მწვანე სონოქიმიური მარშრუტი ვერცხლის ნანონაწილაკებამდე
ვერცხლის ნანონაწილაკები (AgNPs) ხშირად გამოიყენება ნანომასალები მათი ანტიმიკრობული თვისებების, ოპტიკური თვისებების და მაღალი ელექტრული გამტარობის გამო. სონოქიმიური გზა კაპა კარაგენანის გამოყენებით არის მარტივი, მოსახერხებელი და ეკოლოგიურად სუფთა სინთეზის მეთოდი ვერცხლის ნანო ნაწილაკების მოსამზადებლად. κ-კარაგენანი გამოიყენება, როგორც ბუნებრივი ეკოლოგიურად სუფთა სტაბილიზატორი, ხოლო ელექტრო ულტრაბგერა მოქმედებს როგორც მწვანე შემცირების აგენტი.
ვერცხლის ნანონაწილაკების მწვანე ულტრაბგერითი სინთეზი
ელსუპიხე და სხვ. (2015) შეიმუშავეს მწვანე ულტრაბგერითი დახმარებით სინთეზის მარშრუტი ვერცხლის ნანონაწილაკების (AgNPs) მოსამზადებლად. Sonochemistry კარგად არის ცნობილი მრავალი სველი ქიმიური რეაქციის ხელშეწყობისთვის. Sonication საშუალებას აძლევს AgNP-ების სინთეზირებას κ-კარაგენანთან, როგორც ბუნებრივ სტაბილიზატორად. რეაქცია მიმდინარეობს ოთახის ტემპერატურაზე და წარმოქმნის ვერცხლის ნანონაწილაკებს fcc კრისტალური სტრუქტურით ყოველგვარი მინარევების გარეშე. AgNP-ების ნაწილაკების ზომის განაწილებაზე შეიძლება გავლენა იქონიოს κ-კარაგენანის კონცენტრაციამ.
ურთიერთქმედების სქემა Ag-NP-ებით დამუხტულ ჯგუფებს შორის, რომლებიც დაფარულია κ-კარაგენანით გახმოვანების დროს. [ელსუპიხე და სხვ. 2015]
Პროცედურა
- Ag-NP-ები სინთეზირებული იყო AgNO-ს შემცირებით3 ულტრაბგერითი გამოყენებით κ-კარაგენანის თანდასწრებით. სხვადასხვა ნიმუშების მისაღებად მომზადდა ხუთი სუსპენზია 10 მლ 0.1 M AgNO-ს დამატებით.3 40-მლ-მდე κ-კარაგენანი. გამოყენებული κ-კარაგენანის ხსნარები იყო 0.1, 0.15, 0.20, 0.25 და 0.3 wt%, შესაბამისად.
- ხსნარებს ურევენ 1 საათის განმავლობაში AgNO-ს მისაღებად3/κ-კარაგენანი.
- შემდეგ ნიმუშები ექვემდებარებოდა ინტენსიურ ულტრაბგერით დასხივებას: ულტრაბგერითი მოწყობილობის ამპლიტუდა UP400S (400W, 24kHz) დაყენებული იყო 50%. Sonication იქნა გამოყენებული 90 წუთის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე. ულტრაბგერითი თხევადი პროცესორების სონოტროდი UP400S ჩაეფლო პირდაპირ რეაქციის ხსნარში.
- სონიკაციის შემდეგ, სუსპენზიები ცენტრიფუგირებულ იქნა 15 წუთის განმავლობაში და გარეცხილი ორჯერ გამოხდილი წყლით ოთხჯერ, ვერცხლის იონის ნარჩენების მოსაშორებლად. დალექილი ნანონაწილაკები გაშრეს 40°C-ზე ვაკუუმის ქვეშ მთელი ღამის განმავლობაში Ag-NP-ების მისაღებად.
განტოლება
- nH2ო —გაჟონვა–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2ო
- AgNo3–ჰიდროლიზი–> Ag+ + NO3–
- R + აგ+ —> Ag° + R’ + H+
- აღ+ + H –შემცირება–> Ag°
- აღ+ + H2ო —> Ag° + OH + H+
ანალიზი და შედეგები
შედეგების შესაფასებლად ნიმუშები გაანალიზდა ულტრაიისფერი ხილული სპექტროსკოპიული ანალიზით, რენტგენის დიფრაქციით, FT-IR ქიმიური ანალიზით, TEM და SEM გამოსახულებებით.
Ag-NP-ების რაოდენობა გაიზარდა κ-კარაგენანის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად. Ag/κ-კარაგენანის წარმოქმნა განისაზღვრა UV-ხილული სპექტროსკოპიით, სადაც ზედაპირული პლაზმონის შთანთქმის მაქსიმუმი დაფიქსირდა 402-დან 420 ნმ-მდე. რენტგენის დიფრაქციულმა (XRD) ანალიზმა აჩვენა, რომ Ag-NPs არის სახეზე ორიენტირებული კუბური სტრუქტურა. ფურიეს ტრანსფორმაციის ინფრაწითელი (FT-IR) სპექტრი მიუთითებდა Ag-NP-ების არსებობაზე κ-კარაგენანში. გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის (TEM) გამოსახულება κ-კარაგენანის უმაღლესი კონცენტრაციისთვის აჩვენა Ag-NP-ების განაწილება ნაწილაკების საშუალო ზომით 4,21 ნმ-მდე. სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის (SEM) გამოსახულებები ასახავს Ag-NP-ების სფერულ ფორმას. SEM ანალიზი აჩვენებს, რომ κ-კარაგენანის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად მოხდა ცვლილებები Ag/κ-კარაგენანის ზედაპირზე, ასე რომ მცირე ზომის Ag-NP-ები სფერული ფორმის მიღებულ იქნა.
TEM სურათები და შესაბამისი ზომის განაწილება სონოქიმიურად სინთეზირებული Ag/κ-კარაგენანისთვის κ-კარაგენანის სხვადასხვა კონცენტრაციაზე. [0.1%, 0.2% და 0.3%, შესაბამისად (a, b, c)].
Ag+/κ-კარაგენანი (მარცხნივ) და გაჟღენთილი Ag/κ-კარაგენანი (მარჯვნივ). სონიკაცია ჩატარდა UP400S-ით 90 წუთის განმავლობაში. [ელსუპიხე და სხვ. 2015]
UP400S – ულტრაბგერითი მოწყობილობა, რომელიც გამოიყენება Ag ნანონაწილაკების სონოქიმიური სინთეზისთვის
SEM სურათები Ag/κ-კარაგენანისთვის κ-კარაგენანის სხვადასხვა კონცენტრაციით. [0.1%, 0.2% და 0.3%, შესაბამისად (a, b, c)]. [ელსუპიხე და სხვ. 2015]
ლიტერატურა/ცნობარი
- ელსუპიხე, რანდა ფავზი; შამელი, კამიარი; აჰმადი, მანსორ ბ; იბრაჰიმი, ნორ აზოვა; ზაინუდინი, ნორჰაზლინი (2015): ვერცხლის ნანონაწილაკების მწვანე სონოქიმიური სინთეზი κ-კარაგენანის სხვადასხვა კონცენტრაციით. Nanoscale Research Letters 10. 2015 წ.
Ძირითადი ინფორმაცია
სონოქიმია
როდესაც მძლავრი ულტრაბგერითი გამოიყენება ხსნარში ქიმიურ რეაქციებზე (თხევადი ან ნალექის მდგომარეობა), ის უზრუნველყოფს სპეციფიკურ აქტივაციის ენერგიას ფიზიკური ფენომენის გამო, რომელიც ცნობილია როგორც აკუსტიკური კავიტაცია. კავიტაცია ქმნის მაღალი ათვლის ძალებს და ექსტრემალურ პირობებს, როგორიცაა ძალიან მაღალი ტემპერატურა და გაგრილების სიჩქარე, წნევა და თხევადი ჭავლები. ამ ინტენსიურ ძალებს შეუძლიათ რეაქციების დაწყება და მოლეკულების მიმზიდველი ძალების განადგურება თხევად ფაზაში. ცნობილია, რომ მრავალი რეაქცია სარგებლობს ულტრაბგერითი დასხივებით, მაგ. სონოლიზი, სოლ-გელის მარშრუტი, სონოქიმიური სინთეზი პალადიუმი, ლატექსი, ჰიდროქსიაპატიტი და მრავალი სხვა ნივთიერება. დაწვრილებით შესახებ სონოქიმია აქ!
ვერცხლის ნანონაწილაკები
ვერცხლის ნანონაწილაკები ხასიათდება ზომით 1 ნმ-დან 100 ნმ-მდე. მიუხედავად იმისა, რომ ხშირად აღწერილია, როგორც "ვერცხლი".’ ზოგიერთი შედგება ვერცხლის ოქსიდის დიდი პროცენტისგან, ვერცხლის ზედაპირის ატომების დიდი თანაფარდობის გამო. ვერცხლის ნანონაწილაკები შეიძლება გამოჩნდეს სხვადასხვა სტრუქტურით. ყველაზე ხშირად, სფერული ვერცხლის ნანონაწილაკები სინთეზირებულია, მაგრამ ასევე გამოიყენება ალმასის, რვაკუთხა და თხელი ფურცლები.
ვერცხლის ნანონაწილაკები ძალიან ხშირია სამედიცინო პროგრამებში. ვერცხლის იონები ბიოაქტიურია და აქვთ ძლიერი ანტიმიკრობული და ბაქტერიციდული მოქმედება. მათი უკიდურესად დიდი ზედაპირი იძლევა მრავალი ლიგანდის კოორდინაციის საშუალებას. სხვა მნიშვნელოვანი მახასიათებლებია გამტარობა და უნიკალური ოპტიკური თვისებები.
მათი გამტარი თვისებების გამო, ვერცხლის ნანონაწილაკები ხშირად ჩართულია კომპოზიტებში, პლასტმასებში, ეპოქსიდებში და ადჰეზივებში. ვერცხლის ნაწილაკები ზრდის ელექტროგამტარობას; ამიტომ ვერცხლის პასტები და მელანები ხშირად გამოიყენება ელექტრონიკის წარმოებაში. ვინაიდან ვერცხლის ნანონაწილაკები მხარს უჭერენ ზედაპირულ პლაზმონებს, AgNP-ებს აქვთ გამორჩეული ოპტიკური თვისებები. პლაზმური ვერცხლის ნანონაწილაკები გამოიყენება სენსორებისთვის, დეტექტორებისთვის და ანალიტიკური მოწყობილობებისთვის, როგორიცაა Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) და Surface Plasmon Field-Enhanced Fluorescence Spectroscopy (SPFS).
კარაგენანი
კარაგენანი არის იაფი ბუნებრივი პოლიმერი, რომელიც გვხვდება წითელი ზღვის მცენარეების სხვადასხვა სახეობაში. კარაგენები არის წრფივი სულფატირებული პოლისაქარიდები, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება კვების მრეწველობაში მათი გელის, გასქელების და სტაბილიზაციის თვისებებისთვის. მათი ძირითადი გამოყენება არის რძის და ხორცპროდუქტებში, საკვების ცილებთან მათი ძლიერი შეკავშირების გამო. არსებობს კარაგენანის სამი ძირითადი ჯიში, რომლებიც განსხვავდება სულფაციის ხარისხით. კაპა-კარაგენანს აქვს ერთი სულფატური ჯგუფი თითო დისაქარიდზე. იოტა-კარაგენანს (ι-კარაგენენს) აქვს ორი სულფატი თითო დისაქარიდზე. ლამბდა კარაგენანს (λ-კარაგენენი) აქვს სამი სულფატი თითო დისაქარიდზე.
კაპა კარაგენანს (κ-კარაგენანს) აქვს D-გალაქტოზის და 3,6-ანჰიდრო-D-გალაქტოზის სულფატირებული პოლისაქარიდის წრფივი სტრუქტურა.
κ-კარაგენანი ფართოდ გამოიყენება კვების მრეწველობაში, მაგ., როგორც გელის აგენტი და ტექსტურის მოდიფიკაციისთვის. ის გვხვდება როგორც დანამატი ნაყინში, ნაღებში, ხაჭოში, რძიანში, სალათის სოუსებში, ტკბილ შედედებულ რძეში, სოიოს რძეში. & სხვა მცენარეული რძე და სოუსები პროდუქტის სიბლანტის გასაზრდელად.
გარდა ამისა, κ-კარაგენანი გვხვდება არასასურსათო პროდუქტებში, როგორიცაა გასქელება შამპუნში და კოსმეტიკურ კრემებში, კბილის პასტაში (სტაბილიზატორის შემადგენელი კომპონენტების გამოყოფის თავიდან ასაცილებლად), ხანძარსაწინააღმდეგო ქაფში (როგორც შემასქელებელი, რომელიც იწვევს ქაფის წებოვნებას), ჰაერის გამაგრილებელ გელებს. ფეხსაცმლის გასაპრიალებელი (სიბლანტის გასაზრდელად), ბიოტექნოლოგიაში უჯრედების/ფერმენტების იმობილიზაციისთვის, ფარმაცევტულ საშუალებებში (როგორც არააქტიური დამხმარე ნივთიერება აბებში/ტაბლეტებში), შინაური ცხოველების საკვებში და ა.შ.