Изучение коагуляции коллоидных систем на основе фуллерена С60 и использование порога коагуляции для количественного анализа систем на их основе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХарЬкОвский НацИональний унИверситет имени В. Н. Каразина

Кафедра физической химии

Курсовая работа

Изучение коагуляции коллоидных систем на основе фуллерена С₆₀ и использование порога коагуляции для количественного анализа систем на их основе

студента гр. Х-142 химического факультета

КЛОЧАНЮКА ОЛЕГА РОМАНОВИЧА

Научный руководитель

аспирант А.Ю. Харченко

ХАРЬКОВ 2018

Реферат

фуллерен лиофобный коагуляция светопоглощение

Представленная работа посвящена изучению закономерностей коагуляции коллоидных систем на основе фуллерена С₆₀, а также их количественному анализу.

В литературном обзоре дано представление об объекте исследования - молекуле фуллерена С₆₀, рассмотрены основные методы получения коллоидных систем на его основе и способы количественного анализа, которые применяются на сегодняшний день подавляющим количеством исследователей. Кроме того представлены основные теоретические выкладки теории коагуляции Смолуховского, которые применялись в дальнейшем в экспериментальной части.

В экспериментальной части детально описана все использованные методики исследования, приготовление рабочих растворов и т. п., а также полученные результаты в виде рисунков спектров, таблиц и графиков зависимостей.

Работа содержит 12 иллюстраций, 26 страниц и одну таблицу.

В работе были решены следующие задачи: определены молярные коэффициенты светопоглощения для двух коллоидных систем на основе С₆₀ приготовленных разными методами, для этих же систем получены зависимости порогов коагуляции от концентрации С₆₀, опробована возможность использования для количественного анализа полученных систем гравиметрического метода, рассмотрено взаимодействие с катионными красителями.

Ключевые слова: фуллерен С₆₀, коагуляция, нейтральный красный, порог коагуляции, акридиновый оранжевый, пинацианол.

Реферат

Представлена ??робота присвячена вивченню закономірностей коагуляції колоїдних систем на основі фулерену С₆₀, а також їх кількісному аналізу.

У літературному огляді дано уявлення про об'єкт дослідження - молекули фулерену С₆₀, розглянуті основні методи одержання колоїдних систем на його основі та способи кількісного аналізу, які застосовуються на сьогоднішній день переважною кількістю дослідників. Крім того представлені основні теоретичні викладки теорії коагуляції Смолуховського, які в подальшому застосовувалися в експериментальній частині.

В експериментальній частині детально описані всі використані методики дослідження, приготування робочих розчинів і т. п., А також отримані результати у вигляді малюнків спектрів, таблиць і графіків залежностей.

Робота містить 12 ілюстрацій, 26 сторінок і одну таблицю.

У роботі були вирішені наступні завдання: визначено молярні коефіцієнти світлопоглинання для двох колоїдних систем на основі С₆₀ приготованих різними методами, для цих же систем отримані залежності порогів коагуляції від концентрації С₆₀, випробувана можливість використання для кількісного аналізу отриманих систем гравіметричного методу, розглянуто взаємодію з катіонними барвниками .

Ключові слова: фулерен С₆₀, коагуляція, нейтральний червоний, поріг коагуляції, акридіновий помаранчевий, пінаціанол.

Аbstrait

Le prйsent travail est consacrй а l'йtude des rйgularitйs de la coagulation des systиmes colloпdes а base de fullerиne C₆₀, ainsi qu'а leur analyse quantitative.

La revue de la littйrature est donnй une idйe de l'objet d'йtude - la molйcule de fullerиne C₆₀, les mйthodes de base de l'obtention des systиmes colloпdaux sur la base, et les mйthodes d'analyse quantitative qui sont utilisйs aujourd'hui par un trиs grand nombre de chercheurs. En outre, les principaux calculs thйoriques de la thйorie de la coagulation de Smoluchowski sont prйsentйs, qui ont ensuite йtй appliquйs dans la partie expйrimentale.

Dans la partie expйrimentale est dйcrite dans les йtudes de dйtail toutes les mйthodes utilisйes, la prйparation de solutions de travail et similaire, et les rйsultats obtenus sous forme de graphiques des spectres, des tableaux et des graphiques de dйpendance.

L'њuvre contient 12 illustrations, 26 pages et une table.

Dans les problиmes suivants ont йtй rйsolus: les coefficients d'absorption de lumiиre molaires dйfinis pour les deux systиmes colloпdaux а base de C₆₀ prйparй par divers procйdйs, pour les mкmes systиmes prйparйs selon les seuils de coagulation sur la concentration de C₆₀ testй la possibilitй d'utiliser pour l'analyse quantitative de la mйthode gravimйtrique, des systиmes d'interaction examinй avec des colorants cationiques .

Mots clйs: fullerиne C₆₀, coagulation, rouge neutre, seuil de coagulation, orange acridine, pinacianol.

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Фуллерен: история открытия и описание молекулы

1.2 Методы приготовления лиофобных систем на основе С60

1.3 Методы количественного анализа применимые для коллоидных растворов на основе С60

1.4 Кинетика быстрой коагуляции. Теория Смолуховского

2. Экспериментальная часть

2.1 Рабочие коллоидные растворы

2.2 Расчет коэффициента молярного светопоглощения для полученных систем

2.3 Исследование устойчивости полученных систем по отношению к электролитам, получение зависимости порога коагуляции от концентрации С60

2.4 Исследование взаимодействий полученых систем с красителями

Выводы

Список используемой литературы

Введение

Разработка новых материалов всегда была тем фактором, который отделяет мечты и фантазии об улучшении человеческой жизни от реального их воплощения и внедрения. Углерод - один из тех элементов который эти материалы нам щедро поставляет. И хотя он уже давным давно на службе у человека в виде графита и алмаза, его потенциал на этом далеко не исчерпывается. Такие структуры как нанотрубки и фуллерены дают новые возможности в изготовлении материалов. Так, например, введение в матрицу алюминия и меди фуллерена С₆₀ способствует повышению износостойкости материала без потерь электропроводимости, что позволяет изготавливать из него подвижные электроконтакты [1]. Более важный пример - медицина: предполагается использование фуллеренов в качестве носителей лекарств для точной их доставки к необходимому месту в организме. Там они используются уже в виде коллоидного раствора. Поэтому для успешного развития вышеупомянутых перспектив требуется тщательное изучение всех важных свойств водных коллоидных растворов на основе модификаций углерода и, прежде всего, фуллерена.

Однако в процессе приготовления применения коллоидных систем на основе фуллерена возникает проблема определения его концентрации в растворе. Обзор современной литературы показывает, что применяющиеся для этого методы анализа являются либо сложно осуществимыми и требующими дорогостоящего оборудования или для водных систем совершенно непригодны. Данная работа призвана заполнить этот пробел.

Целью данной работы было определить коэффициенты молярного светопоглощения для коллоидных систем на основе фуллерена С₆₀ в воде, опираясь на данные гравиметрического анализа. А также предложить альтернативный метод количественного анализа. В качестве такового рассмотрен метод определения порогов коагуляции. Кроме того в цели входило исследование характера взаимодействий коллоидных систем С₆₀ разного происхождения с катионными красителями.

Чаще всего коллоидные растворы на основе фуллеренов получают методом замены растворителя, реже методом длительного перемешивания, новаторским в этой области является диспергационный метод. Поэтому объектами рассмотрения в данной работе выступают два типа коллоидных растворов фуллерена С₆₀ полученных первым и последним методами.

1. Литературный обзор

1.1 Фуллерен: история открытия и описание молекулы

Понятие фуллерены в наше время довольно многогранно и охватывает широкий класс многоатомных молекул С_n, где n>60, и твердые тела на их основе. Но в данной работе речь пойдет о Сбо (далее фуллерен).

Впервые возможность существования высоко симметричной сфероидальной молекулы углерода, где пятиугольник был внедрен в качестве дефекта к обычной структуре графита, была продемонстрирована Дэвидом Джонсом в 60-ых годах прошлого века.

Спустя 10 лет Е. Осава предположил существование молекулы Сбо в виде усеченного икосаэдра, похожей на футбольный мяч. Несколько позже российские ученые Д.А. Бочвар и Е.Г. Гальперин доказали стабильность такой молекулы путем квантовомеханических расчетов.

В 1983 г. Хаффман с коллегами испарили графитовый стержень в электрической дуге в атмосфере гелия. Они заметили, что когда давление стало в 7 раз меньше атмосферного, пыль сильно поглощала излучение в дальней УФ области. Ими был получен спектр, объяснить который они не смогли. Это было сделано в 1985 г. группой ученых, в которую входили Г. Крото, Хит, О'Брайен, Р.Ф. Керл и Р. Смолли. Именно они и предположили, что высокая стабильность фуллерена может быть обеспечена структурой молекулы в виде футбольного мяча, что позже было доказано экспериментально с помощью электронного микроскопа.

Своим названием новая аллотропная модификация углерода обязана американскому архитектору Ричарду Бакминстеру Фуллеру, который проектировал полусферические стеклянные купола состоящие из шести- и пятиугольников. [3]

Молекула Сбо содержит запрещенные природой для неорганических соединений пятичленные циклы. Следовательно, фуллерен - это органическая молекула, а кристаллы, которые он образует - фуллериты - молекулярные, являющиеся связующим звеном между органическим и неорганическим веществом. В XVII веке еще задолго до открытия фуллеренов Л. Эйлер рассчитал, что для образования замкнутого сфероида необходимо 12 пятиугольников. Число же шестиугольников может варьировать в широких пределах. Для расчета таковых была выведена формула:

n = 20 + 2m, (1)

где n число атомов углерода, а m - число шестиугольников.

Фигура имеет 10 осей симметрии третьего порядка и 6 осей пятого порядка. Каждая вершина имеет трех ближайших соседей. Каждый шестиугольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, последние же граничат только с шестиугольниками. Атомы углерода в молекуле связаны между собой прочной ковалентной связью, причем имеются как одинарные, так и двойные связи. Поэтому следует рассматривать фуллерен как полиалкен, а не как ароматическую молекулу. Дело в том, что пентагоны, обладающие только одинарными связями, локализуют электронную плотность. Толщина оболочки молекулы 0,1 нм, в то время как радиус 0,357 нм. Длина связи в Пентагоне 0,143 нм, в гексагонах - 0,139 нм. [4]

Кристаллы же фуллерита существуют за счет образования слабых Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий между атомами. Он имеет гранецентрированную кубическую решетку, пространственная группа Fm3m. Параметр кубической решетки 1,42 нм. Расстояние между ближайшими соседями 1 нм. Кристалл фуллерита имеет плотность 1,7 г/мл, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/мл) и алмаза (3,5 г/мл).

1.2 Методы приготовления лиофобных систем на основе С₆₀

Всего можно выделить три метода приготовления таких систем, встречающихся в литературе:

метод замены растворителя;

метод длительного перемешивания;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

диспергационный метод.

Метод замены растворителя является самым распространенным среди всех. Он реализуется следующим образом: навеску фуллерена

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

С₆₀ растворяют в «хорошем» органическом растворителе (толуол, бензол, этиловый спирт). После 24-ех часов интенсивного перемешивания этот раствор фильтруют через нейлоновый фильтр с диаметром пор 0,2 мкм и добавляют со средней скоростью 1 л/мин. к заранее определенному объему воды. Остаток органического растворителя отгоняют нагреванием или ультразвуком. Метод встречается во работах связанных с фуллереном С₆₀, при этом методика почти не отличается от вышеприведенной, отличаются только органические растворители. Например в работах [3], [8] и [9] органическим растворителем выступил тетрагидрофуран, в [4] и [5] использовался толуол, а в [6] - этиловый спирт.

Метод длительного перемешивания, ввиду того что предполагает минимум несколько недель, является менее распространенным по сравнению с методом замены растворителя. Процедура проводится следующим образом: большую навеску фуллерена (в расчете 200 - 800 мг фуллерена на 2 литра воды) помещают в воду и оставляют на магнитной мешалке в течении трех недель. По истечении этого срока отбирают верхние слои жидкости и фильтруют через фильтр с диаметром пор 0,45 мкм. Метод реализуется в работах [3], [5] и [6], где отличается только диаметром пор фильтра в зависимости от частиц которые были нужны в конкретной работе.

Диспергационный метод среди всех является самым простым в реализации, быстрым и не требующим особых растворителей. Однако он же является новаторским и уникальным. Он встречается только в работе [7]. Метод реализуется так: навеску фуллерена (примерно в 3,5 мг) растирают в агатовой ступке в течении 10 минут. В систему добавляется стабилизатор, а именно додецилсульфат натрия (ДСН) с концентрацией 0,04 М в пропорции 0,71 мл ДСН на 1 мг С₆₀. Полученный раствор обрабатывается ультразвуком в течении получаса. Далее он фильтруется через фильтр с диаметром пор 45 мкм.

1.3 Методы количественного анализа применимые для коллоидных растворов на основе С₆₀

В литературе описание количественного анализа коллоидных дисперсий фуллерена С₆₀ встречается крайне редко, однако можно выделить следующие методы:

· жидкостная хроматография;

· спектрофотометрия;

· масспектрометрия.

Жидкостная хроматография реализуется на колонке со сферическими частицами адсорбента силикагеля с модифицированной поверхностью диаметром 3-5 мкм. Лучшей подвижной фазой в данном случае является смесь метанола с толуолом в пропорции 1:1. Она поступает со средней скоростью 0,4 мл/мин. В результате получается хроматограмма с ярко выраженными пиками. На рис. 1 отображен пример такой хроматограммы смеси фуллеренов С₇₀ (третий пик),С₆₀ (второй пик), и N-метилфуллеропирролидина С₆₀ (первый пик). Однако метод не является безэталонным, а потому для определения концентрации нуждается в стандартных растворах. Такой подход встречается в работе [9].

Рис. 1 Хроматограмма фуллерена С₆₀

Использование спектрофотометрии для количественных определений коллоидных дисперсий фуллерена С₆₀ может быть реализовано в нескольких вариантах. Например, в работе [6] аликвоту раствора сначала испаряют, потом растворяют в фиксированном объеме «хорошего» растворителя (например толуола), а после снимают спектр в УФ-области. Однако найти соответствующих молярных коэффициентов светопоглощения в литературе не удалось.

Другой подход предполагает получение спектра в УФ-области непосредственно водного раствора. Например в работе [8] приводятся значения молярного коэффициента светопоглощения для воды и ТГФ (рис. 2) для диапазона длин волн от 200 до 800 нм. Проверялась концентрация схожим с предидущим случаем образом: к водной дисперсии добавлена аликвота толуола. После нескольких часов озвучивания ультразвуком смесь оставлялась в темном месте до полного расслоения. Слой толуола отбирался и фотометрировался. Однако стоит отметить, что для расчета концентрации в системе с толуолом авторы брали коэффициент молярного поглощения для н-гексана, взятый в [10]. Аналогичным образом теми же авторами были расчитаны коэффициенты молярного светопоглощения для коллоидной системы на основе С₆₀ полученной диспергационным методом (рис. 3).

Рис 2. Зависимость коэффициента молярного поглощения коллоидных систем на основе С₆₀ в ТГФ и воде от длины волны [8]

Рис 3. Зависимость коэффициента молярного поглощения коллоидных систем на основе С₆₀ полученных диспергационным методом в гексане и воде от длины волны и размера частиц [7]

1.4 Кинетика быстрой коагуляции. Теория Смолуховского

Выведение количественных характеристик процесса коагуляции всегда было затруднительным ввиду слишком юольшого количества факторов влияющих на процесс. Однако Смолуховскому в 1916 г. Удалось упростить математический аппарат путем нескольких допущений.

Одно из них состоит в изучении вполне определенной зоны коагуляции. Исследования показывают, что при малой концентрации электролита скорость коагуляции стремится к нулю. При росте концентрации наблюдается рост скорости до тех пор пока она не выйдет на постоянное предельное значение (порог коагуляции), и далее не меняется. Таким образом, выделяют три области коагуляции: зону устойчивости, медленной коагуляции и быстрой коагуляции.

Объснить эту закономерность можно исходя из того, что в процессе диффузии частицы хаотично блуждают, обладая при этом энергией близкой к кТ. Случайные перекрывания полей наиболее «горячих» частиц приводит к их соединению. При этом вероятность такого события растет пропорционально концентрации частиц и их скорости. В области быстрой коагуляции все столкновения являются эффективными, что значительно упрощает расчет скорости коагуляции. Остается лишь определить число столкновений. Однако еще есть сложность учета взаимодействия вторичных и третичных частиц. Смолуховский предложил оценивать кинетику быстрой коагуляции, взяв за основу броуновское движение частиц - диффузию.

Количественной мерой диффузии является коэффициент диффузии, определяющийся из первого закона Фика (1) как количество вещества переносимого через сечение 1 см² за 1 секунду при единичном градиенте концентрации.

(1),

где s - площадь поперечного сечения потока; n - количество вещества.

Рассмотрение потока диффузии частиц в по направлению к центральной частице с радиусом а на основе уравнения 1 приводит к выражению для уменьшения количества частиц

(2),

где R=2a.

Из уравнения 2 можно сделать вывод что коагуляция протекает как бимолекулярная реакция.

Заменив на К и проинтегрировав выражение 2 в пределах v₀-v, а также введя параметр ф = 1/kv₀, получают формулу уменьшения частиц во времени (3).

V=v₀/(1+t/ф) (3),

где ф - время, за которое количество частиц уменьшается вдвое (период коагуляции). Это уравнение Смолуховского.

Используя уравнение Эйнштейна, находим

ф = 3з/8kTv₀ (4)

Уравнение Смолуховского в виде (5) справедливо чля частиц любого порядка.

(5),

где i - порядок частицы.

Представленная теория быстрой коагуляции была многократно доказана экспериментально. [11]

2. Экспериментальная часть

2.1 Рабочие коллоидные растворы

Объекты исследования в данной работе выбирались исходя из вышеупомянутых методов получения коллоидных систем на основе фуллерена С₆₀. выступили два типа коллоидных систем полученных разными методами.

Растворы С₆₀ первого типа (далее Ф1) были получены диспергационным методом по методике Дегучи [7], описанной выше. Этот метод был выбран ввиду своей простоты реализации, перспективности, а также ввиду отсутствия достаточного количества исследований систем полученных таким образом.

Рис. 4. Спектры светопоглощения коллоидных растворов Ф1 (разбавление 1:10) с данными о массе навески фуллерена С₆₀

В процессе приготовления Ф1 было замечено, что самые качественные коллоидные системы получаются из малых навесок (от 0,5 до 5 мг) С₆₀. И для получения большого обьема систем лучше взять и растереть несколько малых навесок чем одну большую. Также необходимым условием получения качественных систем является промывание ступки после каждого использования водой, после бензолом.

Критерием качества каждой системы служит спектр поглощения в УФ области. Таковые представлены на рисунке 4. Каждому спектру здесь соответствует масса навески уже растертого С₆₀. Штрихами обозначены спектры систем, полученных без предварительной промывки ступки. Заметно, что эти спектры имеют значительно меньшую интенсивность и четкость пиков по сравнению с остальными, а также, что самая высокая интенсивность пиков отвечает самой минимальной навеске С₆₀. Вероятно, малая навеска лучше распределяется по ступке, а потому лучше растирается.

Второй тип систем на основе фуллерена С₆₀ (далее Ф2) был получен методом замены растворителя д. х. н. В. К. Клочковым (НТК НАНУ «Институт монокристаллов») с концентрацией 2,38•10-⁴ моль/л. Этот метод был выбран ввиду своей наибольшей распространенности среди исследователей.

2.2 Расчет коэффициента молярного светопоглощения для полученных систем

Для систем Ф1 начальная концентрация не была известна, поэтому требовался эталонный метод для ее оценки. В качестве такового была выбрана гравиметрия. Осуществлялось это следующим образом: фильтр, через который пропускался раствор предварительно взвешивался, после использования высушивался 5 суток. Далее взвешивался повторно каждый день до постоянной массы. По разнице масс фильтров определяем сколько С₆₀ осталось, а сколько перешло в раствор. Объемом раствора является объем стабилизатора ДСН, который заранее известен из вышеприведенной пропорции. Отсюда легко найти концентрацию.

Взвешивание было проведено на механических аналитических весах производства города Гданьск 1974 г. с точностью измерения 0,0002 г.

Все спектры поглощения, которые будут упомянуты в работе получены на спектрофотометре Hitachi U-2000 в кварцевых кюветах.

Из спектра систем Ф1 (рис. 4) очевидно, что определять коэффициент молярного светопоглощения лучше всего для пика при 264 нм. Это было сделано для раствора с навеской 8,8 мг (на графике под номером 2) с использованием формулы (6)

(6),

Где m₁ - масса фильтра до использования; m₂ - масса фильтра после использования; V - объем стабилизатора ДСН; A - поглощение раствора; l - длина поглощающего слоя раствора.

В результате для л = 264 нм коэффициент молярного светопоглощения оказался равен 966,9 л•моль/см.

Стоит отметить, что полученное значение отличается более чем на два порядка от литературного (е = 1,25•105 л•моль/см (рис. 3)). Если руководствоваться литературными данными, концентрация С₆₀ в рабочем растворе составляет 1,84•10^-6 моль/л.



Рис. 5. Спектр Ф2 (с = 1,19•10^-5 моль/л)

Для системы Ф2 задача значитеьно упростилась так как концентрация там была заранее известна - 2,38•10^-4 моль/л. Таким образом, по закону Бугера - Ламберта - Бэра, при л = 420 нм е = 19571 л•моль/см. Выбранная длина волны - максимум линейного участка.

Однако если взлянуть на спектр систем Ф2, становится ясно, что здесь присутствует проблема выбора необходимой длины волны т.к. отсутствуют какие - либо пики. Для этих систем есть смысл предложить альтернативные методы определения концентрации.

2.3 Исследование устойчивости полученных систем по отношению к электролитам, получение зависимости порога коагуляции от концентрации С₆₀

Одним из таких методов может стать определение порога коагуляции системы. То есть той минимальной концентрации электролита, при которой наблюдается быстрая коагуляция системы.

Порог коагуляции определялся путем построения зависимости размера частиц системы от времени при разных концентрациях электролита (NaCl). Искомой величиной считалась та концентрация электролита, при которой тангенс угла наклона аппроксимирующей прямой будет отличен от нуля. Измерения размеров частиц проводились с помощью метода динамического светорассеяния, который был реализован на приборе Zetasizer Nano ZS Malvern Instruments в кварцевых кюветах.

Рис. 6. Зависимость размера частиц от времени для систем Ф2 (с(C₆₀) = 2,38•10-⁶ моль/л) при разных концентрациях NaCl.

Например, на рисунках 3 и 4 приведены вышеупомянутые зависимости. Из рисунков видно, что для систем Ф2 при концентрации 2,38•10-⁶ моль/л порог коагуляции составляет 0,2 моль/л, а для систем Ф1 при концентрации 2,38•10-⁴ моль/л он составляет 0,56 моль/л.

Рис. 7. Зависимость размера частиц от времени для систем Ф1 (с(C₆₀) = 2,38•10-⁴ моль/л) при разных концентрациях NaCl.

Полученная для Ф2 зависимость порогов коагуляции от концентраци С₆₀ приведена на рис. 8. Заметно, что зависимость не является линейной и имеет экстремумы. Однако на промежутке концентраций от 2•10^-6 моль/л до 5•10^-6 моль/л аппроксимировать полученные точки не составит большого труда. Остальной же промежуток, а также поиск экстремума зависимости требует дополнительного исследования.

Рис. 8. Зависимость порога коагуляции от концентрации С₆₀ в Ф2

Зависимость порога коагуляции от концентрации С₆₀ в системах Ф1 представлена на рисунке 9. На основании этих данных можно утверждать, что искомая зависимость является линейной и пригодна к использованию в аналитических целях. Однако поиск параметров функции также требует дополнительных исследований ввиду относительно малого количества точек.



Рис. 9. Зависимость порога коагуляции от концентрации С₆₀ в Ф1

2.4 Исследование взаимодействий полученых систем с красителями

Для проверки влияния красителей на С₆₀ были выбраны следующие красители: акридиновый оранжевый (АО), пинацианол (ПИН) и нейтральный красный (НК). Выбор именно этих красителей обусловлен тем что что в кислой форме их молекулы обладают положительным зарядом, а поверхность С₆₀, как известно из опытов и литературы, заряжена отрицательно. Следовательно есть основания ожидать связывания этих красителей с С₆₀. Проверить это можно путем определения кажущейся константы ионизации этих красителей. Ее сдвиг - показатель связывания.

На рис. 10 изображены спектры Ф2 в среде акридинового оранжевого, но за вычетом спектра самого красителя, и просто в воде. Заметно, что в области близкой к УФ поглощение Ф2 в микроокружении красителя выше чем в растворе сравнения. Это может свидетельствовать о коагуляции в системе.



Рис. 10. Сравнение спектра Ф2 в микроокружении АО и без него

На рис. 11 наблюдаем то же самое для нейтрального красного. И хотя верхний спектр приведен без вычета красителя, это допустимо т.к. НК не поглощает в УФ, а Ф2 имеет высокое поглощение именно в этой области.

Рис. 11. Сравнение спектров Ф2 с НК и чистого Ф2

Что же касается Ф1, то НК коагуляции этих систем не вызывает. Поэтому для них представилось возможным расчитать константы ионизации при разных концентрациях Ф1, а также в среде ДСН для сравнения (табл. 1). Из приведенных значений следует что НК не оказывает влияния на Ф1, а сдвиг показателя константы вызван наличием ДСН.

Таблица 1. Значения рК^а_а для нейтрального красного в Ф1 и ДСН

Рис. 12. Спектры ПИН в разных микроокружениях

Пинацианол также действует с Ф1 и Ф2 по-разному. В его присутствии Ф2 не коагулирует, однако есть признаки образования агрегатов красителя - им соответствует пик при 521 нм (6,6 мкмоль/л Ф2). Ф1 как и в других случаях оказывает эффект только за счет ДСН, что видно из раствора сравнения. Там тоже присутствуют пики агрегатов красителя другого типа, соответствующие длине волны 466 нм.

Выводы

1. Найдены оптимальные условия получения коллоидных систем С₆₀ диспергационным методом.

2. Получены калибровочные зависимости порога коагуляции от концентрации, применимые для количественного анализа коллоидных систем на основе С₆₀ полученных диспергационным методом, а также методом замены растворителя.

3. Гравиметрический метод непригоден для исследования коллоидных систем на основе фуллерена С₆₀ ввиду слишком малых фигурирующих масс.

4. Выяснено, что метод получения коллоидных систем на основе фуллерена С₆₀ сильно влияет на их свойства и характер взаимодействий с катионными красителями.

Список используемой литературы

1. Керл P.O., Смолли Р.Э. Фуллерены // В мире науки. - 1991,- №12,- С. 14-24.

2. Сололов В.И., Фуллерены - новые аллотропные формы углерода: структура, электронное строение и химические свойства / В.И. Соколов, И.В. Станкевич // Успехи химии 62 (5) 1993.

3. C₆₀ Colloid formation in aqueous systems: effects of preparation method on size, structure, and surface charge / L. Duncan , J. Jinschek , P. Vikesland // Environ. Sci. Technol. 2008, 42, 173-178

4. Relating colloidal stability of fullerene (C₆₀) nanoparticles to nanoparticle charge and electrokinetic properties / K. Loonchen, M. Elimelech // Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 7270-7276

5. Influence of humic acid on the aggregation kinetics of fullerene (C₆₀) nanoparticles in monovalent and divalent electrolyte solutions / K. Loonchen, M. Elimelech // Journal of Colloid and Interface Science 309 (2007) 126-13

6. Stable Colloidal Dispersions of C₆₀ Fullerenes in Water: Evidence for Genotoxicity / A. Dhawan , J. S. Taurozzi, A. K. Pandey, W. Shan , S. M. Miller , S. Hashsham,V. V. Tarabara // Environ. Sci. Technol. 2006, 40, 7394-7401

7. Facile Generation of Fullerene Nanoparticles by Hand-Grinding / S. Deguchi, S. Mukai, M. Tsudome, and K. Horikoshi // Advanced materials - 2006, 18, 729-732.

8. Stable Dispersions of Fullerenes, C₆₀ and C₇₀, in Water. Preparation and Characterization / S. Deguchi, R. G. Alargova, K. Tsujii // Langmuir 2001, 17, 6013 - 6017.

9. First determination of C₆₀ and C₇₀ fullerenes and N-methylfulleropyrrolidine C₆₀ on the suspended material of wastewater ef?uents by liquid chromatographyhybrid quadrupole linear ion trap tandem mass spectrometry / M. Farrй, S. Pиrez, K. Gajda-Schrantz, V. Osorio, L. Kantiani, A. Ginebreda, D. Barcelу // Journal of Hydrology 383 (2010) 44-51

10. Armarego, W. L. F.; Perrin, D. D. Purification of Laboratory Chemicals, 4th ed.; Butterworth-Heinemann: Oxford, 1996

11. Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. Учеб. для вузов. Изд. 2-ое / Д. А. Фридрихсберг. -- М. : Химия, 1984. -- 368 с.

Размещено на Allbest.ru

...