КИНЕТИКА "СТАРЕНИЯ" СИНТЕТИЧЕСКИХ МАГНИТОУПОРЯДОЧЕННЫХ НАНОЧАСТИЧЕК ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА ПО ДАННЫМ МЕССБАУЭРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

УДК 549.731.13.057 : 544.178

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.38.03.039

Иваницкий В.П. 1, Пономаренко А.Н. 1, Брик А.Б. 1, Дудченко Н.А. 1, Польшин Э.В. 2, Овсиенко В.В. 1, Редько Я.В. 3
1 Институт геохимии, минералогии и рудообразования 
им. Н.П. Семененко НАН Украины
03680, г. Киев-142, Украина, пр. Акад. Палладина, 34
E-mail:  pom.igmr@gmail.com; abrik@voliacable.com; 
ndudchenko@nas.gov.ua; Agat2006@ukr.net
2 Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины
03680, г. Киев-142, Украина, бульв. Акад. Вернадского, 36
E-mail: Polshin@imp.kiev.ua
3.Киевский национальный университет технологий и дизайна
01601, МПС г. Киев-11, Украина, ул. Немировича-Данченко, 2
E-mail: yanet82@mail.ru
КИНЕТИКА "СТАРЕНИЯ" СИНТЕТИЧЕСКИХ МАГНИТОУПОРЯДОЧЕННЫХ НАНОЧАСТИЧЕК ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА ПО ДАННЫМ МЕССБАУЭРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Язык: украинский
Минералогический журнал 2016, 38 (3): 39-46
Аннотация: С помощью методов мессбауэровской спектроскопии и магнитных измерений изучена кинетика "старения" магнитоупорядоченных наночастиц, синтезированных нами методом гидротермического осаждения в атмосфере азота, при их хранении в условиях окружающей среды на протяжении 1817 сут. Диагностировано фазовый состав синтезированного образца, прослежено его изменение при фиксированных сроках хранения. Доминирующей фазой в составе синтезированных частичек, вклад поглощения которой в суммарный мессбауэровский спектр (МС) составляет 89,1 %, представлен магнетит — ферримагнетик и главный носитель магнетизма. Вклады компонентов примесных фаз в МС образца составляют: маггемит — 4 %, гетит — 7 %. Значения намагниченности насыщения исходного образца с приведенным выше соотношением фаз составляет 55 А∙м2/кг. Анализ МС образцов, которые испытали влияние окружающей среды на протяжении 1817 сут показывает уменьшение в них вклада магнетита с 89 до 70 %, а также увеличение вкладов маггемита с 4 до 20 % и гетита с 7,0 до 12 %. То есть "старение" наночастиц проявляется как процесс фазовых превращений во времени, который сопровождается уменьшением в их составе концентрации магнетита и увеличением маггемита и гетита. Увеличение концентрации маггемита объясняется окислением магнетита. Источниками окисления магнетитов могут служить окислители окружающей среды, избыточные ионы кислорода, ОН-группы и химически связанная вода, присутствие которых в наночастицах связывается с их синтезом методом осаждения и которые ведут к нарушению стехиометрии ионной конфигурации частичек минерала. Образование гетита в составе наночастичек, вероятно, связано с промежуточными стадиями их синтеза в присутствии водных растворов. Некоторое увеличение концентрации гетита в процессе хранения наночастичек может быть объяснено трансформацией сосуществующих с ним магнетита или маггемита. Возможности такой трансформации и схемы их реализации в некоторых экспериментальных условиях описаны в цитированной литературе. Наиболее существенные изменения концентраций составных фаз наночастичек осуществляются в часовом интервале их сохранения до 1360 сут, после чего процессы фазовых превращений наночастинок выходят "на насыщение". Изменение соотношения фаз исходного и конечного, выдержанного на протяжении 1817 сут, образцов ведут к уменьшению значения намагниченности насыщения до 41 А∙м2/кг. Результаты могут быть использованы для интерпретации фазовых превращений и оценки их интенсивности при долговременном сохранении мелкодисперсных железных руд, а также для совершенствования методов синтеза магнитоупорядоченных наночастичек оксидов и гидроксидов железа, которые служат аналогами биогенного магнетита.
Ключевые слова: синтетические магнитоупорядоченные наночастички, мессбауэровская спектроскопия, намагниченность насыщения, фазовые превращения, магнетит, маггемит, гетит.
Литература
1.    Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме : Пер. с англ. / Под ред. Дж. Киршвинка, Д. Джонса, Б. Мак-Фаддена. — М. : Мир, 1989. — Т. 2. — 525 с.
2.    Брик А.Б., Иваницкий В.П., Дудченко Н.А., Польшин Э.В., Редько Я.В. Об устойчивости во времени состояния железа в биоадаптированных магнитоупорядоченных наночастицах оксидов железа // Кристаллическое и твердое некристаллическое состояние минерального вещества: проблемы структурирования, упорядочения и эволюции структуры : Материалы минерал. сем. с междунар. участием (Сыктывкар, 4—7 июня 2012 г.). — Сыктывкар : Геопринт, 2012. — С. 23—24. — [Электрон. ресурс]. — Режим доступа : http://www.spsl.nsc.ru/fulltext/konfe/Minkrist_2012.pdf
3.    Грибов С.К., Долотов А.В. Оценка временной устойчивости гетита в условиях земной поверхности // Материалы V Всерос. молодеж. научн. конф. "Минералы: строение, свойства, методы исследования", к 100-тию со дня рожд. Л.Н. Овчинникова (Екатеринбург, 14—17 окт., 2013 г.). — Екатеринбург : Ин-т геологии и геохимии УрО РАН, 2013. — С. 46—48. — [Электрон. ресурс]. — Режим доступа : http://www.igg.uran.ru/sites/default/files/v_vserossiyskaya_molodezhnaya...
4.    Іваницький В.П., Брик О.Б., Дудченко Н.О., Польшин Е.В., Калініченко О.А. Особливості кристалохімічного стану катіонів заліза в синтетичних магнітовпорядкованих наночастинках оксидів і гідроксидів заліза за даними мессбауерівської спектроскопії // Мінерал. журн. — 2011. — 33, № 3. — С. 5—12.
5.    Іваницький В.П., Брик О.Б., Дудченко Н.О., Польшин Е.В., Редько Я.В. Зміна фазового складу синтетичних магнітовпорядкованих наночастинок оксидів і гідроксидів заліза з різними покриттями за даними месбауерівської спектроскопії // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. — 2013. — 11, № 1. — С. 109—118.
6.    Пономаренко О.М., Іваницький В.П., Брик О.Б., Дудченко Н.О. Властивості природних, синтетичних та біогенних оксидів та гідроксидів заліза за даними месбауерівської спектроскопії. — К. : Наук. думка, 2013. — 159 с.
7.    Симорот М.І., Швець Т.М., Денис Р.О., Кризина П.С., Кущевська Н.Ф. Експериментальний аналіз впливу нового біологічно активного середника "Фероцелю" на перебіг ранового процесу в умовах інфікованої рани // НДУ удосконалення лікарів МОЗ України. — 1997. — C. 48. — [Електрон. ресурс]. — Режим доступу : http://www.ukrreferat.com/index.php?referat=67332&pg=19
8.    Технология и стандартизация лекарств / Под ред. В.П. Георгиевского, Ф.А. Конева. — Харьков : РИРЕГ, 1996. — 784 с.
9.    He Y.T., Traina S.J. Transformation of magnetite to goethite under alkaline pH conditions // Clay Miner. — 2007. — 42, No 1. — P. 13—19.
10.    Kreuter J. Nanoparticles as adjuvants for vaccines // J. Pharm. Biotechnol. —— 1995. — 6. — P. 463—472.
11.    Shpak A.P., Brik A.B., Dudchenko N.O., Ponomarenko O.M., Karbovskiy V.I., Ivanitskiy V.P., Razumov O.M. Properties of nanoscale magnetically ordered particles of iron oxides and hydroxides, synthesized by different technologies // Mineral. Journ. (Ukraine). — 2010. — 32, No 1. — P. 5—13.
12.    Tibbe A.G., de Grooth B.G., Greve J., Liberti P.A., Dolan G.J., Terstappen L.W. Optical tracking and detection of immunomagnetically selected and aligned cells // Nat. Biotechnol. — 1999. — 17(12). — P. 1210—1213.