron, V. Balakrish-nan, Linear Matrix Inequalities and Control The-ory, SIAM Studies in Applied Mathematic, vol.15.SIAM, Philadelphia (1994).

[4] W.H. Chen, Z.H. Guan, X. Lu, Delay-dependentguaranteed cost control for uncertain discrete-timesystems with both state and input delay, J. of theFranklin Institute, 341, 419-430 (2004).

[5] E.F. Costa and V.A. Oliveira, On the design ofguaranteed cost controllers for a class of uncer-tain linear systems, Syst. Contr. Letters, 46, 17-29 (2002).

[6] P. Gahinet, A. Nemirovskii, A.J. Laub, M. Chilali,LMI Control Toolbox For use with MATLAB, TheMathWorks, Inc., (1995).

[7] K. Gu, An integral inequality in the stability prob-lem of time delay systems. In: IEEE Control Sys-tems Society and Proceedings of IEEE Conferenceon Decision and Control, IEEE Publisher, NewYork, (2000)

[8] J.K. Hale and S.M. Verduyn Lunel, Introductionto Functional Differential Equations, Springer-Verlag, New York (1993).

[9] V. Kolmanovskii, A. Myshkis, Applied Theory of

Functional Differential Equations, Kluwer Aca-demic Publisher, Dordrecht (1992).

[10] O.M. Kwon, J.H. Park, S.M. Lee, Exponential sta-bility for uncertain dynamic systems with time-varying delays: LMI optimization approach, J.

Optim. Theory Appl., 137, 521-532 (2008).

[11] P.T. Nam, V.N. Phat, Robust stabilization of lin-ear systems with delayed state and control, J. Op-tim. Theory. Appl. 140, 287-299 (2009).

[12] Ju.H. Park, Delay-dependent criterion for guar-anteed cost control of neutral delay systems, J.

Optim. Theory. Appl. 124, 491-502 (2005).

[13] M.V. Thuan, Novel exponential estimate for non-linear systems with mixed interval time-varyingnondifferentiable delays, Afican Diaspora journal

of Mathematics, vol. 11, 1, 110-123 (2011).

[14] P. Shi, E.K. Boukas, Y. Shi and R.Kagarwal, Op-timal guaranteed cost control of uncertain discretetime-delay systems, J. Comput. Appl. Math., 157,435-451 (2003).

[15] Z.Q. Zuo, Y.J. Wang, Novel optimal guaranteedcost control of uncertain discrete systems withboth state and input delays, J. Optim. Theory.

Appl. 139, 159-170 (2008).

8

On Truncated Second main theoremwith moving targets

Ph¹m ThÞ TuyÕt Mai(1)

Khoa To¸n, Tr−êng §¹i häc s− ph¹m §¹i häc Th¸i Nguyªn

Abstract

Recently, M. Ru and T. Y. Wang proved an inequality of the second main theorem type, withramification for a holomorphic curve intersecting a finite set of moving or fixed hyperplanes.In this paper, we will give extensions of this result.

Key words: Nevanlinna-Cartan Theory, Moving targets, Truncated Second Main Theorem.

1 Introduction

In 2003, M. Ru and T. Y. Wang [6] proved an inequality of the second main theoremtype, with ramification for a holomorphic curve intersecting a finite set of moving or fixedhyperplanes. In this paper, we will give extensions of Ru-Wang’s result in two cases: f

is a linearly non-degenerate holomorphic map into a linear subspace intersecting movinghyperplanes, and f is an algebraically non-degenerate holomorphic map intersecting movinghypersurfaces. To state our result, we first introduce some standard notations in Nevanlinna-Cartan theory.

Let f : C → Pn(C) be a holomorphic map. Let f = (f0, . . . , fn) be a reducedrepresentative of f , where f0, . . . , fn are entire functions on C without common zeros. TheNevanlinna-Cartan characteristic function Tf (r) is defined by

Tf (r) =1

2π

2π∫

0

log ‖f(reiθ)‖dθ − log ‖f(0)‖,

where ‖f(z)‖ = max|f0(z)|, . . . , |fn(z)|. Note that the characteristic function Tf (r) isindependent, up to an additive constant, of the choice of the reduced representation of f .

Throughout of this paper, we shall use the lexicographic ordering on the n-tuples(i1, . . . , in) ∈ Nn of natural numbers. Namely, (j1, . . . , jn) > (i1, . . . , in) if and only if forsome b ∈ 1, . . . , n we have jl = il for l < b and jb > ib. With the n-tuples I = (i1, . . . , in)

of non-negative integers, we denote σ(I) :=∑j ij .

For any positive integer d, the number

nd + 1 =

(n+ d

d

)

is the number of monomials of degree d in n + 1variables. Denote by [z0 : · · · : zn] the

homogeneous coordinates in Pn(C). A monomial of degree d is the form

zI = zi00 . . . zinn ,

where I = (i0, . . . , in) ∈ Nn+1, σ(I) = i0 + · · ·+ in = d and z = [z0 : · · · : zn] ∈ Pn(C).Let D be a fixed hypersurface of degree d in Pn(C), which is defined by a homogeneous

polynomial Q of degree d. Let I0, . . . , Ind be the (n+ 1)-tuples such that σ(Ij) = d, j =

0, . . . , nd with lexicographic ordering, namely Ii < Ij for all i < j. Then we have

D =

[z0 : · · · : zn] ∈ Pn(C)| Q(z0, . . . , zn) = 0

,

where Q(z) = Q(z0, . . . , zn) =∑ndj=0 ajz

Ij . Denote by a = (a0, . . . , and) the vectorassociated with D. Obviously a ∈ Cnd+1.

A moving hypersurface D of degree d in Pn(C) assigns, to every z ∈ C, a hypersurfacegiven by

D(z) =

[z0 : · · · : zn] ∈ Pn(C)|

nd∑

j=0

aj(z)zIj = 0

,

where aj , j = 0, . . . , nd are entire functions without common zeros. We also denote bya = (a0, . . . , and) the vector associated with D. Hence a moving hypersurface D of degree d

gives a holomorphic map P(a) : C→ Pnd(C). We define TD(r) = TP(a)(r).

We now define the counting function. Let f be a holomorphic map and f = (f0, . . . , fn)be a reduced representative of f , let I = (i0, . . . , in) be a (n + 1)-tuples such that σ(I) = d,we write f i00 . . . f inn as f I sometimes. For a moving hypersurface D, we say (f,D) is free if

D(f) =

nd∑

j=0

ajfIj ≡ 0,

where a = (a0, . . . , and) is the vector associated to D. Under the assumption that (f,D) isfree, let nf (r,D) be the number of zeros of D(f) in |z| < r counting multiplicity, n∆f (r,D)be the number of zeros of D(f) in |z| < r, where the multiplicity is counted only as ∆ ifthe vanishing order of D(f) at the point is greater than or equal to ∆, where ∆ is a positiveinteger. The counting function and truncated counting function are defined by

Nf (r,D) =

r∫

0

nf (t,D)− nf (0, D)

tdt+ nf (0,D) log r

N∆f (r,D) =

r∫

0

n∆f (t,D)− n∆f (0,D)

tdt+ n∆f (0,D) log r.

Let X be a algebraically variety of dimension k (1 k n) in Pn(C), and N be a positiveinteger such that N k. A collection of hypersurfaces D = D1, . . . ,Dq in Pn(C) is said tobe in N -subgeneral position with X if q > N and for any distinct i1, . . . , iN+1 ∈ 1, . . . , q,

X ∩N+1⋂

j=1

supp(Dij ) = ∅.

For N = k this concept agrees with the usual concept of hypersurfaces in general positionwith X . A collection of moving hypersurfaces D1, . . . , Dq is said to be in N -subgeneralposition (or in general position) with X if D1(z), . . . , Dq(z) are in N -subgeneral position(or in general position) with X for some (and hence for almost all) z ∈ C.

In the case d = 1 (namely D1, . . . , Dq are moving hyperplanes), Ru and Wang (see [6])proved the following result

Theorem A. Let f : C → Pn(C) be a holomorphic map. Let H = H1, . . . , Hq bea finite set of moving hyperplanes in general position. Assume that (f,H) is free for everyH ∈ H. If q 2n+ 1, then

q

2n+ 1Tf (r)

q∑

i=1

nNnf (r,Hj) +O

(max1iq

THi(r))+Oexc(log

+ Tf (r)),

where Oexc means the estimate holds except for a set of finite Lebesgue measure of r.Our result are stated as follows.Main Theorem. Let X be a k-dimension linear subspace of Pn(C) and let f : C→ X be

a holomorphic map. Let H = H1, . . . ,Hq be a finite set of moving hyperplanes in generalposition with X . Assume that (f,H) is free for every H ∈ H. If q 2k + 1, then

q

2k + 1Tf (r)

q∑

j=1

kNkf (r,Hj) +O( max

j=1,...,qTHj(r)) +Oexc(log

+ Tf (r)),

where Oexc means the estimate holds except for r in a set of finite Lebesgue measure.Note that, our Main theorem is a weak Cartan-type second main theorem for hyperplanes

in projective subspace, in which explicit level of the truncated ramification index have shown.Unfortunately, the results are not sharp yet, but one applies inequalities of the second maintheorem type, it is often crucial to the application to have the inequality with truncated countingfunctions with explicit ramification index. For example, all existing constructions of uniquerange sets depend on a second main theorem with truncated counting functions. Furthermore,when k = n then X = Pn(C) and hyperplanes Hj, j = 1, . . . , q are in general position inPn(C). Hence Ru-Wang’s result is a special case of Theorem 1 when k = n.

2 Proof of Main Theorem

Let X be a k-dimension linear subspace of Pn(C) and let f : C → X be a holomorphicmap, and let H = H1, . . . , Hq be a finite set of moving hyperplanes in general position withX such that (f,H) is free for every H ∈ H. Let f = (f0 : · · · : fn) be a reduced representativeof f . Since this assumption there are (k+1) functions fs0 , . . . , fsk , which are entire functionswithout common zeros, and fs, s /∈ s0, . . . , sk can be written as linear forms of fs0 , . . . , fsk .

Without loss of generality, we may assume (by rearranging indicator 0, . . . ,n) thatf0, . . . , fk are entire functions and

fs =

k∑

i=0

bs,ifi, s = k + 1, . . . , n.

Set f∗ = (f0 : · · · : fk) : C→ Pk(C). Then f∗ = (f0 : · · · : fk) is a reduced representativeof f∗. For z ∈ C and for any s = k + 1, . . . , n we have

|fs(z)| = |k∑

i=0

bs,ifi(z)| k∑

i=0

|bs,ifi(z)| k∑

i=0

|bs,i|.|fi(z)|

max|f0(z)|, . . . , |fk(z)|.k∑

i=0

|bs,i| = cs.max|f0(z)|, . . . , |fk(z)|.

where cs is a positive constant and depends only on bs,i and not on z and f∗. Set

c = max1, ck+1, . . . , cn.

Then we have, for any z ∈ C

|fs(z)| c.max|f0(z)|, . . . , |fk(z)| for any s = k + 1, . . . , n.

Hence

‖f(z)‖ = max|f0(z)|, . . . , |fn(z)| cmax|f0(z)|, . . . , |fk(z)| = c‖f∗(z)‖,

where c is a positive constant and depends only on bs,i and not on z and f∗. This implies

Tf (r) =1

2π

2π∫

0

log ‖f(reiθ)‖dθ (2.1)

=1

2π

2π∫

0

log ‖f∗(reiθ)‖dθ +O(1)

= Tf∗(r) +O(1).

Assume that moving hyperplanes Hj, j = 1, . . . , q are defined by moving linear formsLj = aj,0z0 + · · ·+ aj,nzn, j = 1, . . . , q. For any j = 1, . . . , q, we set

L∗j = aj,0z0 + · · ·+ aj,kzk + aj,k+1

k∑

i=0

bk+1,izi + · · ·+ aj,n

k∑

i=0

bn,izi.

Then L∗j , j = 1, . . . , q are moving linear forms in Pk(C). Let H∗j be a moving hyperplane in

Pk(C), which is defined by L∗j , j = 1, . . . , q. Hence the Hj ∈ H may make a hyperplane inPk(C), which denotes by H∗

j . SetH∗ = H∗1 , . . . ,H

∗q . Then H∗ is a collection of hyperplanes

in Pk(C).Next we will prove that the collection of hyperplanes H∗ is in general position in Pk(C).

We argue by the indirect method. Assume for the sake contradiction that there exists z ∈ Cand there are (k + 1) hyperplanes H∗

i1, . . . ,H∗

ik+1∈ H and α∗ = (α0, . . . , αk) ∈ Pk(C) such

thatL∗i1(z)(α

∗) = · · · = L∗ik+1(z)(α∗) = 0.

Set

α =

(α0, . . . , αk,

k∑

i=0

bk+1,iαi, . . . ,

k∑

i=0

bn,iαi

),

then α ∈ X andLi1(z)(α) = · · · = Lik+1(z)(α) = 0.

This is a contradiction with the assumption “in general position with X” of the collection ofmoving hyperplanes H. Hence H∗ is in general position in Pk(C).

Now let H∗ be an arbitrary moving hyperplane in H∗ and a∗ = (a∗0, . . . , a∗k) be the vector

associated to H∗. Let H be a moving hyperplane in H, which makes the hyperplane H∗, anda = (a0, . . . , an) be the vector associated to H . Then

a∗s = as + bk+1,sak+1 + · · ·+ bn,san, for s = 0, . . . , k.

Since the definitions of H∗ and f∗, we have

(a∗0f0 + · · ·+ a∗kfk)(z) = (a0f0 + · · ·+ anfn)(z), for every z ∈ C.

It implies that (f∗, H∗) is free for any H∗ ∈ H∗ and

Nf (r,Hj) = Nf∗(r,H∗j ) and Nk

f (r,Hj) = Nkf∗(r,H

∗j ). (2.2)

Applying Theorem A to the holomorphic map f∗ : C → Pk(C), the collection of movinghyperplanes H∗ and the hypothesis that q 2k + 1, we have

q

2k + 1Tf∗(r)

q∑

j=1

kNkf∗(r,H

∗j ) +O( max

j=1,...,qTH∗

j(r)) +Oexc(log

+ Tf∗(r)). (2.3)

Let z ∈ C, for any j = 1, . . . , q, we have by the definition of H∗j

‖P(a∗j )(z)‖ = max|a∗j,0(z)|, . . . , |a∗j,k(z)| c∗.max|aj,0(z)|, . . . , |aj,k(z)|= c∗‖P(aj)(z)‖,

where c∗ is a positive constant and depends only on bj,s, j = 1, . . . , q; s = k + 1, . . . , n, noton P(a∗j) and z ∈ C. So

TH∗j(r) THj (r) +O(1), for any j = 1, . . . , q. (2.4)

Combining the formulas (2.1), (2.2), (2.4) and (2.3) together, we have the conclusion of MainTheorem.

References

[1] T. T. H. An, H.T. Phuong, An explicit estimate on multiplicity truncation in the secondmain theorem for holomorphic curves encountering hypersurfaces in general position inprojective space, Houston Journal of Mathematics, Volume 35, N. 3, p. 774-786, 2009

[2] H. Cartan, Sur les zeros des combinaisions linearires de p fonctions holomorpes donnees,Mathematica (Cluj). 7, 80-103, 1933.

[3] Dethloff, G. and Tran, V. T., The Shiffman Conjecture for Moving Hypersurfaces,arXiv:math/0703572v1.

[4] H.H. Khoai and M.V. Tu, P -adic Nevanlinna Cartan theorem, Inter. J. Math., 6 (5) pp719-731, 1995.

[5] H. T. Phuong and M. V. Tu,On defect and truncated defect relations for holomorphic curvesinto linear subspaces, East-West J. of Mathematics, Vol 9, no 1, 39-46, 2007.

[6] M. Ru and J.T-Y. Wang, Truncated second main theorem with moving targets AmericanMathematical society 356, No 2, 557-571, 2003.

Tãm t¾t

GÇn ®©y, M. Ru vµ T. Y. Wang chøng minh mét bÊt ®¼ng thøc cña §Þnh lý c¬ b¶n thø haitrong tr−êng hîp ph©n nh¸nh cho ®−êng cong chØnh h×nh kÕt hîp víi mét sè h÷u h¹n c¸c siªuph¼ng di ®éng ë vÞ trÝ tæng qu¸t. Trong bµi b¸o nµy chóng t«i chøng minh mét sù tæng qu¸tcña kÕt qu¶ ®ã trong tr−êng hîp ®−êng cong suy biÕn.

Tõ khãa Nevanlinna-Cartan Theory, Moving targets, Truncated Second Main Theorem.

(1): E-mail address: [email protected], tel: (0280)3856894

Lê Thị Thanh Hương và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 109 - 112

109

NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG NGUỒN GEN CÂY THUỐC CỦA ĐỒNG BÀO DÂN TỘC MƯỜNG XÃ QUẢNG LẠC, HUYỆN NHO QUAN, TỈNH NINH BÌNH

Lê Thị Thanh Hương1, Đinh Thị Lan Hương1, Nguyễn Thị Phượng1, Nguyễn Nghĩa Thìn2

1Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên 2Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội

TÓM TẮT

Đồng bào dân tộc Mường có tri thức về y học dân gian rất đa dạng, từ lâu họ đã biết sử dụng cây cỏ tự nhiên, các bộ phận như: thân, rễ, lá, hoa, quả… để chữa bệnh. Trải qua nhiều thế hệ, những kinh nghiệm ấy đang dần bị mai một và nguồn gen cây thuốc đang đứng trước nhiều nguy cơ bị suy giảm. Để góp phần gìn giữ tri thức bản địa về sử dụng cây cỏ làm thuốc của người Mường ở xã Quảng Lạc, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu và thu được 151 loài thuộc 126 chi, 60 họ của 3 ngành thực vật bậc cao có mạch (Equisetophyta, Polypodiophyta, Magnoliophyta) được người dân sử dụng làm thuốc chữa bệnh. Trong đó, ngành Mộc lan (Magnoliophyta) chiếm số lượng lớn nhất với 147 loài thuộc 122 chi, 56 họ; ngành Dương xỉ (Polypodiophyta) có 3 loài thuộc 3 chi, 3 họ; ngành Cỏ tháp bút (Equisetophyta) chỉ có 1 loài thuộc 1 chi, 1 họ. Từ khóa: dân tộc Mường, Ninh Bình, đa dạng, nguồn tài nguyên cây thuốc

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Xã Quảng Lạc là một xã miền núi, nằm ở phía Nam của huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình với tổng diện tích tự nhiên 1.403 ha, địa hình chủ yếu là đồi, núi đá vôi thuận lợi cho việc phát triển của cây thuốc. Với 70% dân số là dân tộc Mường đã làm nên sự đa dạng trong nền văn hóa nói chung và đa dạng trong tri thức bản địa về sử dụng cây cỏ làm thuốc nói riêng. Vì vậy, việc nghiên cứu đa dạng nguồn gen cây thuốc của người dân tộc Mường nơi đây nhằm phục vụ cho công tác bảo tồn và phát triển bền vững là việc làm cần thiết.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp điều tra phỏng vấn: Phát phiếu điều tra và phỏng vấn các ông lang bà mế người dân tộc Mường và những người dân có kinh nghiệm về sử dụng cây thuốc ở khu vực nghiên cứu.

Phương pháp thu thập và xử lý mẫu vật: Kết quả thu thập được gần 200 mẫu theo danh lục đã phỏng vấn và theo sự chỉ dẫn của các thầy thuốc bản địa. Xử lý mẫu thu được và xác định tên khoa học của 151 mẫu tại Phòng thí nghiệm Khoa Khoa học Sự sống – Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên. * Tel: 0988478975; Email: [email protected]

Phương pháp phân tích và phân loại mẫu: Phân loại mẫu dựa trên phương pháp hình thái truyền thống, kết hợp với kinh nghiệm của các chuyên gia và các bộ Thực vật chí chuyên ngành như: Cây cỏ Việt Nam (Phạm Hoàng Hộ, 1999-2000); Iconographia Cormophytorum Sinicorum (ICS, 1972-1976); Từ điển cây thuốc (Võ Văn Chi, 1996); Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam (Đỗ Tất Lợi, 2005); Cây thuốc và động vật làm thuốc ở Việt Nam (Viện Dược liệu, 2006); Danh lục các loài thực vật Việt Nam (2001 – 2005)… Tiến hành xác định tên khoa học và lập danh lục cây thuốc theo Brummit (1992).

Phương pháp đánh giá tính đa dạng nguồn gen cây thuốc: Đánh giá dựa trên phương pháp của Nguyễn Nghĩa Thìn trong “Các phương pháp nghiên cứu thực vật” (2007).


Kết quả điều tra, chúng tôi đã xác định được 151 loài cây thuốc được đồng bào dân tộc Mường ở xã Quảng Lạc, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình sử dụng chữa bệnh.

Đa dạng về bậc phân loại ngành Sự đa dạng của thực vật làm thuốc được thể hiện qua số lượng các họ, các chi và các loài. Từ đó đã xây dựng danh lục cây thuốc với 151 loài được làm thuốc chữa bệnh thuộc 126


110

chi, 60 họ của 3 ngành thực vật bậc cao có mạch và được phân bố trong các bậc taxon như sau: Ngành Cỏ tháp bút – Equisetophyta: 1 họ, 1 chi, 1 loài; ngành Dương xỉ – Polypodiophyta: 3 loài thuộc 3 chi, 3 họ và ngành Mộc lan – Magnoliophyta: có 147 loài thuộc 122 chi và 56 họ thực vật. Tiến hành so sánh với hệ thực vật bậc cao có mạch làm thuốc của cả nước để đánh giá tính đa dạng họ, chi, loài cây thuốc ở Quảng Lạc. Kết quả được thể hiện trong bảng 1. Qua bảng 1 cho thấy, số họ thực vật làm thuốc chiếm 22,06%; số chi chiếm 8,26% và số loài chiếm 3,90% so với tổng số loài thực vật làm thuốc ở Việt Nam. Như vậy có thể thấy hệ thực vật ở Quảng Lạc khá đa dạng, chúng được phân bố tập trung chủ yếu ở đồi, vườn và núi đá vôi. Chính địa hình đồi núi đá vôi đã tạo cho xã Quảng Lạc có nguồn gen cây thuốc khá phong phú về các bậc taxon. Tính đa dạng phân loại được thể hiện qua sự phân bố của các taxon trong các ngành ở bảng 2 dưới đây. Từ số liệu ở bảng 2 cho thấy, các taxon tập trung chủ yếu trong ngành Mộc lan

(Magnoliophyta) với 56 họ, 122 chi và 147 loài chiếm số lượng tương ứng là 93,33%; 96,83%; 97,35% tổng số họ, chi, loài thực vật làm thuốc của khu vực nghiên cứu. Ngành Cỏ tháp bút (Equisetophyta) chỉ có 1 họ với 1 loài, chiếm tỷ lệ thấp nhất 1,67%. Ngành Mộc lan bao gồm lớp Hai lá mầm (Dicotyledoneae) và lớp Một lá mầm (Monocotyledoneae) có sự đa dạng nhất trong ba ngành tại khu vực nghiên cứu, kết quả đó được thể hiện qua bảng 3. Lớp Một lá mầm (Monocotyledoneae) chiếm tỉ lệ nhỏ hơn với 14 họ chiếm 25%; 20 chi chiếm 16,39%; 24 loài chiếm 16,33% so với tổng số họ, chi, loài trong ngành Mộc lan, nhưng có nhiều loài có giá trị sử dụng cao như: Phục linh dây đỏ (Smilax glabra Wall. ex. Roxb.) dùng làm thuốc bổ máu; Dây tì giải (Heterosmilax gaudichaudiana (Kunth) Maxim) để giải nhiệt cho cơ thể hay Dây hoài sơn (Dioscorea persimilis Prain & Burk.) làm thuốc lợi sữa cho bà đẻ. Lớp Hai lá mầm (Dicotyledoneae) có 42 họ, 102 chi, 123 loài chiếm tỉ lệ lần lượt là 75%; 83,61%; 83,67% trong tổng số họ, chi, loài của ngành Mộc lan.

Bảng 1. So sánh thực vật làm thuốc ở khu vực nghiên cứu với hệ cây thuốc Việt Nam

Các chỉ tiêu so sánh Khu vực nghiên cứu1 Việt Nam2 Tỷ lệ so sánh (%) Số họ 60 272 22,06% Số chi 126 1525 8,26% Số loài 151 3870 3,90%

1 Khu cực nghiên cứu tại các thôn Đồng Bài, Đồng Trung, Hưng Long thuộc xã Quảng Lạc – Nho Quan – Ninh Bình. 2 Nguyễn Nghĩa Thìn (2005), Đa dạng sinh học và tài nguyên di truyền thực vật, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội.

Bảng 2. Đánh giá tỷ lệ taxon từng ngành so với cả hệ cây thuốc ở khu vực nghiên cứu

Ngành Họ Chi Loài

Số lượng Tỷ lệ (%) Số lượng Tỷ lệ (%) Số lượng Tỷ lệ (%) Equisetophyta 1 1,67 1 0,79 1 0,66

Polypodiophyta 3 5,00 3 2,38 3 1,99

Magnoliophyta 56 93,33 122 96,83 147 97,35

Tổng cộng 60 100 126 100 151 100

Bảng 3. Số lượng họ, chi, loài ở 2 lớp trong ngành Mộc lan

Lớp/Ngành Họ Chi Loài

Số lượng Tỷ lệ (%) Số lượng Tỷ lệ (%) Số lượng Tỷ lệ (%) - Monocotyledoneae 14 25 20 16,39 24 16,33

- Dicotyledoneae 42 75 102 83,61 123 83,67

Magnoliophyta 56 100 122 100 147 100


111

Có nhiều loài cây được người dân sử dụng làm thuốc chữa bệnh ngoài da, mụn nhọt như: cây Quặt quẹ (Solanum nigrum L.), Ba chạc (Euodia lepta (Spreng.) Merr.); chữa sa dạ con như cây Đốm nước (Tournefotia sarmetosa Lamk.). Trong quá trình điều tra, chúng tôi nhận thấy ở khu vực nghiên cứu có rất nhiều loài dược liệu quý như: Ba kích (Morinda offcinalis How), Thổ nhân sâm (Talinum paniculatum (Jacq.) Gaetn.), Hà thủ ô đỏ (Fallopia multiflora (Thunb.) Haraldson)... Chính vì vậy, cần phải có biện pháp bảo tồn nguồn gen cây thuốc của người Mường ở Quảng Lạc, Nho Quan, Ninh Bình nhằm phục vụ cho sự phát triển trong tương lai.

Sự đa dạng ở bậc họ:

Với 151 loài cây thuốc phân bố trong 60 họ đã tạo nên sự đa dạng về bậc họ, kết quả được thể hiện ở bảng 4.

Các cây thuốc được đồng bào dân tộc Mường xã Quảng Lạc, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình tương đối đa dạng so với hệ thực vật Việt Nam, thể hiện ở những họ nhiều loài như: Euphorbiaceae (11 loài) chiếm 2,59 %; Rubiaceae (9 loài) chiếm 2,25%; Fabaceae (8

loài) chiếm 1,7%; Asteraceae (7 loài) chiếm 2,08%; Rutaceae (7 loài) chiếm 6,48% so với số loài trong từng họ của hệ thực vật Việt Nam. Những loài trong các họ này như Rau má chuột chạy (Geophila repens (L.) Johnton), Đạo chạo (Psychotria montana Blume), Cúc (Sapilanthes oleracea L.)… được người dân sử dụng để chữa các bệnh thường gặp như đau răng, nhức đầu, đau bụng.

Sự đa dạng ở bậc chi

Thống kê chi có nhiều loài để thấy được sự đa dạng trong bậc phân loại chi của nguồn gen cây thuốc của người Mường ở Quảng Lạc, kết quả thống kê ở bảng 6 cho thấy có 7 chi có số lượng từ 4 loài trở lên. Chi có nhiều loài nhất là chi Phyllanthus thuộc họ Euphorbiaceae có 4 loài, các chi Lonicera, Hedyotis, Clerodendrum, Smilax, Solanum đều có 3 loài. Trong đó, các loài Kim ngân thuộc chi Lonicera chủ yếu được dùng để chữa mẩn ngứa, mụn nhọt; cây Ngọon (Solanum erianthum La D. Don) trong chi Solanum dùng để chữa cảm cúm, đau bụng.

Bảng 4. Sự phân bố số lượng loài cây thuốc trong các họ

Ngành và lớp 1

loài 2

loài 3

loài 4

loài 7

loài 8

loài 9 loài

Trên 10 loài và dưới 15 loài

Equisetophyta 1 Polypodiophyta 3 Magnoliophyta 26 9 6 9 3 1 1 1 Monocotyledoneae 8 3 2 1 Dicotyledoneae 18 6 4 8 3 1 1 1 Tổng số họ 30 9 6 9 3 1 1 1 Tỷ lệ số họ/tổng số họ (%) 50 15 10 15 5 1,67 1,67 1,67 Số loài 30 18 18 36 21 8 9 11 Tỷ lệ số loài/tổng số loài (%) 19,87 11,92 11,92 23,84 13,91 5,3 5,96 7,28

Bảng 5. So sánh các họ có nhiều loài cây thuốc ở khu vực nghiên cứu (1) với số loài của từng họ trong hệ thực vật Việt Nam (2)

STT Họ có nhiều loài (1) (2) Tỷ lệ (%) giữa (1) và (2) 1 Euphorbiaceae 11 425 2,59

2 Rubiaceae 9 400 2,25 3 Fabaceae 8 470 1,70 4 Asteraceae 7 336 2,08 5 Rutaceae 7 108 6,48

(2) Theo Nguyễn Nghĩa Thìn (2005) trong “Đa dạng sinh học và tài nguyên di truyền thực vật”


112

Bảng 6. Thống kê các chi có nhiều loài cây thuốc nhất ở khu vực nghiên cứu

STT Tên chi Thuộc họ Số loài 1 Phyllanthus Euphorbiaceae 4 2 Lonicera Caprifloliaceae 3 3 Hedyotis Rubiaceae 3 4 Clerodendrum Verbenaceae 3 5 Smilax Smilacaceae 3 6 Solanum Solanaceae 3

KẾT LUẬN 1. Qua điều tra chúng tôi đã xác định được 151 loài thực vật bậc cao có mạch, thuộc 126 chi, 60 họ thực vật của 3 ngành thực vật bậc cao có mạch được đồng bào dân tộc Mường ở xã Quảng Lạc, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình dùng làm thuốc chữa bệnh. 2. Ngành Mộc lan là đa dạng nhất với 56 họ, 122 chi và 147 loài; tiếp đến là ngành Dương xỉ có 3 họ, 3 chi, 3 loài và ngành Cỏ tháp bút có 1 họ, 1 chi, 1 loài. 3. Số họ thực vật làm thuốc là 60 họ chiếm 22,06% tổng số họ. Các họ có số loài cây thuốc nhiều nhất tạị khu vực nghiên cứu là: Euphorbiaceae (11 loài), Rubiaceae (9 loài), Fabaceae (8 loài), Asteraceae và Rutaceae đều có 7 loài. 4. Chi Phyllanthus thuộc họ Euphorbiaceae có số loài nhiều nhất là 4 loài, còn 5 chi Lonicera, Hedyotis, Clerodendrum, Smilax, Solanum đều có 3 loài.


[1]. Anon. (1972 – 1976), Iconographia Cormophytorum Sinicorum – ICS, Tomus I – V, Science Publisher, Beijing.

[2]. Đỗ Huy Bích, Đặng Quang Trung, Bùi Xuân Chương, Nguyễn Thượng Dong, Đỗ Trung Đàn, Phạm Văn Hiển, Vũ Ngọc Lộ, Phạm Duy Mai, Phạm Kim Mẫn, Đoàn Thị Nhu, Nguyễn Tập, Trần Toàn – Viện Dược liệu (2006), Cây thuốc và động vật làm thuốc ở Việt Nam, Tập I-II, Nxb Khoa học và Kỹ thuật. [3]. Brummitt R. K. (1992), Vascular plant Families and Genera, Royal Botanic Gardens, Kew. [4]. Võ Văn Chi (1996), Từ điển cây thuốc Việt Nam, Nxb Y học, Hà Nội. [5]. Phạm Hoàng Hộ (1999 – 2000), Cây cỏ Việt Nam, tập 1 – 3, Nxb Trẻ, Tp. Hồ Chí Minh. [6]. Đỗ Tất Lợi (2005), Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, in lần thứ 13, Nxb Y học, Hà Nội. [7]. Trung tâm Nghiên cứu Tài nguyên và Môi trường – Đại học Quốc gia Hà Nội, Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật – Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia (2001 – 2005), Danh lục các loài thực vật Việt Nam, tập 1– 3, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội. [8]. Nguyễn Nghĩa Thìn (2005), Đa dạng sinh học và tài nguyên di truyền thực vật, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội. [9]. Nguyễn Nghĩa Thìn (2007), Các phương pháp nghiên cứu thực vật, Nxb Đại học Quốc gia HN.

SUMMARY INVESTIGATING THE DIVERSITY OF MEDICAL PLANT GENETI C RESOURCE OF MUONG ETHNIC AT QUANG LAC COMMUNE, NHO QUAN DISTRICT, NINH BINH PROVINCE

Le Thi Thanh Huong1*, Dinh Thi Lan Huong1,Nguyen Thi Phuong1, Nguyen Nghia Thin2 1College of Sciences - Thai Nguyen University,

2Hanoi University of Science - Vietnam National University

Muong ethnic have knowledge of diverse folk medicine, for long they used the natural plant, parts such as: stem, root, leaf, flower, fruit ... to heal. Over many generations, that experience has gradually been eroded, and genetic resources of medicinal plants are at increased risk for decline. To help preserve indigenous knowledge about medicinal uses of plants of Muong people at Quang Lac commune, Nho Quan district, Ninh Binh province, we have conducted research and collected 151 species belonging to 126 genera, 60 families of three vascular plants (Equisetophyta, Polypodiophyta, Magnoliophyta) the people are used as medicines. In particular Magnoliophyta account for the largest number with 147 species belonging to 122 genera, 56 families; Polypodiophyta has 3 species in 3 genera, 3 families and Equisetophyta only 1 species of 1 genera, 1 families.

Key words: Muong ethnic, Ninh Binh, diversity, medical plant resource


Nguyễn Xuân Trường Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 113 - 119

113

TÀI NGUYÊN ĐẤT VÀ TH ỰC TRẠNG KHAI THÁC, S Ử DỤNG ĐẤT Ở TỈNH MI ỀN NÚI HÀ GIANG

Nguyễn Xuân Trường*

Đại học Thái Nguyên

TÓM TẮT Hà Giang là một tỉnh miền núi cao nằm ở địa đầu biên giới vùng cực bắc của tổ quốc. Đặc điểm thổ nhưỡng khá đa dạng với nhiều loại đất điển hình của vùng núi cao. Trong những năm qua, việc chuyển đổi cơ cấu sử dụng đất của 3 nhóm chính (đất nông - lâm nghiệp, đất phi nông nghiệp, đất chưa sử dụng) cho thấy đã có chiều hướng tích cực và hợp lý hơn. Tuy nhiên, hiện tại đất phi nông nghiệp còn chiếm tỷ lệ thấp trong cơ cấu sử dụng đất của tỉnh; đất chưa sử dụng còn nhiều và phần lớn diện tích này lại ở địa bàn đồi núi có độ dốc lớn; đất nông - lâm nghiệp tuy có diện tích lớn, nhưng phần lớn là diện tích đất lâm nghiệp, trong khi đó đất có khả năng trồng lúa nước có diện tích thấp. Hướng sử dụng đất cần phải dựa trên tiềm năng đất đai, các điều kiện tự nhiên, lợi thế của từng vùng và phương hướng mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh. Bên cạnh đó, cần có quy hoạch và định hướng sử dụng đất theo các khu vực địa lý nhằm phát huy những thế mạnh riêng của mỗi vùng. Từ khóa: Sử dụng đất; Hà Giang; đặc điểm thổ nhưỡng; tài nguyên đất

MỞ ĐẦU*

Hà Giang là một tỉnh miền núi nằm ở địa đầu biên giới vùng cực bắc của tổ quốc. Diện tích tự nhiên của tỉnh là 794.579,5 ha, bằng 2,4% diện tích cả nước; dân số là 724.353 người, bằng 0,84 % dân số cả nước (năm 2009). Với đặc điểm địa hình chủ yếu là núi cao, tiềm năng đất đai phát triển nông nghiệp hạn chế, điều kiện môi trường tự nhiên khắc nhiệt, nhiều vùng thiếu nước trầm trọng, kể cả nước dùng cho sinh hoạt. Tụ cư và sinh kế trên vùng đất này có 22 dân tộc anh em, trong đó đông nhất là dân tộc Mông, tiếp đến là người Tày, Dao... Dân tộc Kinh chỉ chiếm 17,8 % số dân của tỉnh.

Cùng với cả nước, Hà Giang đang bước vào thời kỳ hội nhập quốc tế và khu vực, sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đang được đẩy mạnh đòi hỏi sự chuyển dịch cơ cấu sử dụng các loại đất nhằm đáp ứng nhu cầu tăng cường cơ sở kết cấu hạ tầng, hình thành các khu công nghiệp, phát triển dịch vụ - du lịch, xây dựng các công trình phúc lợi xã hội và thực hiện đô thị hoá…Tuy nhiên, là một tỉnh vùng núi, tiềm năng đất phát triển nông nghiệp hạn chế, từ thực tế trên cho thấy việc đánh giá thực trạng sử dụng đất và định * Tel: 0914765087; Email: [email protected]

hướng khai thác, sử dụng bền vững tài nguyên đất cần được nghiên cứu nhằm phục vụ yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh trong tầm nhìn dài hạn, đồng thời đảm bảo an ninh và quốc phòng trên địa bàn có vị trí chiến lược này.

KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN TỈNH HÀ GIANG

Tỉnh Hà Giang có toạ độ địa lý từ 22010' đến 23023' độ vĩ Bắc và từ 104020' đến 105034' độ kinh Đông. Trung tâm tỉnh là thị xã Hà Giang cách thủ đô Hà Nội khoảng 320 km. Vị trí tiếp giáp được xác định như sau: phía bắc và tây bắc giáp nước Cộng hoà Nhân dân Trung Hoa với đường biên giới có chiều dài 274 km; phía đông giáp tỉnh Cao Bằng; phía nam giáp tỉnh Tuyên Quang; phía tây giáp tỉnh Lào Cai; phía tây nam giáp tỉnh Yên Bái. Nằm tựa vào dãy núi Hoàng Liên Sơn với dải Tây Côn Lĩnh và cao nguyên Đồng Văn tạo cho Hà Giang hướng nghiêng địa hình cao dần về phía tây bắc, thấp dần về phía đông nam. Độ cao trung bình của tỉnh từ 800 - 1200 m so với mặt nước biển, khu vực thấp nhất là thung lũng sông Lô (độ cao 80 - 100 m) và nơi cao nhất là đỉnh Tây Côn Lĩnh (cao 2.419 m).

Khí hậu Hà Giang có tính chất nhiệt đới và á nhiệt đới, mùa đông lạnh kéo dài, mùa hè


114

nóng mưa nhiều; khí hậu nhìn chung mát và lạnh hơn các tỉnh vùng Đông Bắc nhưng lại ấm hơn các tỉnh vùng Tây Bắc. Nhiệt độ trung bình năm khoảng 23,20C, nhiệt độ thấp nhất vào tháng 1 là 16,20C. Tổng lượng mưa hàng năm toàn tỉnh đạt 2.400 - 2.700 mm, trong đó lượng mưa tập trung nhiều vào tháng 6 và tháng 7.

Chế độ thuỷ văn của Hà Giang chịu ảnh hưởng rõ rệt của yếu tố khí hậu và địa hình. Trên địa bàn tỉnh có 2 con sông lớn chảy qua là sông Lô và sông Gâm, ngoài ra đây là nơi khởi nguồn của sông Chảy, sông Con, sông Miện…Nhìn chung, đặc điểm thuỷ văn của Hà Giang tạo tiềm năng lớn nhưng nguồn nước phân bố trên địa bàn tỉnh không đều, vào mùa khô nhiều nơi bị thiếu nước nghiêm trọng, nhất là các huyện vùng cao núi đá.

Tài nguyên rừng của tỉnh vào loại lớn, theo kết quả kiểm kê đất đai năm 2005 diện tích đất lâm nghiệp của tỉnh chiếm 47,6% diện tích tự nhiên. Với đặc thù là tỉnh miền núi địa hình chia cắt mạnh nên hiện tượng suy thoái đất do xói mòn, bạc mầu diễn ra trên địa bàn toàn tỉnh. Trong một thời gian dài rừng bị tàn phá, địa hình chủ yếu là đồi núi, nhân dân canh tác nương rẫy trên đất dốc, các biện pháp canh tác không hợp lý nên vào mùa mưa đất bị rửa trôi làm trơ sỏi đá và gây ô nhiễm nguồn nước.

Tài nguyên khoáng sản ở Hà Giang khá đa dạng, tuy nhiên trữ lượng ít, phân tán, nhiều mỏ phân bố ở vị trí khó khai thác, giao thông đi lại khó khăn, xa trung tâm và xa thị trường tiêu thụ.

ĐẶC ĐIỂM THỔ NHƯỠNG TỈNH HÀ GIANG

Kết quả điều tra thổ nhưỡng của Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp cho thấy toàn tỉnh Hà Giang hiện có 9 nhóm đất với 19 đơn vị đất và 60 đơn vị đất phụ. Cụ thể như sau:

- Nhóm đất xám X (Acrisols): Nhóm đất này có diện tích lớn nhất, chiếm 74,25% diện tích tự nhiên; đất phù sa cổ, đất xám bạc màu, đất Feralit theo phân loại phát sinh đều thuộc nhóm đất này, phân bổ ở hầu hết các huyện trong tỉnh. Thành phần cơ giới của đất biến

động từ nhẹ đến trung bình và nặng; đất có phản ứng chua và rất chua; hàm lượng mùn và đạm tổng số ở lớp đất mặt trung bình và khá, lân tổng số và lân dễ tiêu trong đất nghèo, kali nghèo; CEC thay đổi từ 5 - 12 meq/100g đất. Nhóm đất này thích hợp với cây trồng ngắn ngày, vùng đất có địa hình cao thích hợp các cây dài ngày, tuy nhiên cần chú ý đến chống xói mòn và giữ ẩm cho đất.

- Nhóm đất phù sa P (Fluvisols): Có diện tích chiếm 1,6% diện tích tự nhiên của tỉnh, tập trung nhiều ở khu vực ven sông Lô và các suối khác thuộc các huyện Bắc Quang, Vị Xuyên, Bắc Mê... Phản ứng của đất thay đổi từ trung tính đến chua ở các mức độ khác nhau; hàm lượng mùn và đạm tổng số ở lớp đất mặt trung bình khá; lân và kali tổng số trung bình nhưng dễ tiêu ở mức nghèo; CEC của đất thay đổi từ 5 - 10 meq/100g đất. Thành phần cơ giới của đất biến động phức tạp, thay đổi nhẹ từ trung bình đến nặng. Nhóm đất này thích hợp với cây trồng ngắn ngày, đặc biệt là các loại cây lương thực.

- Nhóm đất glây GL (Gleysols): Diện tích chiếm 0,86% diện tích tự nhiên của tỉnh, nhóm đất này được hình thành ở nơi có địa hình thấp luôn giữ ẩm, có nhiều tại các huyện Bắc Quang, Vị Xuyên, Yên Minh, Xín Mần… Thành phần cơ giới của đất biến động phức tạp, chủ yếu từ trung bình đến nặng; hàm lượng mùn và đạm tổng số khá; lân tổng số và lân dễ tiêu nghèo; đất có phản ứng chua và rất chua; CEC xấp xỉ 10 meq/100g đất. Nhóm đất này chủ yếu sử dụng để gieo trồng lúa nước.

- Nhóm đất đen R (Luvisols): Diện tích chiếm 0,14%, được hình thành ở ven chân các dãy núi đá vôi hoặc thung lũng trong đá vôi thuộc các huyện Đồng Văn, Mèo Vạc, Quản Bạ, Yên Minh và Vị Xuyên. Thành phần cơ giới của đất nặng, đất có phản ứng trung tính; hàm lượng mùn và đạm tổng số khá, giàu lân tổng số và dễ tiêu, kali tổng số và trao đổi nghèo; CEC của đất thay đổi từ 8 - 12 meq/100g đất, đất dễ bị khô hạn. Nhóm đất này thích hợp một số cây ngắn ngày như ngô, đậu tương…

- Nhóm đất than bùn (Histosols): Có diện tích không đáng kể, tập trung ở xã Vô Điếm huyện Bắc Quang, đất có tính lầy. Thành


115

phần cơ giới của đất nhẹ và trung bình; đất có phản ứng chua, hàm lượng mùn và đạm tổng số giàu, lân tổng số và dễ tiêu trung bình, kali nghèo. Nhóm đất này ít có ý nghĩa trong sản xuất nông nghiệp.

- Nhóm đất tích vôi V (Caleisols): Chiếm 0,16% diện tích tự nhiên, đất được hình thành ở thung lũng đá vôi, canxi tích luỹ nhiều trong đất, phân bố chủ yếu ở huyện Vị Xuyên. Thành phần cơ giới của đất nặng; hàm lượng mùn và đạm tổng số giàu; lân tổng số trung bình, lân dễ tiêu nghèo, kali tổng số và trao đổi giàu và trung bình; CEC thay đổi từ 9 - 19 meq/100g đất. Nhóm đất này thích hợp với một số cây trồng ngắn ngày.

- Nhóm đất đỏ F (Ferasols): Chiếm 6,04% diện tích tự nhiên, phân bố ở hầu hết các huỵên, thị xã trong tỉnh (trừ huyện Hoàng Su Phì và Xín Mần); đất được hình thành trên nền đá Macmabazơ và đá vôi, đất có thành phần cơ giới nặng, phản ứng chua và rất chua. Hàm lượng mùn và đạm tổng số ở tầng mặt giàu và khá, lân tổng số giàu nhưng lân dễ tiêu nghèo, kali tổng số trao đổi nghèo; CEC của đất thay đổi từ 5 - 10 meq/100g đất. Đất đỏ phù hợp với nhiều loại cây trồng khác nhau.

- Nhóm đất mùn Alit trên núi cao AH (Alisols): Có diện tích chiếm 0,63% diện tích đất tự nhiên, xuất hiện nhiều trên các đỉnh núi có độ cao trên 1.800 m thuộc các huyện Vị Xuyên, Hoàng Su Phì và Xín Mần. Đất có thành phần cơ giới trung bình, phản ứng chua và rất chua; hàm lượng mùn và đạm tổng số trong đất giàu, lân tổng số và dễ tiêu trung bình, kali tổng số nghèo, kali trao đổi trung bình; CEC của đất thay đổi từ 8 - 12 meq/100g đất. Loại đất này thích hợp cho trồng các loại cây dài ngày.

- Nhóm đất tầng mỏng E (Leptosols): Nhóm đất đất này có khoảng 300 ha, chiếm 0,03% diện tích tự nhiên, là sản phẩm của quá trình xói mòn đất, tầng đất mỏng dưới 30 cm, phân bố ở Bắc Mê. Thành phần cơ giới của đất nhẹ và trung bình, đất có phản ứng chua; hàm lượng mùn và đảm tổng số trung bình và nghèo, lân nghèo, kali nghèo. Đây là nhóm đất xấu, phục hồi đất bằng trồng rừng tạo

thảm thực vật che phủ đất.

Nhìn chung đất Hà Giang dễ bị xói mòn rửa trôi mạnh, đất thường xuyên bị khô hạn, đất chua, nghèo dinh dưỡng dễ tiêu, đất bị quá trình Feralit mạnh, tích luỹ sắt, nhôm lớn. Đất thích hợp với các loại cây lâm nghiệp, cây công nghiệp chế biến, cây ăn quả lâu năm, cây dược liệu…

THỰC TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT Ở HÀ GIANG

Theo mục đích sử dụng

Tỉnh Hà Giang có tổng diện tích tự nhiên lớn thứ 2 trong vùng Đông Bắc. Theo số liệu thống kê năm 2006, diện tích tự nhiên của tỉnh có 794.579,5 ha, trong đó có 527.312,0 ha đất nông - lâm nghiệp, chiếm 66,3% diện tích tự nhiên. Trong đó, diện tích các loại đất sử dụng vào mục đích sản xuất nông nghiệp là 148.019,2 ha chiếm 18,6 % diện tích tự nhiên; đất sử dụng vào mục đích lâm nghiệp là 378.262,0 ha, chiếm 47,6% diện tích tự nhiên tỉnh Hà Giang. Đất phi nông nghiệp 22.253,2 ha, chiếm 4,1% diện tích đang sử dụng và 2,8 % diện tích tự nhiên.

Đất chưa sử dụng bao gồm đất bằng chưa sử dụng, đất đồi núi chưa sử dụng và núi đá không có rừng cây. Năm 2006, đất chưa sử dụng còn tương đối lớn với diện tích là 244.646,2 ha, chiếm 30,8% diện tích tự nhiên. Trong đó phần lớn là đất đồi núi chưa sử dụng với diện tích 197.142,7 ha, chiếm 24,8% tổng diện tích tự nhiên, phần còn lại là đất bằng chưa sử dụng và núi đá không có rừng cây. Diện tích đất chưa sử dụng trên địa bàn tỉnh còn khá nhiều, tập trung ở các huyện vùng cao núi đất và vùng cao núi đá, trong đó phần lớn có khả năng cải tạo, khai thác đưa vào sản xuất nông nghiệp và trồng rừng góp phần phủ xanh đất trống đồi núi trọc, nâng cao hệ số sử dụng đất và bảo vệ môi trường.

Trong diện tích đất nông nghiệp thì chủ yếu là đất trồng cây hàng năm, đất trồng cây lâu năm có diện tích nhỏ 29.021,7 ha (năm 2006).Điều này phản ánh thực trạng sản xuất nông nghiệp chưa phát huy được thế mạnh của một tỉnh miền núi là phát triển cây công nghiệp


116

Bảng 1. Thực trạng sử dụng đất tỉnh Hà Giang năm 2006 và kế hoạch năm 2010

TT LO ẠI ĐẤT Năm 2006 Năm 2010

Diện tích (ha)

Cơ cấu (%)

Diện tích (ha)

Cơ cấu (%)

TỔNG DIỆN TÍCH ĐẤT TỰ NHIÊN 794.579,6 100,0 794.579,6 100,0

I. ĐẤT NÔNG, LÂM NGHI ỆP 527.312,0 66,36 708.257,6 89,14

1.1. Đất sản xuất nông nghiệp 148.019,2 28,07 155.194,2 21,91

1.2. Đất lâm nghiệp có rừng 378.262,3 71,73 552.033,9 77,94

1.3. Đất nuôi trồng thủy sản 997,2 0,19 996,3 0,14

1.4. Đất nông nghiệp khác 33,3 0,01 33,3 0,00

II. ĐẤT PHI NÔNG NGHI ỆP 22.621,3 2,85 33.609,6 4,23

2.1. Đất ở 6.055,2 26,77 6.449,7 19,19

2.2. Đất chuyên dùng 8.614,9 38,08 17.878,8 53,2

2.3. Đất tôn giáo, tín ngưỡng 3,3 0,01 3,3 0,01

2.4. Đất nghĩa trang, nghĩa địa 306,2 1,35 430,9 1,28

2.5. Đất sông suối và mặt nước chuyên dùng 7.641,7 33,78 8.846,9 26,32

III. ĐẤT CHƯA SỬ DỤNG 244.646,2 30,79 52.712,2 6,63

3.1. Đất bằng chưa sử dụng 278,1 0,11 197,7 0,38

3.2. Đất đồi núi chưa sử dụng 197.142,7 80,58 28.221,3 53,54

3.3. Đất núi đá không có cây rừng 47.225,4 19,3 24.293,2 46,09

Nguồn: Kiểm kê đất Hà Giang các năm

lâu năm, cây ăn quả và các loại cây dược liệu quy hiếm... có khả năng đem lại lợi ích kinh tế cao. Tuy nhiên, nó cũng phản ánh sự khó khăn về hiện trạng cơ sở hạ tầng phục vụ sản xuất nông nghiệp, phục vụ cho việc tiêu thụ sản phẩm nông nghiệp, đặc biệt là đối với những sản phẩm hàng hóa từ cây công nghiệp. Đây là trở ngại lớn nhất làm ảnh hưởng đến phát triển sản xuất của nền nông nghiệp tỉnh nhà.

Hà Giang có tiềm năng rất lớn về phát triển lâm nghiệp với khoảng 85% diện tích tự nhiên là đồi núi, do vậy diện tích đất lâm nghiệp được phân bố đều ở các huyện trong tỉnh. Tổng diện tích đất lâm nghiệp có rừng là 378.262,3 ha chiếm 47,6 % diện tích tự nhiên (năm 2006). Trong những năm gần đây tỉnh Hà Giang đã có nhiều dự án đầu tư về phát triển lâm nghiệp như khoanh nuôi tái sinh bảo vệ rừng; trồng rừng; bảo vệ rừng đầu nguồn. Tỉnh Hà Giang đã có nhiều cố gắng trong việc phủ xanh đất trống đồi núi trọc nhằm bảo vệ môi trường sinh thái, bảo vệ nguồn nước, chống xói mòn đất … Do vậy diện tích đất

rừng tăng lên rõ rệt cả về số lượng và chất lượng. Dự kiến năm 2010, tổng diện tích đất lâm nghiệp có rừng là 552.033,9 ha chiếm 69,5% diện tích tự nhiên.

Đất phi nông nghiệp quá ít và chỉ chiếm 2,8 % tổng diện tích tự nhiên của tỉnh, bao gồm các loại đất ở, đất chuyên dùng, đất tôn giáo tín ngưỡng, đất nghĩa trang nghĩa địa, đất sông suối và mặt nước chuyên dùng, đất phi nông nghiệp khác.

Như vậy, quỹ đất của tỉnh đang được khai thác, sử dụng cơ bản đúng mục đích, hiệu quả sử dụng ngày càng tăng, tuy nhiên tiềm năng đất đang sử dụng của tỉnh còn rất lớn.

Theo các khu vực địa lý

Do sự chi phối của các yếu tố địa lý như địa chất, địa hình, khí hậu, thủy văn…nên lãnh thổ Hà Giang có sự phân hóa thành 3 khu vực địa lý có đặc điểm tự nhiên và cơ cấu sử dụng đất khác nhau. - Vùng núi thấp: Gồm 5 huyện thị đó là các huyện Bắc Quang, Quang Bình, Vị Xuyên, Bắc Mê và thị xã Hà Giang với diện tích tự


117

nhiên 4.372,6 km2. Đặc điểm chung là địa hình đồi núi thấp, xen kẽ là thung lũng các sông Lô, Gâm.. Dân số trên 35,1 vạn người, chiếm 48,5 % dân số toàn tỉnh (năm 2009). Đây là địa bàn cư trú chủ yếu của đồng bào dân tộc Tày, Nùng, Kinh…Đây cũng là vùng kinh tế động lực của tỉnh. Đến năm 2006, vùng núi thấp đã khai thác đưa vào sử dụng 323.970,5 ha đất, chiếm 74,1% diện tích đất tự nhiên của vùng. Trong đó, đất nông - lâm nghiệp là 309.818,9 ha, bằng 95,6% diện tích đất đang sử dụng và 70,9% diện tích tự nhiên; đất phi nông nghiệp 14.151,6 ha, chiếm 4,4 % diện tích đất đang sử dụng và 3,2 % diện tích tự nhiên. - Tiểu vùng vùng cao núi đất: Gồm 2 huyện phía tây là Xín Mần và Hoàng Xu Phì với diện tích tự nhiên trên 1217,1 km2. Đặc điểm địa hình là núi cao đất dốc, chia cắt mạnh với khối núi thượng nguồn sông Chảy, nơi đây có nhiều nguồn nước thuận lợi cho sinh hoạt và canh tác lúa nước (ruộng bậc thang), phát triển nghề rừng. Dân số trên 11,6 vạn người, chiếm 16,2 % dân số toàn tỉnh (năm 2009). Đây là địa bàn cư trú chủ yếu của đồng bào dân tộc Dao, Nùng, Tày… Vùng cao núi đất đã khai thác đưa vào sử dụng 83.177,9 ha đất, chiếm 68,3% diện tích đất tự nhiên của vùng. Trong đó, đất nông - lâm nghiệp là 79.508,2 ha, bằng 95,6% diện tích đất đang sử dụng và 65,3% diện tích tự nhiên; đất phi nông nghiệp 3.669,7 ha, chiếm 4,4 % diện tích đất đang sử dụng và 3,0 % diện tích tự nhiên.

- Tiểu vùng vùng cao núi đá: Gồm 4 huyện phía bắc là Mèo Vạc, Đồng Văn, Yên Minh, Quản Bạ với diện tích tự nhiên trên 2356,1 km2. Đặc điểm địa hình là núi đá vôi có độ dốc lớn, khí hậu khắc nhiệt và thiếu nước trầm trọng, thiếu đất để sản xuất. Dân số trên

25,6 vạn người, chiếm 35,3 % dân số toàn tỉnh (năm 2009). Đây là địa bàn cư trú chủ yếu của đồng bào dân tộc Mông, Dao, Giáy, Lô Lô. Vùng cao núi đất đã khai thác đưa vào sử dụng 142.784,7 ha đất, chiếm 60,6% diện tích đất tự nhiên của vùng. Trong đó, đất nông - lâm nghiệp là 137.984,8 ha, bằng 96,6% diện tích đất đang sử dụng và 58,6% diện tích tự nhiên; đất phi nông nghiệp 4.799,9 ha, chiếm 3,4 % diện tích đất đang sử dụng và 2,0 % diện tích tự nhiên.

Đánh giá chung, cơ cấu sử dụng đất theo các khu vực địa lý không có sự khác biệt nhiều giữa các vùng. Đất chưa sử dụng chiếm từ 25,0 - 30,0 % diện tích đất tự nhiên. Riêng chỉ có vùng cao núi đá có diện tích đất chưa sử dụng còn lớn, chiếm đến 39,4 % diện tích đất tự nhiên của vùng.

Tuy nhiên, mặt còn hạn chế là: Đất phi nông nghiệp còn chiếm tỷ lệ thấp trong cơ cấu sử dụng đất của tỉnh và thuộc loại thấp so với cơ cấu sử dụng đất chung của cả nước và của vùng; đất chưa sử dụng còn nhiều và phần lớn diện tích này lại ở địa bàn đồi núi có độ dốc lớn; đất nông - lâm nghiệp tuy có diện tích lớn, chiếm tỷ lệ cao trong tổng diện tích tự nhiên, nhưng phần lớn là diện tích đất lâm nghiệp (chiếm 71,3% diện tích đất nông - lâm nghiệp), trong khi đó đất có khả năng trồng lúa nước có diện tích thấp, chỉ chiếm 2,01% diện tích đất nông nghiệp.

Diện tích đất lâm nghiệp có rừng hiện tại phần lớn là rừng phòng hộ, rừng đang ở độ mới được phục hồi nên hiệu quả phòng hộ và sản phẩm khai thác được còn thấp; tiềm năng đất đai về một số lĩnh vực có mức độ khai

Bảng 2. Cơ cấu sử dụng đất theo khu vực địa lý năm 2006 Đơn vị: %

TT LO ẠI ĐẤT Toàn tỉnh

Các khu vực

Vùng núi thấp Vùng cao núi đất vùng cao núi đá

TỔNG DIỆN TÍCH ĐẤT TỰ NHIÊN

100,0 100,0 100,0 100,0

1 Đất nông, lâm nghiệp 66,4 70,9 65,3 58,6

2 Đất phi nông nghiệp 2,8 3,2 3,0 2,0

3 Đất chưa sử dụng 30,8 25,9 31,7 39,4

Nguồn: Xử lý từ số liệu theo Kết quả kiểm kê đất đai Hà Giang hàng năm


118

thác còn rất thấp như tham quan du lịch, nghỉ dưỡng, khai thác khoáng sản... Hiệu quả khai thác và sử dụng đất lâm nghiệp chưa tương xứng với tiềm năng, rừng sản xuất còn có hiệu quả thấp. Các vùng đồi ít dốc, thuận tiện giao thông có thể chuyển một phần diện tích đất lâm nghiệp sang trồng cây ăn quả và đất phi nông nghiệp để nâng cao hiệu quả sử dụng đất và đáp ứng các yêu cầu của xã hội.

Hiện tượng đất bị xói mòn, rửa trôi vẫn còn diễn ra ở nhiều nơi. Do điều kiện địa hình dốc lại bị chia cắt mạnh thì xói mòn rửa trôi vẫn là nguyên nhân chính đang làm suy thoái tài nguyên đất của tỉnh hiện nay; đặc biệt tại một số địa bàn có các hoạt động khai thác khoáng sản, quặng sắt, Fenpat,...Hàng năm lũ lụt cũng gây ảnh hưởng ở một số địa bàn với quy mô không nhỏ gây thiệt hại về kinh tế, tác động xấu đến cảnh quan môi trường cũng như sức khỏe con người.

Diện tích đất sản xuất nông nghiệp đặc biệt là đất trồng lúa nương còn nhiều, nếu được đầu tư xây dựng mới và nâng cao năng lực của các công trình thuỷ lợi thì việc thâm canh, chuyển đổi cơ cấu mùa vụ, cơ cấu cây trồng trên đất trồng lúa nương sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.

KẾT LUẬN

Cùng với xu thế phát triển của cả nước, trong những năm đầu thế kỷ XXI, nền nền kinh tế tỉnh Hà Giang đang chuyển biến theo hướng tích cực. Đời sống của đại bộ phận nhân dân được nâng cao, môi trường sinh thái được cải thiện và được quan tâm bảo vệ tốt thì việc sử dụng đất đai cũng cần phải được tính toán theo một cơ sở nhất định đáp ứng được yêu cầu phát triển của xã hội. Hướng sử dụng đất cần phải dựa trên tiềm năng đất đai, các điều kiện tự nhiên, lợi thế của từng vùng và phương hướng mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh đến năm 2015, nhằm kết hợp tốt ý đồ phát triển của các ngành để đưa ra hướng sử dụng đất cho các mục đích và các tổ chức sử dụng theo các quan điểm sử dụng đất đã đề

ra. Để khai thác triệt để, có hiệu quả quỹ đất đai của tỉnh, đặc biệt đối với đất chưa sử dụng cần phải khai thác sử dụng theo khả năng thích nghi để trong tương lai không còn diện tích đất bỏ hoang. Đối với đất đang sử dụng cần phải xem xét hoặc thay đổi cơ cấu để sử dụng hợp lý hơn. Bên cạnh đó, cần có quy hoạch và định hướng sử dụng đất theo các khu vực địa lý nhằm phát huy những thế mạnh riêng của mỗi vùng. Cụ thể: Vùng núi thấp có điều kiện tự nhiên, khí hậu thuận lợi cho việc phát triển các loại cây trồng nông nghiệp và cây lâm nghiệp. Định hướng sử dụng đất là trồng lúa nước và hoa màu ven các thung thũng sông suối và lòng chảo rộng; phát triển cây ăn quả như cam, chanh, quýt, bưởi..; cây công nghiệp chủ yếu là chè và lạc. Đất lâm nghiệp trồng rừng nguyên liệu và rừng đặc dụng. Vùng cao núi đất cầ tận dụng nguồn nước để trồng lúa nước ở các chân ruộng bậc thang; phát triển nghề rừng và cây ăn quả như lê, táo, mận, xoài và ngô, đậu tương...; phát triển đồng cỏ chăn nuôi trâu, bò, dê. Vùng cao núi đá cần tận dụng nguồn tài nguyên đất hạn chế để trồng ngô nhằm đáp ứng nguồn lương thực tại chỗ; trồng cây ăn quả như lê, táo, mận, xoài và các cây dược liệu quý như đỗ trọng, thảo quả...; chăn nuôi trâu, bò, dê.


[1]. Ban chỉ đạo tổng điều tra nông thôn, nông nghiệp và thuỷ sản tỉnh Hà Giang, (2007), Khái lược nông thôn và nông nghiệp Hà Giang qua con số thống kê. [2]. Hà Giang tiềm năng và cơ hội đầu tư 2008. Tập san. [3]. Niêm giám thống kê 2004, 2008. Cục Thống kê tỉnh Hà Giang, tháng 6/2009. [4]. UBND tỉnh Hà Giang. Dự án đầu tư bảo vệ và phát triển rừng tại 4 huyện vùng cao núi đá tỉnh Hà Giang giai đoạn 2008 - 2015. Hà Giang, 2007. [5]. UBND tỉnh Hà Giang. Điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010 và kế hoạch sử dụng đất thời kỳ 2005-2010 tỉnh Hà giang, 2006. [6]. Văn Kiện Đại hôi Đảng Bộ tỉnh Hà Giang lần thứ XIV, Nhiệm kì 2005- 2010.


119

SUMMARY LAND RESOURCES AND SITUATION OF EXPLOITATION AND US ING OF LAND RESOURCES IN A MOUNTAINOUS PROVINCE, HA GIA NG

Nguyen Xuan Truong* Thai Nguyen University

Ha Giang is a mountainous province which situated in the most northern frontier region of the country. Soil characteristics varied with typical soil types of the mountainous areas. In recent years, the reformation of land usage of three main land groups (agricultural - forest land, non-agricultural land, and unused land) had showed the positive and more reasonable utilization. However, current non-agricultural land also accounts for the low rates of land use in the land usage proportion of the province; there is plenty of unused land and most of these areas locate in the mountainous region which is steep slopes. Although land for agriculture - forestry account for a large area, however most of these areas are forest lands, whereas there are very little areas which are capable for growing rice. The direction of land usage should be based on the land potential, the natural conditions, the advantages of each region and the orientation of social - economic development objectives of the province. Besides that, there should be oriented planning and land use in the geographic area to promote the strengths of each region. Key words: Land use; Ha Giang, soil characteristics, soil resources



120

Nguyễn Thu Huyền và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 121 - 126

121

XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN LO ẠI, THU GOM VÀ X Ử LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT TẠI CÁC HỘ GIA ĐÌNH, Ở TỔ 7, PHƯỜNG TÂN TH ỊNH, THÀNH PH Ố THÁI NGUYÊN

Nguyễn Thu Huyền*, Nguyễn Thị Đông Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT Các tác giả đã nghiên cứu và xây dựng mô hình thu gom, phân loại và xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại các hộ gia đình tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên, có 85 % hộ dân đồng ý phân loại CTR tại nguồn. Chi phí xây dựng mô hình này là 43.958.200 đồng. Ngoài ra, với 50 gia đình tham gia ủ phân thì trong một năm địa phương sẽ giảm được 23 tấn CTR chôn lấp và 18,3 triệu đồng chi phí vận chuyển xử lý CTR Từ khóa: Mô hình, phân loại, thu gom, xử lý, chất thải rắn sinh hoạt, ủ phân, chôn lấp

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Chất thải rắn (CTR) đô thị không phải là vấn đề thời sự nhưng luôn được sự quan tâm của mọi tầng lớp xã hội. Một trong những vấn đề cần giải quyết tại đô thị là phân loại CTR sinh hoạt (CTRSH) tại nguồn. Việc phân CTR tại các hộ gia đình thành các loại riêng (CTR vô cơ, CTR hữu cơ, CTR độc hại) sẽ mang lại lợi ích kinh tế, môi trường và xã hội.

Với những lợi ích như trên, phân loại CTR tại nguồn đã trở thành một trong những nội dung quan trọng trong chiến lược Quốc gia về Bảo vệ môi trường. Hiện nay, mô hình phân loại, thu gom và xử lý CTR tại nguồn đã thực hiện thành công ở một số Quốc gia trên thế giới và một số phường, xã, thị trấn ở Việt Nam. Trong khi đó, ở Thái Nguyên chưa thực hiện phân loại CTR và chưa có nghiên cứu khoa học về xây dựng mô hình phân loại, thu gom và xử l ý tại nguồn.

Tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên có quy mô dân số và không lớn (96 hộ với số dân 485 người kể cả sinh viên ở trọ, 2009). Trong tổ có một hộ nông nghiệp; một hộ làm nghề tự do, còn lại cán bộ công nhân viên chức, bộ đội nghỉ hưu. Ngoài ra, các gia đình làm thêm nghề kinh doanh nhỏ lẻ như bán tạp hóa, đồ ăn sáng, nước và dịch vụ cho thuê nhà trọ. Với đặc điểm nghề nghiệp như trên có thể khẳng định trình độ dân trí trong tổ khá cao và là tổ Văn hóa. Đây là yếu tố quan * Tel: 0914569251; Email: [email protected]

trọng khi triển khai chương trình phân loại CTR. Đồng thời điều kiện tự nhiên, xã hội và cơ sở hạ tầng khá thuận lợi. Hệ thống đường giao thông rộng, thoáng, không có ngõ sâu. Lãnh đạo tổ dân phố 7 đã nhận thức và quan tâm tới các vấn đề môi trường tại địa phương. Họ cho biết rất vui khi được là cộng tác viên của mô hình phân loại CTR tại nguồn và sẽ hướng dẫn người dân thực hiện và duy trì mô hình. Tại đây, cộng đồng đã hình thành thói quen tái chế CTR. Vì vậy: “ Xây dựng mô hình phân loại, thu gom và xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại các hộ gia đình ở tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên” là cần thiết để địa phương áp dụng mô hình này vào thực tiễn

Mục tiêu của đề tài: Lựa chọn mô hình phân loại, thu gom và xử lý CTRSH phù hợp với địa phương để từng bước quản lý tốt CTRSH trong phường Tân Thịnh nói riêng và thành phố Thái Nguyên nói chung đồng thời nâng cao nhận thức và ý thức của cộng đồng về phân loại CTR tại nguồn.

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

* Nội dung nghiên cứu

- Hiện trạng phát sinh, thu gom và xử lý CTRSH tại tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên.

- Đánh giá nhận thức, khả năng phân loại CTRSH của cộng đồng tại khu vực.


122

- Thí nghiệm ủ phân compost.

- Tính toán chi phí khi áp dụng mô hình phân loại, thu gom và xử lý CTRSH tại địa phương.

* Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu.

- Phương pháp điều tra thực địa: tiến hành thu gom, phân loại chất thải rắn sinh hoạt tại 3 hộ gia đình trong 27 ngày để xác định khối lượng và thành phần CTRSH.

Đồng thời, tiến hành phát 2 túi nilon cho mỗi hộ trong 10 ngày với túi màu đen đựng CTR vô cơ, túi màu xanh đựng CTR hữu cơ để đánh giá khả năng phân loại CTR giữa các gia đình.

- Phương pháp đánh giá nhanh có sự tham gia của cộng đồng: Thông qua phát 50 phiếu điều tra tại các hộ gia đình để đánh giá nhận thức của cộng đồng về phân loại CTR.

- Thí nghiệm: Sử dụng chế phẩm E.M2 và E.M Bokashi ủ yếm khí CTR sinh hoạt.

Tiến hành thu gom và phân loại CTR sinh hoạt sau đó ủ CTR sinh hoạt hữu cơ hàng ngày.

Bảng 1. Danh sách dụng cụ và nguyên liệu dùng trong thí nghiệm

TT Tên Số

lượng Đơn vị

1 CTRSH hữu cơ 2 Xô nhựa 3 Chiếc 3 Chai nhựa 3 Lọ 4 Vòi tháo nước 3 Chiếc 5 Vỉ ngăn CTR 3 Cái 6 Chế phẩm E.M2 500 ml

7 Chế phẩm E.M Bokashi

700 g

+ Các xô nhựa đục thủng 1 lỗ nhỏ ở đáy có nắp kín, vỉ đỡ CTR và được kê cao ở nơi thoáng mát, tránh ánh nắng mặt trời và tránh nước mưa:

+ Chế phẩm E.M Bokashi rắc đều 1 lớp 40 g vào đáy thùng

+ CTR hữu cơ thu gom hàng ngày được cắt vụn khoảng 3 - 5 mm, cho vào thùng và được san đều.

+ Rắc đều lên bề mặt CTR hữu cơ một lớp Bokashi cán mỏng 20 – 40 g và vẩy 20 ml

chế phẩm E.M2. Yêu cầu độ ẩm CTR đạt từ 30 - 50%.

Thu gom xử lý CTR hữu cơ cho đến khi đầy (cách miệng xô khoảng 5 cm). Ủ phân khoảng 45 ngày đến khí khối lượng các thùng không đổi thì dừng lại (Khi đó qúa trình phân hủy CTR hữu cơ kết thúc).

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Khối lượng và thành phần chất thải rắn sinh hoạt phát sinh tại tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên

- Khối lượng CTR sinh hoạt phát sinh tại các hộ gia đình dao động trong khoảng 0,43 - 0,71 kg/người/ngày. Tổng khối lượng CTR sinh hoạt phát sinh là 276,4 kg/ngày.

- Lượng CTR sinh hoạt bình quân tại những gia đình 4 thành viên trở xuống cao gấp 1,65 lần gia đình có 5 thành viên trở lên. Lượng CTR sinh hoạt tăng vào các ngày cuối tuần nhưng không đáng kể. Vào các ngày lễ tết, lượng CTR thường tăng từ 1,3 - 1,5 lần do nhu cầu tiêu dùng của các hoạt hàng ngày. Kết quả phân loại thành phần CTR phát sinh tại tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên được thể hiện qua bảng 2.

Bảng 2. Thành phần CTR phát sinh tại tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên

TT Thành phần Tỷ lệ (%) 1 Chất hữu cơ 55,2 2 Xỉ than 22,5 3 Nilon 7,8 4 Giấy ăn 6,5 5 Nhựa 3,7

6 Pin, thuốc quá

hạn 0,1

7 Các loại khác 4,2 Tổng cộng 100

Kết quả bảng 2 cho thấy: thành phần CTR mang đặc trưng của CTR sinh hoạt. CTR hữu cơ chiếm tỷ lệ cao nhất là 55,2%; và thấp nhất là chất độc hại 0,1%. Thành phần CTR của các hộ gia đình gần như không đổi. Chất vô cơ tăng từ 32,5% lên đến 45% vào các ngày cuối tuần. Tùy vào nghề nghiệp của hộ mà tỷ lệ các loại chất thải khác nhau


123

Bao đựng CTR

Xe tam giác

Bãi rác Đá Mài

Xe vận chuyển

Công ty MTĐT

Công nhân

VSMT

Hộ gia đình

Hiện trạng thu gom và xử lý CTR sinh hoạt

Ủy ban nhân dân phường Tân Thịnh phối hợp với Công ty Cổ phần Môi trường & Công trình đô thị (CTCPMTĐT) Thái Nguyên thực hiện. Cụ thể như sau:

+ Ủy ban Nhân dân phường Tân Thịnh: thành lập đội vệ sinh môi trường, có 1 cán bộ quản lý chung, 1 kế toán, 8 công nhân thu gom CTR (cả nam và nữ).

+ CTCPMTĐT chịu trách nhiệm vận chuyển CTR tại 3 điểm tập kết (ngã ba Phú Thái, cổng trường Cao đẳng Thương mại và Du lịch, cổng trường vùng cao Việt Bắc) và chôn lấp tại bãi rác Đá Mài - Tân Cương.

Qua khảo sát cho thấy: công tác quản lý môi trường của phường Tân Thịnh còn nhiều bất cập. Cán bộ không có chuyên môn. Tiền công của mỗi công nhân chưa xứng đáng khoảng 600.000 đồng/tháng. Hiện nay, lệ phí thu gom CTR sinh hoạt áp dụng là 3000 đồng/người/tháng.

- CTR được thu gom bằng phương pháp thủ công (xe đẩy tam giác, chổi, xẻng) kết hợp cơ giới (các xe cẩu, xe uốn). Đa phần CTR sinh hoạt được đựng vào bao tải hoặc thùng xốp trước nhà, số ít mang ra điểm tập trung. Hầu hết các xe thu gom đều quá tải. CTR thường chất cao 0,8 - 1m, xung quanh xe đẩy móc nhiều các túi nilon dẫn đến tình trạng rơi vãi trong vận chuyển. Theo quy định, CTR phát sinh được thu hàng ngày nhưng thực tế 1 - 2 ngày/1lần.

Hiện trạng thu gom và xử lý CTR sinh hoạt được cụ thể hóa trong hình 1

Hình 1. Mô hình thu gom, xử lý CTR sinh hoạt

tại tổ 7, phường Tân Thịnh

Mô hình phân loại, thu gom và xử lý CTR sinh hoạt

a. Nhận thức của cộng đồng về phân loại chất thải rắn

Thống kê 50 phiếu điều tra và thu được những kết quả như sau: Có 44/50 người được phỏng vấn đã nghe nói tới một trong số các cụm từ: CTR vô cơ, hữu cơ, tái chế và nguy hại qua phương tiện thông tin đại chúng, internet (hình 2)…

Hình 2. Hiểu biết của người dân về các loại CTR

Hình 3 cụ thể hóa khả năng nhận biết thực tế của cộng đồng thông qua phiếu điều tra.

So sánh hình 2 và hình 3 cho thấy: 45,5% số người nghe CTR hữu cơ nhưng không hiểu. Tương tự đối với các loại CTR vô cơ, tái chế và nguy hại, tỷ lệ người hiểu được bản chất

Loại CTR

88.6%

63.6%

36.3%

9% 0

20

40

60

80

100 %

%

Hình 3. Khả năng nhận biết của người dân về các loại CTR

6.8%

22.7% 25%

43.1%

0

10

20

30 40

50

Hữu cơ Tái chế Vô cơ Nguy hại

Loại CTR

%


124

giảm lần lượt là 40,9%; 11,3% và 2,2%. Từ nhận thức của cộng đồng đề tài xây dựng mô hình quản lý CTR sinh hoạt như hình 4.

Hình 4. Mô hình thu gom, xử lý CTRSH tại các

hộ gia đình

Ghi chú: - NMCBPVS: Nhà máy chế biến phân vi

sinh; - BCL: Bãi chôn lấp

b. Một số kết quả khi thực hiện mô hình phân loại, thu gom và xử lý CTR sinh hoat.

- Hai ngày đầu, CTR được để lẫn lộn. Những ngày tiếp, sự phân loại tiến bộ hơn. Kết thúc đợt phân loại, khoảng 85% CTR được bỏ đúng theo quy định.

- Do trình độ dân trí cao và đồng đều nên các gia đình trong tổ đã nắm được vấn đề nhanh, gần như không có sự khác biệt về khả năng phân loại CTR giữa các gia đình.

Thiết kế mô hình phân loại, thu gom và xử lý CTR sinh hoạt

a. Công tác tuyên truyền

- Phương tiện truyền thông: loa, đài, bảng tin, băng rôn, áp phích, tờ rơi…

- Tập huấn cho cán bộ và nhân dân

- Tuyên truyền tại gia đình về ý nghĩa và cách thức công tác phân loại, xử lý CTR…

b. In ấn, phát tờ rơi

- Thông điệp:“Ti ết kiệm, tận dụng, tái sinh”, “Càng ít chất thải càng tốt”;…

- Phát tờ rơi: tại cuộc họp dân vào đầu của buổi tuyên truyền.

c. Tổ chức phân loại, thu gom và xử lý chất thải rắn sinh hoạt

- Kinh phí mua thùng rác và xe thu gom :

+ Mua thùng rác 2 ngăn: 1.800.000 × 3 = 5.400.000 đồng

+ Mua xe gom 2 ngăn (loại 0,25 m3/xe): 1.100 × 2 = 2.200.000 đồng.

Hình 5. Vị trí đặt thùng rác 2 ngăn công cộng địa phương

Ghi chú:

: Vị trí đặt thùng rác 1 tại số nhà 32

đường Z115.

: : Vị trí đặt thùng rác 2 tại số nhà 16,

ngõ 16, đường Z115.

: Vị trí đặt thùng rác thứ 3 tại số nhà

37, ngõ 30, đường Z115

Phát xô phân loại CTR: Mỗi hộ được phát 2 xô màu vàng và màu xanh để phân loại CTR vào buổi họp tập huấn cộng đồng đầu tiên về phân loại CTR do tổ trưởng tổ dân phố đảm nhiệm

CTR tại hộ gia đình

CTR hữu cơ

CTR vô cơ

Thùng ủ phân

hộ gia đình

Xô màu da cam

Thùng màu da

cam

BCL NMCBPVS

CTR tái chế

Túi gia đình

Cơ sở tái chế

Thùng màu xanh

Xô màu xanh

Đường Z115

Khu dân cư

Khu dân cư L2 = 20m

Khu dân cư

Trường TH Lê Văn Tám

H = 6m

L1 = 110 m


125

Kinh phí thực hiện (giá mỗi xô là 15.000 ) 15.000 × 2 × 96 = 2.880.000 đồng Tổ chức thu gom, vận chuyển tại điểm tập kết: Các gia đình phân loại và đem ra thùng rác công cộng. Đồng thời công nhân thu gom CTR tại thùng rác công cộng; vận chuyển điểm tập kết. Xử lý: CTR vô cơ được chôn lấp tại bãi rác Đá Mài còn CTR hữu cơ xử lý tại nhà máy chế biến phân vi sinh. Kết quả thí nghiệm xử lý CTR hữu cơ tại các hộ gia đình ở tổ 7 Kết quả phân tích hàm lượng dinh dưỡng trong hỗn hợp hữu cơ sau khi ủ phân compost tại gia định được thể hiện ở bảng 3.

Bảng 3. Kết quả phân tích hàm lượng N, P, K tổng số trong sản phẩm

TT Chất Hàm lượng (%)

1 OM 24,78 - 31,89

2 Nts 0,95 - 1,25

3 K2Ots 1,72 - 1,89

4 P2O5ts 0,5 - 0,63

Kết quả bảng 3 cho thấy hàm lượng OM chiếm tỷ lệ cao nhất từ 24,78 - 31,89% có tác dụng cải tạo chất lượng đất. Đồng thời cung cấp thêm dinh dưỡng N, P, K cho cây trồng. Chi phí xây dựng mô hình phân loại, thu gom và xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại các hộ gia đình ở tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên - Kinh phí xây dựng mô hình phân loại: 15.000 × 2 × 96 = 2.880.000 đồng - Chi phí ủ CTR hữu cơ Chi phí ủ phân bón cho một hộ gia đình: Tính chi phí ủ CTR cho một gia đình có 4 thành viên trong 1 tháng (Bảng 3) + Khối lượng CTR hữu cơ là: 0,57 × 4 × 55,2% × 30 = 37,8 kg/tháng. + Chi phí mua thùng sẽ là: 29.000 × 3 = 87.000 đồng (sử dụng 3 xô 22 lít)

+ Chi phí mua dung dịch xử lý trong một tháng: 324 × 37,8 = 12.247 đồng/tháng.Mỗi hộ đầu tư ban đầu 248.964 đồng sẽ thu được 200 kg phân bón/năm. Như vậy, một gia đình thu nhập 160.000 - 400.000 đồng/năm. (Giá phân Cầu Diễn 800 - 2.000 đồng kg).

Bảng 4. Chi phí đầu tư ủ phân cho 1 gia đình

trong 1 năm

TT Thi ết bị Thành tiền (đồng)

1 Xô nhựa 87.000

2 Vòi dẫn nước rác 3.000

3 Chi phí chế phẩm 146.964

4 Vỉ ngăn 12.000

Tổng 248.964

Kết quả thu được từ phiếu điều tra cho thấy: có 52% gia đình (ước tính 50 hộ) đồng ý ủ phân, bón cây cảnh và rau trồng tại nhà. Chi phí đầu tư là: 248.964 × 50 = 12.448.200 đồng.

Khối lượng CTR hữu cơ : 37,8 × 50 × 12 = 22.680 kg/năm = 22,68 tấn/năm.

- Chi phí xử lý:

Khối lượng CTR là: 276,4 × 365 = 100.886 kg/năm ~ 240 m3/năm.

* Như vậy, kinh phí thực tế, vận chuyển và xử lý CTR khi chưa phân loại là:

160.000 × 240 = 38.400.000 đồng/năm.

Kinh phí vận chuyển, xử lý CTR sinh hoạt sau khi phân loại như sau:

- Khối lượng CTR hữu cơ: 55,2 × 276,4 × 365 = 55.689 kg/năm = 55,69 tấn/năm

- Lượng CTR hữu cơ phải đem đi xử lý: 55,69 - 22,68 = 33 tấn/năm

- Chi phí vận chuyển, xử lý CTR hữu cơ: 60.000 × 33 = 1.980.000 đồng/năm

- Lượng chất vô cơ đem chôn lấp 1 năm: 101 - 56 = 45 tấn/năm = 107 m3/năm

- Chi phí vận chuyển, xử lý CTR vô cơ là: 107 × 160.000 = 17.120.000 đồng/năm.

* Vậy, kinh phí vận chuyển và xử lý sau khi đã phân loại CTR là:

17.120.000 + 1.980.000 = 19.100.000 đồng

Phí môi trường thu được của tổ hiện nay là17.470.000 đồng/năm . Như vậy không đủ để xử lý CTR. Khi thực hiện mô hình phân loại, thu gom và xử lý CTR như đề xuất, mức đầu tư ban đầu gấp 2,5 lần so hiện tại nhưng khi đi vào hoạt động sẽ đem lại lợi ích về kinh tế.


126

Bảng 5. Tổng hợp kinh phí thực hiện xây dựng mô hình phân loại, thu gom và xử lý CTR sinh

hoạt tại tổ 7, p Tân Thịnh, tp Thái Nguyên Đơn vị: 1000 đồng

TT Hạng mục Trước dự án

Thực hiện dự án

1 Họp tuyên truyền 1.000 2 In áp phích 450 3 Tờ rơi 480 4 Thùng rác 2 ngăn 5.400 5 Xe thu gom 2 ngăn 2.200 6 Xô đựng CTR 2.880 7 Chi phí ủ rác 12.448 8 Xử lý CTR 38. 400 19.100

Tổng cộng 38.400 43.958

KẾT LUẬN

Qua quá trình điều tra, khảo sát thực địa tại tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên cho thấy:

- Xây dựng thành công mô hình phân loại, thu gom và xử lý CTRSH tại các hộ gia đình

- Hơn 85% hộ dân đồng ý phân loại CTR tại nguồn. CTR được chia làm 3 loại: CTR hữu cơ, CTR vô cơ và CTR tái chế.

- 52% hộ dân đồng ý ủ CTR hữu cơ tại gia đình.

- Chi phí xây dựng mô hình phân loại, thu gom và xử lý chất thải rắn sinh hoạt là 43.958.200 đồng.

- Hàm lượng chất dinh dưỡng trong phân ủ từ CTRSH cao, trong đó hàm lượng mùn đạt tiêu chuẩn làm phân bón cho các loại cây trồng [2].


[1]. Ứng Quốc Dũng, Trần Hiếu Nhuệ, Nguyễn Thị Kim Thái (2001), Quản lý chất thải rắn, Chất thải rắn đô thị, tập 1, Nxb Xây dựng. [2]. Nguyễn Xuân Nguyên (2004) Công nghệ xử lý rác thải và chất thải rắn, Nxb Khoa học và Kỹ thuật. [3]. Đồng Thị Phương Liên (2008), Khóa luận tốt nghiệp “Điều tra, đánh giá nguồn rác thải sinh hoạt và sử dụng một số chế phẩm vi sinh vật để xử lý rác hữu cơ làm phân bón và bảo vệ môi trường”, Đại học Nông Lâm - ĐHTN. [4]. UBND phường Tân Thịnh, Báo cáo tổng kết cuối năm 2009 tổ 7, phường Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên [5]. Trung tâm tư vấn công nghệ môi trường - Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam, 2005, Báo cáo kết quả thực hiện dự án: “Xây dựng mô hình phân loại, thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt cho các khu đô thị mới”, Hà Nội.

SUMMARY BUILDING A MODEL SORTING, COLLECTING AND PROCESING OF SOLID WASTE AT THE HOUSEHOLDS IN THE GROUP NO. 7, TAN THI NH WARD, THAI NGUYEN CITY

Nguyen Thu Huyen*, Nguyen Thi Dong

College of Sciences - Thai Nguyen University

The authors has researched and built a model on sorting, collecting and processing of household solid wastes at Group No.7, Tan Thinh Ward, Thai Nguyen City with 85% households agreed to sorting solid wastes at source. Building cost of this model is 43,958,200VND. In addition to 50 families participating in composting the solid waste in local will reduce 23 tons of dumping solid wastes/ year and 18,3 million VND of transport solid waste to the authorized dumping areas. Key words: model, sorting, collecting, processing, household solid waste, composting, dumping


Nguyễn Thị Hồng và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 127 - 132

127

HIỆN TRẠNG KHAI THÁC TH ỦY SẢN Ở QUẢNG NINH VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG TỚI MÔI TR ƯỜNG TỰ NHIÊN

Nguyễn Thị Hồng1, Nguyễn Thị Thu Cẩm2*

1 Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên 2Học viên cao học K17 – Trường ĐH Sư phạm – ĐH Thái nguyên

Thủy sản là ngành kinh tế có vai trò quan trọng trên nhiều phương diện: kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh quốc phòng và những tác động đến môi trường sinh thái. Với điều kiện tự nhiên khá thuận lợi, nghề khai thác thủy sản ở Quảng Ninh trong những năm qua đã có những bước phát triển đáng kể và đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển chung kinh tế của tỉnh. Tuy nhiên với tốc độ khai thác như hiện nay nguồn lợi thủy sản ở Quảng Ninh ngày một suy giảm, nhất là vùng gần bờ, do tàu thuyền tập trung cạnh tranh khai thác với mật độ cao, sử dụng các phương pháp đánh bắt mang tính hủy diệt như chất nổ, chất độc, xung điện…để khai thác vào mùa vụ sinh sản, giai đoạn còn nhỏ của các loài thủy sản, dẫn đến một số loài có nguy cơ cạn kiệt ở hầu hết các vùng nước ngọt, mặn, lợ, phá vỡ môi trường sinh thái, chất lượng sống của một số loài bị đe dọa, một số vùng còn có dấu hiệu ô nhiễm môi trường nước. Trước tình hình đó, yêu cầu các cơ quan ban ngành cần thực hiện các giải pháp sau một cách đồng bộ: quy hoạch tổng thể lại ngành thủy sản, chuyển đổi cơ cấu nghề nghiệp một cách hợp lí ở cả hai tuyến khai thác, phát triển nhân lực, tổ chức lại chuỗi sản xuất,…nhằm phát triển ngành thủy sản theo hướng nhanh và bền vững. Từ khóa: Khai thác, thủy sản, tác động, môi trường, tài nguyên

MỞ ĐẦU *

Thủy sản đã trở thành một ngành kinh tế quan trọng của đất nước, hàng năm đem về cho nước ta một nguồn ngoại tệ lớn, phục vụ tái đầu tư thực hiện công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Thuỷ sản còn được đánh giá là thực phẩm giàu chất đạm, cung cấp nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho con người, đồng thời giữ vai trò an ninh lương thực quốc gia, tạo việc làm và tăng thu nhập cho hàng ngàn lao động, góp phần xoá đói giảm nghèo cho đất nước. Ngành thủy sản của nước ta trong những năm gần đây đã có sự phát triển vượt bậc và đạt được nhiều kết quả to lớn. Hiện nay nước ta đã trở thành nước xuất khẩu thủy sản đứng thứ 6 trên thế giới, đứng thứ 3 thế giới về sản lượng thủy sản nuôi trồng và đứng thứ 13 thế giới về sản lượng khai thác hải sản.

Quảng Ninh là một tỉnh thuộc khu vực Đông Bắc Bộ, là một trong những địa phương ở nước ta có nhiều điều kiện tự nhiên thuận lợi để phát triển kinh tế thủy sản và có tiềm năng khai thác thủy sản to lớn. Ngư trường vùng biển Quảng Ninh có diện tích khoảng 2.600


hải lý vuông, được Bộ Nông nghiệp và PTNT xác định “Ngư trường Quảng Ninh – Hải Phòng là một trong 4 ngư trường khai thác trọng điểm của cả nước”. Vùng biển có độ sâu từ 30m nước trở vào là khu vực sinh sản và sinh trưởng của nhóm cá nổi như cá trích, cá nục, cá lầm và mực ống…Các loài cá tầng đáy cư trú và sinh sản vùng gần bờ, cồn rạn san hồ như cá song, cá hồng, cá tráp, cá trai và các loại tôm he, tôm sắt, tôm bột…Vùng ven bờ tỉnh Quảng Ninh có hàng ngàn hòn đảo lớn nhỏ đã tạo thành những áng, vụng kín gió là nơi cư trú, sinh trưởng và sinh sản của nhiều loại có giá trị kinh tế cao. Biển Quảng Ninh có những bãi tôm, bãi cá sinh trưởng tự nhiên như bãi tôm vùng hòn Mỹ, hòn Miều, vịnh Hạ Long, vịnh Bái Tử Long, vịnh Cô Tô,…

Theo số liệu điều tra của Viện nghiên cứu Hải sản Hải Phòng, Quảng Ninh hiện có 168 loài hải sản (chiếm 25,3%) thuộc 117 giống trong 69 họ (chiếm 51%) so với tiềm năng hải sản có trong vịnh Bắc Bộ, trong đó có nhiều loài hải sản có giá trị kinh tế cao như cá thu, cá nhụ, cá song…Trữ lượng nguồn lợi hải sản của Quảng Ninh lên tới 82.000 tấn, trong đó trữ lượng hải sản gần bờ là 38.000 tấn và xa


128

bờ 44.000 tấn. Khả năng khai thác cho phép là 29.000 tấn, chiếm 35,6% so với trữ lượng, trong đó khả năng được phép khai thác gần bờ là 11.600 tấn và xa bờ là 17.600 tấn [2]. Với tiềm năng như vậy tỉnh Quảng Ninh được Đảng, Nhà nước và nhân dân quan tâm đầu tư lớn cho phát triển kinh tế thủy sản, trong đó có các hoạt động sản xuất khai thác thủy sản.

HIỆN TRẠNG KHAI THÁC THUỶ SẢN Ở QUẢNG NINH

Nhờ những tiềm năng to lớn của tỉnh để phát triển thủy sản, cùng với những chính sách khuyến khích phát triển thủy sản và nhu cầu lớn của thị trường trong những năm qua, hoạt động khai thác thủy sản ở tỉnh Quảng Ninh ngày càng phát triển mạnh mẽ, sản lượng và giá trị của ngành thủy sản không ngừng tăng lên.

Sản lượng khai thác thủy sản tăng nhanh trong những năm qua, năm 2001 sản lượng thủy sản khai thác là 20.000 tấn, đến năm 2009 là 51.256 tấn. Qua 9 năm sản lượng thủy sản khai thác tăng 31.256 tấn, tăng gấp 2,6 lần. Trong tổng sản lượng khai thác thủy sản, cá chiếm tỉ trọng chủ yếu. Năm 2009 trữ lượng cá biển đạt 28.000 tấn, gấp 1,1 lần năm 2005 [4].

Giá trị sản xuất trong lĩnh vực khai thác thủy sản cũng theo đó mà tăng lên mạnh mẽ, đóng góp ngày càng nhiều vào thu nhập của tỉnh. Năm 2005 giá trị sản suất của ngành là 435,0 tỉ đồng, đến năm 2009 là 620,4 tỉ đồng, tăng gấp 1,4 lần [4].

Số lượng tàu thuyền tham gia khai thác thủy sản ở Quảng Ninh cũng tăng khá nhanh trong các năm qua. Năm 2002 toàn ngành có 7.198 tàu, tổng công suất là 114550 CV*, trong đó khai thác hải sản gần bờ có 7.008 chiếc, đến năm 2008 có 11.475 tàu, số tàu có công suất trên 90 CV là 152 chiếc. Năm 2009 có 12.077 tàu, số tàu đánh bắt hải sản xa bờ là 156 chiếc [4]. Theo đánh giá của các nhà nghiên cứu thì hiện nay số lượng tàu thuyền vẫn phát triển một cách tự phát, không theo định hướng qui hoạch phát triển biển, chủ yếu là phát triển các tàu thuyền có công suất nhỏ khai thác gần

* CV là viết tắt của từ tiếng Pháp: cheval-vapeur, nghĩa là mã lực hay sức ngựa

bờ, chiếm gần 97% tổng số tàu của toàn tỉnh. Để giảm áp lực cho nguồn lợi ven bờ, số tàu đánh bắt xa bờ có tăng nhưng chiếm tỉ trọng chưa cao. Trong năm 2009 có 8 tàu công suất 90 CV trở lên được đóng mới làm nghề khai thác và dịch vụ hậu cần nghề cá, bổ sung vào đội tàu khai thác xa bờ của tỉnh. Việc gia tăng số lượng tàu đánh bắt xa bờ ngoài ý nghĩa về kinh tế, tạo nhiều nguồn nguyên liệu chế biến xuất khẩu, giải quyết việc làm cho nhiều người lao động mà còn góp phần đảm bảo an ninh quốc phòng trên biển và bảo vệ nguồn lợi thủy sản gần bờ. Số lượng tàu tăng nên công suất khai thác cũng có xu hướng tăng. Năm 2000 là 10,1 nghìn CV, đến năm 2008 đã lên tới 22,8 nghìn CV (gấp 2,25 lần) [4].

Chủng loại tàu máy thay đổi theo hướng giảm tỉ lệ tàu thuyền nhỏ, tăng tỉ lệ tàu thuyền lớn.

Trước việc số lượng và công suất tàu thuyền tăng nhanh, công tác quản lí tàu cá cũng được chú trọng. Hiện nay đã có 95% tàu cá được đăng kí đăng kiểm, một con số khá cao từ trước tới nay. Mặt khác do có quyền lợi kinh tế nên ngư dân cũng chủ động gặp cơ quan nhà nước để đăng kí. Số tàu chưa được đăng kí và cấp phép chủ yếu là tàu thuyền thủ công, lắp máy dưới 20 CV hoạt động gần bờ.

Về cơ cấu nghề nghiệp khai thác thủy sản ở Quảng Ninh rất đa dạng và phong phú. Theo thống kê của Chi cục có 24 loại nghề khai thác khác nhau thuộc 4 nhóm nghề chính bao gồm: nhóm nghề câu, nhóm nghề lưới kéo, nhóm nghề chài chụp kết hợp ánh sáng, nhóm nghề lưới rê, khai thác trên các vùng biển tỉnh Quảng Ninh. Kết quả điều tra cho thấy các nghề khai thác đều đem lại hiệu quả cao, sản lượng khai thác liên tục tăng. Năm 2010 sản lượng khai thác thủy sản là 51.380 tấn bao gồm 28.136 tấn cá, 6.020 tấn tôm, 3.249 tấn mực, 5.650 tấn nhuyễn thể, 8.329 tấn hải sản khác [1]. Sự phát triển của hoạt động khai thác thủy sản trong ngành kinh tế thủy sản Quảng Ninh là sự phát triển toàn diện cả đánh bắt gần bờ và đánh bắt xa bờ, góp phần gia tăng giá trị sản xuất của ngành ngày càng cao, đóng góp ngày càng nhiều vào thu nhập của tỉnh.

Tuy nhiên, tùy vào đặc điểm của từng địa phương và đặc điểm nguồn lợi hải sản của


129

từng huyện, thị mà phổ biến nghề khai thác nào cho phù hợp. Vùng biển Yên Hưng (chủ yếu là xã Phong Cốc, Cẩm La) có nghề lưới kéo là nghề truyền thống, họ chèo thuyền kéo giã từ Yên Hưng đến Vân Đồn, sản phẩm thu được là các loại tôm và cá ở tầng đáy như cá trai, cá bơn, cá uốp, cá ót. Tại Hoành Bồ có nghề cá lưới kìm, lưới cá đối, câu tay, câu quay. Ngoài đảo Vân Hải có nghề truyền thống lưới rê mòi ở đảo Vĩnh Thực (Móng Cái) và nghề tưng (vó bè trên biển). Tại các huyện Vân Đồn, Hải Hà phát triển mạnh nghề chài chụp, ngư trường hoạt động rộng, sản phẩm chủ yếu là mực ống và cá nổi. Ngoài ra trong vùng còn phát triển các nghề khai thác ven bờ khác như rê 3 lớp tôm ghẹ, chụp mực, khai thác sứa. Vào vụ Nam các tàu nhỏ ven bờ chuyển nghề khai thác sứa, lưới ghẹ đem lại hiệu quả kinh tế cao. Khi hết vụ sứa và vào đầu vụ Bắc các tàu quay lại các nghề truyền thống như rê trôi, giã tôm, cào ngao, vạng,…Như vậy cơ cấu nghề nghiệp khai thác thủy sản ở Quảng Ninh rất phong phú và đa dạng do tính đa loài của nguồn lợi thủy sản, ngư dân tiến hành đánh bắt quanh năm nhưng tập trung vào hai vụ chính là vụ cá Bắc ( từ tháng XI đến tháng VI năm sau) và vụ cá Nam (từ tháng V đến tháng X).

Về tổ chức khai thác, hiện nay trên địa bàn tỉnh đã thành lập một số tổ đội sản xuất nhưng hoạt động của các tổ đội này mới chỉ ở mức độ hỗ trợ an toàn trên biển trong quá trình sản xuất, một số tổ đội hoạt động có hiệu quả như tổ đội câu vàng tại xã Tân An huyện Yên Hưng, các tổ đội chài chụp tại huyện Vân Đồn, Hải Hà…Đa số các tổ đội có công suất lớn, hoạt động khai thác chủ yếu tại tuyến khơi, thời gian một chuyến đi biển thường kéo dài 15 - 20 ngày.

Như vậy tiềm năng thủy sản Quảng Ninh khá phong phú và đa dạng, tuy nhiên phương thức khai thác chưa đạt hiệu quả cao và đã gây ra những ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường.

HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC THỦY SẢN TÁC ĐỘNG TỚI TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Tác động tới môi trường nước

Các hoạt động khai thác thủy sản diễn ra quanh năm ở cả môi trường nước ngọt, nước lợ và nước mặn. Trong quá trình khai thác của con người không chỉ làm suy giảm tài nguyên đa dạng sinh học biển mà còn gây ô nhiễm môi trường nước. Hiện nay số lượng tàu thuyền khai thác thủy sản trên biển và các hoạt động vận tải biển ngày càng tăng vì vậy xăng dầu và các chất thải từ xăng dầu ra biển ngày càng nhiều gây ô nhiễm vùng nước, tác động xấu tới môi trường. Hàm lượng dầu trong vùng nghiên cứu tăng đáng kể từ tháng 8 đến tháng 11 đặc biệt là vùng biển ven bờ Quảng Ninh. Nếu trong tháng 8 hàm lượng dầu cao nhất là 0,78mg/l thì trong tháng 11 giá trị trung bình toàn khu vực ven bờ đạt 0,76mg/l [5]. Thuyền không chỉ là công cụ đánh bắt mà còn là nhà của ngư dân. Con thuyền gắn bó với cuộc đời ngư dân sống thủy cư, họ thờ cúng tổ tiên trên thuyền. Một bộ phận ngư dân sống trên thuyền tập trung thành các làng chài ven biển thường xuyên thải các chất thải sinh hoạt xuống biển gây ô nhiễm môi trường nước. Không chỉ có vậy, các hoạt động khai thác thủy sản có sử dụng các hóa chất độc hại, thuốc nổ, xung điện…dẫn đến nhiều đàn cá, đàn tôm bị chết hàng loạt, xác bị phân hủy thối rữa, trôi nổi trên biển bốc mùi gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đồng thời làm giảm giá trị mĩ quan của khu vực.

Tác động tới tài nguyên đa dạng sinh học

Nguồn lợi thủy sản không phải là vô tận như chúng ta vẫn nghĩ mặc dù chúng có khả năng tái sinh, với tốc độ khai thác như hiện nay thì nguồn lợi ngày một suy giảm và đang có nguy cơ cạn kiệt, đặc biệt một số loại hải sản có giá trị kinh tế cao như hải sâm, bào ngư, tôm hùm, cá song, cá mú, cá hồng, cua, sò, ốc… Theo số liệu thống kê, sản lượng khai thác năm 2008 là 49.682 tấn, vượt 414% so với trữ lượng khai thác là 12.000 tấn [2], do đó


130

nguồn lợi đã và đang bị ảnh hưởng rất lớn, không thể tái tạo kịp. Hiện nay nguồn lợi thủy sản ở một số khu vực có độ sâu 30m nước trở vào đã bị khai thác vượt quá 200% - 300% giới hạn cho phép, năng suất khai thác của một số nghề chính như lưới kéo, rê, chài chụp kết hợp ánh sáng…giảm từ 30% - 60% so với những năm đầu thập kỉ 90, tỉ lệ cá tạp trong một mẻ lưới chiếm từ 60% - 85% (trong đầu thập kỉ 80 tỉ lệ này nhỏ hơn 50%). Tỉ lệ thủy sản chưa trưởng thành lẫn trong một mẻ lưới vượt quá giới hạn cho phép từ 20% - 45% (Theo Thông tư số 02/2006 ngày 20/3/2006 của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn qui định tỉ lệ này phải nhỏ hơn 15%) [1].

Thêm vào đó, trên 80% tàu thuyền công suất nhỏ thường tập trung khai thác quá mức với cường độ lớn ở gần bờ từ độ sâu 30 – 50m nước trở vào, qui mô thì nhỏ lẻ, số tàu có công suất cao tăng nhưng chưa được trang bị đầy đủ các phương tiện, việc đầu tư chưa đồng bộ, mới chú trọng khâu đóng tàu trong khi ngư dân thiếu kĩ năng đánh bắt xa bờ, bảo quản sản phẩm sau khi đánh bắt còn lạc hậu, một số tàu vi phạm các qui định Nhà nước như khai thác trong vùng cấm có thời hạn, đó là khu vực Mỹ - Miều và khu vực Cô Tô làm đe dọa tới sự tái tạo của nguồn lợi thủy sản. Một số loài có nguy cơ hủy diệt như tôm he, cá mú và các loài nhuyễn thể như trai ngọc, bào ngư, tù hài…

Trong những năm gần đây do thời tiết có nhiều thay đổi, nhiều thiên tai và giá xăng liên tục tăng trong khi đó giá sản phẩm thủy sản không tăng, thậm chí có lúc xuống giá gây khó khăn cho đời sống ngư dân, một số tàu đánh bắt xa bờ lại vào khai thác vùng gần bờ gây nên tình trạng cạnh tranh gay gắt giữa các nghề khai thác khác nhau trong cùng một vùng biển. Điều này đã gây tác động đến nguồn lợi thủy sản. Vì cuộc sống mưu sinh nhóm ngư dân này đã sử dụng công cụ có mắt lưới nhỏ hơn qui định để khai thác thủy sản nên tỉ lệ cá con bị đánh bắt cao.

Nhiều phương pháp đánh bắt mang tính hủy diệt như sử dụng chất nổ, chất độc, xung điện…để khai thác vào mùa vụ sinh sản, giai đoạn còn nhỏ của các loài thủy sản, dẫn đến

một số loài có nguy cơ cạn kiệt ở hầu hết các vùng nước ngọt, mặn, lợ làm cho hủy hoại môi sinh và môi trường của các vùng biển, chất lượng sống của một số loài bị đe dọa, một số vùng còn có dấu hiệu ô nhiễm. Tình trạng khai thác triệt để các giống loài hải sản còn nhỏ bán ra nước ngoài là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng suy giảm nguồn lợi hải sản, bình quân hàng năm có khoảng 90 – 100 tấn cá giống bị khai thác bán sang thị trường Trung Quốc. Với tốc độ khai thác thủy sản và việc chuyển đổi mục đích sử dụng sang nuôi trồng thủy sản như hiện nay còn khiến cho nhiều hệ sinh thái ven bờ như rừng ngập mặn, rạn san hô, thảm cỏ biển... là nơi cư trú, cung cấp thức ăn và bãi đẻ cho các loài hải sản cũng đang bị phá huỷ nghiêm trọng và làm mất đi tính đa dạng sinh học của chúng.

Theo Chi cục bảo vệ nguồn lợi và thú y thủy sản thì công tác quản lý của tỉnh Quảng Ninh đối với nghề khai thác thủy sản còn nhiều bất cập, việc điều tra nguồn lợi, dự báo ngư trường, mùa vụ còn hạn chế. Công tác quản lí nguồn lợi, đăng kí, đăng kiểm, cấp phép hoạt động nghề cá gặp nhiều khó khăn. Với điều kiện con người, cơ sở vật chất như hiện nay không đủ năng lực để thực hiện việc bảo vệ các vùng cấm, các đối tượng cấm khai thác cũng như kiểm soát vùng biển khơi. Bên cạnh đó cơ cấu nghề nghiệp khai thác chưa hợp lí, tốc độ chuyển dịch còn chậm do chưa có chính sách để khuyến khích ngư dân. Chất lượng tàu thuyền tham gia khai thác chưa đảm bảo, công nghệ khai thác lạc hậu, hơn nữa các nghề đánh bắt xa bờ đòi hỏi vốn khá lớn, trong khi khả năng đầu tư của ngư dân còn thấp, số vốn huy động chủ yếu từ các nguồn vay. Lao động khai thác hải sản chưa đáp ứng được yêu cầu về số lượng cũng như chất lượng, lực lượng lao động qua đào tạo ít, hoạt động khai thác chủ yếu dựa vào kinh nghiệm tích lũy được. Cơ sở hậu cần, dịch vụ các cơ sở bến cá, cảng cá, cơ khí sửa chữa, tàu hậu cần dịch vụ…cho khai thác thủy sản còn yếu và thiếu đồng bộ, chưa đáp ứng được yêu cầu.


131

KIẾN NGHỊ MỘT SỐ GIẢI PHÁP

Từ thực tế trên yêu cầu đặt ra đối với các cơ quan chức năng của tỉnh Quảng Ninh là cần sớm đưa ra các giải pháp sau nhằm bảo vệ nguồn lợi thủy sản phát triển bền vững và môi trường sinh thái biển:

- Tuyên truyền Luật Thủy sản và nâng cao ý thức của ngư dân trong việc bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn lợi thủy sản, vận động ngư dân không dùng phương tiện đánh bắt hủy diệt

- Cần tiến hành chuyển đổi cơ cấu nghề ngiệp một cách hợp lí ở cả hai tuyến khai thác, phát triển nghề khai thác xa bờ, chuyển dần một bộ phận những hộ có tàu nhỏ làm nghề khai thác ven bờ kém hiệu quả sang nuôi trồng, dịch vụ thủy sản,…nhằm đảm bảo tính bền vững của ngư trường. Từng bước hình thành những đội tàu khai thác xa bờ với trang bị kĩ thuật hiện đại, nâng cao năng suất khai thác so với gần bờ, nâng cao trình độ kĩ thuật và kinh nghiệm khai thác của ngư dân, thuyền trưởng và thủy thủ trên tàu, theo đó xác định số lượng tàu thuyền của từng loại nghề và từng cỡ công suất máy cho mỗi vùng biển.

- Tiến hành phân chia một cách hợp lí số lượng tàu thuyền ở mỗi huyện ven biển trên cùng một vùng biển trên cơ sở nguồn lợi của địa phương đó. Hỗ trợ một phần nguồn vốn (hoặc lãi suất) cho các đơn vị, hộ dân có dự án đóng mới, nâng cấp tàu đánh bắt xa bờ, hỗ trợ các hộ có nhu cầu chuyển đổi từ đánh bắt gần bờ kém hiệu quả sang nuôi trồng thủy sản hoặc chuyển sang làm tàu dịch vụ trên biển. Tăng sản lượng và nâng cao giá trị sản lượng khai thác thủy sản là góp phần tăng kim ngạch xuất khẩu, nâng cao thu nhập và mức sống của ngư dân, góp phần xóa đói giảm nghèo cho cộng đồng ngư dân và đảm bảo an toàn thực phẩm.

- Tăng cường kiểm tra, kiểm soát và xử lý nghiêm những trường hợp vi phạm trong vùng cấm khai thác. Đây là biện pháp nhằm tái tạo

và bảo vệ nguồn lợi thủy sản, hệ sinh thái, môi trường sống của các loài thủy sinh vật.

- Củng cố và xây dựng các Hợp tác xã nghề cá hay tổ đội sản xuất khai thác thủy sản vì đây là cầu nối giữa cộng đồng ngư dân và Chính quyền địa phương, các cơ quan chuyên môn để thực hiện các chủ trương, chính sách quản lí nghề cá.

- Xây dựng các mô hình sản xuất có hiệu quả như nghề câu khơi, chụp mực khơi, giã đơn khai thác ngư trường 20m nước trở ra có sự hỗ trợ đầu tư của Nhà nước. Từng bước đẩy mạnh việc chuyển giao công nghệ sản xuất mới, áp dụng các nghiên cứu khoa học kĩ thuật vào trong sản xuất nhằm phát triển nhanh và hiệu quả ngành kinh tế thủy sản trong tỉnh.

- Tiếp tục củng cố lại bộ máy khuyến ngư từ cấp tỉnh đến cấp huyện rồi đến cấp xã, hợp tác xã nuôi trồng và khai thác thủy sản tạo ra hệ thống khuyến ngư bao quát toàn tỉnh.

- Cần xây dựng kế hoạch đào tạo, bồi dưỡng cán bộ khuyến ngư để nâng cao trình độ quản lí, nghiệp vụ khuyến ngư, trình độ kĩ thuật và kinh nghiệm thực tiễn.


[1]. Sở NN và PTNT tỉnh Quảng Ninh, Báo cáo kết quả khai thác thủy sản năm 2009, kế hoạch triển khai nhiệm vụ năm 2010 tỉnh Quảng Ninh. [2]. Sở NN và PTNT tỉnh Quảng Ninh, Báo cáo “ Điều chỉnh qui hoạch tổng thể ngành thủy sản tỉnh Quảng Ninh đến năm 2010, xây dựng quy hoạch đến năm 2015 và định hướng đến năm 2010” [3]. Sở NN và PTNT tỉnh Quảng Ninh, Báo cáo Tổng kết vụ cá Bắc năm 2009, kế hoạch triển khai vụ cá Nam năm 2010 tỉnh Quảng Ninh. [4]. Cục thống kê Quảng Ninh, Niên giám thống kê tỉnh Quảng Ninh, 2000 – 2008. [5]. Bộ thủy sản, Dự án phát triển nuôi hải sản trên vùng biển Hải Phòng – Quảng Ninh giai đoạn 2002 – 2010 6. Thuysanquangninh.com.vn: Trang web của Sở Thủy sản Quảng Ninh.


132

SUMMARY THE STATEMENT OF EXPLOITATION OF AQUATIC RESOURCES IN QUANG NINH PROVINCE AND ITS IMPACTS TO THE NATURAL ENVIRONMENT

Nguyen Thi Hong, Nguyen Thi Thu Cam*

College of Eduaction – TNU

Fisheries is an economic sector that plays an important role in many aspects: economic, cultural, social, national security and the impacts on ecological environment. With its favorable natural conditions, the exploitation of aquatic resources in Quang Ninh province in recent years has seen considerable development and plays an important role in the development of the provincial economy. But with the current speed of exploitation, fisheries resources in Quang Ninh are on a decline, especially in areas close to shore, due to boats’ operations at high densities, using the fishing methods with high holocaust, such as: explosives, poisons, electrical impulses ... to exploit in the reproductive season, early stages of aquatic species that leads to a number of species at the risk of depletion in most fresh, salty, brackish waters, breaks the ecological environment, threatens the life quality of some species, signs of water pollution still being showed in some regions. Under these circumstances, it requires agencies to implement the following measures simultaneously: restructure totally the fishery sector as well as change over the job structure reasonably in both lines of exploitation, develop human resources, reorganize the production chain, ... in order to develop the fisheries sector towards to a rapid and sustainable direction. Key words: exploitation, fisheries, impact, environment, natural


Bạch Phương Vinh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 133 - 139

133

RÈN LUYỆN MỘT SỐ HOẠT ĐỘNG TRÍ TUỆ CHUNG CÙNG VỚI CÁC HOẠT ĐỘNG TRÍ TUỆ PHỔ BIẾN TRONG TOÁN HỌC CHO HỌC SINH LỚP 9 THÔNG QUA BÀI TẬP HÌNH HỌC PHẲNG

Bạch Phương Vinh*

Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT Dạy học giải bài tập hình học phẳng ở lớp 9 nhằm thực hiện một trong những nhiệm vụ của môn học là phát triển trí tuệ cho học sinh; điều này sẽ có ý nghĩa sâu sắc hơn nếu người giáo viên luôn tạo cơ hội cho học sinh thực hiện các hoạt động trí tuệ chung: phân tích, tổng hợp, tương tự, khái quát hóa, đặc biệt hóa... cùng với các hoạt động trí tuệ phổ biến trong toán học: phân chia trường hợp, lật ngược vấn đề, xét tính giải được...trong quá trình học sinh đi tìm lời giải và suy nghĩ khai thác bài tập hình học. Từ khóa: Hoạt động trí tuệ, tư duy, học sinh, bài tập hình học, lớp 9

Phát triển trí tuệ cho học sinh (HS) là nhiệm vụ của mọi môn học trong trường phổ thông, nhất là đối với môn toán ở trường trung học cơ sở (THCS) càng có nhiều điều kiện thuận lợi để thực hiện nhiệm vụ này. Đối với dạy học giải bài tập hình học phẳng ở lớp 9, để thực hiện nhiệm vụ trên người giáo viên (GV) phải luôn tạo cho HS cơ hội thực hiện các hoạt động trí tuệ (HĐTT) chung: phân tích, tổng hợp, so sánh, tương tự, khái quát hóa, trừu tượng hóa, đặc biệt biệt hóa... cùng với các HĐTT phổ biến trong toán học: phân chia trường hợp, lật ngược vấn đề, xét tính giải được...trong quá trình HS đi tìm lời giải của bài toán. Điều này sẽ có ý nghĩa sâu sắc hơn nếu GV luôn tạo cơ hội cho HS thực hiện các HĐTT chung cùng với các HĐTT phổ biến trong toán học không chỉ ở việc HS đi tìm lời giải của bài toán hình học mà ở cả việc HS nghiên cứu khai thác bài toán. Đó cũng chính là mục đích dạy học của môn học nhằm phát triển tư duy sáng tạo cho HS.*

Các dạng toán hình học phẳng lớp 9 rất phong phú và đa dạng. Mỗi dạng toán đều có những phương pháp (PP) giải cơ bản và đặc trưng, tuy nhiên không phải lúc nào tuân theo những phương pháp đó đều giải được bài toán; mà còn đòi hỏi HS phải biết nhìn bài toán một cách tổng hợp để phân tích bài toán quy lạ về quen, biết phân chia trường hợp, so sánh, khái *

quát hóa, đặc biệt hóa, tổng quát hóa, biết lật ngược vấn đề và xét tính giải được của bài toán… để lựa chọn những PP và cách thức phù hợp, hiệu quả nhằm giải quyết bài toán, đưa ra được lời giải, tiến tới có lời giải hay, ngắn gọn, độc đáo... từ đó đề xuất những bài toán tương tự, đặc biệt và cũng có thể là những bài toán “khái quát, tổng quát hơn”, những bài toán mới. Trong quá trình đó HS được rèn luyện các HĐTT chung cùng với các HĐTT phổ biến trong toán học, góp phần phát triển cho HS khả năng quan sát, năng lực phát hiện giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo.

Sau đây là bài tập hình học lớp 9, xuất phát từ việc đi tìm lời giải và khai thác bài toán nhằm rèn luyện cho HS một số HĐTT chung cùng với các HĐTT phổ biến trong toán học.

Ví dụ 1. “Cho tam giác đều ABC nội tiếp trong đường tròn (O). Điểm M thuộc cung BC .

Chứng minh rằng MA = MB + MC”.

• Phân tích bài toán tìm cách giải

Muốn chứng minh MA = MB + MC

(phân tích tách ra những thuộc tính của bài toán (cái toàn thể)) gợi cho HS liên tưởng đến việc tạo đoạn thẳng AD nằm trên MA sao cho AD = MC (hoặc AD = MB), hình (H 1); khi đó chỉ còn phải chứng minh MB = MD (hoặc MC = MD). Điều này có được từ các cặp tam giác bằng nhau.


134

Nếu nhìn bài toán theo quan điểm biến hình (từ mối quan hệ giữa hai cách giải bài toán theo PP tổng hợp và PP biến hình), gợi cho HS liên tưởng đến việc dời MC đến MA, ở đây sử dụng phép quay tâm B góc quay 600 chiều quay ngược chiều kim đồng hồ; dựa vào tính chất của phép quay suy ra điều phải chứng minh. • Trình bày lời giải (HĐ tổng hợp - hợp lại các phần của bài toán ) +) Cách 1: Phương pháp tổng hợp Lấy D∈AM sao cho MC = DA (1), có ∆ABD = ∆CBM (c.g.c) => MB = DB và 0BMD 60= (góc nội tiếp chắn cung AB ) => ∆DBM đều => MB = MD (2). Từ (1) & (2) => MA=MD + DA=MB + MC điều phải chứng minh (đpcm), hình (H 1). +) Cách 2: Phương pháp biến hình Theo giả thiết (gt): (MC, MA) = 600 => Q(B, 600): MC → MA C → A (vì ∆ABC đều) M → D ∈ MA (chiều quay ngược chiều kim đồng hồ), theo tính chất của phép quay => MC = DA (1) và BM = BD, 0MBD 60= => ∆ BMD đều => MB = MD (2). Từ (1) & (2) ta có: MA = MD + DA = MB + MC (đpcm). • Khai thác bài toán Khai thác bài toán theo hướng tìm thêm nhiều cách giải khác nhau. *) HĐ Phân tích bài toán theo PP giải

Chứng minh MA = MB + MC theo cách 1, đặt MC trên MA bằng cách lấy D∈MA sao cho MC = DA và chứng minh MB = MD; mà MA, MB, MC có vai trò như nhau vì chúng đều là dây cung của (O);

*) HĐ tương tự và xét tính giải được

Cách 1.1: Đặt MC trên MB bằng cách

lấy D thuộc tia đối của tia MB sao cho MD = MC. Khi đó, chứng minh MA = MB + MC ⇐ MA = DB ⇐ ∆ MAC = ∆ DBC (c.g.c), hình (H1.1); Cách 1.2: hoặc đặt MB trên MC, bằng cách lấy D thuộc tia đối của tia CM sao cho CD = MB. Khi đó, chứng minh MA = MB + MC

⇐ MA = MD ⇐ ∆ AMD đều ⇐ ∆ MAB = ∆ DAC (c.g.c), hình (H 1.2).

Cách 3: Chứng minh MA = MB + MC, gợi cho HS liên tưởng đến PP chứng minh đẳng thức hình học nhờ các tỉ số có từ hai tam giác đồng dạng. Xét ∆ MBE : ∆ MAC và ∆ MCE: ∆ MAB

⇒ MB BE MC EC ;

MA AC MA BA= =

⇒ MB MC BE EC MB MC1

MA MA AC BA MA

++ = + ⇔ =

⇒ MA = MB + MC (đpcm), hình (H 2)

(H 1)

(H 1.1)

(H 1.2)

(H 2)


135

Cách 4: Chứng minh MA = MB + MC, gợi cho HS liên tưởng đến PP chứng minh đẳng thức hình học dựa vào tính chất của đường phân giác trong tam giác.

Theo gt ta có 0BMA AMC 60= = , nên MA là

đường phân giác của góc BMC ⇒MB BE MC.BE

MB = MC EC EC

= ⇒

MC.BE MC(BE EC) MB + MC = MC

EC ECMC.AB

MA (vì MCE MAB)CE

+⇒ + =

= = ∆ ∆

(đpcm), hình (H 2). Cách 5: Chứng minh MA = MB + MC,

gợi cho HS liên tưởng đến PP vận dụng định lý Ptôlêmê vào tứ giác ABMC nội tiếp đường tròn (O) ta có: AB.MC + AC.MB = BC.AM vì AB, BC, AC là các cạnh của tam giác đều, nên MA = MB + MC (đpcm), hình (H 2).

Trong dạy học giải bài tập hình học phẳng nếu người GV luôn tạo cho HS thói quen tìm nhiều lời giải của bài toán, điều đó không chỉ là cơ hội để HS được rèn luyện các HĐTT, mà HS còn được hệ thống hóa các kiến thức kĩ năng đã học, thể hiện ở các dạng tri thức: tri thức nội dung, tri thức chuẩn, tri thức giá trị và đặc biệt là tri thức phương pháp. Khai thác bài toán theo hướng đề xuất bài toán mới (bài toán tương tự, khái quát hóa, tổng quát hóa,...) *) Rèn luyện HĐ phân tích tổng hợp, tương tự, khái quát hóa... cùng với HĐ lật ngược vấn đề, phân chia trường hợp và xét tính giải được của bài toán...

Nhằm trả lời cho câu hỏi: M∈cung BC thì MA = MB + MC, ngược lại, nếu có MA = MB + MC thì M có thuộc cung BC không? *) Rèn luyện HĐ phân tích với HĐ phân chia trường hợp và xét tính giải được: Xét các vị trí tương đối của điểm M với ABC∆ và đường tròn (O) ngoại tiếp tam giác.

∀ M∈ BC (từ kết quả của ví dụ 1) đều có tính chất MA = MB + MC;

Nếu M ở trong ABC∆ (M ≠ B, M ≠ C) thì MA < MB + MC, hình (H 3);

Nếu M ở ngoài ABC∆ (M∉ BC ) thì MA < MB + MC, hình (H 4). Thật vậy, ta có góc hợp bởi đường thẳng MC

với AM khác 060 nên trong phép quay Q(B, 060 ), chiều quay ngược chiều kim đồng hồ M

∈MC có ảnh là D AM BMD∉ ⇒ ∆ là tam giác đều ⇒ MB = MD = BD ⇒

ABD CBM∆ = ∆ (c. g. c) ⇒ MC = DA mà MA < MD + DA (do xét ∆MAD). Do đó, MA < MB + MC. Như vậy, chỉ các điểm M∈ BC thỏa mãn MA = MB + MC, nên ta có bài toán đảo của ví dụ 1 như sau: Bài toán 1.1. Cho tam giác đều ABC, nếu MA

= MB + MC thì M nằm trên cung BC của đường tròn ngoại tiếp tam giác đều ABC. *) HĐ tổng hợp: Kết hợp ví dụ 1 và bài toán 1.1 đi đến bài toán quỹ tích:

Bài toán 1.2. Cho tam giác đều ABC. Chứng minh rằng quỹ tích những điểm M thoả mãn MA = MB + MC là cung BC của đường tròn ngoại tiếp tam giác đều ABC.

(H 3)

(H 4)

:


136

*) Rèn luyện HĐ tổng hợp, khái quát hóa từ kết quả của HĐ phân tích cùng với HĐ phân chia trường hợp: Từ các kết quả của ví dụ 1, bài toán 1.1; 1.2 đi đến bài toán khái quát hóa: Bài toán 1.3. Trong mặt phẳng cho tam giác đều ABC và một điểm M bất kì. Chứng minh rằng MA ≤ MB + MC. Dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi M nằm trên cung BC của đường tròn ngoại tiếp tam giác đều ABC. *) Nhận xét: Từ bất đẳng thức MA ≤ MB + MC gợi cho HS liên tưởng đến bài toán cực trị hình học và đi đến bài toán mới sau: Bài toán 1.4. Cho tam giác đều ABC nội tiếp trong đường tròn (O). Hãy xác định vị trí của điểm M trên cung BC sao cho tổng MA + MB + MC có giá trị lớn nhất. Theo kết quả trên MA + MB + MC = 2MA ⇔ M∈cung BC . Tổng MA + MB + MC sẽ lớn nhất khi MA lớn nhất, MA là một dây của (O) nên lớn nhất khi nó là đường kính của (O). Vậy M ≡ I (I = AO ∩ BC ) là điểm chính giữa của cung BC , hình (H 5).

*) Quan sát hình vẽ (H 6) và tiếp tục phân tích bài toán: Từ bất đẳng thức MB + MC ≥ MA, ta có độ dài MA luôn thay đổi. Nếu lấy một điểm N ở ngoài (O) và thuộc miền trong góc BAC thì MB + MC + MN ≥ AM + MN ≥ AN.

Do đó nếu B, C, N cố định ⇒ A cố định ⇒ Tổng MB + MC + MN có giá trị nhỏ nhất là AN ⇔ A, M, N thẳng hàng hay M = AN∩BC , ta đi đến bài toán mới:

Bài toán 1.5. Xác định điểm Q thuộc miền trong tam giác ABC sao cho tổng QA + QB + QC có giá trị nhỏ nhất.

Dựng tam giác đều BCN sao cho A và N nằm về 2 phía của BC. Dựng đường tròn ngoại tiếp ∆ BCN ⇒ Q = AN∩ BC của đường tròn ngoại tiếp ∆ BCN, hình (H 7).

*) Nhận xét: Để có giao điểm Q thì ∆ ABC phải có các góc không lớn hơn 1200. Trường hợp ∆ ABC có góc lớn hơn 1200 thì Q chính là đỉnh của góc lớn nhất. Có thể xác định điểm Q như sau: Q = BP∩ AC của đường tròn ngoại tiếp tam giác đều ACP (hoặc Q =

CM ∩ AB của đường tròn ngoại tiếp tam giác đều ABM), hình (H 8).

(H 5)

(H 6)

(H 7)

*) HĐ tổng hợp, từ kết quả của bài toán và các nhận xét trên, đề xuất các bài toán chứng minh sau: Bài toán 1.6. Cho tam giác ABC dựng các tam giác đều MAB, NBC, PAC thuộc miền ngoài tam giác ABC. Chứng minh rằng 3 đường tròn ngoại tiếp 3 tam giác đều đó cùng đi qua một điểm.


137

Bài toán 1.7. Cho tam giác ABC dựng các tam giác đều MAB, NBC, PAC thuộc miền ngoài tam giác ABC. Chứng minh rằng đường thẳng MC, NA, PB đồng quy tại một điểm chính là giao điểm của ba đường tròn ngoại tiếp ba tam giác đều.

Bài toán 1.8. Cho tam giác ABC dựng các tam giác đều MAB, NBC, PAC thuộc miền ngoài tam giác ABC. Chứng minh rằng MC = NA = PB và góc tạo bởi hai đoạn thẳng bằng nhau ấy bằng 600.

*) Như vậy, quá trình phân tích bài toán tìm lời giải và khai thác ví dụ 1, HS được rèn luyện các HĐTT chung cùng với các HĐTT phổ biến trong toán học:

- Thực hiện HĐ lật ngược vấn đề, xét bài toán 1.1 là bài toán đảo của ví dụ 1;

- Thực hiện HĐ tổng hợp: kết hợp ví dụ 1 và bài toán 1.1 có bài toán 1.2 là một bài toán quỹ tích;

- Thực hiện HĐ phân chia trường hợp, xét tính giải được đối với vị trí tương đối của các hình đã cho kết hợp với HĐ tổng hợp và khái quát hóa từ các kết quả của ví dụ 1; bài toán 1.1; bài toán 1.2 ta có kết quả khái quát hóa là bài toán 1.3;

- Thực hiện HĐ tổng hợp từ bất đẳng thức của bài toán 1.3 gợi cho HS liên tưởng và đi đến các bài toán cực trị: bài toán 1.4, bài toán 1.5;

- Xét các trường hợp của bài toán cực trị ta phải giải quyết bài toán dựng hình và đề xuất được bài toán chứng minh các đường đồng qui: chứng minh các đường tròn đồng qui - bài toán 1.6; chứng minh các đường thẳng đồng qui - bài toán 1.7;

Tổng hợp các kết quả trên đề xuất được bài toán 1.8 rất thú vị, mà tri thức phương pháp hình thành trong bài toán 1.8 được vận dụng để giải một chuỗi các bài toán tương tự và mở rộng của bài toán 1.8.

*) Tri thức phương pháp áp dụng để giải bài toán 1.8 (sử dụng PP tổng hợp hoặc PP biến hình):

- Chứng minh các cặp tam giác bằng nhau;

- Từ hai tam giác bằng nhau suy ra các yếu tố tương ứng bằng nhau;

- Vận dụng tính chất: Trong hai tam giác có hai góc tương ứng bằng nhau từng đôi một thì góc tương ứng thứ ba của chúng cũng bằng nhau, đi đến đpcm. *) Tri thức PP giải bài toán 1.8 có thể sử dụng để giải các bài toán tương tự và mở rộng từ bài toán 1.8 được đề xuất bằng cách thay đổi điều kiện của bài toán. Bài toán 1.9. Cho tứ giác lồi ABCD, dựng các tam giác đều MAB, NCD thuộc miền ngoài của tứ giác và tam giác đều PBC thuộc miền trong của tứ giác. Chứng minh rằng MP = AC, PN = BD và góc tạo bởi hai đoạn thẳng bằng nhau bằng 600. Bài toán 1.10. Cho 3 điểm thẳng hàng A, B, C theo thứ tự đó. Trên nửa mặt phẳng bờ AC dựng các tam giác đều MAB, NBC. Chứng minh rằng AN = CM và góc tạo bởi hai đoạn thẳng đó bằng 600.

(H 8)

(H 9)


138

Bài toán 1.11. Cho 3 điểm thẳng hàng A, B, C theo thứ tự đó. Dựng tam giác đều MAC, NAB thuộc về hai nửa mặt phẳng đối nhau bờ AC. Chứng minh rằng MB = NC và góc tạo bởi 2 đoạn thẳng đó bằng 600. *) Mở rộng các bài toán trên thay việc dựng các tam giác đều thành dựng các hình vuông; sử dụng tri thức PP hình thành ở bài 1.8 chứng minh được hai đoạn thẳng bằng nhau và góc tạo bởi giữa chúng bằng 900. Bài toán 1.12. Cho tam giác ABC. Dựng các hình vuông ABDE, ACFG thuộc miền ngoài tam giác ABC. Chứng minh BG = CE và góc tạo bởi hai đoạn thẳng đó bằng 900. Bài toán 1.13. Cho tam giác ABC. Dựng các hình vuông ABDE, ACFG thuộc miền ngoài tam giác ABC. Gọi M là trung điểm của BC; O1, O2 lần lượt là tâm của các hình vuông trên. Chứng minh MO1 = MO2 và góc tạo bởi hai đoạn thẳng đó bằng 900. Sử dụng kết quả bài toán 1.12 cho bài toán 1.13. Áp dụng nhanh chóng PP giải bài toán 1.8 cho bài toán 1.14 là sử dụng kết quả của bài 1.13. Bài toán 1.14. Cho tứ giác lồi ABCD. Dựng các hình vuông ABEF, BHCI, CDPQ, DARS thuộc miền ngoài của tứ giác. Gọi O1, O2 , O3, O4 lần lượt là tâm của các hình vuông trên. Chứng minh O1O2 = O3O4 và góc tạo bởi 2 đoạn thẳng đó bằng 900. Bài toán 1.15. Cho 3 điểm thẳng hàng A,B, C theo thứ tự đó. Trên nửa mặt phẳng bờ AC dựng các hình vuông ABDE, BCFG. Chứng minh rằng AG = CD và góc tạo bởi hai đoạn thẳng đó bằng 900. Bài toán 1.16. Cho 3 điểm thẳng hàng A,B, C theo thứ đó. Dựng các hình vuông ACDE, ABFG thuộc về hai nửa mặt phẳng đối nhau bờ AC. Chứng minh rằng BE = CG và góc tạo bởi hai đoạn thẳng đó bằng 900. Xuất phát từ việc đi tìm lời giải và khai thác phát triển bài toán hình học một cách có hệ thống với những HĐ toán học, GV tạo điều kiện cho HS tự nhìn nhận phân tích bài toán tìm cách giải và đề xuất những bài toán mới, bài toán tương tự, bài toán mở rộng... của bài toán ban đầu, từ bài toán 1.1 đến bài toán 1.16. Đó là cả quá trình HS được rèn luyện các HĐTT chung: phân tích, tổng hợp, tương tự, khái quát hóa... cùng với các HĐTT phổ biến trong toán học: lật ngược vấn đề, phân chia trường hợp và xét tính giải được... thông qua giải các dạng toán hình học ở lớp 9, đã

góp phần không nhỏ vào việc phát triển trí tuệ và tư duy sáng tạo cho học sinh.


[1]. Hoàng Chúng (1997), PPDH Toán học ở trường phổ thông THCS, Nxb Giáo dục. [2]. Phan Đức Chính, Tôn Thân, Nguyễn Huy Đoan, Phạm Gia Đức, Trương Công Thành, Nguyễn Duy Thuận (2008), Toán 9 – Tập 1 và 2, Nxb Giáo dục. [3]. Vũ Hữu Bình (2008), Nâng cao và phát triển toán 9 – tập 2, Nxb GD. [4]. Nguyễn Bá Kim, Vương Dương Minh, Tôn Thân (1999), Khuyến khích một số hoạt động trí tuệ của HS qua môn Toán ở Trường THCS, Nxb Giáo dục. [5]. Tôn Thân, Phạm Gia Đức, Trương Công Thành, Nguyễn Duy Thuận (2008), Bài tập toán 9 – Tập 2, Nxb Giáo dục. [6]. Vũ Dương Thuỵ, Phạm Gia Đức, Hoàng Ngọc Hưng, Đặng Đình Lăng (1998), Thực hành giải Toán, Nxb Giáo dục.


139

SUMMARY PRACTISING SOME OPERATIONS WITH GENERAL INTELLECTUA L ACTIVITIES IN COMMON INTELLECTUAL MATHEMATICAL GRAD E 9 STUDENTS THROUGH EXERCISE PLANE GEOMETRY

Bach Phuong Vinh

College of Education - TNU Teaching award exercises the plane geometry in grade 9 to fulfill one's duties is subject to the intellectual development of students will have a deeper meaning if the teacher is always an opportunity for students to perform general intellectual activities: analysis, synthesis, similar generalizations, especially... of with intellectual activity common in mathematics: division cases, reverse the problem, considering the resolution is... in the process of students finding the solution and thinking exercises exploit geometry. Key words: intellectual activity, thinking, students, homework geometry, grade 9


140

Nguyễn Dương Nguyên Trinh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 141 - 146

141

USING RECORDING TECHNIQUE FOR ERROR CORRECTION IN TEACHING PRONUNCIATION FOR FIRST-YEAR STUDENTS AT COLLEGE OF FOREIGN LANGUAGES, UNIVERSITY OF DANANG

Nguyen Duong Nguyen Trinh*, Nguyen Ngoc Nhat Minh College of Foreign Languages, University of Danang

ABSTRACT

This paper attempts to investigate the use of Recording technique (RT) for error correction in teaching pronunciation for first year-students at English Department, College of Foreign Languages, University of Danang. From the pilot research, some findings about the effectiveness of using RT to correct errors and typical types of pronunciation errors made by students (Ss') in speaking tasks are revealed. Clearly, RT proves to be helpful to improve 80% of errors in pronunciation among which there are common ones like mispronunciation, incorrect stress, failure in linked speech. In addition, participants and the author’s opinions towards the advantages, problems as well as solutions to make effective use of RT are also verified. Lastly, the paper put forward some recommendations to teaching and learning activities to enhance students’ pronunciation. Key words: recording technique, error correction, pronunciation, speaking task, nghiên cứu thực nghiệm/pilot research

INTRODUCTION*

It cannot be denied that many Vietnamese students who are competent in grammar and vocabulary fail to communicate effectively when conversing with foreigners because of their inaccurate pronunciation during their new language acquisition. This has implied that much more attention needs placing on teaching pronunciation at early years at university, otherwise mistakes would get fixed for students of higher years. However, with methods often used in the classroom (i.e. conventional methods), there are lots of mispronounced words are ignored and skipped . In many foreign countries, people have employed Recording technique to teach speaking skill especially pronunciation, and recently, some Asian countries like Korea, Japan or China have accessed this technique but it has not been used officially and has not become popular in the view of Vietnamese users. Therefore, its effectiveness has not been demonstrated in Vietnamese learning environment including that of Danang College of Foreign languages. As a result, this *

paper is carried out to analyze pronunciation errors made in freshmen’ speaking tasks and suggests solutions to teaching problems as well as some recommendation for teaching and learning activities. MAIN CONTENTS

1.1. Literature review

1.1.1. Previous research on Recording technique

Winter (1969) explored the use of tape recorder to teach children English, especially the ability to use spoken English in daily conversation, pronunciation, rhythm and intonation through miming in “real-life” situations in classroom. He found out that learners “can participate actively in the program by recording their own voice” and the recorder can be used as a valuable aid blended with other materials and devices to help teach children a living language. Radosevich and Kahn (2006) admit that integrating recording software into pedagogy enhances the learning environment and promotes a dynamic, student-centered learning atmosphere where the emphasis is on learning by doing rather than learning by note


142

taking. As Schneider (1993), RT offers solutions to other related problems faced by teachers including students not feeling responsible for learning, not making enough efforts, not speaking English in class, or using the native language.

1.1.2. Theoretical background

Richards and Lockharts (1996) define this process as ‘a response either to the content of what a student has produced or to the form of the utterance’.

Hendrickson (1978) claims that three types of errors needing treatment in foreign language learning and teaching are: errors that impair communication significantly, errors that have highly stigmatizing effects on the listeners or readers, and errors that occur frequently in learners’ production. However, Nguyen et al. (2003) recommends during practice stage, teachers often insist on accuracy including pronunciation and form. Besides, Cathcart and Olsen (1976) find that students preferred pronunciation to be corrected when talking. In their findings, learners mispronounce certain words and therefore communication can be confusing.

Based on who engages in correction, Edge (1989) divides error correction into 3 types: teacher correction, peer correction and self- correction. In terms of the moment of correction, Richards (1998) suggests error correction can be postponed till the end of the activity (delayed correction) or can be done immediately when speaking is in progress (immediate correction).

1.2. Research questions:

- What are the common pronunciation errors made by first-year students when they conduct pair-work speaking tasks?

- How effective is using recording technique for error correction at the CFL to enhance students’ pronunciation in the classroom?

1.3. Methods and Procedures

1.3.1. Research methods

- To collect reliable data, two data collection instruments employed are: Recording: students’ performance for 7 pair-work speaking activities taken from Speaking 1 was recorded in two months; Questionnaires were given to both teachers and students. Students’ questionnaires were divided into 2 parts: one for Group 1 (students’ groups piloted with RT) and one for Group 2 (piloted with conventional methods).

- The collected data were then analyzed qualitatively and quantitatively.

1.3.2. Data analysis: All the collected data was categorized into two main parts:

Recording data: + The data was compared based on the researcher’s list of speaking criteria in terms of pronunciation. The sub-criteria were used to compare results achieved before and after the experiment to see whether Group 1 has made any progress compared with their performance before the experiment and with group 2; + The data were calculated and converted to percentage to find out: how many errors were improved for two groups and what kind of pronunciation errors students often made.

Questionnaire data: Teachers and students’ opinions towards: Advantages of RT in teaching pronunciation; Problems of RT in teaching pronunciation and suggested solutions.

1.4. Results and discussion

Result of data analysis

Table 1. Percentage of pronunciation errors improved and not improved in Group 1’s performance (corrected with RT)

Sub-criteria

Percentage of errors made in students’ performance

(spotted and corrected)

Percentage of errors made after correction

(not improved yet) Incorrect sounds/sound clusters (word/sentence level)

65% 25%

Incorrect word stress 6% 2%


143

Sub-criteria

Percentage of errors made in students’ performance

(spotted and corrected)

Percentage of errors made after correction

(not improved yet) Inappropriate intonation 9% 6% No linking sounds 20% 5% Total 100% 38%

Improved errors: 62%

Table 2. Percentage of pronunciation errors improved and not improved in Group 2’s performance (corrected with conventional methods)

Sub-criteria

Percentage of errors made in Ss’

performance

Errors made before correction (improved)

Errors made after correction

(not improved yet) Incorrect sounds/sound clusters (word/sentence level)

80% 30% 50%

Incorrect word stress 5% 2% 3% Inappropriate intonation 5% 0% 5% No linking sounds 10% 4% 6% Total 100% 36% 64%

Common types of pronunciation errors:

It can be said that pronunciation is the most troublesome language area to students. Specifically, they made mistakes with English sounds, stress, intonation and linked speech. However, in this article, merely some common types of pronunciation errors faced by first-year students are discussed.

Clear and correct individual sounds in word as well as sentence level:

More than 60 % students from both groups have encountered myriad problems with the production of English sounds including vowels, consonants and sound clusters. During the period of experimental observation, the author comes up with some findings:

- Students mispronounced words because of the lack of knowledge of pronunciation, which is a common phenomenon currently.

- Some freshmen did know the pronunciation of words but they were not able to pronounce those words correctly as native speakers do. After being corrected, some of them could improve themselves but others, especially those from Quang Binh province towards Northern cities and those from Quang Nam province, explained that they recognized the difference but could not imitate.

- Students were able to pronounce clearly and correctly words individually but not in sentence level or in combination with other words.

Additionally, students frequently pronounce inaccurately familiar vowels or consonants, ending sounds, difficult consonants that do not exist in the Vietnamese alphabet and sound system like /T/, /D/, /dZ/, /Z/, /tS/. Generally, because of the characteristics of individual articulation system, students tended to substitute the target sounds for orally-alike ones, which caused much trouble for the researcher in analyzing and processing the recordings. Besides, students missed or randomly added /s/very often to the end of the sound sequence of the individual word to facilitate their pronunciation.

Linking sounds:

Most students were not able to produce linked speech in connected speech, which can result from their deficiency of oral practice. For example, it is very popular for interlocutors to link the ending sounds /d/, /t/, /s/ of preceding words with /ju:/ in “you” of today English to make /dZju:/, /tSju:/, /Sju:/ , but almost all students did not pay attention to these connected sounds which are pervasive in English-speaking movies or other dialogues in the self-study soft wares for learners of


144

English. In my opinion, the more opportunities learners have to speak, the more fluent and natural performance they can give and linking sounds can happen as a result.

Progressed Group 1 have made during the pilot research:

Working with Group 1 (piloted with RT), the researcher could recognize a lot of errors, perhaps not all, on the basis of the sub-criteria agreed by both students and her. The recordings were paused whenever an error was spotted or there was something inaudible or ambiguous to listeners.

This situation, however, was not the same for Group 2. The researcher listened carefully and took notes as many as possible and so did other pairs, then all of these errors were collected and corrected them in front of the class. At home, the researcher checked the recordings of these students’ corrected performance and still, she could pick out many errors though students had been granted enough time to prepare and practice. Clearly, both the students and the researcher failed to identify and correct accurately all the errors in the speech. This may be due to the fact that the listener will skip many errors made by the speaker and just grasp what kind of information conveyed in the talk.

In this way, Group 1, to a certain extent, has been better at English after the piloted period since most of their errors were corrected and improved (i.e. 62% of the total). This figure for Group 2 is lower though some have still gained what they expect from being corrected with conventional methods (i.e. 36% errors were improved). Actually, we should take into consideration the real progress that students can make with the use of RT. Being corrected on the spot like in this research, students could correct many of their errors at once but they need more time to master this experience. Within two months, some students really produced better performance since the number of errors has been reduced from the beginning to the end of the piloted period (through Activity 1 to Activity 7). Still, there were some others who could not

speak exactly what was adjusted, for which the reasons may be varied. In reality, if RT is used in the classroom environment frequently, learners of English can keep their progress not for short-term practice but for their long-term study.

1.4.1. Questionnaire results

Advantages of Recording technique for error correction:

Figure 1. Advantages of RT compared with conventional error correction methods

A – Ss feel more excited because this technique is quite new B – Ss have more errors spotted and corrected so they are more motivated to practice speaking English C - Ss feel more relaxed and have more fun D - Ss gain more confidence because their speaking performance is not interrupted E – Both Ss and teachers can keep records of students’ recordings for later use. F – Ss feel more interested in speaking lessons since they can share opinions about peer errors. G – Other advantages

- Students feel more excited to learn English since the technique is new and challenging (33.3% students; 30% teachers)

- Students have more errors spotted and corrected when their recordings are being played, which motivates them more in the classroom (33.3% students; 60% teachers).

- Both teachers and students can store an array of recordings for later use. Particularly, learners can catch up with their progress if they listen to themselves at home. As for teachers, they keep a record of erroneous speech and can form a set of common pronunciation errors made by first-year students and notify them from early days at university (86.7% students; 50% teachers).


145

- Students can share opinions about errors while listening to recordings and get more motivated to contribute to error correction in class (40% for both students and teachers).

- Students’ speech will not encounter any interruption, which helps to increase their motivation in practice speaking English (26.7% students; teachers: no idea).

- Speakers are aware of being recorded so they try to limit Vietnamese and pause as less as possible in their recorded conversations, which boosts their fluency in the long run.

Problems with using RT for error correction and solutions:

• Possible difficulties arising from the use of RT for error correction

- Students’ discomfort of being recorded triggers poor performance (33.3% students and 60% teachers).

- Incompatible partner may affect pair performance (5.9% students and 33.3% teachers).

- Students’ distraction by surrounding noise may interfere their recordings (23.5% students and 20% teachers).

- Technical problems may emerge during correction process (35.3% students and 6.7% teachers).

• Solutions help to solve above-mentionedBuilding a computer room installed with Recorder software (100% students; 33.3% teachers). Under the teacher’s supervising, students form pairs and each pair occupies one computer, recording themselves to submit to the teacher. In this case, students feel more relaxed when avoiding direct observation from their teacher. Besides, the aim and procedures of using RT for correction have to be informed to students at the beginning of the course so that students can get ready and less pressured to make contribution to the work.

Students’ free choice of favorite partner, which inspires and motivates them more in

practice (40% students; 26.7% teachers). - Pairs distance of 2-2,5m enables noise-

background reduction (40% students; 6.7% teachers). This is acceptable but not important due to its insignificant effects on pair oral performance. In fact, the recording context simulates the current classroom situation: students have to keep quiet and listen to their friends’ performance.

- In this modern time, young students should be more proficient in dealing with technology. Besides, the Polderbit recorder software is very easy to use with simple instructions.

IMPLICATIONS FOR TEACHING AND LEARNING ACTIVITIES TO ENHANCE STUDENTS’ PRONUNCIATION

1.5. In the classroom

Group work RT can be applied in this kind of activity as the same as in pair-work tasks. In this way, many students can be recorded at the same time, granting more time for speaking practice to improve pronunciation.

Individual presentation

Certainly only some students can be recorded, sampling their errors for their follows to draw experience from. This makes it easier for the teacher to have an insight into individuals’ phonetic problems. A mobile phone installed with advanced recorder software can be utilized to reduce speakers’ pressure.

1.6. Outside the classroom or at home 1.6.1. Free conversations Pairs are encouraged to make free talks at anywhere with any kind of recorders they like provided that their recordings are endure to be clear. By doing that, students can feel freer, more natural and excited to speak to each other.

1.6.2. Pronunciation practice Learners seek an audio recording performed by a native enclosed a transcript on the Internet. Then they compare their own recorded speech with that of the native to see many differences in pronunciation aspects to adjust theirs to be more accurate and natural like the native’s.


146

CONCLUSION

Every method has its pros and cons and Recording technique is not an exception. Broadly speaking, the advantages of RT outweigh the disadvantages, so its use for error correction in speaking classes should be approved of to bring a fresh breath to our learning environment, also as a tool of technologically-assisted language learning nowadays. To some extent, RT has really yielded fruitful outcomes during their piloted application. Throughout the research, problems and solution have been worked out to help enhance the quality of teaching and learning pronunciation when students can understand more deeply how to enunciate some mispronounced words, stress and take the first steps in making right intonation on vocabulary and sentences as well as linking sounds among consecutive words. Therefore, the technique is expected to be applied in our teaching environment to teach pronunciation, particularly in English and generally in other languages at College of Foreign Languages.

REFERENCES

[1] . Edge, J. (1989). Mistakes and Correction. London: Longman. [2]. Kluge, D., & Taylor, M. (2000). Boosting fluency through partner taping. The Internet TESL Journal. Retrieved October 17, 2010 from http://iteslj.org/Techniques/Kluge-PartnerTaping.html [3]. Radosevich, D. & Kahn, P. (2006). Using tablet technology and recording software to enhance pedagogy. Innovate [On-Line], 2 (6). Retrieved February 1, 2011 from http://www.innovateonline.info/index.php?view=article&id=300 [4]. Richards, J. C. & C. Lockhart (1996). Reflective Teaching in Second Language Classrooms. Cambridge: Cambridge University Press. [5]. Richards, J. (1984). Error Analysis: Perspectives on Second Language Acquisition. Longman. [6]. Schneider, P. (1993). Developing fluency with pair taping. JALT Journal, 15(1), 55-62. [7]. Winter, L. (1969). Using the Tape Recorder for English Teaching. ELT Journal, 13 (2), 129-132.

TÓM TẮT SỬ DỤNG KỸ THUẬT GHI ÂM ĐỂ SỬA LỖI TRONG DẠY PHÁT ÂM CHO SINH VIÊN NĂM 1 TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGOẠI NGỮ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Nguyễn Dương Nguyên Trinh*, Nguyễn Ngọc Nhật Minh Trường Đại học Ngoại ngữ - Đại học Đà Nẵng

Bài báo này khảo sát việc sử dụng kỹ thuật ghi âm (RT) để sửa lỗi trong việc dạy phát âm cho sinh viên năm đầu tiên học tại khoa Anh, Trường Đại học Ngoại ngữ, Đại học Đà Nẵng. Từ các nghiên cứu thử nghiệm, một số kết quả về hiệu quả của việc sử dụng RT để sửa lỗi và các loại lỗi tiêu biểu của phát âm do sinh viên mắc phải trong hoạt động nói được phát hiện. Rõ ràng, RT chứng minh rằng có thể cải thiện tới 80% sai sót trong việc dạy phát âm trong đó có các lỗi thông dụng như: đọc sai, căng thẳng dẫn đến không chính xác, không thể hiện được nối âm trong ngữ lưu. Ngoài ra, ý kiến của sinh viên tham gia thử nghiệm và của tác giả đối với các lợi thế, các giải pháp sử dụng hiệu quả của RT cũng được đề cập. Cuối cùng, bài báo đưa ra một số khuyến nghị trong việc giảng dạy và học tập nhằm nâng cao hiệu quả trong việc phát âm của sinh viên. Từ khóa: tiếng Việt: kỹ thuật ghi âm, sửa lỗi, phát âm, họat động nói, thử nghiệm

Nguyễn Quang Hậu và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 147 - 152

147

PHÁT TRI ỂN NGUỒN NHÂN LỰC CHẤT LƯỢNG CAO Ở NƯỚC TA HIỆN NAY

Nguyễn Quang Hậu1, Trần Hoàng Tâm2

1Đại học Nông nghiệp Hà Nội 2Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên

TÓM TẮT

Cuộc cách mạng khoa học và công nghệ (KH&CN) trên thế giới tiếp tục phát triển với nhịp độ ngày càng nhanh, có khả năng tạo ra những thành tựu mang tính đột phá, khó dự báo trước và có ảnh hưởng to lớn tới mọi mặt của đời sống xã hội loài người. Nhờ những thành tựu to lớn của KH&CN, đặc biệt là công nghệ thông tin - truyền thông, công nghệ sinh học, công nghệ vật liệu..., xã hội loài người đang trong quá trình chuyển từ nền văn minh công nghiệp sang thời đại thông tin; từ nền kinh tế dựa vào các nguồn lực tự nhiên sang nền kinh tế dựa vào tri thức, mở ra cơ hội mới cho các quốc gia đang phát triển có thể rút ngắn quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá (CNH - HĐH). KH&CN đang trở thành lực lượng sản xuất trực tiếp, hàng đầu. Sức mạnh của mỗi quốc gia tuỳ thuộc phần lớn vào năng lực KH&CN. Lợi thế về nguồn tài nguyên thiên nhiên, giá lao động rẻ ngày càng trở nên ít quan trọng hơn. Vai trò của nguồn nhân lực có trình độ chuyên môn, có năng lực sáng tạo, ngày càng có ý nghĩa quyết định trong bối cảnh toàn cầu hoá kinh tế. Từ khóa: nguồn nhân lực, phát triển, chất lượng, con người, thị trường

QUAN ĐIỂM PHÁT TRIỂN NGUỒN NHÂN LỰC CỦA ĐẢNG*

Trong hầu hết các đại hội Đảng và trong nhiều văn kiện quan trọng khác nhau của Đảng đều khẳng định:

Con người là vốn quý nhất, chăm lo hạnh phúc con người là mục tiêu phấn đấu cao nhất của chế độ ta, coi việc nâng cao dân trí, bồi dưỡng và phát huy nguồn lực to lớn của con người Vi ệt Nam là nhân tố quyết định thắng lợi công cuộc CNH - HĐH; khẳng định con người Vi ệt Nam phát triển toàn diện cả về thể lực, trí lực, cả về khả năng lao động, năng lực sáng tạo và tính tích cực chính trị - xã hội, cả về đạo đức, tâm hồn và tình cảm chính là mục tiêu, là động lực của sự nghiệp CNH - HĐH… Mọi đường lối, chủ trương, chính sách của Đảng và Nhà nước đều nhằm quán triệt tư tưởng chăm lo bồi dưỡng và phát huy nhân tố con người, hướng tới mục tiêu phát triển toàn diện con người Vi ệt Nam…

Chiến lược phát triển giáo dục quốc gia 2001 - 2010 đã khẳng định: “Ưu tiên nâng cao chất lượng đào tạo nhân lực, đặc biệt chú trọng *

nhân lực khoa học trình độ cao, cán bộ quản lý, kinh doanh giỏi và công nhân kỹ thuật lành nghề trực tiếp góp phần nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế…”.

Quan điểm của Đảng về đào tạo và phát triển nguồn nhân lực được thể hiện cụ thể qua các văn kiện đại hội Đảng các khoá VIII, IX, X, như sau:

Văn kiện Hội nghị lần thứ hai BCH Trung ương khoá VIII đã xác định nhiệm vụ và mục đích cơ bản của giáo dục Việt Nam là "nhằm xây dựng những con người và thế hệ thiết tha gắn bó với lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội, có đạo đức trong sáng, có ý chí kiên cường xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, CNH, HĐH đất nước, gìn giữ và phát huy các giá trị văn hoá của dân tộc, có năng lực tiếp thu tinh hoa văn hoá nhân loại phát huy tiềm năng của dân tộc và con người Vi ệt Nam, có ý thức cộng đồng và phát huy tính tích cực của cá nhân, làm chủ tri thức KH&CN hiện đại, có tư duy sáng tạo, có kỹ năng thực hành giỏi, có tác phong công nghiệp, có tính tổ chức và kỷ luật, có sức khoẻ, là những người kế thừa xây dựng chủ nghĩa xã hội vừa "hồng" vừa "chuyên" như lời căn dặn của Bác Hồ.


148

Tại Đại hội Đảng lần thứ IX, một lần nữa Đảng ta khẳng định: "Phát triển giáo dục và đào tạo là một trong những động lực quan trọng thúc đẩy sự nghiệp CNH - HĐH, là điều kiện để phát huy nguồn lực con người, yếu tố cơ bản để phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững"; "Tiếp tục nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, đổi mới nội dung, phương pháp dạy và học, hệ thống trường lớp và hệ thống quản lý giáo dục, thực hiện chuẩn hoá, HĐH, xã hội hoá. Phát huy tinh thần độc lập suy nghĩ và sáng tạo của học sinh, sinh viên, đề cao năng lực tự học, tự hoàn thiện học vấn và tay nghề, đẩy mạnh phong trào học tập trong nhân dân bằng những hình thức giáo dục chính quy và không chính quy, thực hiện "giáo dục cho mọi người", "cả nước trở thành một xã hội học tập”, thực hiện phương châm "học đi đôi với hành", giáo dục kết hợp với lao động sản xuất, nhà trường gắn với xã hội.

Đảng và Nhà nước luôn coi trọng sự nghiệp phát triển KH&CN. Đại hội X của Đảng tiếp tục khẳng định: Phát triển KH&CN cùng với phát triển giáo dục và đào tạo là quốc sách hàng đầu, là nền tảng và động lực cho CNH - HĐH đất nước. Hơn bao giờ hết, vấn đề hợp tác quốc tế về đào tạo nguồn nhân lực KH&CN của Việt Nam đang được Đảng và Nhà nước quan tâm đầu tư toàn diện. Đây chính là động lực góp phần nâng cao năng lực nội sinh của nước nhà về KH&CN phục vụ hội nhập quốc tế.

Nhiệm vụ đặt ra trong bối cảnh hội nhập kinh t ế quốc tế

a. Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao phải xuất phát từ yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực phục vụ sự nghiệp CNH, HĐH và tiếp cận kinh tế tri thức

Sự nghiệp CNH, HĐH và nền kinh tế tri thức đang đặt ra yêu cầu ngày càng cao đối với nguồn nhân lực nói chung và nguồn nhân lực chất lượng cao nói riêng. Nó đòi hỏi người lao động, từ các nhà quản lý cho đến công nhân lành nghề ở tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế phải được đào tạo dưới một hình thức nhất định, có kiến thức chuyên môn nghề nghiệp, kỹ năng và kinh nghiệm, nắm bắt

được những biến đổi của KH&CN đang diễn ra rất nhanh chóng. Ở nước ta hiện nay, phần đông là lao động chưa qua đào tạo, tỉ lệ lao động qua đào tạo còn thấp, mới đạt khoảng 30% trong tổng số nguồn lao động cả nước, trong khi mục tiêu đặt ra đến năm 2010 đạt 40% và năm 2020 kết thúc quá trình CNH, HĐH là 60%.

Xuất phát từ yêu cầu đó, vai trò của phát triển nguồn nhân lực mà trong đó đội ngũ nguồn nhân lực chất lượng cao (đặc biệt là đội ngũ nhân lực ở các trường đại học, cao đẳng và dạy nghề, các trường đào tạo cán bộ quản lý giáo dục…) đóng vai trò là nòng cốt - có nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực cho đất nước. Để gánh vác được vai trò to lớn đó, nguồn nhân lực chất lượng cao cần phải phát triển, được trang bị sâu rộng những kiến thức cần thiết, có trình độ chuyên môn, nghiệp vụ và quản lý cao, có phẩm chất chính trị, đạo đức… đảm bảo đủ về số lượng, phù hợp cơ cấu loại hình nhân lực, nhất là loại hình nhân lực ở những lĩnh vực, ngành quan trọng như tin học, công nghệ, kỹ thuật, quản lý hoặc đội ngũ nguồn nhân lực ở những ngành nghề đang cần thiết khác… nhằm đáp ứng tốt, kịp thời những yêu cầu trong mỗi giai đoạn của quá trình CNH, HĐH và tiếp cận kinh tế tri thức đang đặt ra.

Từ những quan điểm đó, việc phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao ở nước ta phải có những căn cứ, yêu cầu và phải có chiến lược cụ thể để nguồn nhân lực có chất lượng cho đất nước.

b. Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao phải đặt trong điều kiện cơ chế thị trường, có sự quản lý của Nhà nước theo định hướng XHCN

Ở nước ta, phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao không thể nằm ngoài quy luật vận động khách quan của nền kinh tế thị trường theo định hướng XHCN. Kinh tế thị trường đòi hỏi rất khắt khe đối với nguồn nhân lực chất lượng cao, phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao không chỉ đảm bảo đủ số lượng mà điều quan trọng là chất lượng nguồn nhân lực phải đáp ứng được những biến đổi của nền kinh tế, sự phát triển của


149

KH&CN phải tiếp cận, nắm bắt những công nghệ hiện đại vào hoạt động quản lý, giảng dạy nhằm đảm bảo chất lượng đào tạo nguồn nhân lực cho nền kinh tế.

Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao phẳi căn cứ vào sự biến động của quy luật cung - cầu lao động trên thị trường, về từng loại hình nhân lực chất lượng cao, đặc biệt là phù hợp với nhu cầu nguồn nhân lực ở từng địa phương, khu vực dưới sự quản lý của Nhà nước. Bởi lẽ, ở nước ta hiện nay, đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao ở các trường đại học, cao đẳng sư phạm và các trường cán bộ quản lý là dựa trên chỉ tiêu định mức biên chế và nguồn kinh phí của Nhà nước, đồng thời căn cứ vào nhu cầu thị trường lao động chất lượng cao và sự mở rộng của quy mô đào tạo trong từng thời kỳ. Tuy nhiên, trước sự biến động của nền kinh tế thị trường, nguồn nhân lực chất lượng cao ở một số loại hình còn hiện tượng “thừa, thiếu” ở một số vùng lãnh thổ. Vì vậy, để tránh những hiện tượng “thừa, thiếu” nguồn nhân lực chất lượng cao đó ở nước ta, việc phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cần phải bám sát, tuân theo yêu cầu của quy luật cung cầu trên thị trường ở từng khu vực, địa phương, đồng thời phải tạo động lực cạnh tranh để nguồn nhân lực chất lượng cao thông qua cơ chế của mình mà sàng lọc phân loại chất lượng của từng loại hình nguồn nhân lực, thông qua đó phát huy tính năng động sáng tạo, nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ và quản lý.

Để nguồn nhân lực chất lượng cao tăng nhanh cả về số lượng, chất lượng và sự phù hợp về cơ cấu nhân lực trong nền kinh tế thị trường, Nhà nước cần tạo điều kiện về môi trường pháp lý thích hợp nhằm khai thác có hiệu quả nguồn nhân lực có trí tuệ này, tránh hiện tượng thương mại hoá giáo dục. Mặt khác, thông qua cơ chế, chính sách của mình, Nhà nước cần có những giải pháp phù hợp.

c. Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao theo hướng hội nhập khu vực và quốc tế

Muốn phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao, phải học tập kinh nghiệm thế giới và tăng

cường giao lưu quốc tế. Quốc tế hoá, hội nhập là xu thế của thời đại chúng ta, đó là quy luật tất yếu. Do vậy, chúng ta cần tăng cường học tập những kinh nghiệm quốc tế trong việc tổ chức đào tạo phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao, nghiên cứu khoa học và bồi dưỡng cán bộ quản lý, từng bước hiện đại hoá cơ sở vật chất thiết bị theo những tiêu chuẩn quốc tế; đổi mới chương trình, nội dung, phương pháp đào tạo ở các trường đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp và dạy nghề… theo hướng của các nước tiên tiến; nâng cao đội ngũ cán bộ giảng dạy, đội ngũ nhân lực làm công tác quản lý giáo dục.

Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao phải tiếp cận theo hướng: Một mặt phải đảm bảo tỷ lệ cơ cấu nguồn nhân lực hài hoà, cân đối theo từng giai đoạn phát triển kinh tế - xã hội, đào tạo còn nhiều hạn chế, nhưng lại phải đẩy nhanh sự phát triển kinh tế - xã hội với tốc độ cao để đuổi kịp các nước trong khu vực; mặt khác phải đảm bảo công bằng xã hội cho mọi người. Vì vậy, nguồn nhân lực chất lượng cao phải phát triển theo hướng đảm bảo đủ về số lượng, nâng cao chất lượng và phù hợp cơ cấu nhân lực. Cần đào tạo đội ngũ giáo viên, giảng viên, cán bộ quản lý có trình độ cao đạt tiêu chuẩn không chỉ trong nước, mà chuẩn so với khu vực và thế giới.

Đặc biệt, cần đào tạo một đội ngũ giảng viên, cán bộ quản lý đầu đàn có đủ năng lực, phẩm chất, đủ khả năng tiếp cận công nghệ, phương tiện kỹ thuật hiện đại khi HĐH. Phải luôn xác định đội ngũ này vừa là người giảng dạy, vừa là nhà khoa học, quản lý.

Cần từng bước soạn thảo các chương trình đào tạo, bồi dưỡng đội ngũ nhân lực giáo dục - đào tạo dưới nhiều hình thức (kể cả đào tạo chính quy và không chính quy) phù hợp với điều kiện trong nước, hướng tới tiếp cận khu vực và thế giới. Phải xây dựng, củng cố mạng lưới các trường sư phạm, các trường đào tạo cán bộ quản lý có chất lượng cao, hiện đại; tuyển những học sinh giỏi vào các trường và các sinh viên giỏi giữ lại dùng làm cán bộ giảng dạy trong tương lai; mời các chuyên gia khoa học ở các ngành mũi nhọn làm cán bộ


150

giảng dạy, cán bộ giáo dục nhằm đáp ứng đòi hỏi cao của các ngành trong điều kiện Việt Nam đang hội nhập sâu rộng vào nền kinh tế khu vực và quốc tế.

Việc phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao phải có kế hoạch đi trước, phải đảm bảo đáp ứng ở từng thời kỳ, ở từng chuyên ngành trong mỗi giai đoạn, tránh tình trạng hẫng hụt khi nguồn nhân lực chất lượng cao đến tuổi nghỉ hưu. Mặt khác, việc đào tạo phải tính đến sự mở rộng quy mô đào tạo, loại hình đào tạo, sự hội nhập quốc tế không nóng vội, đào tạo ồ ạt, vội vàng. Vì điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm đầu ra trong việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao ở các ngành nghề, lĩnh vực của nền kinh tế đất nước.

d. Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao phải đảm bảo sự cân đối, đồng bộ về nguồn nhân lực giữa các bậc học ở các vùng, miền của đất nước.

Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao phải dựa trên cơ sở của việc tăng quy mô học sinh, sinh viên, sự phát triển của các loại hình trường, lớp ở các cấp, bậc học, các cơ sở giáo duc và đào tạo ở các vùng lãnh thổ của đất nước và phải tương ứng với mỗi thời kỳ nhất định.

Căn cứ vào nhu cầu nguồn nhân lực giáo duc và đào tạo ở mỗi vùng, địa phương để có chiến lược phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao, đáp ứng những nhu cầu đòi hỏi cấp thiết của từng vùng và địa phương, Hiện nay, nguồn nhân lực chất lượng cao ở các vùng lãnh thổ còn chưa đồng đều, còn chưa có sự cân đối giữa các loại hình nhân lực chất lượng cao, ở đồng bằng thì thừa, khu vực trung du, miền núi lại thiếu. Do đó, xuất phát từ yêu cầu của từng vùng để cung cấp nguồn nhân lực chất lượng cao cho phù hợp những yêu cầu đặt ra. Cần căn cứ vào số lượng, yêu cầu về chất lượng để phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao tương ứng với ngành nghề ở mỗi vùng đó. Nói cách khác, ở vùng nào cần số lượng về nguồn nhân lực chất lượng cao bao nhiêu, chất lượng ra sao thì sẽ cung cấp đủ nguồn nhân lực chất lượng cao theo yêu cầu của vùng đó. Khu vực nào, vùng nào đã đủ về số lượng hoặc “thừa, thiếu”, cần đẩy

mạnh nâng cao chất lượng nguồn nhân lực và có kế hoạch đào tạo, có chính sách luân chuyển nguồn nhân lực trong nội bộ của từng vùng cho phù hợp.

Phát triển nguồn nhân lực giáo dục - đào tạo trên cơ sở đảm bảo cân đối giữa các bậc học ở các vùng cần phải hợp lý, toàn diện, đảm bảo sự đồng đều về chất lượng, tránh tình trạng với nguồn nhân lực chất lượng cao thích hợp của vùng này nhưng lại không phù hợp với vùng kia mà gây ảnh hưởng đến sự chênh lệch về chất lượng nguồn nhân lực chất lượng cao giữa các vùng.

Trên cơ sở quan điểm phát triển trên, UBND các tỉnh, thành phố cần có kế hoạch quy hoạch để phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao theo từng địa chỉ cho phù hợp, cân đối ở từng vùng, miền nhằm đảm bảo được những yêu cầu đặt ra khi mà quy mô không ngừng mở rộng, các loại hình, trường, lớp, cơ sở đào tạo ngày một tăng nhanh do yêu cầu sự phát triển nền kinh tế của đất nước.

Cần thiết phát tri ển nguồn nhân lực chất lượng cao

Chính sách phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao mà trọng tâm là chính sách phát triển nguồn nhân lực giáo dục và đào tạo được thể hiện ở đường lối, chính sách của Đảng và Nhà nước, được ghi nhận trong nghị quyết của các đại hội Đảng và các nghị quyết của BCHTƯ Đảng.

Xuất phát từ quan điểm đường lối, chính sách và mục tiêu của Đảng và của Nhà nước để xây dựng chiến lược phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho từng giai đoạn, như: Giai đoạn 2001 - 2010 và định hướng cho đến 2020 và những giai đoạn tiếp theo. Thông qua chiến lược này, sẽ tạo cơ sở định hướng cho việc phát triển nguồn nhân lực giáo dục và đào tạo nhằm đạt được những mục tiêu đề ra, đặc biệt là các mục tiêu kinh tế - xã hội. Nguồn nhân lực trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo có vai trò quan trọng trong việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao nhằm đáp ứng những yêu cầu cơ bản của sự nghiệp CNH, HĐH đất nước. Muốn thực hiện mục tiêu phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao, cần phải xây dựng chiến lược phát triển


151

nguồn nhân lực giáo dục và đào tạo thích ứng cho mỗi thời kỳ, đáp ứng yêu cầu CNH, HĐH cũng như đáp ứng kịp thời cho phát triển chung của đất nước. Dưới đây, xin nêu ra một vài kiến nghị về phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao.

Thứ nhất, cần thiết đầu tư cho phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao. Đầu tư cho phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao chủ yếu là đầu tư đội ngũ nhân lực giáo dục và đào tạo, vì đội ngũ này đóng vai trò then chốt quyết định đến chất lượng nguồn nhân lực chất lượng cao nói riêng và nguồn nhân lực chung của đất nước. Đầu tư phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao bao gồm:

- Ngân sách nhà nước chi trả cho mọi hoạt động của ngành giáo dục và đào tạo.

- Chi bồi dưỡng thường xuyên nhằm nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ và tay nghề cho nguồn nhân lực chất lượng cao.

- Chi cho việc nghiên cứu khoa học, khảo sát và thăm quan thực tế trong và ngoài nước, đây là động lực quan trọng để thu hút, phát triển nguồn nhân lực giáo dục và đào tạo và huy động các nguồn nhân lực khác tham gia vào phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao.

Đầu tư cho việc phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cấn nhiều lực lượng tham gia: Nhà nước, các tổ chức, cá nhân trong và ngoài nước, các tổ chức quốc tế, các tổ chức chính phủ, phi chính phủ. Trong đó, nhà nước đóng vai trò chủ yếu và quyết định. Việc tăng đầu tư ngân sách cho đội ngũ nguồn nhân lực giáo dục và đào tạo là nhân tố tác động rất lớn đến việc làm tăng về số lượng và nâng cao chất lượng phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao

Kinh nghiệm của một số nước phát triển cho thấy, đầu tư cho giáo dục và đào tạo mà nòng cốt là nguồn nhân lực giáo dục và đào tạo là một trong những giải pháp khôn ngoan nhất trong việc phát triển nguồn nhân lực nói chung và nguồn nhân lực chất lượng cao nói riêng, đây cũng là nhân tố thúc đẩy tăng trưởng kinh tế - xã hội. Ngay từ những năm 1990, Hoa Kỳ đã đầu tư cho giáo dục và đào

tạo chiếm 7% GDP, Nhật Bản chiếm 5% tổng GDP, các nước châu Âu (Anh, Pháp, Đức, Hà Lan…), mức trung bình chiếm khoảng 5 - 6% tổng GDP. Ở Việt Nam, giai đoạn 2000 - 2001, đầu tư đạt 2,3 - 2,6% GDP và những năm sau tăng cao hơn. Do vậy, để có nguồn nhân lực chất lượng cao đủ về số lượng, đảm bảo vế chất lượng và cơ cấu giữa các cấp, các ngành, các vùng, miền của đất nước (đều chịu ảnh hưởng bởi chính sách đầu tư), cần sử dụng chính sách đầu tư thích hợp và có hiệu quả - sẽ là nhân tố làm tăng cả về số lượng và chất lượng nguồn nhân lực chất lượng cao.

Thứ hai, cần có cơ chế chính sách phát triển, sử dụng, bố trí, sắp xếp nguồn nhân lực chất lượng cao. Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao, cần phải có một cơ chế chính sách thích hợp, bao gồm: Chính sách phát triển, chính sách bố trí, sử dụng, sắp xếp nguồn nhân lực chất lượng cao một cách phù hợp, tạo động lực cho đội ngũ nguồn nhân lực chất lượng cao phát huy được tính năng động sáng tạo, nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ, quản lý, yêu nghề…; làm sao thu hút được nguồn nhân lực chất lượng cao ở trong và ngoài nước tham gia đáp ứng yêu cầu phát triển đất nước.

Cơ chế chính sách sử dụng, bố trí sắp xếp nguồn nhân lực chất lượng cao là nhân tố ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng nguồn nhân lực của mỗi quốc gia, trong mỗi thời kỳ nhất định. Xây dựng cơ chế chính sách trên cơ sở đặc điểm của mỗi vùng, mỗi ngành, mỗi địa phương phù hợp với tình hình nguồn nhân lực hiện có (đặc biệt là vùng sâu, vùng xa, vùng kinh tế khó khăn…). Nếu việc bố trí, luân chuyển, sắp xếp nguồn nhân lực chất lượng cao không căn cứ vào năng lực, trình độ chuyên môn và những phẩm chất khác của mỗi người, không căn cứ vào nhu cầu đòi hỏi của mỗi ngành, địa phương, khu vực - sẽ ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nhân lực chất lượng cao, đồng thời gây tâm lý xã hội không tốt cho cộng đồng, nhất là những người đang trong các cơ sở giáo dục và đào tạo.

Để phát huy hiệu quả nguồn nhân lực chất lượng cao, Nhà nước cần ban hành những


152

chính sách cần thiết nhằm tạo động lực thúc đẩy phát triển nguồn nhân lực nói chung và nguồn nhân lực chất lượng cao nói riêng như chính sách tiền lương phù hợp với từng ngành nghề, từng công việc, phụ cấp ưu đãi phù hợp với những ngành nghề độc hại, chính sách thu hút, sử dụng nhân tài, chính sách trợ cấp đối vời những người công tác tại các vùng sâu, vùng xa, vùng khó khăn… nhằm phát huy hơn nữa tác dụng của nguồn nhân lực chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu đổi mới và phát triển kinh tế - xã hội.

Cơ chế chính sách cần phải linh hoạt, hợp lý, đủ mạnh phù hợp với sự vận hành của kinh tế thị trường, tạo động lực khuyến khích người lao động nâng cao năng lực trình độ chuyên môn và tay nghề. Việc bố trí, sắp xếp nguồn nhân lực chất lượng cao phải căn cứ vào năng lực, trình độ, phẩm chất đạo đức của từng người phù hợp với từng vùng, từng địa phương trong mỗi thời kỳ nhất định. Do vậy, vấn đề cần tập trung giải quyết cho nguồn nhân lực chất lượng cao đó là phải có cơ chế chính sách thích hợp để đảm bảo đủ về số lượng, nâng cao chất lượng và phù hợp về cơ

cấu nguồn nhân lực - sẽ là nhân tố tác động đến quá trình phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao.


[1].Nguyễn Mạnh Cường (2006). “Cơ hội và thách

thức trong lĩnh vực lao động khi Việt Nam hội

nhập kinh tế quốc tế”. Tạp chí Lao động & Xã hội,

số 281.

[2]. Hồ Đức Hùng (2007). Kinh tế Việt Nam hội

nhập và phát triển bền vững. NXB Thông tấn.

[3]. Phạm Thị Ngọc Mỹ (2008). “Nâng cao năng

lực đào tạo nhân lực để đáo ứng nhu cầu của xã

hội của nước ta hiện nay”. Tạp chí phát triển kinh

tế. Số 208, tháng 2.

[4]. Cidi Wee (2009). Linking Education and Training to Economic Development – The Singapore Experience (presentation at The National Economic University, March 2009)

[5]. Raymon A. Noe, John R. Hollenbeck, Bary Gerhart and Patrick M. Wright (2008). Human Resource Management – Gaining a Competitive Advantage. McGraw. Hill International Edition

SUMMARY DEVELOPING HIGH QUALITY HUMAN RESOURCES IN OUR COUNTRY NOWADAYS

Nguyen Quang Hau1, Tran Hoang Tam2

1Hanoi Agricultural University

2College of Science - TNU The scientific and technological revolution in the world is growing constanly at a faster and faster rate and is able to create the breakthrough achievements, which are difficult to predict and influence greatly on all aspects of human life. It is the great achievements of science and technology, especially of information technology - communication, biotechnology, material technology...that human society is in the process of transformation from industrial civilization age to the information age; from the natural resource-based economy to the knowledge- based economy. It’s time for developing countries to shorten their process of industrialization and modernization. Sence and technology is becoming a direct leading productive force. The strength of each country depends mostly on its capacity in terms of science and technology. Advantages in natural resources, cheap work force are less significant. The role of the human resource that is qualified and has innovative capacity, is more decisive significance in the context of economic’s globalization. Key word: power man, developing, quality, human, integration


153

Tập 83 - 07 - 2011

Documents

Transcript of Tập 83 - 07 - 2011