Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Утверждено

Зав. кафедрой ТН

                                  Серов А.В.

 

 

Синтез нанозолота 

 

 

 

 

 

Дата защиты «     »                    2017 г.   Отчет защищен с оценкой                .

Выполнил студент: 1 курса, группы ННИ-б-о-16-1 Бесхлебная О.С. Направление подготовки 28.03.02 Наноинженерия Руководитель профессор кафедры ТН, д.т.н., профессор                     Воробьев В. А.                               Ф.И.О (подпись)

 

 

 

Ставрополь, 2017

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................... 4

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.................................................................. 5

• Свойства металлических наночастиц............................................ 5
• Свойства металлического золота.................................................. 7
• Свойства наноразмерного золота.................................................. 8
  • Медико-биологические свойства нанозолота............ 8
• Методы синтеза нанозолота.......................................................... 9
  • Физические методы получения наночастиц золота... 10
  • Химические методы синтеза нанозолота................... 12
    • Цитратный метод........................................ 12
    • Боргидридный метод................................... 13
  • Стабилизация наночастиц............................................................. 14
  • Оборудование для анализа наночастиц......................................... 15
    • Спектрофотометр...................................................... 15
    • Спектрометр Photocor Complex................................. 16
    • Рентгеновский дифрактометр.................................... 17
  • Методы исследования наночастиц золота.................................... 17
    • Спектрофотометрия................................................... 17
    • Спектроскопия динамического рассеяния света........ 18
    • Рентгеновская дифрактометрия................................. 18
  • ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ..................................................... 20
    • Вещества и реагенты....................................................................... 20
    • Методика получения наночастиц золота цитратным методом....... 20
    • Методика получения наночастиц золота цитратным методом, стабилизированных ПВП................................................................................................. 21
    • Спектроскопия................................................................................ 22
  • ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ......................................................... 23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................ 25

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................... 26

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Возрастающий интерес к наночастицам связан в первую очередь с возможностью получать материалы с уникальными, отличными от макрокристаллических, физико-химическими свойствами. Наиболее интересной особенностью наносистем является возможность изменять свойства материала в зависимости от размера частиц. Таким образом, очевидно, что контроль размера, а во многих случаях и формы частиц на наноуровне может привести к изменению свойств хорошо знакомых материалов и открыть для них иные способы применения.

Успехи в научном исследовании и использовании наночастиц металлов, полупроводников, полимерных наночастиц в значительной мере зависят от возможностей методов синтеза, то есть от того, позволяет ли выбранный метод получать частицы, удовлетворяющие требованиям данной научной или практической задачи. В последние годы большие усилия были направлены на получение и применение наноматериалов для медико-биологических целей.

Целью данной работы является анализ литературных данных о свойствах такого перспективного наноматериала, как наночастицы золота, его синтез и исследование.

 

 

 

• ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

 

• Свойства металлических наночастиц

 

Под металлическими наночастицами понимают находящиеся в среде из легких атомов объекты сфероидальной формы, включающие от 10¹ до 10³ атомов металла, имеющие диаметр от 1 до 10 нм и соотношение между количествами поверхностных частиц и частиц в объеме, соизмеримое или превышающее 1.

Важной частью определения является среда, в которой находятся такие частицы. Оценки показывают, что избыточная поверхностная энергия металлических наночастиц велика и сравнима с энергией наиболее прочных химических связей, поэтому роль среды становится определяющей. Энергия наночастиц такова, что они способны эффективно взаимодействовать с любыми химическими соединениями, включая инертные газы. В этом смысле справедливо утверждение, что для металлических наночастиц не существует инертной среды. Из этого постулата с несомненностью вытекает, что сколь бы малой ни была наночастица, она всегда состоит из ядра и оболочки – поверхностного слоя. Поверхностный слой отличается от ядра частицы по составу и строению.

На рисунке 1 схематически показано, что происходит при образовании наночастицы. Основные изменения, происходящие при этом:

• исчезает кристаллическая решетка;
• уменьшается расстояние между атомами;
• увеличивается ширина запрещенной зоны;
• изменяется энергия атомизации;
• изменяется потенциал ионизации;
• уменьшается температура плавления;
• для магнитных материалов – исчезает доменная структура.

 

 

Рисунок 1 – Схема основных изменений, происходящих при переходе из массивного («bulk») в наносостояние

Если мысленно вырезать из компактного кристаллического материала куб со стороной от 1 до 3 нм, то в абсолютном вакууме он самопроизвольно превратиться в сферическую наночастицу за счёт сил, которые сродни силам поверхностного натяжения жидких капель. В такой частице в её ядре чаще всего сохраняется кристаллическая структура исходного материала и образуется поверхностный слой, состоящий из неупорядоченных атомов, имеющих искажённые координационные полиэдры и не скомпенсированные связи [1].

При попадании в реальную среду в соответствии с приведённым выше постулатом поверхностные атомы взаимодействуют с компонентами среды, и на поверхности реальной частицы образуется слой из неупорядоченных атомов и продуктов их взаимодействия с окружающей средой. Толщина такого слоя может достигать 1 нм и более, что для частиц с диаметром от 3 до 10 нм весьма значительно. Необходимо учитывать влияние такого слоя на многие физические характеристики этого поверхностного слоя могут отличаться (иногда кардинально) от свойств ядра. Для того чтобы избежать такого неконтролируемого образования оболочки часто при образовании наночастиц в среду добавляют потенциальные лиганды, которые закрывают поверхность наночастиц и тем самым препятствуют неконтролируемому образованию поверхностного слоя [2].

 

• Свойства металлического золота

 

Чистое золото — мягкий металл жёлтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности, меди. В тонких плёнках золото просвечивает зелёным. Золото обладает высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.

Золото — очень тяжёлый металл: плотность чистого золота равна 19,32г/см³. Температура плавления золота 1064,18 °C (1337,33 К), кипит при 2856 °C (3129 К).

Золото — один из самых инертных металлов, стоящее в ряду напряжений правее всех других металлов. При нормальных условиях оно не взаимодействует с большинством кислот и не образует оксидов, поэтому его относят к благородным металлам.

Наиболее устойчивая степень окисления золота в соединениях + 3, в этой степени окисления оно легко образует с однозарядными анионами (F⁻, Cl⁻. CN⁻) устойчивые плоско-квадратные комплексы [AuX₄]⁻.

Из чистых кислот золото растворяется только в концентрированной селеновой кислоте при 200 °C:

 

{\displaystyle {\mathsf {2Au+6H_{2}SeO_{4}\rightarrow Au_{2}(SeO_{4})_{3}+3H_{2}SeO_{3}+3H_{2}O}}}2Au +6H₂SeO₄ → Au₂(SeO₄)₃ + 3H₂SeO₃ + 3H₂O,

 

Концентрированная HClO₄ реагирует с золотом и при комнатной температуре, при этом образуя различные нестойкие оксиды хлора. Жёлтый раствор растворимого в воде перхлората золота (III).

 

{\displaystyle {\mathsf {2Au+8HClO_{4}\rightarrow Cl_{2}+2Au(ClO_{4})_{3}+2O_{2}+4H_{2}O}}}2Au +8HClO₄ →Cl₂ +2Au(ClO₄)₃ + 2O₂ +4H₂O.

 

{\displaystyle {\mathsf {2Au+3Cl_{2}+2Cl^{-}\rightarrow 2[AuCl_{4}]^{-}}}}

• Свойства наноразмерного золота

 

В последнее десятилетие активно изучались наночастицы (НЧ) благородных металлов, в частности, неослабевающий интерес проявлялся к наночастицам золота (Au), что обусловлено широким спектром уникальных свойств, таких как: физико-химические и биологические свойства, высокая каталитическая активность, уникальные оптические свойства, обусловленные поверхностным плазмонным резонансом в диапазоне длин волн 500 – 550 нм, поглощение и рассеивание в видимой области спектра и другие. [1 – 3].  

Наночастицы золота находят широкое применение во многих областях науки и техники: медицине, биологии, катализе, электронике, наноэлектронике, оптике, оптоэлектронике, аналитической сенсорике и других.

 

1.3.1. Медико-биологические свойства нанозолота

 

В современной медицине золото применяется для диагностики и лечения злокачественных опухолей. Помимо достаточно распространенной химиотерапии, в которой используются коллоидные растворы радиоактивного золота, сегодня существует совершенно новый современный метод, которым предусмотрено введение в опухолевую ткань микроскопических золотых нано-капсул и воздействие на них инфракрасными лучами. При этом раковые клетки погибают, а здоровая ткань остается неповрежденной.

Для сохранения молодости золото применяется в пластической хирургии.  Для этого тончайшие нити из этого металла толщиной всего несколько микрон с помощью специального проводника вводятся под кожу. Через несколько недель вокруг каждой из них формируется эластичная коллагеновая ткань, которая становится «каркасом» для кожи.

1.4. Методы синтеза нанозолота

 

В настоящее время разработаны методы получения наночастиц как в виде нанопорошков, так и в виде пленок или включений в различные матрицы. При этом в качестве нанофазы могут выступать ферро- и ферримагнетики, металлы, полупроводники, диэлектрики и так далее. Наиболее важными факторами, которые необходимо учитывать в ходе синтеза наночастиц, принято считать следующие:

1. Неравновесность систем. Практически все наносистемы термодинамически неустойчивы, и их получают в условиях, далеких от равновесных, что позволяет добиться спонтанного зародышеобразования и избежать роста и агрегации сформировавшихся наночастиц;
2. Высокая химическая однородность. Однородность наноматериала обеспечивается, если в процессе синтеза не происходит разделения компонентов как в пределах одной наночастицы, так и между частицами;
3. Монодисперсность. Так как свойства наночастиц чрезвычайно сильно зависят от их размера, для получения материалов с хорошими функциональными характеристиками необходимо синтезировать частицы с достаточно узким распределением по размерам;

Все методы получения наноматериалов можно разделить на две большие группы по типу формирования наноструктур: подход «сверху вниз» (bottom-up) характеризуется ростом наночастиц или сборкой наночастиц из отдельных атомов; а методы, относящиеся к группе «снизу-вверх» (top-down), основаны на «дроблении» частиц до наноразмеров.

Другая классификация является очень условной и предполагает деление методов синтеза по способу получения и стабилизации наночастиц. Согласно этой классификации методы синтеза наночастиц подразделяют на химические и физические, а иногда выделяют еще и механические. Однако четкой границы между этими группами методов не существует [4].

 

1.4.1 Физические методы получения наночастиц золота

 

Основу физических способов получения металлсодержащих наноразмепных частиц составляют фазовые превращения первого рода в отсутствии химических реакций. Наночастицы получают механическими методами (измельчение твердого материала или диспергирование жидкого), либо физико-химическими методами. 

Механические методы измельчения и диспергирования – это типичные примеры синтеза нанообъектов по технологии «сверху-вниз», относящиеся таким образом к физическим методам синтеза. Изначально они создавались для получения порошков с миллиметровыми и микронными размерами. При переходе к нанометровым размерам их эффективность значительно падает, поскольку работа, которую необходимо затратить для преодоления сил когезии или поверхностного натяжения при образовании межфазных поверхностей, становиться весьма значительной. Поэтому механический синтез – процесс энергоемкий, длительный по времени (от 5 до 6 часов в зависимости от метода синтеза) и основополагающего значения для производства наноматериалов не имеет.

Измельчение твердых материалов. Основой механосинтеза является обработка твердых смесей, в результате которой происходят измельчение и пластическая деформация веществ, ускоряется массоперенос и осуществляется перемешивание компонентов смеси на атомарном уровне, активируется химическое взаимодействие твердых реагентов. Механосинтез, как метод высокоэнергетического механического воздействия на твердое тело (работа измельчения пропорциональна площади образующейся поверхности) можно разделить на две основные категории: механический размол и механическое сплавление. Механический размол используется для измельчения исходного материала и его аморфизации. Механическое сплавление обеспечивает измельчение, перемешивание, массоперенос и химическое взаимодействие порошков нескольких чистых элементов, соединений или сплавов. С помощью механического сплавления можно получать вещества, как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии [5].

Электровзрыв. Быстро развивающийся метод получения тонкодисперсных порошков, основанный на электрическом взрыве проводника при прохождении по нему мощного импульса тока длительностью от 10^-5 до 10^-7 с и плотностью от 10⁴ до 10⁶ А·мм^-2. Для этого используется проволока диаметром от 0,1 до 1,0 мм. Электровзрыв проводника представляет собой резкое изменение физического состояния металла в результате интенсивного выделения энергии в нем при пропускании импульсного тока большой плотности. Электровзрыв сопровождается генерацией ударных волн и создает возможность быстрого нагрева металлов со скоростью более 10⁷ К·с^-1 до температур более 10⁴ К. Регулируя условия взрыва можно получать порошки с размером частиц от 100 мкм до 50 нм. Средний размер частиц монотонно убывает с ростом плотности тока и сокращением времени импульса. Электровзрыв в инертной среде позволяет получать порошки металлов и сплавов, при введении в реактор дополнительных реагентов (воздух, смесь кислорода и инертного газа, азот, декан, парафин, техническое масло) можно получить тонкодисперсные порошки оксидов, нитридов, карбидов металлов или их смеси [6].

Наноструктурирование под действием давления со сдвигом. Сдвиг (кручение) под действием гидростатического давления, равноканальное угловое прессование, прокатка и ковка металла – виды пластичеких деформаций используемые для наноструктурирования вещества. Под действием давления со сдвигом происходит сравнительно медленное как накопление напряжений, вызывающих дробление вещества и генерацию большого количества дефектов (точечных дефектов, дислокаций), так и релаксация напряжений. Действие давления с многократным накапливанием сдвига приводит к формированию наноструктур с очень высокой плотностью дислокаций. Однако равномерность распределения дефектов по объему материала будет низкой [7].

 

1.4.2 Химические методы синтеза наночастиц золота

 

1.4.2.1 Цитратный метод

 

Для синтеза наночастиц часто используется цитратный метод Туркевича. Данный метод синтеза основан на восстановлении наночастиц золота из водного раствора золотохлороводородной кислоты и стабилизации цитрат-ионами. Цитрат-ион одновременно выступает в роли как стабилизатора, так и восстановителя, поэтому концентрация цитрат-ионов определяет скорость восстановления и процессы роста металлических частиц.

 

18Na₃C₆H₅O₇ + 28HAuCl₄ → 28Au + 33CO₂ + 15Na₂C₅H₂O₄ + 112HCl

 

Варьированием количества цитрат-ионов были получены водные дисперсии золота с различными размерами наночастиц. Формирование наночастиц подтверждалось изменением окраски растворов от фиолетового до красного.

 

Рисунок 1 ― АСМ-изображение нанокластеров золота

 

Следует отметить, что для синтеза нанокластеров золота характерна следующая зависимость: чем выше концентрация цитрат-ионов, тем меньше размер частиц.

 

1.4.2.2 Боргидридный метод

 

Боргидриды (тетрагидробораты) щелочных металлов, такие как например боргидрид натрия – NaBH₄ являются сильными и часто используемыми восстанавливающими реагентами. Они проявляют ярко выраженные восстановительные свойства. Восстановление ионов металлов боргидрид-анионом протекает через образование активных комплексов с мостиковыми связями М-Н-В, последующим переносом атома водорода, разрывом мостиковой связи, окислительно-восстановительной реакцией, а также разрывом М-Н-связи. Образовавшийся при этом боран ВН₃ гидролизуется:

ВН₃ + 3Н₂О → В(ОН)₃ + 3Н₂,

 

или разлагается на поверхности образующихся металлических наночастиц до элементарного бора:

ВН₃ + М → В + 1,5Н₂ + М,

 

который осаждается и присутствует в металле в виде примеси. Присутствие примесей бора на поверхности металла является основным недостатком данного метода, если целью является получение частиц металла высокой чистоты. Однако примеси бора почти не влияют конечные свойства наночастиц металлов [8].  

 

• Стабилизация наночастиц

 

В процессе получения наночастиц всегда встает вопрос их стабилизации. Наночастицы размером от 1 до 20 нм обладают высокой поверхностной энергией, и для них трудно подобрать действительно инертную среду [9], поэтому на поверхности каждой наночастицы всегда имеются продукты ее химической модификации, которые существенно влияют на свойства наноматериала. Это особенно важно в случае магнитных наночастиц, модифицированный поверхностный слой которых может иметь совсем иные магнитные характеристики, нежели чем ядро частицы, и взаимодействие внутренних атомов с внешними может приводить к серьезным изменениям в магнитном поведении наночастиц. Зачастую исследователи стремятся стабилизировать наночастицы в процессе их получения, чтобы на выходе иметь продукт, постоянный по своим свойствам. В ходе химического синтеза магнитных наночастиц возможны два общих варианта – получение частиц, поверхность которых покрыта поверхностно-активными веществами или специфическими материалу частицы лигандами или же методы, где одновременно с приготовлением наночастиц происходит их “жесткая” стабилизация в матрицах. Первый случай хорош тем, что сохраняется возможность оперирования с повехностью наночастиц, например, замена лигандов или дальнейшая поверхностная модификация и получение монослоев частиц, а во втором случае чаще всего имеют дело с наноматериалом, для которого особо важны коллективные свойства наночастиц.

 

• Оборудование для анализа наночастиц

 

• Спектрофотометр

 

Спектрофотометры осуществляют разложение белого света в непрерывный спектр, выделение из этого спектра узкого интервала длин волн, в пределах которого световой пучок можно считать монохроматическим (ширина выделяемой полосы спектра от 1 до 20 нм), пропускание изолированного пучка света через анализируемый раствор и измерение с высокой степенью точности интенсивность этого пучка. Поглощение света окрашенным веществом в растворе измеряют, сравнивая его с поглощением раствора сравнения. В фотометрическом спектрофотометре задействованы два основных прибора: монохроматор, служащий для получения монохроматического светового пучка, и фотоэлектрический фотометр, предназначенный для определения интенсивности света.

В основу работы спектрофотометра положен принцип измерения отношения двух световых потоков: потока, прошедшего через исследуемый образец, и потока, падающего на исследуемый образец (или прошедшего через контрольный образец).

Световой пучок из осветителя попадает в монохроматор через щель и разлагается дифракционной решеткой на спектр. В монохроматический поток излучения, поступающий из выходной щели в кювету, поочередно вводятся стандартный и исследуемый образцы. Излучение, прошедшее через образец, попадает на катод фотоэлемента. Электрический ток, проходящий через резистор RН, включенный в анодную цепь фотоэлемента, создает на резисторе падение напряжения, пропорциональное излучению, падающему на фотокатод [10].

Усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления близким к единице, обеспечивает подачу сигналов на вход микропроцессорной системы (далее – МПС), МПС по команде оператора поочередно измеряет и запоминает напряжения UT и U, пропорциональные темновому потоку фотоэлемента, потоку, прошедшему через контрольный образец, и потоку, прошедшему через исследуемый образец. После измерения МПС рассчитывает коэффициент пропускания Т исследуемого образца [11].

 

• Спектрометр Photocor Complex

 

Спектрометр Photocor Complex –  это прибор, часто используемый при измерении характеристик полученных наночастиц. Его принцип работы основан на явлении динамического рассеяния света (иными словами, в основу положен метод фотонной корреляционной спектроскопии). Измерение корреляционной функции флуктуаций интенсивности рассеянного света и интегральной интенсивности рассеяния позволяет находить размер дисперсных частиц в жидкостях и молекулярный вес полимерных молекул. Метод динамического рассеяния света используется также для измерения скоростей потоков жидкостей и газов. Традиционно, этот вариант метода носит название лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА). В частности, данная конфигурация метода ДРС используется для измерения электрофоретической подвижности наночастиц, откуда рассчитывается их дзета-потенциал. Спектрометр эффективен как для традиционных измерений рассеяния света в физико-химических исследованиях, так и для новых применений в нанотехнологии, биохимии и биофизике. Измерение размеров частиц проводится под углом 90 °. В качестве опции доступен модуль обратного рассеяния для измерений под углом 160 °. Данная опция позволяет проводить измерения размеров частиц в концентрированных и непрозрачных системах [12].

 

• Рентгеновский дифрактометр

 

Рентгеновский дифрактометр – это прибор для измерения интенсивности и направления рентгеновского излучения, дифрагированного на кристаллическом объекте. Рентгеновский дифрактометр применяется для решения различных задач рентгеновского структурного анализа. Он позволяет измерять интенсивности дифрагированного в заданном направлении излучения с точностью до 10-х долей процента и углы дифракции с точностью до 10-х долей минуты. С его помощью можно производить фазовый анализ поликристаллических объектов и исследование текстур, ориентировку монокристальных блоков, получать полный набор интенсивностей отражений от монокристалла, исследовать структуру многих веществ при различных внешних условиях [13].

 

• Методы исследования наночастиц золота

 

• Спектрофотометрия

 

Спектрофотометрия – метод исследования веществ, основанный на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения. Под спектрофотометрией понимают раздел, объединяющий: 1) спектроскопию (науку об электромагнитных спектрах); 2) фотометрию (раздел физики, изучающий измерение света); 3) спектрометрию (измерение интенсивности электромагнитного излучения и длины волны). По типам изучаемых систем, спектрофотометрия делится на атомную и молекулярную. Различают спектрофотометрию в ИК-, видимой и УФ-областях спектра [14].

Спектр поглощения (окраска) зависит от устойчивости комплексного соединения и степени окисления катиона. Поэтому спектрофотометрию широко используют для исследования и анализа комплексных соединений металлов [14].

 

• Спектроскопия динамического рассеяния света

 

Спектроскопия динамического рассеяния света. Фотонная корреляционная спектроскопия – это метод измерения средней скорости движения дисперсных частиц в жидкой фазе, путем анализа динамических флуктуации интенсивности рассеянного света, то есть измерение временной корреляционной функции рассеянного света. Рассеяние света, при котором анализируются спектральные характеристики рассеянного света, называется динамическим рассеянием, в отличие от статического рассеяния, при котором регистрируется только интегральная величина интенсивности рассеяния. Метод фотонной корреляционной спектроскопии является бесконтактным (не вносит возмущение в исследуемую среду) и предназначен для измерения размеров нано- и субмикронных дисперсных частиц. Метод отличается точностью и высоким быстродействием, не требует предварительной калибровки и специального приготовления образцов [14].

 

1.7.3 Рентгеновская дифрактометрия

 

Рентгенофазовый анализ (рентгеноструктурный анализ) – дифракционный метод исследования структуры вещества с использованием рентген излучения [15]. В основе метода лежит явление дифракции рентгеновских лучей на трехмерной кристаллической решетке. Основным преимуществом рентгеноструктурного анализа является то, что исследуется само твердое тело в неизменном состоянии и результатом анализа является непосредственно определение вещества. Прохождение рентгеновских лучей через полиморфные тела позволяет различать отдельные модификации исследуемого вещества и замечать малейшие изменения в состоянии атомной решетки кристалла, которые улавливаются другими методами [15].

Качественный рентгенофазовый анализ заключается в определении кристаллических фаз на основе присущих им значений межплоскостных расстояний и интенсивностей линий рентгеновского спектра.

Количественный анализ заключается в определении количества фаз в смеси, средних размеров кристаллов, зерен в образце; изучении внутренних напряжений – проведении анализа профиля дифракционных линий и сдвига положения этих линий; изучении характера преимущественной ориентации кристаллитов [15].

 

 

 

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Вещества и реагенты

В таблице 2.1 представлены вещества, необходимые для синтеза наночастиц цитратным методом с последующей стабилизацией поливинилпирролидоном.

 

Таблица 2.1 – Вещества и реагенты

№	Название	Химическая формула	Молярная масса г/моль	Квалификация чистоты	ГОСТ, ТУ	Цена за 1 кг, руб.	Класс опасности
1	золотохлористоводородная кислота	HAuCl4	340	хч	ТУ 2612-025-00205067-2003	132600	III
2	дистиллированная вода	H2O	18	ч	ГОСТ 6709-72	40	IV
3	поливинилпирролидон	(C6H9NO)n	2,5	ч	ГОСТ 12.1.007-76	600	IV
4	цитрат натрия	Na3C6H5O7	258	ч	ГОСТ 31227-2013	120	III

 

2.2 Методика синтеза наночастиц золота из золотохлористоводородной кислоты цитратным методом.

 

Оборудование и химическая посуда: два химических стакана объемом 50 мл; колба объемом 50 мл; пипетка Мора объемом 10 мл; пипетка объемом 5 мл; аналитические и технические весы, магнитная мешалка.

Реактивы: дистиллированная вода, цитрат натрия, золотохлористоводородная кислота.

Для приготовления коллоидного раствора наноразмерного золота необходимо:

1) взвесить на аналитических весах 0,0051 г золотохлористоводородной кислоты и смешать с 30 мл дистиллированной воды в колбе на 50 мл;

3) поместить колбу с полученным раствором на магнитную мешалку, нагреть до 100 °С, и перемешивать до полного растворения;

4) взвесить на аналитических весах 0,0415 г цитрата натрия и растворить его в 3 мл воды;

5) добавлять при интенсивном перемешивании раствор цитрата натрия в раствор с золотохлористоводородной кислотой по каплям при помощи пипетки;

6) выдержать полученную смесь на магнитной мешалке при постоянном перемешивании и нагревании до образования золя золота с характерной красной окраской.

 

2.3 Методика синтеза наночастиц золота из золотохлористоводородной кислоты, стабилизированных поливинилпирролидоном

 

Оборудование и химическая посуда: два термостойких стакана объемом 50 мл; колба объемом 50 мл; пипетка Мора объемом 10 мл; пипетка объемом 5 мл; аналитические и технические весы, магнитная мешалка с возможностью подогрева.

Реактивы: дистиллированная вода, поливинилпирролидон, цитрат натрия, золотохлористоводородная кислота.

Для приготовления коллоидного раствора наноразмерного золота необходимо:

1) взвесить на аналитических весах 0,0051 г золотохлористоводородной кислоты и смешать с 30 мл дистиллированной воды в колбе на 50 мл;

2) поместить колбу на магнитную мешалку, нагреть до 100 °С, и перемешивать до полного растворения;

3)  взвесить на технических весах 0,2 г поливинилпирролидона;

4) взвесить на аналитических весах 0,0415 г цитрата натрия и растворить его в 3 мл воды;

5) добавлять при интенсивном перемешивании 0,2 г ПВП и раствор цитрата натрия в раствор с золотохлористоводородной кислотой по каплям при помощи пипетки;

6) выдержать полученную смесь на магнитной мешалке при постоянном перемешивании и нагревании до образования золя золота с характерной красной окраской.

 

2.4 Спектроскопия динамического рассеяния света

 

Для измерения среднего гидродинамического радиуса наночастиц золота на приборе Photocor Complex на основе динамического рассеяния света необходимо выполнить следующие действия:

1) включить компьютер;

2) включить прибор и лазер, используя тумблеры и повернув ключ;

3) запустить программу Photocor-FC;

4) залить золь наночастиц золота в чистую кювету, промытую дистиллированной водой, и поместить в адаптер кювет так, чтобы луч лазера проходил через золь;

5) в окне Control выбрать параметры измерения и на вкладке Cycle нажать клавишу «Run cycle»;

6) после измерения нажать клавишу «DynaLS» на панели управления, выделить нужный диапазон гистограммы и сохранить результат;

7) извлечь кювету, промыть водой.

 

 

 

 

3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

 

Гидродинамический радиус синтезированных наночастиц золота исследовался на фотонном корреляционом спектрометре Photocor Complex. Как можно наблюдать на гистограмме распределения на рисунке 3.1, наиболее вероятным радиусом является радиус в 100 нм, остальные распределены в интервале от 30 до 1000 нм.

В случае со стабилизированным поливинилпирролидоном золотом (рисунок 3.2) наиболее вероятный радиус соответствует примерно 20 нм, интервал радиусов от 5 до 100 нм. 

На основе полученных данных можно сделать вывод о том, что при стабилизации наночастиц золота поливинилпирролидоном образуются наночастицы меньшего размера, чем в случае без использования поливинилпирролидона.

 

Рисунок 3.1 – Распределение гидродинамических радиусов наночастиц золота, не стабилизированных ПВП

 

 

Рисунок 3.2 – Распределение гидродинамических радиусов наночастиц золота, стабилизированных ПВП

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данного отчета был проведен анализ литературных данных по свойствам нанозолота. Объясняются некоторые характерные свойства золота, благодаря которым оно находит применение в медицине.

В экспериментальной части приведена методика синтеза нанозолота и все необходимые для нее реагенты, а также описываются методы работы на научно-исследовательском оборудовании, используемом для анализа полученных наночастиц.

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Губин, С. П. Что такое наночастица? Тенденции развития нанохимии и нанотехнологии // Росс. Хим. Журнал – 2000, XLIV, С. 23 – 31.
2. Помогайло, А. Д. Наночастицы металлов в полимерах / А. Д. Помогайло, А. С. Розенберг, И. Е. Уфлянд – М.: Химия, 2000 – 672 с.
3. Глинка, Н. Л. Общая химия [Текст] / Н. Л. Глинка. – 30-е изд., испр. – М., 2003. – 728 с.
4. Черных, В. В. Сравнительный анализ методов синтеза наночастиц для лекарственных препаратов / В. В. Черных – Международный студенческий научный вестник. – 2014. – № 2. – С. 61 – 66.
5. Онищенко, Г. Г. Регламентированный наномир [Текст] // Г. Г. Онищенко – Нанотехнологии. Экология. Производство. – 2010. – № 5. – С. 60-65.
6. Алымов, М. И. Порошковая металлургия нанокристаллических материалов [Текст] / М. И. Алымов – М.: Наука, 2007. – 169 с.
7. Суздалев, И. П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов [Текст]/ И. П. Суздалев – М.: КомКнига, 2006. – 592 с.
8. Крутяков, Ю. А. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы / Ю. А. Крутяков, А. А. Кудринский, А. Ю. Оленин // Успехи химии, том 77, №3 – 2008. – C. 242 – 269.
9. Сергеев, Г. Б. Нанонаука [Текст] / Г. Б. Сергеев. – М.: КДУ, 2006. – 112 с.
10. Никитин, В. А. Спектрофотометр [Текст] / Физическая энциклопедия // Гл. ред. А. М. Прохоров. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. – Т. 4. – 704 с.
11. Коренман, И. М. Фотометрический анализ [Текст] / И. М. Коренман– М.: Химия, 1970. – 404 с.
12. Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов [Текст] // под ред. Г. Камминса и Э. Р. Пайка. Наука, М., 1978. – 304 c.
13. Хейкер, Д. М., Рентгеновская дифрактометрия [Текст] / Д. М. Хейкер, Л. С. Зевин. – М.: 1963; Рентгеновская дифрактометрия монокристаллов, Л., 1973. – 237 c.
14. Ельяшевич, М. А. Атомная и молекулярная спектроскопия [Текст] / М. А. Ельяшевич. – М., 1962. – 892 с.
15. Кузнецова, Г. А. Качественный рентгенофазовый анализ. Методические указания [Текст] / Г. А. Кузнецова. – Иркутск: ИГУ, 2005. – 28с.

 

 Скачать: ochet-po-praktikke.rar