Получение бифазной системы ГФ/В-ТКФ из аморфного фосфата кальция
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
Содержание
Введение
. Литературный обзор
.1 Аморфный фосфат кальция (АФК)
.2 Кристаллическая структура гидроксилапатита
.3 ?-трикальций фосфат
.4 Методы синтеза
.5 Метод осаждения из водных растворов
.6 Качественный и количественный фазовый анализ
.6.1 Качественный фазовый анализ
.6.2 Количественный фазовый анализ
.6.3 Определение фазы в многофазном образце методом подмешивания внутреннего стандарта
. Экспериментальная часть
.1 Материалы и методы
.2 Результаты и обсуждения
Выводы
Литература
Введение
Материалы для костных имплантатов в настоящее время вызывают большой интерес вследствие растущих запросов ортопедии. Наиболее известным и востребованным представителем этого класса материалов является гидроксилапатит Са10(РО4)6(ОН)2 (ГА). Предшественником образования гидроксилапатита является аморфный фосфат кальция (АФК) [1]. Получают ГА и АФК методом осаждения из водных растворов [2]. Однако получаемый при этом осадок содержит также нитратные примеси, которые являются токсичными и вредными для организма человека. Процесс очистки АФК от примесей приводит к удалению ионов кальция из раствора, необходимых для формирования стехиометрического ГА на более поздних стадиях синтеза [3], что является причиной изменения фазового состава образцов.
В медицинской практике применение ГА в чистом виде в качестве материала для имплантатов часто невозможно из-за его низких прочностных свойств. На основании многочисленных исследований было показано, что наиболее оптимальным для медицинских применений является состав 60% ГА/40% ?-ТКФ. Ввиду изменения фазового состава образцов при очистке от примесей представляется интересным исследование оптимального состава кальций-фосфатных материалов с различным стехиометрическим отношением Са/P для получения бифазной системы ГА/?-ТКФ, а также исследование стабильности АФК в различных средах.
Целью дипломной работы является изучение возможности получения бифазной системы ГА/?-ТКФ из аморфного фосфата кальция, а также исследование его стабильности в различных средах (водные растворы, воздух).
1. Литературный обзор
.1 Аморфный фосфат кальция (АФК)
В процессе получения ГА из водных растворов на ранних стадиях осаждения образуется промежуточная фаза [1,4-6], аморфный фосфат кальция (АФК). Это вещество дает широкий диффузный максимум на рентгенограммах в интервале углов дифракции 2q 29-30,5о (рис. 1), характерный для аморфных соединений. АФК является метастабильной фазой и наблюдается в течение нескольких часов после начала синтеза [7-9]. Первые следы нанокристаллического ГА можно обнаружить на рентгенограммах через 5-7 часов после начала синтеза при температурах 20-25оС (рис. 2). При этом интенсивность диффузного максимума уменьшается, а его положение смещается в сторону больших углов 2? примерно на 1,5о.
Химический анализ, а также структурные исследования осадков ГА с различным исходным отношением Ca/P реагентов, показали [10], что АФК имеет отношение Ca/P около 1,5 (табл. 1), при этом диффузные максимумы практически совпадают (рис. 3).
Рис. 1. Рентгенограммы АФК (а) и ГА (б) [7].
Познер и др. [11] на основании анализа функции радиального распределения атомов предложил кластерную модель строения частиц АФК. Согласно модели Познера, АФК состоит из сферических кластеров Ca9(PO4)6 диаметром около 9.5Е (рис.4)[12-14]. Образование ГА связывается с упорядочением этих кластеров в пространстве и образованием дальнего порядка в расположении атомов (ионов), характерном для кристаллических тел.
Рис. 2. Рентгенограммы осадка ГА после различного времени кристаллизации в маточном растворе [7].
Таблица 1.
Атомное отношение Ca/P в начале синтеза и в АФК [10]
Исходное отношение Са/Р в растворе1,251,331,502,00Отношение Са/Р в АФК1,400,011,470,011,490,011,490,01
Кластерная модель Познера получила широкое распространение. Однако в последнее время появилась точка зрения, что АФК состоит из нанокристаллических частиц. Данное заключение было сделано на основе данных [15-17], просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и микродифракции на образцах АФК.
Рис. 3. Рентгенограммы АФК с исходным атомным отношением Ca/P в маточном растворе 1,25 (а), 1,5(б) и 2,0 (в) [10].
Рис. 4. Кластерная модель строения ГА. В белом круге выделен кластер Познера [13].
1.2 Кристаллическая структура гидроксилапатита
Гидроксилапатит кристаллизуется [18] в гексагональной сингонии с пространственной группой Р63/т и параметрами элементарной ячейки а=b=9.432Е, c=6.881Е (таблица 2). ГА представляет собой слоистый кристалл, содержащий более 100 атомов в элементарной ячейке (рис. 5).
Кристалл ГА имеет две структурных подсистемы (рис. 5): первую создают Са- каналы с группами ОН- внутри них, а вторая - это остовый каркас, в который ионы X-F-, , могут внедряться с малой вероятностью, а такие ионы, как СО32-, могут изоморфно замещать РО4- - группы. Ионы ОН-, расположенные в кальциевых каналах, могут изоморфно замещаться на ионы Cl- и F- .
Таблица 2.
Кристаллохимические параметры некоторых фосфатов кальция.
НазваниеХимическая формулаПространственная группаПараметры решеткинмугол, оОктакальций фосфатCa8H2(PO4)6•5H2OP1a=0,9529; b=1,899; c=0,6855;?=90,14; ?=92,52; ?=108,67a-Трикальций фосфатСа3(РО4)2Р21/аа=1,2887; b = 2,728; c =1,5219 b = 126.2b-Трикальций фосфатСа3(РО4)2R3са= 1,0428; c = 3,7378ГидроксилапатитСа5(РО4)3ОНР63/mа = 0,9432; c = 0,6880Кальций - дефицитный гидрок