KINETICS OF "AGING" OF SYNTHETIC MAGNETICALLY ORDERED NANOPARTICLES OF IRON OXIDES BY MOSSBAUER SPECTROSCOPY DATA
УДК 549.731.13.057 : 544.178
https://doi.org/10.15407/mineraljournal.38.03.039
Іваницький В.П. 1, Пономаренко О.М. 1, Брик О.Б. 1, Дудченко Н.О. 1, Польшин Е.В. 2, Овсієнко В.В. 1, Редько Я.В. 3
1 Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України
03680, м. Київ-142, Україна, пр. Акад. Палладіна, 34
E-mail: pom.igmr@gmail.com; abrik@voliacable.com;
ndudchenko@nas.gov.ua; Agat2006@ukr.net
2 Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
03680, м. Київ-142, Україна, бульв. Акад. Вернадського, 36
E-mail: polshin@imp.kiev.ua
3.Київський національний університет технологій та дизайну
01601, м. Київ-11, Україна, вул. Немировича-Данченка, 2
E-mail: yanet82@mail.ru
КІНЕТИКА "СТАРІННЯ" СИНТЕТИЧНИХ МАГНІТОВПОРЯДКОВАНИХ НАНОЧАСТИНОК ОКСИДІВ ЗАЛІЗА ЗА ДАНИМИ МЕСCБАУЕРІВСЬКОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ
Мова: українська
Мінералогічний журнал 2016, 38 (3): 39-46
Анотація: За допомогою методів мессбауерівської спектроскопії та магнітних вимірів вивчено кінетику "старіння" магнітовпорядкованих наночастинок, синтезованих нами методом гідротермічного осадження в атмосфері азоту, під час їх зберігання в умовах природного середовища протягом 1817 діб. Діагностовано фазовий склад синтезованого зразка і простежено його зміни протягом фіксованих термінів зберігання. Панівною фазою в складі синтезованих частинок, внесок поглинання якої в сумарний мессбауерівський спектр (МС) складає 89 %, є магнетит — феримагнетик і головний носій магнетизму. Внесок компонентів домішкових фаз у сумарний МС зразка складають: маггеміт — 4 %, гетит — 7 %. Значення намагніченості насичення вихідного зразка з наведеним вище співвідношенням фаз становить 55 А∙м2/кг. Аналіз МС зразків, що зазнали впливу середовища впродовж 1817 діб, вказує на зменшення в них внеску магнетиту з 89 до 70 % та збільшення внесків маггеміту з 4 до 20 % і гетиту з 7 до 12 %. Тобто "старіння" наночастинок проявляється як процес фазових перетворень у часі, і супроводжується зменшенням концентрації магнетиту і збільшенням маггеміту та гетиту. Збільшення концентрації маггеміту пояснюється окисненням магнетиту. Джерелами окиснення магнетиту можуть слугувати окиснювачі середовища, надлишкові іони кисню, ОН-групи та хімічно зв’язана вода, присутність яких у наночастинках пов’язується з їх синтезом методом осадження. Вони ведуть до порушення стехіометрії іонної конфігурації частинок мінералу. Утворення гетиту в складі наночастинок, ймовірно, пов’язано з проміжними стадіями їх синтезу в присутності водних розчинів. Деяке збільшення концентрації гетиту в процесі зберігання наночастинок може бути пояснено трансформацією магнетиту чи маггеміту, які з ним співіснують. Можливості такої трансформації та схеми їх реалізації в деяких експериментальних умовах описано в цитованій літературі. Найбільш суттєві зміни концентрації складових фаз наночастинок відбуваються в інтервалі їх зберігання до 1360 діб, після чого процеси фазових перетворень наночастинок виходять "на насичення". Зміни у співвідношенні фаз вихідного і кінцевого, витриманого протягом 1817 діб, зразків спричиняють зменшення значення намагніченості насичення до 41 А∙м2/кг. Результати можуть бути використані для інтерпретації фазових перетворень і оцінки їх інтенсивності під час довгострокового зберігання дрібнодисперсних залізних руд, а також для удосконалення методів синтезу магнітовпорядкованих наночастинок оксидів та гідроксидів заліза, які є аналогами біогенного магнетиту.
Ключові слова: синтетичні магнітовпорядковані наночастинки, мессбауерівська спектроскопія, намагніченість насичення, фазові перетворення, магнетит. маггеміт, гетит.
Література
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.