Получение бифазной системы ГФ/В-ТКФ из аморфного фосфата кальция
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
к разбавлению определяемых фаз, а следовательно, к снижению чувствительности и точности анализа количества фазы при ее малом содержании.
2. Экспериментальная часть
.1 Материалы и методы
Синтез АФК проводили методом осаждения из водных растворов [2]. Соотношение реагентов выбирали из такого расчёта, чтобы в результате получить АФК с молярным отношением Са/P=1,5ч2,0. Синтез проводили путём вливания раствора гидрофосфата аммония в раствор нитрата кальция для образования суспензии и тщательно перемешивали в течение минуты. Отделение АФК от раствора проводили при помощи центрифугирования. Для очистки АФК от примесей использовали промывку осадка дистиллированной водой. Полученный осадок помещали в морозильную камеру для удаления воды путём возгонки льда при отрицательной температуре (-23ч25С) в течение месяца. Полученный сухой порошок АФК хранили при отрицательной температуре. Для определения фазового состава образцов после очистки от примесей АФК отжигали при 1000С в течение часа. От полученных образцов снимали рентгенограммы при помощи рентгеновского дифрактометра ДРОН-2.0 (U=30 кВ, I=10 mA) в медном излучении. Определение фазового состава образцов осуществлялось путём сравнения рентгенограмм исследуемых образцов со стандартами ГА и ?-ТКФ [20]. Для исследования стабильности АФК в различных средах, исходные образцы откачивали в вакууме до давления 310-2 мм.рт.ст. Затем образцы помещали в дистиллированную воду. Другая серия образцов хранилась на воздухе. Эксперименты проводились при комнатной температуре. Стехиометрическое отношение Са/P определялось исходя из известного фазового состава образцов по формуле:
где М ?-ТКФ и МГА - молярная масса ?-ТКФ и ГА соответственно, х- весовая доля ?-ТКФ в %.
.2 Результаты и обсуждения
На рис.1 приведены ИК-спектры исходного АФК со стехиометрическим отношением Са/P=1,67. Видно, что на ИК-спектрах присутствуют полосы поглощения при 3180 см-1 соответствующие колебаниям ионов NH4, а также 1385 см -1, принадлежащая колебаниям ионов НNО3-. Наличие этих полос поглощения на ИК-спектрах образцов АФК связано с присутствием в последних нитратных примесей (нитрат кальция, нитрат аммония). Удаление этих примесей приводит к изменению фазового состава образцов, что хорошо видно на рентгенограммах образцов содержащих примеси и очищенных от примесей (рис.2).
Рис.1. ИК-спектры образцов аморфного фосфата кальция, NH4NO3 и Ca(NO3)2.
Рис.2. Фазовый состав образцов АФК, отожженных при 10000С, без предварительной очистки от примесей (ГА) и после очистки (?-ТКФ).
Как видно, фазовый состав образцов заметно изменяется при очистке от примесей. Видно, что очищенные от примесей образцы содержат одну фазу - ?-ТКФ, а не очищенные от примесей - ГА.
На рис.3 приведена зависимость отношения Са/P образцов АФК до и после очистки от примесей для исходных образцов АФК с различным стехиометрическим отношением Са/P.
Рис. 3. Изменение отношения Са/P в образцах АФК после очистки от примесей.
Видно, что наибольшее значение отношения Са/P после очистки от примесей имеют образцы АФК с исходным отношением Са/P =1,84 и 2,0 , что соответствует содержанию ?-ТКФ в образцах АФК 55% и 65% соответственно. Последние два образца обладают фазовым составом близким к двухфазной системе, которая используется в медицинских применениях (60%ГА/ 40%?-ТКФ). Следующим этапом работы стало исследование стабильности АФК на воздухе и в воде. Как показывают результаты (рис.4), оба образца кристаллизуются в воде в течение 2-3 дней, о чём свидетельствует смещение диффузного максимума в область больших углов (от 30 до 32), а также появление уширенных линий, характерных для нанокристаллического ГА в районе 25 и 30ч33. В то же время хранение образцов АФК на воздухе (рис. 5) не приводит к изменению дифракционного профиля в течение недели.
Рис.4. Фазовый состав образцов АФК после хранения в воде с молярным отношением Са/P=2,0.
Рис.5. Фазовый состав образцов АФК после хранения на воздухе с молярным отношением Са/P=2,0.
Было обнаружено, что содержание ?-ТКФ в образцах после хранения в воде изменяется (рис. 6). При этом с начала количество ?-ТКФ возрастает (при малых временах хранения), а затем постепенно уменьшается. Этот результат, по-видимому, связан с тем обстоятельством, что ионы Са, находящиеся в гидратированной оболочке вокруг кластеров, при помещении образцов АФК в воду переходят в раствор. В результате фазовый состав образцов соответствует ?-ТКФ. При больших временах хранения АФК в воде, когда в растворе устанавливается равновесная концентрация ионов Са2+, начинается обратный процесс: ионы Са2+ проникают в кластеры Познера и образуют элементарные ячейки ГА. В результате чего количество ?-ТКФ уменьшается.
Рис.6. Содержание ?-ТКФ в образцах после хранения в воде с молярным отношением Са/P=2,0.
Выводы
Оптимальные условия получения АФК без примесей такие, при которых исходный АФК имеет отношение Са/Р=1,84 и 2,0. При этом образцы после отжига при 10000С имеют фазовый состав 55% ГА/45% ?-ТКФ. Такие отношения являются оптимальными для получения двухфазной системы, которая используется для медицинских применений. Данная двухфазная система может быть использована для получения кальций-фосфатных цементов.
Обнаружено изменение фазового состава образцов АФК, помещенных в жидкость. Оно связано с уходом ионов Са2+ в раствор при мал