eng
Выпуск #6/2023
А.В.Блинов, З.А.Рехман, А.А.Гвозденко, А.Б.Голик, А.А.Блинова, Я.А.Облогин
СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ СЕЛЕНА, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ АЛЬФА-ОЛЕФИН СУЛЬФОНАТОМ НАТРИЯ
СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ СЕЛЕНА, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ АЛЬФА-ОЛЕФИН СУЛЬФОНАТОМ НАТРИЯ
Просмотры: 631
DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.6.346.353
В данном исследовании проводили синтез и оптимизацию методики получения наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия (АОС). Наноразмерный селен получали методом химического восстановления аскорбиновой кислотой в водной среде. Селенсодержащим прекурсором выступала селенистая кислота. В результате оптимизации методики синтеза установили, что образец №9 является оптимальным для исследования влияния активной кислотности среды и ионной силы на агрегативную устойчивость. В результате многофакторного эксперимента установили оптимальные параметры для синтеза наночастиц селена. В результате компьютерного квантово-химического моделирования установили, процесс взаимодействия молекулы селена и альфа-олефин сульфоната натрия (АОС) является энергетически выгодным. Показано, что золь наночастиц селена является стабильным в нейтральной среде, а также что на агрегативную устойчивость значительное влияние оказывают трехзарядные положительные ионы Fe3+.
В данном исследовании проводили синтез и оптимизацию методики получения наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия (АОС). Наноразмерный селен получали методом химического восстановления аскорбиновой кислотой в водной среде. Селенсодержащим прекурсором выступала селенистая кислота. В результате оптимизации методики синтеза установили, что образец №9 является оптимальным для исследования влияния активной кислотности среды и ионной силы на агрегативную устойчивость. В результате многофакторного эксперимента установили оптимальные параметры для синтеза наночастиц селена. В результате компьютерного квантово-химического моделирования установили, процесс взаимодействия молекулы селена и альфа-олефин сульфоната натрия (АОС) является энергетически выгодным. Показано, что золь наночастиц селена является стабильным в нейтральной среде, а также что на агрегативную устойчивость значительное влияние оказывают трехзарядные положительные ионы Fe3+.
Теги: alpha-olefin sulfonate quantum-chemical modeling reducing agent selenium nanoparticles sol альфа-олефин сульфонат восстановитель золь квантово-химическое моделирование наночастицы селена
Получено: 1.09.2023 г. | Принято: 10.09.2023 г. | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.6.346.353
Научная статья
СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ СЕЛЕНА, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ АЛЬФА-ОЛЕФИН СУЛЬФОНАТОМ НАТРИЯ
А.В.Блинов1, к.т.н., доц., ORCID: 0000-0002-4701-8633
З.А.Рехман1, ассист., ORCID: 0000-0003-2809-4945 / zafrehman1027@gmail.com
А.А.Гвозденко1, ассист., ORCID: 0000-0001-7763-5520
А.Б.Голик1, ассист., ORCID: 0000-0003-2580-9474
А.А.Блинова1, к.т.н., доц., ORCID: 0000-0001-9321-550X
Я.А.Облогин1, студент, лаборант, ORCID: 0009-0003-5180-9045
Аннотация. В данном исследовании проводили синтез и оптимизацию методики получения наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия (АОС). Наноразмерный селен получали методом химического восстановления аскорбиновой кислотой в водной среде. Селенсодержащим прекурсором выступала селенистая кислота. В результате оптимизации методики синтеза установили, что образец №9 является оптимальным для исследования влияния активной кислотности среды и ионной силы на агрегативную устойчивость. В результате многофакторного эксперимента установили оптимальные параметры для синтеза наночастиц селена. В результате компьютерного квантово-химического моделирования установили, процесс взаимодействия молекулы селена и альфа-олефин сульфоната натрия (АОС) является энергетически выгодным. Показано, что золь наночастиц селена является стабильным в нейтральной среде, а также что на агрегативную устойчивость значительное влияние оказывают трехзарядные положительные ионы Fe3+.
Ключевые слова: наночастицы селена, альфа-олефин сульфонат, квантово-химическое моделирование, золь, восстановитель
Для цитирования: А.В. Блинов, З.А. Рехман, А.А. Гвозденко, А.Б. Голик, А.А. Блинова, Я.А. Облогин. Синтез наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия. НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 6. С. 346–353. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.6.346.353
Received: 1.09.2023 | Accepted: 10.09.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.6.346.353
ВВЕДЕНИЕ
Селен является микроэлементом, выполняющим важную роль в функционировании иммунной системы и регуляции окислительно-восстановительных механизмов [1]. Однако неорганическая и органическая формы селена обладают повышенной токсичностью, в связи с чем все больше внимания привлекает наноформа селена, которая обладает высокой биологической активностью, низкой токсичностью, антиоксидантными, противовоспалительными свойствами, а также наночастицы селена используются в качестве носителя для адресной доставки лекарств [2–5].
Химический метод синтеза наночастиц селена является основным и довольно простым методом получения коллоидных систем [6]. Стабилизация наночастиц селена также является важным процессом, благодаря ей удается контролировать размер и форму получаемых наночастиц [7]. Среди основных стабилизаторов можно выделить биополимеры (хитозан, поливинилпирролидон, метилцеллюлоза и др.) и поверхностно-активные вещества (алкилдиметилбензиламмония хлорид, кокамидопропилбетаин и др.) [8–11].
Анионактивные поверхностно-активные вещества отвечают за моющую способность любого мыла, а также большинства шампуней [12, 13]. В водном растворе они распадаются с образованием отрицательно заряженных ионов, гидрофобная часть молекулы анионного ПАВ связывает частицы грязи, а далее благодаря гидрофильной части молекулы ПАВ удерживаются водой и вымываются с поверхности [14]. Одним из таких ПАВ является альфа-олефин сульфонат натрия (АОС), который активно применяется для стабилизации различных наносистем [15–17].
Целью данной статьи является исследование метода синтеза наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Синтез наночастиц селена проводили методом химического восстановления селенсодержащего прекурсора в водной среде в присутствии стабилизатора. Прекурсором выступала селенистая кислота (H2SeO3), в качестве восстановителя использовали аскорбиновую кислоту (C6H8O6), в качестве стабилизатора – анионактивное поверхностно-активное вещество – альфа-олефин сульфонат натрия (АОС).
Синтез наночастиц селена проводили в несколько этапов: в начале готовили 0,036 М раствор селенистой кислоты, в котором растворяли навески АОСа, далее готовили 0,088 М раствор аскорбиновой кислоты. Наконец, в раствор селенистой кислоты по каплям добавляли раствор восстановителя и перемешивали образец в течение 5–10 мин.
Средний гидродинамический радиус полученных образцов наночастиц селена определяли методом фотонной корреляционной спектроскопии на установке Photocor-Complex (ООО "Антек-97", Россия). ζ-потенциал полученных образцов определяли методом акустической и электроакустической спектроскопии на установке DT-1202 производства Dispersion Technology Inc., USA.
Для оптимизации параметров эксперимента проводили многофакторный эксперимент с тремя входными параметрами и тремя уровнями варьирования. В качестве выходных параметров выступали средний гидродинамический радиус частиц (rср) и электрокинетический потенциал.
Математическая обработка результатов эксперимента осуществлялась в пакете прикладных программ Neural Statistica Network, а также с помощью прикладных программ была сформирована нейронная сеть.
Квантово-химическое моделирование процесса взаимодействия наночастиц селена, стабилизированных альфа олефин сульфонатом натрия проводили в программе QChem с использованием молекулярного редактора IQmol. Расчет осуществлялся на оборудовании центра обработки данных (Schneider Electric) ФГАОУ ВО Северо-Кавказского федерального университета. Расчет полной энергии и других характеристик проводили при следующих параметрах: расчет: Energy, метод: HF, базис: 3-21G, convergence – 5, силовое поле – Ghemical.
Для исследования влияния активной кислотности среды на стабильность наночастиц селена в образцы добавляли растворы с различным показателем рН в соотношении 1 : 1.
Для изучения влияния ионной силы раствора на стабильность наночастиц селена приготовлены пять серий растворов: растворы хлорида натрия (NaCl), хлорида железа (FeCl3), хлорида бария (BaCl2), сульфата натрия (Na2SO4), фосфата калия (K3PO4). Концентрации растворов составляли 0,1 М, 0,25 М, 0,5 М, 0,75 М и 1 М. Для оценки стабильности к 9 мл раствора добавляли 1 мл золя наночастиц селена.
РЕЗУЛЬТАТЫ
На первом этапе проводили оптимизацию методики синтеза наночастиц селена, результаты исследования представлены в табл.1.
В результате математической обработки данных получена трехмерная тернарная поверхность, описывающая связь со средним гидродинамическим радиусом и концентрациями прекурсора, восстановителя и стабилизатора, которая представлена на рис.1.
Далее проводили компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия (АОС). Полученные данные представлены на рис.2, а также в табл.2.
Следующим этапом исследовали влияние активной кислотности среды и ионной силы на стабильность наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия (АОС). Полученные данные представлены на рис.3 и 4.
ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ результатов исследования золей наночастиц селена методом динамического светорассеяния показал, что во всех образцах наблюдается мономодальное распределение и установлено, что наибольшим радиусом обладают образцы № 3, 7 и 8 (1312, 556 и 326 нм, соответственно), наименьшим радиусом обладают образцы № 2, 4 и 9 (15, 12 и 17 нм, соответственно). Однако в результате анализа исследования образцов методом акустической и электроакустической спектроскопии установлено, что у золей №4 и 9 наблюдается наибольшее значение электрокинетического потенциала (–38,29 и –49,89 мВ, соответственно). Для исследования влияния рН и ионной силы на агрегативную устойчивость наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия, был выбран образец №9.
Анализ трехмерной тернарной поверхности показал, что концентрации селенистой кислоты и аскорбиновой кислоты оказывают значительное влияние на средний гидродинамический радиус наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия. Так, во всем диапазоне концентраций селенистой кислоты и при концентрациях аскорбиновой кислоты от 0,6 до 1,6 моль/л, средний радиус частиц варьируется от 900 до 1180 нм. Стоит отметить, что оптимальными радиусом, около 20 нм, обладает образец, который получали со следующими параметрами: С (H2SeO3) – 0,15 моль/л, С (C6H8O6) – 1,60 моль/л, С (АОС) – 0,09 моль/л.
В результате компьютерного квантово-химического моделирования установлено, что полная энергия молекулы альфа-олефин сульфоната натрия (АОС) составляет –1452,308 ккал/моль, а разница полной энергии молекулы альфа-олефин сульфоната натрия (АОС) и молекулярной системы Se-альфа-олефин сульфонат натрия (АОС) составляет более 2238 ккал/моль, что говорит об энергетически выгодном процессе образования связи между селеном и альфа-олефин сульфонатом натрия.
Анализ зависимости радиуса от активной кислотности среды показал, что при низком рН образец обладает радиусом около 750 нм. Данный факт можно объяснить тем, что большое количество протонов водорода в кислой среде обусловливает электронейтральность потенциалобразующего слоя. В нейтральной среде золь наночастиц селена имеет радиус около 80 нм, а при переходе в щелочную область средний радиус частиц увеличивается до 450 нм при рН = 12. Это связано с тем, что происходит десорбция молекул альфа-олефин сульфоната натрия с поверхности частиц селена, в связи с чем происходит полимеризация с образованием полиселенидов [18].
Исследование влияния ионной силы на стабильность наночастиц селена показало, что катионы оказывают большее влияние на средний радиус и коагуляцию частиц, чем анионы. Стоит отметить, что с увеличением заряда положительного иона его воздействие на отрицательно заряженную частицу увеличивается в связи с правилом Шульце – Гарди. Так, при воздействии солей трехвалентного железа радиус увеличивается вплоть до 11 000 нм. Однако при добавлении солей ортфосфорной кислоты размер также возрастает до 1700 нм. Предположительно, наличие трех катионов K+ в одной молекуле ортофосфата калия оказывает данный эффект.
ВЫВОДЫ
В данной статье проведен синтез наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия, а также оптимизация методики получения. В результате многофакторного эксперимента установлено, что оптимальным радиусом (17 нм) и наибольшим ζ-потенциалом (–49,89 мВ) обладает образец № 9, который был выбран для исследования агрегативной устойчивости. В результате анализа тернарной поверхности установлено, что оптимальными параметрами для синтеза наночастиц селена, стабилизированных АОС, являются: С (H2SeO3) – 0,15 моль/л, С (C6H8O6) – 1,60 моль/л, С (АОС) – 0,09 моль/л. Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия молекулы селена с альфа-олефин сульфонатом натрия показало, что полная энергия взаимодействия составляет более 2238 ккал/моль, что свидетельствует об энергетической выгоде данного процесса. Исследование влияния активной кислотности среды показало, что образец стабилен в нейтральной среде, а в кислой и щелочной среде – средний радиус увеличивается до 750 и 450 нм, соответственно. Также исследовали влияние ионной силы на стабильность образца наночастиц селена: установили, что значительное влияние на агрегативную устойчивость оказывают трехзарядные катионы (Fe3+), при воздействии которых радиус увеличивается до 11 000 нм.
БЛАГОДАРНОСТИ
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-16-00120, https://rscf.ru/project/23-16-00120.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Avery J.C., Hoffmann P.R. Selenium, selenoproteins, and immunity // Nutrients. 2018. V. 10. No. 9. P. 1203.
Abadi B. et al. Capping agents for selenium nanoparticles in biomedical applications // Journal of Cluster Science. 2023. V. 34. No. 4. PP. 1669–1690.
Zhai X. et al. Antioxidant capacities of the selenium nanoparticles stabilized by chitosan // Journal of nanobiotechnology. 2017. V. 15. PP. 1–12.
Nayak V. et al. Potentialities of selenium nanoparticles in biomedical science // New Journal of Chemistry. 2021. V. 45. No. 6. PP. 2849–2878.
Zhang H. et al. Antibacterial properties and mechanism of selenium nanoparticles synthesized by Providencia sp. DCX // Environmental Research. 2021. V. 194. P. 110630.
Boroumand S. et al. Selenium nanoparticles: synthesis, characterization and study of their cytotoxicity, antioxidant and antibacterial activity // Materials Research Express. 2019. V. 6. No. 8. P. 0850d8.
Song X. et al. Physicochemical stability and functional properties of selenium nanoparticles stabilized by chitosan, carrageenan, and gum Arabic // Carbohydrate Polymers. 2021. V. 255. P. 117379.
Cao H., Xiao J., Liu H. Enhanced oxidase-like activity of selenium nanoparticles stabilized by chitosan and application in a facile colorimetric assay for mercury (II) // Biochemical Engineering Journal. 2019. V. 152. P. 107384.
Siddiqui S.A. et al. Effect of selenium nanoparticles on germination of hordéum vulgáre barley seeds // Coatings. 2021. V. 11. No. 7. P. 862.
Blinov A.V. et al. Investigation of the Effect of Dispersion Medium Parameters on the Aggregative Stability of Selenium Nanoparticles Stabilized with Catamine AB // Micromachines. 2023. V. 14. No. 2. P. 433.
Blinov A.V. et al. Synthesis and characterization of selenium nanoparticles stabilized with cocamidopropyl betaine // Scientific Reports. 2022. V. 12. №o. 1. P. 21975.
Ghosh S., Ray A., Pramanik N. Self-assembly of surfactants: An overview on general aspects of amphiphiles // Biophysical Chemistry. 2020. V. 265. P. 106429.
Bazel Y.R. et al. Methods for the determination of anionic surfactants // Journal of Analytical Chemistry. 2014. V. 69. PP. 211–236.
Zheng Y. et al. The micelle thermodynamics and mixed properties of sulfobetaine-type zwitterionic Gemini surfactant with nonionic and anionic surfactants // Journal of Molecular Liquids. 2020. V. 299. P. 112108.
Rattanaudom P. et al. Stabilization of foam using hydrophobic SiO2 nanoparticles and mixed anionic surfactant systems in the presence of oil // Journal of Dispersion Science and Technology. 2021. V. 42. No. 4. PP. 581–594.
Li H. et al. Preparation and characterization of highly water-soluble magnetic Fe3O4 nanoparticles via surface double-layered self-assembly method of sodium alpha-olefin sulfonate // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2015. V. 384. PP. 213–218.
Chea T.B. et al. Investigation on the effect of types of nanoparticles and temperature on nanoparticles-foam stability / IEOM Society International. 2018.
Roth A.N. et al. Alkaline-Earth Chalcogenide Nanocrystals: Solution-Phase Synthesis, Surface Chemistry, and Stability / ACS nano. 2022.. Т. 16. №. 8. С. 12024–12035.
Научная статья
СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ СЕЛЕНА, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ АЛЬФА-ОЛЕФИН СУЛЬФОНАТОМ НАТРИЯ
А.В.Блинов1, к.т.н., доц., ORCID: 0000-0002-4701-8633
З.А.Рехман1, ассист., ORCID: 0000-0003-2809-4945 / zafrehman1027@gmail.com
А.А.Гвозденко1, ассист., ORCID: 0000-0001-7763-5520
А.Б.Голик1, ассист., ORCID: 0000-0003-2580-9474
А.А.Блинова1, к.т.н., доц., ORCID: 0000-0001-9321-550X
Я.А.Облогин1, студент, лаборант, ORCID: 0009-0003-5180-9045
Аннотация. В данном исследовании проводили синтез и оптимизацию методики получения наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия (АОС). Наноразмерный селен получали методом химического восстановления аскорбиновой кислотой в водной среде. Селенсодержащим прекурсором выступала селенистая кислота. В результате оптимизации методики синтеза установили, что образец №9 является оптимальным для исследования влияния активной кислотности среды и ионной силы на агрегативную устойчивость. В результате многофакторного эксперимента установили оптимальные параметры для синтеза наночастиц селена. В результате компьютерного квантово-химического моделирования установили, процесс взаимодействия молекулы селена и альфа-олефин сульфоната натрия (АОС) является энергетически выгодным. Показано, что золь наночастиц селена является стабильным в нейтральной среде, а также что на агрегативную устойчивость значительное влияние оказывают трехзарядные положительные ионы Fe3+.
Ключевые слова: наночастицы селена, альфа-олефин сульфонат, квантово-химическое моделирование, золь, восстановитель
Для цитирования: А.В. Блинов, З.А. Рехман, А.А. Гвозденко, А.Б. Голик, А.А. Блинова, Я.А. Облогин. Синтез наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия. НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 6. С. 346–353. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.6.346.353
Received: 1.09.2023 | Accepted: 10.09.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.6.346.353
ВВЕДЕНИЕ
Селен является микроэлементом, выполняющим важную роль в функционировании иммунной системы и регуляции окислительно-восстановительных механизмов [1]. Однако неорганическая и органическая формы селена обладают повышенной токсичностью, в связи с чем все больше внимания привлекает наноформа селена, которая обладает высокой биологической активностью, низкой токсичностью, антиоксидантными, противовоспалительными свойствами, а также наночастицы селена используются в качестве носителя для адресной доставки лекарств [2–5].
Химический метод синтеза наночастиц селена является основным и довольно простым методом получения коллоидных систем [6]. Стабилизация наночастиц селена также является важным процессом, благодаря ей удается контролировать размер и форму получаемых наночастиц [7]. Среди основных стабилизаторов можно выделить биополимеры (хитозан, поливинилпирролидон, метилцеллюлоза и др.) и поверхностно-активные вещества (алкилдиметилбензиламмония хлорид, кокамидопропилбетаин и др.) [8–11].
Анионактивные поверхностно-активные вещества отвечают за моющую способность любого мыла, а также большинства шампуней [12, 13]. В водном растворе они распадаются с образованием отрицательно заряженных ионов, гидрофобная часть молекулы анионного ПАВ связывает частицы грязи, а далее благодаря гидрофильной части молекулы ПАВ удерживаются водой и вымываются с поверхности [14]. Одним из таких ПАВ является альфа-олефин сульфонат натрия (АОС), который активно применяется для стабилизации различных наносистем [15–17].
Целью данной статьи является исследование метода синтеза наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Синтез наночастиц селена проводили методом химического восстановления селенсодержащего прекурсора в водной среде в присутствии стабилизатора. Прекурсором выступала селенистая кислота (H2SeO3), в качестве восстановителя использовали аскорбиновую кислоту (C6H8O6), в качестве стабилизатора – анионактивное поверхностно-активное вещество – альфа-олефин сульфонат натрия (АОС).
Синтез наночастиц селена проводили в несколько этапов: в начале готовили 0,036 М раствор селенистой кислоты, в котором растворяли навески АОСа, далее готовили 0,088 М раствор аскорбиновой кислоты. Наконец, в раствор селенистой кислоты по каплям добавляли раствор восстановителя и перемешивали образец в течение 5–10 мин.
Средний гидродинамический радиус полученных образцов наночастиц селена определяли методом фотонной корреляционной спектроскопии на установке Photocor-Complex (ООО "Антек-97", Россия). ζ-потенциал полученных образцов определяли методом акустической и электроакустической спектроскопии на установке DT-1202 производства Dispersion Technology Inc., USA.
Для оптимизации параметров эксперимента проводили многофакторный эксперимент с тремя входными параметрами и тремя уровнями варьирования. В качестве выходных параметров выступали средний гидродинамический радиус частиц (rср) и электрокинетический потенциал.
Математическая обработка результатов эксперимента осуществлялась в пакете прикладных программ Neural Statistica Network, а также с помощью прикладных программ была сформирована нейронная сеть.
Квантово-химическое моделирование процесса взаимодействия наночастиц селена, стабилизированных альфа олефин сульфонатом натрия проводили в программе QChem с использованием молекулярного редактора IQmol. Расчет осуществлялся на оборудовании центра обработки данных (Schneider Electric) ФГАОУ ВО Северо-Кавказского федерального университета. Расчет полной энергии и других характеристик проводили при следующих параметрах: расчет: Energy, метод: HF, базис: 3-21G, convergence – 5, силовое поле – Ghemical.
Для исследования влияния активной кислотности среды на стабильность наночастиц селена в образцы добавляли растворы с различным показателем рН в соотношении 1 : 1.
Для изучения влияния ионной силы раствора на стабильность наночастиц селена приготовлены пять серий растворов: растворы хлорида натрия (NaCl), хлорида железа (FeCl3), хлорида бария (BaCl2), сульфата натрия (Na2SO4), фосфата калия (K3PO4). Концентрации растворов составляли 0,1 М, 0,25 М, 0,5 М, 0,75 М и 1 М. Для оценки стабильности к 9 мл раствора добавляли 1 мл золя наночастиц селена.
РЕЗУЛЬТАТЫ
На первом этапе проводили оптимизацию методики синтеза наночастиц селена, результаты исследования представлены в табл.1.
В результате математической обработки данных получена трехмерная тернарная поверхность, описывающая связь со средним гидродинамическим радиусом и концентрациями прекурсора, восстановителя и стабилизатора, которая представлена на рис.1.
Далее проводили компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия (АОС). Полученные данные представлены на рис.2, а также в табл.2.
Следующим этапом исследовали влияние активной кислотности среды и ионной силы на стабильность наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия (АОС). Полученные данные представлены на рис.3 и 4.
ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ результатов исследования золей наночастиц селена методом динамического светорассеяния показал, что во всех образцах наблюдается мономодальное распределение и установлено, что наибольшим радиусом обладают образцы № 3, 7 и 8 (1312, 556 и 326 нм, соответственно), наименьшим радиусом обладают образцы № 2, 4 и 9 (15, 12 и 17 нм, соответственно). Однако в результате анализа исследования образцов методом акустической и электроакустической спектроскопии установлено, что у золей №4 и 9 наблюдается наибольшее значение электрокинетического потенциала (–38,29 и –49,89 мВ, соответственно). Для исследования влияния рН и ионной силы на агрегативную устойчивость наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия, был выбран образец №9.
Анализ трехмерной тернарной поверхности показал, что концентрации селенистой кислоты и аскорбиновой кислоты оказывают значительное влияние на средний гидродинамический радиус наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия. Так, во всем диапазоне концентраций селенистой кислоты и при концентрациях аскорбиновой кислоты от 0,6 до 1,6 моль/л, средний радиус частиц варьируется от 900 до 1180 нм. Стоит отметить, что оптимальными радиусом, около 20 нм, обладает образец, который получали со следующими параметрами: С (H2SeO3) – 0,15 моль/л, С (C6H8O6) – 1,60 моль/л, С (АОС) – 0,09 моль/л.
В результате компьютерного квантово-химического моделирования установлено, что полная энергия молекулы альфа-олефин сульфоната натрия (АОС) составляет –1452,308 ккал/моль, а разница полной энергии молекулы альфа-олефин сульфоната натрия (АОС) и молекулярной системы Se-альфа-олефин сульфонат натрия (АОС) составляет более 2238 ккал/моль, что говорит об энергетически выгодном процессе образования связи между селеном и альфа-олефин сульфонатом натрия.
Анализ зависимости радиуса от активной кислотности среды показал, что при низком рН образец обладает радиусом около 750 нм. Данный факт можно объяснить тем, что большое количество протонов водорода в кислой среде обусловливает электронейтральность потенциалобразующего слоя. В нейтральной среде золь наночастиц селена имеет радиус около 80 нм, а при переходе в щелочную область средний радиус частиц увеличивается до 450 нм при рН = 12. Это связано с тем, что происходит десорбция молекул альфа-олефин сульфоната натрия с поверхности частиц селена, в связи с чем происходит полимеризация с образованием полиселенидов [18].
Исследование влияния ионной силы на стабильность наночастиц селена показало, что катионы оказывают большее влияние на средний радиус и коагуляцию частиц, чем анионы. Стоит отметить, что с увеличением заряда положительного иона его воздействие на отрицательно заряженную частицу увеличивается в связи с правилом Шульце – Гарди. Так, при воздействии солей трехвалентного железа радиус увеличивается вплоть до 11 000 нм. Однако при добавлении солей ортфосфорной кислоты размер также возрастает до 1700 нм. Предположительно, наличие трех катионов K+ в одной молекуле ортофосфата калия оказывает данный эффект.
ВЫВОДЫ
В данной статье проведен синтез наночастиц селена, стабилизированных альфа-олефин сульфонатом натрия, а также оптимизация методики получения. В результате многофакторного эксперимента установлено, что оптимальным радиусом (17 нм) и наибольшим ζ-потенциалом (–49,89 мВ) обладает образец № 9, который был выбран для исследования агрегативной устойчивости. В результате анализа тернарной поверхности установлено, что оптимальными параметрами для синтеза наночастиц селена, стабилизированных АОС, являются: С (H2SeO3) – 0,15 моль/л, С (C6H8O6) – 1,60 моль/л, С (АОС) – 0,09 моль/л. Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия молекулы селена с альфа-олефин сульфонатом натрия показало, что полная энергия взаимодействия составляет более 2238 ккал/моль, что свидетельствует об энергетической выгоде данного процесса. Исследование влияния активной кислотности среды показало, что образец стабилен в нейтральной среде, а в кислой и щелочной среде – средний радиус увеличивается до 750 и 450 нм, соответственно. Также исследовали влияние ионной силы на стабильность образца наночастиц селена: установили, что значительное влияние на агрегативную устойчивость оказывают трехзарядные катионы (Fe3+), при воздействии которых радиус увеличивается до 11 000 нм.
БЛАГОДАРНОСТИ
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-16-00120, https://rscf.ru/project/23-16-00120.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Avery J.C., Hoffmann P.R. Selenium, selenoproteins, and immunity // Nutrients. 2018. V. 10. No. 9. P. 1203.
Abadi B. et al. Capping agents for selenium nanoparticles in biomedical applications // Journal of Cluster Science. 2023. V. 34. No. 4. PP. 1669–1690.
Zhai X. et al. Antioxidant capacities of the selenium nanoparticles stabilized by chitosan // Journal of nanobiotechnology. 2017. V. 15. PP. 1–12.
Nayak V. et al. Potentialities of selenium nanoparticles in biomedical science // New Journal of Chemistry. 2021. V. 45. No. 6. PP. 2849–2878.
Zhang H. et al. Antibacterial properties and mechanism of selenium nanoparticles synthesized by Providencia sp. DCX // Environmental Research. 2021. V. 194. P. 110630.
Boroumand S. et al. Selenium nanoparticles: synthesis, characterization and study of their cytotoxicity, antioxidant and antibacterial activity // Materials Research Express. 2019. V. 6. No. 8. P. 0850d8.
Song X. et al. Physicochemical stability and functional properties of selenium nanoparticles stabilized by chitosan, carrageenan, and gum Arabic // Carbohydrate Polymers. 2021. V. 255. P. 117379.
Cao H., Xiao J., Liu H. Enhanced oxidase-like activity of selenium nanoparticles stabilized by chitosan and application in a facile colorimetric assay for mercury (II) // Biochemical Engineering Journal. 2019. V. 152. P. 107384.
Siddiqui S.A. et al. Effect of selenium nanoparticles on germination of hordéum vulgáre barley seeds // Coatings. 2021. V. 11. No. 7. P. 862.
Blinov A.V. et al. Investigation of the Effect of Dispersion Medium Parameters on the Aggregative Stability of Selenium Nanoparticles Stabilized with Catamine AB // Micromachines. 2023. V. 14. No. 2. P. 433.
Blinov A.V. et al. Synthesis and characterization of selenium nanoparticles stabilized with cocamidopropyl betaine // Scientific Reports. 2022. V. 12. №o. 1. P. 21975.
Ghosh S., Ray A., Pramanik N. Self-assembly of surfactants: An overview on general aspects of amphiphiles // Biophysical Chemistry. 2020. V. 265. P. 106429.
Bazel Y.R. et al. Methods for the determination of anionic surfactants // Journal of Analytical Chemistry. 2014. V. 69. PP. 211–236.
Zheng Y. et al. The micelle thermodynamics and mixed properties of sulfobetaine-type zwitterionic Gemini surfactant with nonionic and anionic surfactants // Journal of Molecular Liquids. 2020. V. 299. P. 112108.
Rattanaudom P. et al. Stabilization of foam using hydrophobic SiO2 nanoparticles and mixed anionic surfactant systems in the presence of oil // Journal of Dispersion Science and Technology. 2021. V. 42. No. 4. PP. 581–594.
Li H. et al. Preparation and characterization of highly water-soluble magnetic Fe3O4 nanoparticles via surface double-layered self-assembly method of sodium alpha-olefin sulfonate // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2015. V. 384. PP. 213–218.
Chea T.B. et al. Investigation on the effect of types of nanoparticles and temperature on nanoparticles-foam stability / IEOM Society International. 2018.
Roth A.N. et al. Alkaline-Earth Chalcogenide Nanocrystals: Solution-Phase Synthesis, Surface Chemistry, and Stability / ACS nano. 2022.. Т. 16. №. 8. С. 12024–12035.
Отзывы читателей
