Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Фракционирование нано- и микрочастиц во вращающихся спиральных колонках при анализе полидисперсных образцов : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.02

Год: 2013

Номер работы: 2026

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

Актуальность темы. Фракционирование нанои микрочастиц необходимо при решении различных исследовательских, аналитических и технологических задач. Известно, что размер частиц может существенно влиять на их свойства в микрометровом, и особенно в нанометровом диапазоне. Распределение частиц по размерам является важным параметром, определяющим конечные свойства материалов, что, безусловно, важно, в частности, в свете бурного развития нанотехнологий. В ряде случаев, чтобы достоверно охарактеризова

технологических задач Разработка и применение методов фракционирования нанои микрочастиц необходимы при решении ряда исследовательских, аналитических и технологических задач. Известно, что свойства частиц зависят от их размера, особенно это проявляется при снижении размера до нанометрового диапазона. В последнее время особое внимание уделяется изучению особенностей свойств и поведения наночастиц различной природы, вследствие того, что они могут проявлять свойства (электрические, химические,

Методы фракционирования нанои микрочастиц отличаются по положенному в их основу принципу разделения, а также по диапазону размеров разделяемых частиц. Как правило, частицы размером более 100 мкм могут быть фракционированы при помощи методов сухого и мокрого просеивания [4,5]. Что касается частиц размером менее 100 мкм, то для их фракционирования традиционно применяют метод мембранной фильтрации (МФ), метод разделения 11 потоков (SPLITT-фракционирование), метод проточного фракционирования в

Методы мембранной фильтрации используют для фракционирования макромолекул, микроорганизмов, коллоидных и твердых частиц и успешно применяют в аналитической химии [6]. Мембранную разделяют на микрофильтрацию и ультрафильтрацию фильтрацию в условно с соответствии размерным диапазоном разделяемых компонентов. Одним из преимуществ МФ, по сравнению с другими методами, является то, что данный метод позволяет работать 12 с большими объемами образцов (до 1 M ) J [6], что может позволить конце

SPLlTT-система состоит из узкого щелевидного канала, имеющего два входа и два выхода. Разделение достигается за счет действия сил гравитации, скоростей направленных перпендикулярно потоку, и за счет регулирования входящих потоков. Образец подается в верхнее входное отверстие и формирует тонкий слой в разделительном канале. Под действие сил тяжести наиболее крупные частицы оседают в потоке и уносятся в нижнее выходное отверстие, мелкие частицы при этом попадают в верхнее выходное отверстие.

Капиллярный электрофорез можно использовать для фракционирования твердых и коллоидных наночастиц, а также биологических частиц в соответствии с их природой и размером [21-23]. Метод позволяет фракционировать наночастицы в соответствии с различием их электрофоретической подвижности. Так, частицы, 14 отличающиеся по размеру и/или электрокинетическому потенциалу, могут быть разделены с помощью данного метода. Электрокинетический потенциал, рН и ионная сила подвижной фазы являются важными парамет

Проточное фракционирование в поперечном силовом поле по праву является наиболее эффективным методом разделения и оценки физических параметров объектов различной природы: биополимеров, биологических клеток, микроорганизмов, коллоидных и твердых частиц. Основные принципы метода ПФП были сформулированы американским ученым Гиддингсом в 60-х годах прошлого века [36]. Метод ПФП основан на совместном воздействии внешнего силового поля, направленного перпендикулярно потоку жидкости-носителя (в котор

Изучение и понимание свойств, поведения природных твердых и коллоидных частиц окружающей среды напрямую зависят от знания их распределения по размерам. В окружающей среде размер частиц определяет их взаимодействие с загрязняющими веществами [70], процессы агрегации [71], а также их подвижность и дальнейшую «судьбу» [72,73]. В экотоксикологических исследованиях размер частиц является одним из важных наночастиц [74]. ПФП с поперечным потоком широко используют для анализа природных коллоидов, на

Как уже отмечалось, метод ПФП является наиболее универсальным методом фракционирования и изучения частиц различной природы. Фракционирование биологических полимеров и частиц является также одним из важных направлений применения метода ПФП. Биополимеры - это класс полимеров, которые образуются жизнедеятельности живыми организмами. К ним относятся в процессе протеины, нуклеиновые кислоты и полисахариды химическому составу и [108]. Биополимеры различаются по значению. Понимание физико- функци

В свете бурного развития нанотехнологий в последнее время появилась необходимость фракционирования и анализа наночастиц. Как уже отмечалось, размер частиц является одним из основных параметров, определяющих их свойства [130-138]. Значимость размера частиц подчеркивает необходимость применения точного метода для изучения наночастиц. Метод ПФП с поперечным потоком 29 является наиболее перспективным для фракционирования и изучения наночастиц в сложных смесях [139,140]. Применение метода ПФП для

1.3. Особенности фракционирования частиц во вращающихся спиральных колонках (ВСК) Одним из новых и перспективных направлений ПФП является фракционирование твердых и коллоидных частиц во вращающихся спиральных колонках (ВСК), ранее используемых для жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой. По сути, фракционирование с использованием ВСК является частным случаем седиментационного ПФП. Основным преимуществом данного метода является возможность фракционирования до 0,5 г образца (

Основным элементом ВСК является тефлоновая трубка-колонка, намотанная в виде однослойной или многослойной спирали на жесткий сердечник планетарной центрифуги [144]. Колонка вращается вокруг своей оси и одновременно обращается вокруг центральной оси устройства с помощью планетарной передачи; оси вращения и обращения параллельны (рис. 5). В результате планетарного вращения в спиральных разделительных колонках возникает сложное асимметричное силовое поле, которое обусловливает движение коллоид

1.3.2. Теоретические аспекты поведения частиц в ВСК Впервые неравномерное распределение полимерных частиц разного размера в ВСК наблюдал Ито [145], однако данная работа не была им продолжена, и результаты по проточному фракционированию частиц получены не были. Зависимости поведения частиц различной природы от рабочих и конструкционных параметров ВСК, а также от физико-химических свойств самих частиц были изучены много позже в ГЕОХИ РАН [146,147]. Была предложена математическая модель, при п

Экспериментально показано, что в ВСК можно фракционировать сферические частицы (латексы и силикагель), частицы неправильной геометрической формы (кварцевый песок), а также частицы сложных природных объектов (почвы, геологические образцы) [150]. Частицы разделяют при постоянной скорости вращения колонки и ступенчатом увеличении скорости потока жидкости-носителя. Выбор скорости вращения колонки обусловлен природой исследуемого образца. Так, в случае разделения смеси полистирольных латексов диа

Применение метода ПФП с использованием ВСК является перспективным направлением фракционирования и изучения свойств частиц различной природы. Возможность анализа сравнительно больших количеств образца в ВСК (до 0,5

г) по сравнению с классическими методами ПФП (до 1

мг) является предпосылкой дальнейшего развития метода для фракционирования и изучения свойств частиц различной природы в более широком размерном диапазоне. В настоящее время изучение возможности фракционирования и анализ

4.1. Фракционирование и анализ полидисперсных образцов окружающей среды Среди объектов мониторинга окружающей среды уличная пыль является достаточно сложным и интересным объектом исследования. Известно, что уличная пыль является одним из основных источников воздействия токсичных элементов на людей [152,153]. Попадание частиц пыли с высокой концентрацией токсичных веществ в организм представляет потенциальную угрозу для здоровья человека [154]. Таким образом, мониторинг токсичности городской

4.2. Фракционирование частиц гидроксиапатита Методы клиническом фракционирования широко применяются анализе для фракционирования вирусов в биологическом и [69,70], бактерий, липопротеинов, клеточных структур (липосом, клеточных ядер, митохондрий и других органелл), различных биологических везикул, биологических полимеров, таких как полисахариды [66], наночастицы желатина [68] и другие объекты биологического анализа. Одним из интересных и важных объектов исследования в области медицины

ГЛАВА 2. АНАЛИЗИРУЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ, РЕАГЕНТЫ, ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Анализируемые образцы и реагенты Анализируемые образцы. Исследование закономерностей поведения субмикронных частиц при их фракционировании в ВСК было проведено на примере стандартных образцов непористых частиц оксида кремния сферической формы, предоставленных компанией Polysciences Inc. Согласно сертификату компании Polysciences Inc. частицы оксида кремния SiC>2 являются непористыми сферическими частица

Фракционирование в ВСК. Для фракционирования частиц в работе были использованы макеты планетарной центрифуги, оснащённые вертикально расположенными барабанами: коническим с двумя небольшими симметричными выступами, цилиндрическим и цилиндрическим с двумя симметричными выступами. Модели планетарной центрифуги изготовлены в Институте аналитического приборостроения РАН (г. Санкт-Петербург). Конический барабан оснащен однослойной спиралевидной колонкой, радиус обращения которой /?=9 см,

МИКРОЧАСТИЦ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ СПИРАЛЬНЫХ КОЛОНКАХ На сегодняшний день уже были исследованы особенности удерживания и элюирования частиц размером более 1 мкм в традиционной цилиндрической ВСК. Изучение закономерностей поведения субмикронных и наночастиц во вращающихся колонках является также важной задачей, стоящей на пути к оптимизации условий разделения частиц широкого размерного диапазона в ВСК. Помимо изучения влияния рабочих параметров ВСК на поведение частиц в колонке, в данной главе также

. Перед изучением возможности фракционирования субмикронных частиц в ВСК стандартные образцы частиц оксида кремния были охарактеризованы с помощью метода электронной микроскопии:

1) Стандартный образец частиц оксида кремния «150 нм» сферической формы (Polysciences Inc.). Согласно сертификату, разброс частиц по диаметру не должен превышать 1015% от заявленной компанией величины. С помощью сканирующего электронного микроскопа были получены фотографии этого образца (рис. 15). Как видно, в

. Фракционирование центрифуги проводили при максимальной скорости вращения 800 об/мин при совпадении направления вращения колонки и направления потока подвижной фазы. Начальная скорость потока подвижной фазы была подобрана таким образом, чтобы обеспечить максимально быстрое элюирование частиц 150 нм и при этом удержать частицы 390 нм в колонке. Так, при скорости потока жидкости-носителя 0,23 мл/мин наблюдали быстрое вымывание частиц 150 нм и удерживание частиц 390 нм. Стоит повторить, что

. Фракционирование смеси стандартных образцов субмикронных частиц оксида кремния в конической ВСК проводили при скорости вращения центрифуги 800 об/мин. Смесь образцов частиц вводили при скорости 0,1 мл/мин во вращающуюся колонку. Затем, при ступенчатом увеличении скорости подачи жидкости-носителя был выделен ряд фракций (рис. 23). 1 II III IV V VI VII VIII IX - о аГ s о / х \ \ о 3 - f у / _ / - ^ ^^^ Объем элюента, мл Рис. 23. Фракционирование смеси стандартных образцов частиц окси

3.4. Оценка влияния конструкционных параметров вращающихся спиральных колонок на фракционирование частиц Исследование влияния конструкционных параметров ВСК на фракционирование частиц было проведено на примере трех вращающихся колонок с различными конструкционными параметрами: коническая ВСК с двумя небольшими симметричными выступами, традиционная цилиндрическая ВСК и цилиндрическая ВСК с двумя симметричными выступами. Наилучшие результаты разделения смеси стандартных образцов частиц оксид

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ СПИРАЛЬНЫХ КОЛОНОК ПРИ АНАЛИЗЕ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ ОБРАЗЦОВ ОКРУЖАЮЩЕ СРЕДЫ Как уже отмечалось ранее, понимание и изучение свойств, происхождения, поведения и степени воздействия на живые организмы природных твердых и коллоидных частиц окружающей среды напрямую зависит от знания их распределения по размерам. В окружающей среде размер частиц определяет их взаимодействие с загрязняющими веществами [70], процессы агрегации [71], а также их подвижность и дальнейшую «су

Изученные ранее закономерности поведения субмикронных частиц в ВСК различной конструкции позволили сформулировать условия, необходимые для фракционирования образцов окружающей среды. Как было показано, для фракционирования субмикронных частиц необходимо использовать начальную скорость потока порядка 0,2 мл/мин при условии совпадения направления вращения колонки и направления потока подвижной фазы. Также необходима скорость вращения колонки не менее 800 об/мин. Промежуточные скорости потока п

Прежде всего, образец вулканического пепла был охарактеризован методом сканирующей электронной микроскопии. Данные СЭМ позволяют оценить гранулометрический состав образца и скорректировать условия фракционирования в соответствии с конкретным исследуемым образцом. Результаты исследования образца вулканического пепла методом СЭМ приведены на рис. 26. Рис. 26. Результаты исследование образца вулканического пепла методом СЭМ. Как видно по фотографиям, в образце помимо микронных частиц размером

Образец комнатной оконной пыли перед началом исследований был также изучен методом сканирующей электронной микроскопии. Данные СЭМ позволяют оценить гранулометрический состав образца и скорректировать условия фракционирования в соответствии с конкретным исследуемым образцом. С помощью фотографий СЭМ была показана неоднородность образца как по гранулометрическому составу, так и по природе частиц, находящихся в образце. Наряду с частицами, имеющими явно неорганическую минеральную природу (н

Перед началом исследования образцы уличной пыли были просеяны через сито с диаметром отверстий размером 100 мкм и, как и предыдущие образцы, изучены методом сканирующей электронной микроскопии. Как уже отмечалось ранее, данные СЭМ позволяют оценить гранулометрический состав образца и скорректировать исследуемым условия фракционирования в соответствии с конкретным образцом. По данным СЭМ можно увидеть как присутствие микрочастиц (рис. 40а), так и субмикронных (рис. 405) и наночастиц (рис. 40

4.2. Изучение связывания элементов с различными размерными фракциями образцов окружающей среды Для изучения связывания элементов с различными гранулометрическими фракциями, выделенные фракции образцов окружающей (после случае среды были в проанализированы автоклаве). методами МС-ИСП и АЭС-ИСП что в данном разложения Необходимо отметить, под термином «связывание» не подразумевается конкретно химическое связывание элементов, а лишь ассоциирование элементов с различными фракциями, что

Содержания элементов в различных гранулометрических фракциях образца уличной пыли №2 с указанием доверительных интервалов представлены в табл. 5. Таблица 5 Содержание элементов в различных размерных фракциях образца уличной пыли №2 по данным МС-ИСП и АЭС-ИСП (п=4, 1-а=0,95) Предел SX Содержание, мг/кг Кларко вое ЧИСЛО , обнаруже НИЯ, Фракция 1 Исходны и образец (т=0,1 мг;0,1% от массы навески) Фракция 2 (т=0,2 мг; 0,2% от массы навески) Фракция 3 (m=2,l мг;2,1% от массы навески) Фракция

. Перед началом исследования исходная суспензия частиц гидроксиапатита была изучена методами электронной микроскопии и капиллярного электрофореза. Распределение частиц по размерам в исходной суспензии было оценено с помощью метода сканирующей электронной микроскопии и представлено на рис. 50. Рис. 50. Распределение частиц по размерам в исходном образце гидроксиапатита. Как видно из рис. 50, суспензия состоит из кластеров размером от 300 нм до 5 мкм. Фактически образец состоит из кл

5.2. Оптимизация условий и фракционирование кластеров гидроксиапатита во вращающейся спиральной колонке Оптимизация условий фракционирования образца частиц гидроксиапатита включала такие этапы как: выбор типа ВСК, выбор оптимальной скорости вращения центрифуги, а также выбор начальной скорости потока подвижной фазы и последующих скоростей элюирования фракций. Поскольку в результате изучения исходной суспензии гидроксиапатита методом СЭМ было выявлено, что она состоит из кластеров размером о

Исследование выделенных фракций методами капиллярного электрофореза и сканирующей электронной микроскопии. Выделенные фракции были изучены методом сканирующей электронной микроскопии (рис. 54). Было оценено распределение кластеров по размеру в выделенных фракциях №2 и №5 (рис. 55). По графику видно, содержание кластеров гидроксиапатита размером до 0,6 мкм уменьшается в пятой фракции по сравнению со второй. При этом растет содержание кластеров размером 0,6-1,5 мкм. Стоит отметить, что многие