Комплексные подходы к характеризации наноалмазов детонационного синтеза и их коллоидных растворов (1105580), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Плотность кристаллическогоалмаза составляет 3.5 г/см3. Если принять плотность кластера наноалмазов за 3.0 г/см3, а формукластера принять сферической, то зная средний размер кластера SDND (см. главу 7), можнооценить предел обнаружения в част/мл. Объем 18-нм частицы равен 3052 нм3, тогда пределобнаружения наноалмазов SDND при помощи ТЛС составляет 6 ×1010 част/мл. Для коллоидногораствора RUDDM, имеющего средний размер агрегатов около 32 нм, эти величины составляют4×1010 част/мл для ТЛС и 20 ×1010 част/мл для спектрофотометрии.1756.8. Фототермические и оптоакустические спектры коллоидныхрастворов наноалмазовОднимизнедостатковклассическойтермолинзовойспектроскопииявляетсяограниченность и небольшое число линий, доступных для проведения измерений.
Этообстоятельство ограничивает информативность фототермики по сравнению с фотометрией.Появление оптических параметрических осцилляторов (ОПО) как источников возбуждения влазерной спектроскопии открывает новые возможности для фототермической спектроскопии[295-299]. В нашем исследовании для изучения спектров поглощения наноалмазов мыиспользовали многоволновой фототермический и оптоакустический спектрометр с ОПО,которые могут дать дополнительную информацию о природе (истинное поглощение, рассеяниеили их сумма) спектров наноалмазов.Проведенные для коллоидных растворов измерения, представленные на рис.
59,показали, что спектр поглощения в диапазоне 400–700 нм, рассчитанный из оптоакустическихданных, незначимо отличается от спектра, полученного при помощи спектрофотометра.Фототермические данные аналогичны. Поскольку и оптоакустические, и термолинзовыеизмерения гораздо менее подвержены влиянию светорассеяния, чем фотометрические, можноутверждать, что спектры растворов наноалмазов хотя и очень похожи по форме на спектрырассеяния, представляют собой практически истинные спектры поглощения.33AA2.52.5221.51.5110.50.500430480530Длина волны, нм580630430480530580630Длина волны, нмРис. 59. Спектры поглощения наноалмазов в видимой области, полученные с помощьютрадиционной спектрофотометрии (красная линия) и рассчитанные из оптоакустическихизмерений (синяя линия). Представлены спектры для образцов RUDDM (слева) и SDND(справа).176Полученныеданныетакжесогласуютсясрезультатамифототермическогоиоптоакустического трехмерного сканирования, а также времяразрешенными кривыми,приведенными в главе 7.6.9.
Заключение из главы 6Таким образом, показано, что при помощи СФ и ТЛС возможно определениенаноалмазов в водных растворах (пределы обнаружения СФ — 10 мкг/мл и ТЛС — 0.6 мкг/мл),что может быть востребовано как в фундаментальных физико-химических, так и в медицинскихи биологических исследованиях этих систем. Правомерность использования основного законасветопоглощения доказана анализом спектрофотометрических данных, который показал, что онвыполняется для растворов наноалмазов всех исследованных марок, а также всехиспользованных концентраций и толщин кювет, что позволяет работать с раствораминаноалмазов в аналитической практике как с обычными светопоглощающими веществами.Иными словами, возможно изготовление стандартных образцов с точно известной массовойконцентрацией и оптической плотностью и определение концентраций неизвестных растворовметодом градуировочных функций.
Спектры растворов наноалмазов не изменяются в течениедлительного времени, поэтому возможно изготовление стандартных растворов.177ГЛАВА 7. Определение размеров кластеров в растворахнаноалмазовВ большинстве современных биологических и медицинских задач использованиянаноалмазов основную играют роль формы наноалмазных материалов, способные образовыватьводные коллоидные растворы, прежде всего устойчивые. Получение и физико-химическиеисследования подобных форм представляют особый интерес, и им посвящено большое числоработ (см. главу 1). Однако для решения этой задачи к началу работы не были привлечены всеметоды, которые могут быть использованы для решения этой задачи — в частности,термооптическаяспектроскопия,котораяможетслужитьисточникоминформацииодновременно о светопоглощении и тепловых (и размерных) характеристиках объектов, норанее не использовавшаяся для углеродных наноматериалов. Кроме того, анализ литературыименно в этой области (глава 1) показывает достаточную несогласованность данных,вызванную, весьма вероятно, использованием очень узкой выборки наноалмазных материалов.В результате, очень сложно как оценить возможности разных методов для исследованияколлоидных свойств наноалмазов, так и проводить полноценные корреляции междуколлоидными и другими свойствами этих материалов.В результате, задача исследований, описанных в данной главе, заключалась в оценкеразмеров агрегатов наноалмазов в водных дисперсиях различными методами и установлениикорреляции между размерами частиц в порошках (глава 3) и размерами агрегатов в водныхдисперсиях и между размерами агрегатов в коллоидных растворах и устойчивостью этихрастворов на возможно большей выборке объектов с разными свойствами.7.1.
Материалы и методыИсследования, описанные в данной главе, выполнены с помощью комплекса методовизмеренияразмеров — динамическогосветорассеяния(фотонно-корреляционнойспектроскопии), малоуглового рассеяния нейтронов и фототермической спектроскопии, причемв качестве основного использовали ДСР. Для оценки устойчивость коллоидных растворов кагрегации использовали величины дзета-потенциалов, для чего использовали метод лазернойдопплеровской анемометрии с регистрацией сдвига фаз (PALS), позволяющий достигатьвысокойточностиопределенияиработатьспоглощающимирастворами.Краткаяхарактеристика метода МУРН и PALS приведены в Приложении В.7.1.1. ОборудованиеИзмерение спектров динамического светорассеяния проводили на приборе MalvernZetasizer Nano ZS («Malvern Instruments», Великобритания); дзета-потенциала — на приборе178Brookhaven Omni («Brookhaven Instruments Corporation», США).
Принцип работы анализаторадзета-потенциала, использованного в данной работе, приведен в Приложении В. Длятермолинзовыхизмеренийиспользовалитермолинзовыйспектрометритермолинзовый/оптоакустический микроскоп, описанные в главе 6. Измерение спектровмалоуглового рассеяния нейтронов осуществляли на установке ЮМО Лаборатории нейтроннойфизики им. Франка (Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия). Принципработы анализатора дзета-потенциала приведен в Приложении В.7.1.2. Описание установки ЮМО для измерения МУРНУстановка ЮМО схематически представлена на рис. 60 (http://flnp.jinr.ru/400/).
Основныепараметры установки ЮМО приведены в табл. 44. Мониторный счетчик падающего пучканейтронов используется как для нормировки измеряемых спектров, так и для контроля за ходомэксперимента. Детектор прямого пучка, расположенный за детектором рассеяния, можетизмерять коэффициент прохождения пучка через рассеиватель и применяется в случае сильнорассеивающих и сильно поглощающих образцов, когда стандартная процедура работает снедостаточной точностью.Таблица 44 — Основные параметры установки ЮМОПараметрЗначениеПоток на образце (тепловые нейтроны)(5 × 106 – 2.3 × 107) н/(с/см2)Используемые длины волн0.5 Å – 8 ÅQ-диапазон (две позиции детектора)8 × 10-3 – 0.5 Å-1Диапазон исследуемых размеров500 – 10 Å +Интенсивность (абсолютные единицы –минимальный уровень)0.01 см-1Стандарт для калибровкиВанадий в процессе экспериментаРазмер пучка на образце5 – 22 мм2Коллимационная системаАксиальная, есть возможность изменятьразмерыДетектор (рассеянных нейтронов)He3-наполненный, собственного изготовления, 8независимых нитей, позиционночувствительный детекторДетектор (прямого пучка)6Позиция образцав специальном боксе в воздухеLi-конвертор (собственного изготовления)179Рис.
60. Схема установки ЮМО. Цифрами обозначены: 1 – два отражателя; 2 – зона реакторас водяным замедлителем; 3 – прерыватель; 4 – первый коллиматор; 5 – вакуумная труба; 6 –второй коллиматор; 7 – термостат; 8 – стол образцов; 9 – ванадиевый стандарт; 10 –кольцевой детектор; 11 – позиционно-чувствительный детектор "Волга"; 12 – детекторпрямого пучка.7.1.3. Теоретические основы оценки устойчивости дисперсныхсистемОдной из важнейших характеристик коллоидных растворов наноалмазов является ихустойчивость (стабильность). Устойчивость дисперсных систем - это способность дисперснойфазы сохранять во времени постоянство дисперсности частиц и состояние равномерногораспределения их во всем объеме дисперсионной среды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
