Способ определения концентрации адсорбатов наночастиц серебра на поверхности нанопористого кремнезема Российский патент 2017 года по МПК G01N31/22 G01N21/76 

Описание патента на изобретение RU2620169C1

Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности для определения концентрации адсорбатов наночастиц (НЧ) серебра на поверхности нанопористого кремнезема, и может быть использовано для создания сенсорного устройства для обнаружения и определения поверхностной концентрации НЧ серебра на кремнеземе, а также может быть использовано в биологии, медицине, гетерогенном катализе при создании композиционных систем Ag/SiO2.

Известен способ определения платины (II) (патент на изобретение РФ №2387991, G01N 31/22, G01N 21/76, опубликован 27.04.2010 г.), включающий приготовление раствора платины (II) в хлороводородной кислоте, извлечение платины (II) сорбентом и переведение ее в комплексное соединение на поверхности сорбента, измерение интенсивности люминесценции поверхностного комплекса платины (II) на длине волны 580 нм при 77 К и определение содержания платины (II). В качестве сорбента используется кремнезем, химически модифицированный тиодиазолтиольными группами.

Основным достоинством данного изобретения является повышение чувствительности и информативности анализа.

Недостатком - является использование химически модифицированного кремнезема, а также необходимость охлаждать сорбент с комплексным соединением платины до температуры 77 К и проводить при этой температуре измерения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (выбранному в качестве прототипа) является способ определения алюминия (III) (патент РФ №2374641, G01N 31/22, G01N 21/76, опубликован 27.11.2009 г.), при котором концентрация алюминия (III) определяется по люминесцентному отклику комплексного соединения алюминия (III) с 8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой на поверхности сорбента. Сущность способа заключается в том, что находящийся в растворе алюминий (III) при рН 4-5 количественно извлекают кремнеземом, модифицированным последовательно полигексаметиленгуанидином и 8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой, и переводят алюминий (III) в комплексное соединение на поверхности кремнезема, измеряют интенсивность люминесценции поверхностного комплекса алюминия (III) и определяют содержание алюминия (III) по градуировочному графику. В предлагаемом способе содержание алюминия (III) в произвольном объеме должно быть не менее 0,02 мкг. Данное количество алюминия (III) на 0,1 г сорбента является той минимальной концентрацией, которую удается зафиксировать на существующих приборах относительно сигнала фона. Градуировочный график носит линейный характер в диапазоне 0,08-2 мкг алюминия (III) на 0,1 г сорбента.

К основному достоинству изобретения следует отнести следующее: способ характеризуется высокой чувствительностью, расширен диапазон определяемых концентраций алюминия (III).

Недостатком указанного способа является сложность и многостадийность процедуры определения содержания алюминия (III), модифицирование кремнезема полигексаметиленгуанидином и 8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой. В силу указанных недостатков, а также необходимости подбора реагента для образования комплекса с серебром, данный способ не может быть использован для определения поверхностной концентрации монодисперсных НЧ серебра на кремнеземе.

Задачей заявляемого изобретения является способ определения малых поверхностных концентраций (порядка 10-7 нм-2) адсорбатов НЧ серебра на немодифицированной поверхности кремнезема при комнатной температуре, по люминесцентному отклику адсорбатов органолюминофоров в присутствии НЧ серебра.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения концентрации адсорбатов наночастиц серебра на поверхности нанопористого кремнезема, включающем приготовление раствора исследуемого вещества, извлечение исследуемого вещества из раствора сорбентом, измерение интенсивности флуоресценции органолюминофора в присутствии исследуемого вещества, определение неизвестной поверхностной концентрации исследуемого вещества по градуированному графику, согласно изобретению в качестве сорбента используют немодифицированный кремнезем, в качестве адсорбата - монодисперсные наночастицы серебра и молекулы органолюминофора - Родамина 6Ж, интенсивность флуоресценции измеряют при возбуждении на плазмонной длине волны 420 нм, измерения проводят при комнатной температуре

Таким образом, в заявляемом способе определения концентрации адсорбатов НЧ серебра на поверхности нанопористого кремнезема, при котором поверхностная концентрация НЧ серебра определяется по люминесцентному отклику люминесцентного зонда в присутствии НЧ серебра, к существенным отличительным признакам предлагаемого изобретения от существующих аналогов следует отнести использование молекул органолюминофора в качестве люминесцентного зонда для определения концентрации адсорбатов НЧ серебра с радиусом 30-35 нм и 18-20 нм на естественной (немодифицированной) поверхности нанопористого кремнезема.

Техническим результатом является высокая чувствительность способа определения поверхностных концентраций адсорбатов НЧ серебра, в пределах (10-11-10-7) нм-2 на поверхности нанопористого кремнезема.

Технический результат достигается тем, что в способе определения концентрации адсорбатов наночастиц серебра, включающем приготовление дисперсий НЧ серебра в водном растворе, извлечение НЧ серебра сорбентом, приготовление водного раствора органолюминофора, извлечение молекул органолюминофора сорбентом, измерение интенсивности флуоресценции органолюминофора в отсутствии и в присутствии НЧ серебра, основанное на металлическом тушении флуоресценции молекул органолюминофоров НЧ серебра, определение поверхностной концентрации адсорбатов НЧ серебра, новым является то, что в качестве сорбента используется немодифицированная поверхность нанопористого кремнезема, в качестве адсорбатов - монодисперсные наночастицы серебра и молекулы люминесцентного зонда, в качестве люминесцентного зонда используется органолюминофор - Родамин 6Ж, интенсивность флуоресценции органолюминофора измеряют при возбуждении на плазмонной длине волны 420 нм при комнатной температуре.

Сущность изобретения поясняется следующим чертежом.

На фиг. 1 представлена зависимость относительной интенсивности Io/I флуоресценции Р6Ж от поверхностной концентрации адсорбатов НЧ серебра на поверхности кремнезема (Io и I - интенсивности в максимуме флуоресценции родамина 6Ж в отсутствии и в присутствии НЧ серебра соответственно): кривая 1 - НЧ радиусом 30-35 нм, СР6Ж=2,26⋅10-3 нм-2; кривая 2 - НЧ радиусом 30-35 нм, СР6Ж=12,5⋅10-3 нм-2, кривая на вставке - НЧ радиусом 18-20 нм, СР6Ж=2,26⋅10-3 нм-2.

Способ осуществляется следующим образом: в основе принципа работы данного изобретения лежит способ определения поверхностной концентрации адсорбатов НЧ серебра в нанопорах кремнезема по интенсивности флуоресценции адсорбатов молекул органолюминофора - Р6Ж.

Построение калибровочного графика для определения поверхностной концентрации адсорбатов НЧ серебра с использованием адсорбатов молекул Р6Ж в качестве люминесцентного зонда производится следующим образом.

При комнатной температуре в аликвоту объемом 5 мл гидрозоля монодисперсных НЧ серебра (радиус наночастиц определяется методами фотонной корреляционной спектроскопии) вносят 0,3 г навески кремнезема (удельная площадь поверхности 80 м2/г, размер фракций 250-160 мкм). Время адсорбции НЧ серебра на кремнезем составляет 60 мин, при постоянном помешивании. Затем гидрозоль сливают. Измеряют спектрофотометрическими методами спектр поглощения гидрозоля монодисперсных НЧ серебра до и после адсорбции на кремнезем - через 4 часа для удаления взвеси кремнезема в сливе - и определяют значение оптической плотности в максимуме поглощения, строят калибровочный график зависимости оптической плотности гидрозоля от концентрации НЧ в гидрозоле. По данному калибровочному графику определяют концентрацию НЧ в гидрозоле после адсорбции. Концентрация адсорбированных НЧ серебра на поверхности кремнезема (адсорбента) определяется по формуле:

,

где V - объем аликвоты гидрозоля НЧ серебра, С1 и С2 - концентрация монодисперсных НЧ серебра в гидрозоле до и после адсорбции соответственно, NA=6,02⋅1023 моль-1 -постоянная Авогадро, mк - масса навески кремнезема, Sуд - удельная площадь поверхности кремнезема.

Затем, при комнатной температуре, в водный раствор Р6Ж объемом 10 мл с концентрацией 5⋅10-5 М вносят кремнезем с адсорбированными НЧ серебра и перемешивают до обесцвечивания, после этого раствор сливают. Концентрация молекул Р6Ж в порах кремнезема определяется спектрофотометрическим методом, описанным выше для адсорбатов НЧ серебра. Кремнезем с адсорбированными НЧ серебра и молекулами Р6Ж сушат в сушильном шкафу в течение 1 часа при температуре 60°С.

Фотовозбуждение стационарной флуоресценции красителя Р6Ж производят в максимуме поглощения НЧ серебра на длине волны λ=420 нм в целях резонансного возбуждения поверхностных плазмонов при длине волны регистрации в диапазоне 480-750 нм. Строят градуировочный график зависимости относительной интенсивности в максимуме флуоресценции Р6Ж от концентрации адсорбатов НЧ серебра на поверхности кремнезема (фиг. 1). При этом наблюдается металлическое тушение интенсивности флуоресценции родамина 6Ж наночастицами серебра.

По люминесцентному отклику Р6Ж (фиг. 1) определяют искомую концентрацию адсорбатов НЧ серебра на поверхности нанопористого кремнезема.

Способ 1. Берут аликвоту гидрозоля монодисперсных НЧ серебра радиусом 30-35 нм и раствор Р6Ж с объемной концентрацией соответствующей поверхностной концентрации на кремнеземе CР6Ж=2,26⋅10-3 нм-2. Определяют концентрацию адсорбатов НЧ серебра на кремнеземе по градуировочному графику (см. фиг. 1, кривая 7. Найдено: CAg=(1,50±0,07)⋅10-7 нм2.

Способ 2. Берут аликвоту гидрозоля монодисперсных НЧ серебра радиусом 30-35 нм и раствор Р6Ж с объемной концентрацией соответствующей поверхностной концентрации на кремнеземе CР6Ж=12,5⋅10-3 нм-2. Определяют концентрацию адсорбатов НЧ серебра по градуировочному графику (см. фиг. 1, кривая 2). Найдено: СAg=(2,1±0,1)⋅10-7 нм2.

Способ 3. Берут аликвоту гидрозоля монодисперсных НЧ серебра радиусом 18-20 нм и раствор Р6Ж с объемной концентрацией соответствующей поверхностной концентрации на кремнеземе CР6Ж=2,26⋅10-3 нм-2. Определяют концентрацию адсорбатов НЧ серебра по градировочному графику (см. фиг. 1, кривая на вставке). Найдено: CAg=(7,5±0,4)⋅10-11 нм2.

Использование заявляемого изобретения позволяет не только определять концентрацию адсорбатов НЧ серебра на поверхности нанопористого кремнезема, но и использовать способ контроля концентрации адсорбатов НЧ серебра при создании композиционных систем Ag/SiO2 с широким спектром практического применения. Преимущества данного изобретения по сравнению с принципиально схожими: высокая чувствительность метода, проведение измерений при комнатной температуре, использование естественной (без дополнительной обработки) поверхности кремнезема, отсутствие в методике измерений реагентов, вредных для здоровья человека.

Похожие патенты RU2620169C1

название год авторы номер документа
Оптический сенсор с плазмонной структурой для определения химических веществ низких концентраций и способ его получения 2019
  • Зюбин Андрей Юрьевич
  • Матвеева Карина Игоревна
  • Самусев Илья Геннадьевич
  • Демин Максим Викторович
RU2720075C1
Способ получения усиленного сигнала комбинационного рассеяния света от молекул сывороточного альбумина человека в капле жидкости 2019
  • Зюбин Андрей Юрьевич
  • Константинова Елизавета Ивановна
  • Слежкин Василий Анатольевич
  • Матвеева Карина Игоревна
  • Самусев Илья Геннадьевич
  • Демин Максим Викторович
  • Брюханов Валерий Вениаминович
RU2708546C1
Планарный наноструктурированный сенсор на основе поверхностного плазмонного резонанса для усиления комбинационного рассеяния света тромбоцитов человека и способ его получения 2022
  • Зюбин Андрей Юрьевич
  • Рафальский Владимир Витальевич
  • Моисеева Екатерина Михайловна
  • Матвеева Карина Игоревна
  • Кон Игорь Игоревич
  • Демишкевич Елизавета Александровна
  • Кундалевич Анна Анатольевна
  • Евтифеев Денис Олегович
  • Ханкаев Артемий Александрович
  • Цибульникова Анна Владимировна
  • Самусев Илья Геннадьевич
  • Брюханов Валерий Вениаминович
RU2788479C1
Способ определения флавоноидов в составе экстракта калины красной методом кислородонасыщения в присутствии наночастиц золота 2023
  • Цибульникова Анна Владимировна
  • Землякова Евгения Сергеевна
  • Слежкин Василий Анатольевич
  • Артамонов Дмитрий Александрович
  • Зюбин Андрей Юрьевич
  • Самусев Илья Геннадьевич
  • Брюханов Валерий Вениаминович
RU2815251C1
Способ определения кислорода в газах 1986
  • Алимарин Иван Павлович
  • Брюханов Валерий Вениаминович
  • Дурнев Вячеслав Федорович
  • Кецле Гарри Альбертович
  • Регир Климентий Францевич
  • Рунов Валентин Константинович
  • Смагулов Жанайдар Кайдарович
SU1363032A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЛЮМИНИЯ (III) 2008
  • Лосев Владимир Николаевич
  • Елсуфьев Евгений Викторович
  • Метелица Сергей Игоревич
  • Волкова Генриетта Всеволодовна
  • Трофимчук Анатолий Константинович
RU2374641C1
Способ люминесцентного определения иттрия (III) 2021
  • Буйко Ольга Васильевна
  • Лосев Владимир Николаевич
  • Шиманский Александр Федорович
RU2779479C1
Способ определения содержания тербия 2022
  • Лосев Владимир Николаевич
  • Буйко Ольга Васильевна
  • Дидух-Шадрина Светлана Леонидовна
  • Шиманский Александр Федорович
RU2799630C1
АКТИВНАЯ СРЕДА ЛАЗЕРА 2012
  • Кучьянов Александр Сергеевич
  • Мальцева Елена Олеговна
  • Плеханов Александр Иванович
  • Игуменов Игорь Константинович
  • Кучумов Борис Максимович
RU2520946C2
Планарный оптический сенсор для идентификации составляющих химической структуры Балтийского янтаря и способ его получения 2022
  • Зюбин Андрей Юрьевич
  • Кундалевич Анна Анатольевна
  • Матвеева Карина Игоревна
  • Самусев Илья Геннадьевич
RU2797388C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 620 169 C1

Реферат патента 2017 года Способ определения концентрации адсорбатов наночастиц серебра на поверхности нанопористого кремнезема

Изобретение относится к области нанотехнологий, а также может быть использовано в биологии, медицине, гетерогенном катализе. Способ определения концентрации адсорбатов наночастиц (НЧ) серебра на поверхности нанопористого кремнезема включает приготовление раствора исследуемого вещества, извлечение исследуемого вещества из раствора сорбентом, измерение интенсивности флуоресценции органолюминофора в присутствии исследуемого вещества, определение неизвестной поверхностной концентрации исследуемого вещества по градуировочному графику, где в качестве сорбента используют немодифицированный кремнезем, в качестве адсорбата - монодисперсные наночастицы серебра и молекулы органолюминофора - Родамина 6Ж, интенсивность флуоресценции измеряют при возбуждении на плазмонной длине волны 420 нм, измерение проводят при комнатной температуре. Достигается высокая чувствительность способа определения концентрации адсорбатов НЧ серебра на поверхности кремнезема в пределах (10-11-10-7) нм-2. 3 пр., 1 ил.

Формула изобретения RU 2 620 169 C1

Способ определения концентрации адсорбатов наночастиц серебра на поверхности нанопористого кремнезема, включающий приготовление раствора исследуемого вещества, извлечение исследуемого вещества из раствора сорбентом, измерение интенсивности флуоресценции органолюминофора в присутствии исследуемого вещества, определение неизвестной поверхностной концентрации исследуемого вещества по градуированному графику, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют немодифицированный кремнезем, в качестве адсорбата - монодисперсные наночастицы серебра и молекулы органолюминофора - Родамина 6Ж, интенсивность флуоресценции измеряют при возбуждении на плазмонной длине волны 420 нм, измерения проводят при комнатной температуре.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2620169C1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЕРЕБРА 2005
  • Лосев Владимир Николаевич
  • Буйко Елена Васильевна
  • Трофимчук Анатолий Константинович
RU2287157C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЛЮМИНИЯ (III) 2008
  • Лосев Владимир Николаевич
  • Елсуфьев Евгений Викторович
  • Метелица Сергей Игоревич
  • Волкова Генриетта Всеволодовна
  • Трофимчук Анатолий Константинович
RU2374641C1
В.В.Брюханов и др
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков 1922
  • Асафов Н.И.
SU6A1
Походная разборная печь для варки пищи и печения хлеба 1920
  • Богач Б.И.
SU11A1

RU 2 620 169 C1

Авторы

Тихомирова Надежда Степановна

Брюханов Валерий Вениаминович

Слежкин Василий Анатольевич

Самусев Илья Геннадьевич

Даты

2017-05-23Публикация

2016-05-31Подача