चुंबकीय नैनोकणों का संश्लेषण: प्रयोगशाला से उत्पादन तक
चुंबकीय नैनोकण (MNPs) जैवचिकित्सकीय इमेजिंग, लक्षित औषधि वितरण, उत्प्रेरण और पर्यावरणीय प्रदूषण निवारण सहित विभिन्न वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण घटक हैं। इन अनुप्रयोगों की विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए चुंबकीय नैनोकणों के आकार, आकृति, चुंबकीय व्यवहार और सतही कार्यात्मकता जैसे गुणों का सटीक नियंत्रण आवश्यक है। Hielscher के प्रोब-प्रकार के सोनिकेटरों की सहायता से किया जाने वाला अल्ट्रासोनिक संश्लेषण उच्च गुणवत्ता वाले चुंबकीय नैनोकणों के उत्पादन के लिए एक बहुमुखी विधि प्रदान करता है, जिसका पैमाना बढ़ाया जा सकता है।
नैनोकणों के संश्लेषण में सोनिकेशन
अल्ट्रासोनिकेशन में उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों का उपयोग करके ध्वनिक कैविटेशन के माध्यम से तरल माध्यम में स्थानीयकृत उच्च ऊर्जा वाले क्षेत्र उत्पन्न किए जाते हैं। यह परिघटना तीव्र अपरूपण बल, उच्च दाब और ऊँचे तापमान उत्पन्न करती है, जिससे नैनोकणों के नियंत्रित नाभिकन और वृद्धि के लिए अनुकूल वातावरण बनता है। अल्ट्रासोनिकेशन के लाभों में एकसमान मिश्रण, बेहतर द्रव्यमान स्थानांतरण, अभिक्रिया की गतिकी को प्रभावित करने और कणों को कार्यात्मक बनाने की क्षमता शामिल हैं, जिससे यह एकसमान चुंबकीय नैनोकणों के संश्लेषण के लिए विशेष रूप से प्रभावी बनता है।
औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UIP16000hdT (16kW) चुंबकीय नैनोकणों के बड़े पैमाने पर संश्लेषण के लिए।
चुंबकीय नैनोकणों का संश्लेषण: प्रयोगशाला से बड़े पैमाने के उत्पादन तक
प्रयोगशाला स्तर पर चुंबकीय नैनोकणों का संश्लेषण
प्रयोगशाला में, Hielscher के प्रोब-प्रकार के सोनिकेटरों का उपयोग सामान्यतः सह-अवक्षेपण, तापीय अपघटन या सॉल्वोथर्मल विधियों से चुंबकीय नैनोकणों के संश्लेषण के लिए किया जाता है। आयाम, सोनिकेशन की अवधि, पल्स मोड और तापमान जैसे अल्ट्रासोनिक मापदंडों को नियंत्रित करके शोधकर्ता एकसमान कण आकार और संकीर्ण आकार वितरण प्राप्त कर सकते हैं।
उदाहरण के लिए, सह-अवक्षेपण विधि को अल्ट्रासोनिक कैविटेशन से काफी लाभ होता है, जो क्षारीय विलयनों के साथ फेरस और फेरिक पूर्वगामी पदार्थों के मिश्रण को बेहतर बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप समांगी नाभिकन से मैग्नेटाइट (Fe₃O₄) नैनोकण बनते हैं। इसके अतिरिक्त, अल्ट्रासोनिकेशन अभिक्रिया का समय कम करता है और नैनोकणों के चुंबकीय तथा संरचनात्मक गुणों को बेहतर बनाता है।
अल्ट्रासोनिक मैग्नेटाइट संश्लेषण के बारे में और पढ़ें!
पायलट और औद्योगिक स्तर पर उत्पादन
प्रयोगशाला स्तर के अनुसंधान से औद्योगिक स्तर के उत्पादन की ओर बढ़ते समय Hielscher सोनिकेटरों के पैमाने को बढ़ाने की क्षमता एक महत्वपूर्ण लाभ है। पायलट स्तर की प्रणालियों में, बड़े अल्ट्रासोनिक प्रोब (सोनोट्रोड) और प्रवाह वाले रिएक्टर एकसमान गुणवत्ता वाले चुंबकीय नैनोकणों का निरंतर उत्पादन संभव बनाते हैं। उच्च दाब की परिस्थितियों में संचालन करने और प्रक्रिया मापदंडों को नियंत्रित करने की क्षमता पुनरुत्पादकता और पैमाना बढ़ाने की क्षमता सुनिश्चित करती है।
औद्योगिक उत्पादन के लिए, Hielscher अल्ट्रासोनिक रिएक्टर कणों की वांछित विशेषताओं को बनाए रखते हुए बड़ी मात्रा में पूर्वगामी पदार्थों के विलयनों को संसाधित कर सकते हैं। पैमाना बढ़ाने की यह क्षमता उन अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक है जिनमें चुंबकीय नैनोकणों की बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है, जैसे चुंबकीय पृथक्करण प्रौद्योगिकियाँ या औषधि वितरण प्रणालियाँ।
केस अध्ययन: चुंबकीय नैनोकणों का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण
Ilosvai et al. (2020) ने चुंबकीय नैनोकणों का संश्लेषण करने के लिए सोनोकेमिस्ट्री को दहन के साथ संयोजित किया। इसमें अल्ट्रासोनिक समांगीकरण द्वारा पॉलीएथिलीन ग्लाइकॉल (PEG 400) में परिक्षेपित आयरन(II)-एसीटेट और आयरन(III)-साइट्रेट पूर्वगामी पदार्थों का उपयोग किया गया। इन नैनोकणों का परीक्षण E. coli से प्राप्त प्लास्मिड DNA का उपयोग करके DNA पृथक्करण के लिए किया गया। अभिलक्षणन तकनीकों से अच्छी तरह परिक्षेपित नैनोकणों का पता चला, जिनकी सतह हाइड्रॉक्सिल समूहों से कार्यात्मकित थी, जिसकी पहचान FTIR द्वारा की गई, और जिनमें मैग्नेटाइट, मैग्हेमाइट तथा हेमेटाइट के चुंबकीय प्रावस्थाएँ थीं, जिनकी पुष्टि XRD द्वारा की गई। विद्युतगतिक विभव के मापों से संकेत मिला कि नैनोकणों में जल में अच्छी परिक्षेपणीयता थी, जिससे वे जैवपृथक्करण अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बने।
चुंबकीय नैनोकणों के अल्ट्रासोनिक संश्लेषण की कार्यविधि
चुंबकीय नैनोकणों का संश्लेषण दो अलग-अलग पूर्वगामियों का उपयोग करके सोनोकेमिकल दहन विधि से किया गया: आयरन(II) एसीटेट (नमूना A1) और आयरन(III) साइट्रेट (नमूना D1)। दोनों नमूनों के लिए एक ही प्रक्रिया अपनाई गई, जिसमें केवल प्रयुक्त पूर्वगामी अलग था। नमूना A1 के लिए, 2 g आयरन(II) एसीटेट को 20 g पॉलीएथिलीन ग्लाइकोल (PEG 400) में परिक्षेपित किया गया, जबकि नमूना D1 के लिए, 3.47 g आयरन(III) साइट्रेट का उपयोग किया गया। परिक्षेपण के लिए Hielscher के उच्च-दक्षता वाले सोनिकेटर UIP1000hdT का उपयोग किया गया (बाईं ओर चित्र देखें)।
सोनोकेमिकल उपचार के बाद, चुंबकीय आयरन ऑक्साइड नैनोकण बनाने के लिए PEG को बन्सन बर्नर से जलाया गया।
परिणाम
प्राप्त नैनोकणों का अभिलक्षणन XRD, TEM, DLS और FTIR विधियों से किया गया। इस संश्लेषण में सोनोकेमिकल और दहन तकनीकों को सफलतापूर्वक संयोजित करके चुंबकीय नैनोकण प्राप्त किए गए। विशेष रूप से, नमूना A1 DNA शुद्धिकरण के लिए उपयुक्त सिद्ध हुआ और इसने मौजूदा व्यावसायिक विकल्पों की तुलना में अधिक किफायती विकल्प प्रदान किया।
अल्ट्रासोनिक विधि से संश्लेषित चुंबकीय नैनोकणों की TEM छवि: बाईं ओर: आयरन(II) एसीटेट (नमूना A1); दाईं ओर: आयरन(III) साइट्रेट (नमूना D1)।
अध्ययन और छवि: ©Ilosvai et al. 2020.
अल्ट्रासोनिकेटर UP400St चुंबकीय नैनोकणों के सोनोकेमिकल संश्लेषण के लिए
Hielscher सोनिकेटर: नैनोकण संश्लेषण में तकनीकी बढ़त
Hielscher Ultrasonics अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी में अग्रणी है और प्रयोगशाला स्तर के प्रयोगों से लेकर औद्योगिक उत्पादन तक के अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए प्रोब-प्रकार के सोनिकेटर प्रदान करता है, जिनकी प्रति सोनिकेटर अल्ट्रासाउंड शक्ति 16,000 वाट तक होती है। ये उपकरण उच्च-तीव्रता वाली अल्ट्रासोनिक शक्ति, सटीक आयाम नियंत्रण और तापमान निगरानी प्रदान करते हैं, जिससे ये चुंबकीय नैनोकण संश्लेषण जैसी संवेदनशील प्रक्रियाओं के लिए आदर्श बनते हैं।
Hielscher सोनिकेटरों की प्रमुख विशेषताओं में शामिल हैं:
- सटीक रूप से समायोज्य आयाम: इष्टतम नैनोकण संश्लेषण के लिए कैविटेशन की तीव्रता का सूक्ष्म समायोजन संभव बनाता है।
- पैमाना बढ़ाने की क्षमता: मॉड्यूलर डिज़ाइन छोटे पैमाने के अनुसंधान एवं विकास से बड़े पैमाने के उत्पादन तक सुगम संक्रमण की अनुमति देते हैं।
- एकीकृत तापमान नियंत्रण: अत्यधिक गर्म होने से रोकता है और स्थिर अभिक्रिया परिस्थितियाँ सुनिश्चित करता है।
- टिकाऊपन और बहुउपयोगिता: जलीय और कार्बनिक प्रावस्थाओं सहित विभिन्न विलायकों और पूर्वगामी प्रणालियों के लिए उपयुक्त।
- सटीकता और पुनरुत्पादकता: विभिन्न बैचों में एकसमान परिणाम चुंबकीय नैनोकणों के गुणों की विश्वसनीयता सुनिश्चित करते हैं।
- ऊर्जा दक्षता: कुशल ऊर्जा अंतरण अपव्यय को न्यूनतम करता है और उत्पादन लागत घटाता है।
- आवश्यकतानुसार अनुकूलनीय विन्यास: लचीले डिज़ाइन विभिन्न पैमानों और रासायनिक प्रक्रियाओं वाली अभिक्रियाओं के अनुकूल होते हैं।
- पर्यावरण-अनुकूलता: कठोर रसायनों पर कम निर्भरता और कम अभिक्रिया समय पर्यावरणीय प्रभाव घटाते हैं।
डिज़ाइन, विनिर्माण और परामर्श – जर्मनी में निर्मित गुणवत्ता
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपनी उच्चतम गुणवत्ता और डिज़ाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मज़बूती और आसान संचालन हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों को औद्योगिक सुविधाओं में सुगमता से एकीकृत करना संभव बनाते हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर कठोर परिस्थितियों और चुनौतीपूर्ण परिवेशों में आसानी से काम करते हैं।
Hielscher Ultrasonics एक ISO प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक प्रौद्योगिकी तथा उपयोगकर्ता-अनुकूलता वाले उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटरों पर विशेष ज़ोर देती है। निस्संदेह, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर CE के अनुरूप हैं और UL, CSA तथा RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 0.5 से 1.5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 से 150L | 3 से 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | अधिक | क्लस्टर में संयोजित UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर मिश्रण अनुप्रयोगों, परिक्षेपण, पायसीकरण और निष्कर्षण के लिए उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है।
अल्ट्रासोनिक विधि से संश्लेषित चुंबकीय नैनोकणों के अनुप्रयोग
Hielscher सोनिकेटरों का उपयोग करके संश्लेषित चुंबकीय नैनोकणों की उत्कृष्ट गुणवत्ता उच्च-प्रदर्शन वाले अनुप्रयोगों में उनकी उपयोगिता का विस्तार करती है:
- जैवचिकित्सा: सटीक रूप से अभिकल्पित चुंबकीय नैनोकण चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (MRI) का कंट्रास्ट बढ़ाते हैं और लक्षित औषधि वितरण को संभव बनाते हैं।
- उत्प्रेरण: उच्च पृष्ठीय क्षेत्रफल वाले चुंबकीय नैनोकण रासायनिक अभिक्रियाओं में कुशल उत्प्रेरकों के रूप में कार्य करते हैं।
- पर्यावरण विज्ञान: प्रकार्यात्मक बनाए गए चुंबकीय नैनोकणों का उपयोग जल उपचार और प्रदूषकों को हटाने के लिए किया जाता है।
साहित्य / संदर्भ
- Ilosvai, Á.M.; Szőri-Dorogházi, E.; Prebob, A.; Vanyorek, L. (2020): Synthesis And Characterization Of Magnetic Nanoparticles For Biological Separation Methods. Materials Science and Engineering, Volume 45, No. 1; 2020. 163–170.
- Kis-Csitári, J.; Kónya, Zoltán; Kiricsi, I. (2008): Sonochemical Synthesis of Inorganic Nanoparticles. In book: Functionalized Nanoscale Materials, Devices and Systems, 2008.
- Ilosvai, A.M.; Dojcsak, D.; Váradi, C.; Nagy, M.; Kristály, F.; Fiser, B.; Viskolcz, B.; Vanyorek, L. (2022): Sonochemical Combined Synthesis of Nickel Ferrite and Cobalt Ferrite Magnetic Nanoparticles and Their Application in Glycan Analysis. International Journal of Molecular Sciiences. 2022, 23, 5081.
- L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
चुंबकीय नैनोकण क्या हैं?
चुंबकीय नैनोकण ऐसे कण हैं जिनका आकार आम तौर पर 1–100 nm के नैनोस्तरीय परास में होता है और जो लोहा, कोबाल्ट, निकेल या उनके ऑक्साइडों (जैसे मैग्नेटाइट या मैग्हेमाइट) जैसी चुंबकीय सामग्रियों से बने होते हैं। ये कण चुंबकीय गुण प्रदर्शित करते हैं, जिन्हें बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। अपने आकार, संरचना और संघटन के आधार पर चुंबकीय नैनोकण विभिन्न चुंबकीय व्यवहार प्रदर्शित कर सकते हैं, जैसे फेरोचुंबकत्व, फेरिचुंबकत्व या सुपरपैरामैग्नेटिज़्म।
अपने छोटे आकार और चुंबकीय गुणों को समायोजित करने की क्षमता के कारण इनका उपयोग अनेक प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें
जैवचिकित्सीय, पर्यावरणीय और औद्योगिक अनुप्रयोग शामिल हैं।
सुप्रा-पैरामैग्नेटिक नैनोकण क्या हैं?
सुपरपैरामैग्नेटिक नैनोकण नैनोस्तरीय कण होते हैं (आम तौर पर 50 nm से छोटे), जो आयरन ऑक्साइड (जैसे मैग्नेटाइट या मैग्हेमाइट) जैसी चुंबकीय सामग्रियों से बने होते हैं। वे केवल बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में चुंबकीय व्यवहार प्रदर्शित करते हैं और क्षेत्र हटा दिए जाने पर अपना चुंबकत्व खो देते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि इस छोटे आकार पर तापीय ऊर्जा कणों को स्थायी चुंबकीय आघूर्ण बनाए रखने से रोकती है, जिससे उनका एकत्रीकरण नहीं होता।
ये गुण उन्हें लक्षित औषधि वितरण, चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (MRI) और हाइपरथर्मिया चिकित्सा जैसे जैवचिकित्सीय अनुप्रयोगों के साथ-साथ पर्यावरणीय और औद्योगिक अनुप्रयोगों में अत्यंत उपयोगी बनाते हैं।
फेरोचुंबकत्व, फेरिचुंबकत्व और सुपरपैरामैग्नेटिज़्म में क्या अंतर है?
फेरोचुंबकत्व तब होता है जब किसी पदार्थ में चुंबकीय आघूर्ण प्रबल विनिमय अंतःक्रियाओं के कारण एक-दूसरे के समानांतर संरेखित हो जाते हैं, जिससे बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में भी बड़ा परिणामी चुंबकन उत्पन्न होता है।
फेरिचुंबकत्व में भी चुंबकीय आघूर्ण व्यवस्थित होते हैं, लेकिन वे असमान परिमाणों के साथ विपरीत दिशाओं में संरेखित होते हैं, जिससे परिणामी चुंबकन उत्पन्न होता है।
सुपरपैरामैग्नेटिज़्म बहुत छोटे नैनोकणों में देखा जाता है और तब उत्पन्न होता है जब तापीय ऊर्जा चुंबकीय क्रमबद्धता पर हावी हो जाती है, जिससे चुंबकीय आघूर्ण अनियमित रूप से बदलते रहते हैं; हालांकि, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में आघूर्ण संरेखित हो जाते हैं और प्रबल चुंबकीय प्रतिक्रिया उत्पन्न करते हैं।
किन नैनोकणों को अक्सर सोनोकेमिकल विधि से संश्लेषित किया जाता है?
ध्वनिक कैविटेशन के माध्यम से स्थानीय स्तर पर उच्च तापमान, उच्च दाब और अभिक्रियाशील स्पीशीज़ उत्पन्न करने की क्षमता के कारण सोनोकेमिकल संश्लेषण का उपयोग विभिन्न प्रकार के नैनोकणों के उत्पादन में व्यापक रूप से किया जाता है। आम तौर पर संश्लेषित नैनोकणों में धातु नैनोकण, धातु ऑक्साइड नैनोकण, चाल्कोजेनाइड नैनोकण, पेरोव्स्काइट नैनोकण, बहुलकीय नैनोकण और कार्बन-आधारित नैनोसामग्रियां शामिल हैं।
अल्ट्रासोनिक संश्लेषण और कुछ चुनिंदा नैनोकणों तथा नैनोसंरचनाओं के प्रोटोकॉल के बारे में अधिक जानकारी यहां प्राप्त करें:
Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला से औद्योगिक आकार तक के उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है।