Мониторинг кинетики агрегации коллоидных систем методами светорассеяния

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обсуждается оригинальная методика исследования кинетики агрегации коллоидных растворов, основанная на совместном применении методов динамического и статического светорассеяния. Теоретическое обоснование предлагаемой методики проводится на основе концепции фрактальной размерности и масштабирования. Ее экспериментальная реализация осуществляется на примере процесса агрегации коллоидного раствора золота, инициированного изменением ионной силы раствора. По угловым и кинетическим зависимостям статического светорассеяния (СРС) определяется фрактальная размерность кластеров Au. Гидродинамические радиусы кластеров определяются методом динамического рассеяния света (ДРС). На основе экспериментальных результатов и сформированной модельной зависимости интенсивности светорассеяния от размеров кластеров осуществляется построение кинетической зависимости концентрации кластеров Au и проводится оценка скорости их агрегации. Предлагаемая методика может быть применена для изучения кинетики агрегации фрактальных кластеров в различных коллоидных системах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Э. К. Алиджанов

Оренбургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ekaalid@yandex.ru
Россия, 460018 Оренбург

С. Н. Летута

Оренбургский государственный университет

Email: ekaalid@yandex.ru
Россия, 460018 Оренбург

Ю. Д. Лантух

Оренбургский государственный университет

Email: ekaalid@yandex.ru
Россия, 460018 Оренбург

Д. А. Раздобреев

Оренбургский государственный университет

Email: ekaalid@yandex.ru
Россия, 460018 Оренбург

Список литературы

  1. Russel W.B, Saville D.A.S., Schowalter W.R. Colloidal Dispersions: Cambridge Univ. Press, London, 1991.
  2. W. Hess, R. Klein. Generalized hydrodynamics of systems of Brownian particles // Adv. Phys. 1983. V. 32. P. 173–283. https://doi.org/10.1080/00018738300101551
  3. Lin M.Y., Lindsay H.M., Weitz D.A., Ball R.C., Klein R., Meakin P. Universal reaction-limited colloid aggregation. //Phys. Rev. A. 1990. V. 41. P. 2005–2020.https://doi.org/10.1103/PhysRevA.41.2005
  4. Huang Z., Zhang Q., Whatmore R.W. Studies of lead zirconate titanate sol aging Part II: Particle growth mechanisms and kinetics// J. Sol–Gel Sci. Technol. 2002. V.24. P. 49–55. https://doi.org/10.1023/A:1015161532663
  5. Ролдугин В.И. Свойства фракталных дисперсионных систем. // Успехи химии. 2003. Т. 72. № 11. С. 1027–1054. https://doi.org/10.1070/RC2003v072n11ABEH000829
  6. Carpineti M., Giglio M. Spinodal-type dynamics in fractal aggregation of colloidal clusters// Phys. Rev. Lett. 1992. V.68. P. 3327–3330. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.68.3327
  7. Carpineti M., Giglio M., Degiorgio V. Correlation and anticorrelation of fractal aggregates. A model for spinodal-type- aggregation // Nuovo Cimento D. 1994. V. 16 P. 1243–1246. https://doi.org/10.1007/BF02458807
  8. Axford S.D.T. Aggregation of colloidal silica: Reaction-limited kernel, stability ratio and distribution moments //J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1997. V. 93. P. 303–311. https://doi.org/10.1039/A606195H
  9. John Gregory. Monitoring particle aggregation processes // Adv. Colloid Interface Sci. 2009. V. 147–148. P. 109–123. http://dx.doi.org/10.1016/j.cis.2008.09.003
  10. Holthoff H., Egelhaaf S. U., Borkovec M., Schurtenberger P., Sticher H. Coagulation rate measurements of colloidal particles by simultaneous static and dynamic light scattering // Langmuir, 1996. V. 12. № 23. P. 5541–5549. https://doi.org/10.1021/la960326e
  11. Gregor Trefalt, Istvan Szilagyi, Michal Borkovec. Probing colloidal particle aggregation by light scattering // Polymers, Colloids and Interfaces, Chimia, 2013. V. 67. P. 772–776. https://doi.org/10.2533/chimia.2013.772
  12. Sorensen C.M. Light scattering by fractal aggregates: A Review // Aerosol. Sci. Technol. 2001. V. 35:2. P. 648–687. https://doi.org/10.1080/02786820117868
  13. Sorensen C.M., Gregory C. R. The prefactor of fractal aggregates // Journal of Colloid and Interface Science 1997. V. 186. P. 447–452. https://doi.org/10.1006/jcis.1996.4664
  14. John Turkevich, Peter Cooper Stevenson, James Hillier. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold // Disc. Faraday. Soc. 1951. V. 11. P. 55–75.
  15. Krishnendu Saha, Sarit S. Agasti, Chaekyu Kim, Xiaoning Li, Vincent M. Rotello. Gold nanoparticles in chemical and biological sensing // Chem. Rev. 2012. V. 112, N.5. P. 2739–2779. https://doi.org/10.1021/cr2001178
  16. Olivier B.J., Sorensen C.M. Variable aggregation rates in colloidal gold: Kernel homogeneity dependence on aggregant concentration // Phys. Rev. A. 1990. V. 41. №. 4, P. 2093–2100. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.41.2093
  17. Qicong Ying, James Marecek, Benjamin Chu. Slow aggregation of buckminsterfullerene (C60) in benzene solution // Chem. Phys. Lett. 1994. V. 219. P. 214–218.https://doi.org/10.1016/0009-2614(94)87047-0
  18. Э.К. Алиджанов, И.Е. Кареев, В.П. Бубнов, А.И. Котов, С.Н. Летута, Ю.Д. Лантух, Д.А. Раздобреев. Кинетика самосборки кластеров эндоэдральных металлофуллеренов в полярном растворителе // ФТТ. 2023. Т. 65, №. 9, С. 1618–1625. https://doi.org/10.21883/ftt.2023.09.56261.112
  19. Sakineh Alizadeh, Zahra Nazari. A Review on gold nanoparticles aggregation and its applications // J. Chem. Rev. 2020. V. 2. P. 228–242. https://doi.org/10.22034/jcr.2020.108561
  20. Xiong Liu, Mark Atwater, Jinhai Wang, Qun Huo. Extinction coefficient of gold nanoparticles with different sizes and different capping ligand // Colloids Surf. B. 2007. V. 58. P. 3–7. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2006.08.005
  21. R. Hidalgo-Alvarez a, Martln A., Fernandez A., Bastos D., Martinez F., de las Nieves F.J. Electrokinetic properties, colloidal stability and aggregation kinetics of polymer colloids // Adv. Colloid Interface Sci. 1996. V. 67. P. 1–118. https://doi.org/10.1016/0001-8686%2896%2900297-7
  22. Taehoon Kim, Chang-Ha Lee, Sang-Woo Joo, Kangtaek Lee. Kinetics of gold nanoparticle aggregation: Experiments and modeling // J. Colloid Interface Sci. 2008. V. 318. P. 238–243. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2007.10.029

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Диаграмма, иллюстрирующая рассеяние света рассеивающим центром в направлении детектора с волновым вектором ks под углом Θ. Первичная световая волна с волновым вектором  распространяется слева. Волновой вектор рассеяния  (n – коэффициент преломления среды).

Скачать (34KB)
Метаданные
3. Рис. 2. 1 – гистограмма распределения НЧЗ по радиусам в исходном растворе (‹R›=17 нм); 2 – гистограмма распределения кластеров коллоидного золота по гидродинамическим радиусам на конечном этапе агрегации (‹R›=500 нм).

Скачать (47KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кинетика изменения гидродинамического радиуса кластеров золота в процессе их агрегации после добавления в коллоидный раствор коагулянта.

Скачать (56KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кинетика изменения интенсивности светорассеяния коллоидного раствора золота после добавления коагулянта.

Скачать (46KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры оптической плотности раствора коллоидного золота, измеренные на начальном (1) и конечном (2) этапах агрегации. Кривая (2) приведена в пятикратном увеличении.

Скачать (77KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Угловая зависимость интенсивности светорассеяния коллоидного раствора золота после его агрегации Rk≈ 500 нм. Тангенс угла наклона линейной аппроксимации графика соответствует фрактальной размерности кластеров Df=1.6.

Скачать (43KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Кинетическая зависимость прямой (1) и обратной (2) концентрации кластеров НЧЗ в растворе в процессе их агрегации. Тангенсы угла наклона линий аппроксимации (пунктирные линии) начальной и конечной части графика обратной кинетической зависимости дают значения констант скорости агрегации: k1=2.8·10–14 см3·с–1, k2=1.9·10–15 см3·с–1.

Скачать (76KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024