2.2. Методы исследования ацетата серебра и серебряного нанобиокомпозита

рентгенофазовый анализ (РФЛ) [176]; -

сканирующая (SEM) и просвечивающая (ТЕМ) электронная

микроскопия [177]; -

термический анализ [178); -

дифференциальная сканирующая микрокалориметрия [179]; -

кинетический анализ [179,180]; -

масс-спекгрометрия [181J. -

текстурный анализ [182, 183]; -

атомно-абсорбционный метод [179, 184-187]; -

инверсионная вольтамперометрия [179, 188]; -

микробиологический анализ [77, 189,190].

Синтез ацетата серебра проводили по методике «капля в каплю», описанной в работе [191].

Исследование исходных образцов синтезированного ацетата серебра и продуктов его термического разложения осуществляли метолом рентгенофазового анализа (РФА) на дифрактомстре ДРОН-3 с использованием

Си (а) - излучения. Скорость вращения счетчика составляла 0,5 град-мин4. Дифрактограммы анализировали методами, описанными в работе [176]. Идентификацию фаз проводили с использованием картотеки [192]. Межплоскостные расстояния определяли по таблицам [193].

Морфологию исходных кристаллов ацетата серебра изучали методами сканирующей (SEM) и просвечивающей (ТЕМ) электронной микроскопии.

SEM и ТЕМ исследования кристаллов исходных и разложенных кристаллов ацетата серебра проводили с использованием микроскопа (JEM-2000 FX11) с разрешающей способностью 200 А, оборудованного ASID-20 механизмом при ускоряющем напряжении 200 кВ.

Для приготовления анализируемых образцов кристаллы ацетата серебра диспергировали в водно-спиртовом растворе.

С целью изучения структурных и морфологических изменений в кристаллах ацетата серебра во время его термического разложения in situ использовали небольшую массу кристаллов соли, которую на вольфрамовой ТЕМ сетке, ломеиши на нагревающийся держатель EM-SHH 4. Нафев проводили в диапазоне температур 180-350 °С. Температуру измеряли с точностью до ± 1 °С. Для SEM исследований на поверхность кристаплов ацетата серебра осаждали в вакууме тонкую золотую пленку [177].

Изучение термического разложения ацетата серебра осуществляли в неизотермическом режиме с использованием методов термогравиметрии (ТГ), дифференциально-термического (ДТА) анализа. Кривые ТГ, ДТГ и ДТА исследуемых образцов ацетата серебра снимали на дериват01рафе Q-1500-D венгерской фирмы MOM в атмосфере гелия при линейном нагреве со скоростью 5 град.-мин"1. Масса навески анализируемых образцов составляла 90 мг. Исследуемые образцы нагревали на открытом стандартном тигле в интервале температур 20-500 °С, измеряемых с точностью до ± 5 °С.

Тепловые потоки из образца в процессе термического разложения измеряли метолом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии (ДСК) на приборе «Mettler DSC 822е/700».

Для кинетических исследований использовали неизотермический режим нагрева. Для кинетического исследования реакции термического разложения ацетата серебра применяли линейный нагрев со скоростями 5 и 10 град/мин"1 в атмосфере гелия, скорость протока которого составляла 120 см"7мин. Масса навески исследуемых образцов составляла 50 мг, а в качестве держателя образца использовали тарелочный держатель. Данные кинетического анализа обрабатывали с помощью компьютерной программы «NETZSCH Thermokinetics 2» (версия 2001.9d) и программного модуля «Model free», который обрабатывает совместно несколько термогравиметрических кривых, полученных при разных скоростях нагрева и без использования топохимического уравнения.

Газообразные продукты в процессе термического разложения ацетата серебра изучали методом масс-спсктромстрического анализа.

Масс-спектры газообразных продуктов записывали на масс- спектрометре высоко разрешения (R=2000) «Finningan MAT 8200» при энергии ионизирующих электронов 70 эВ и ускоряющем напряжении 3000 В. Образцы вводили в ионный источник через систему прямого ввода при температуре ионного источника до 320 °С.

Система напуска для введения исследуемого вещества в масс- спектрометр обусловлена летучестью образца. В нашем случае применяли обогреваемую систему. Газообразные продукты термического разложения поступали в источник ионов через натекатель, обеспечивающий молекулярный режим натекания образца при различии давлений в баллоне напуска и источника ионов приблизительно в 105 раз. В источнике ионов происходило формирование первичного пучка ионов под действием электронного удара и ионизации электрическим полем. Затем в системе электронных линз происходило ускорение положительно заряженных ионов, а в анализаторе - разделение их но отношению масс к заряду (т/е).

Отношение (т/е) не дает непосредственной информации о структуре ионов и о механизме фрагментации, но существуют приемы воссоздания структуры молекул по их осколкам, без выяснения структуры осколочных ионов [181J. Такие приемы основаны на выяснении схем распада родственных соединений.

Масс-спектры представлены в графической форме, а интенсивности спектральных линий - в процентах к полному ионному току.

Для текстурных исследований образцов исходного цеолита и цеолита с частицами серебра на его поверхности применяли волюмомстрическин (объемный) метод [182, 183].

где Р - величина адсорбции;

Ат - емкость монослоя (количество моль адсорбтива, необходимое для покрытия поверхности единицы массы образца мономолекулярным слоем);

С - энергетическая константа уравнения, определяемая теплотой адсорбции адсорбата;

h - относительное давление (отношение давления адсорбтива к давлению насыщенных паров адсорбтива при данной температуре).

Удельную поверхность цеолита (S) определяли по уравнению:

S = A -N -w, (2.2)

m A v '

где Ат - емкость монослоя;

Na - число Авогадро;

w - эффективная площадь, занимаемая одной молекулой адсорбата (азота), равная 0, 162 им2.

Распределение пор по размеру определяли по десорбцнонной ветви изотермы методом BJH [180].

Элементный состав нанобиокомпозита, а также содержание в нем токсичных элементов определяли атомио-адсорбционным методом на спектрофотометре [179,184-187].

Растворимость и динамику растворения частиц серебра в составе нанобиокомпозита изучали в модельных растворах, для чего навеску серебряного нанобиокомпозита массой 4 г с 0,5% содержанием серебра помещали в модельный раствор объемом 100 мл и выдерживали в термостате при температуре 36 ± 1 °С в течение 2-6 часов и при температуре 220 °С в течение 30 минут. Далее растворы фильтровали и в фильтратах определяли содержание серебра методом инверсионной вольтамперометрии.

Метод инверсионной вольтамперометрии [179, 188] позволяет определят», содержание ионов серебра в растворах до 10 мг/л. При определении серебра в хлебе с добавками серебряного нанобиокомпозита применяли предварительную операцию - пробоподготовку исследуемых образцов, которая вначале заключалась в сухом озолении навесок (2-3 г) при температуре 450 °С, а затем в минерализации с добавлением нескольких капель смеси концентрированных азотной и серной кислот.

Количественные определения ионов серебра проводили на чешском полярографе РА-2 по трех электродной схеме: рабочий электрод - графито- эпоксндный композит; вспомогательный электрод ~ цельный графит; электрод сравнения - насыщенный каломельный электрод [188].

Для обновления поверхности индикаторного электрода использовали датчик, осуществляющий обновление поверхности индикаторного электрода путем механического срезания слоя поверхности электрода, которое осуществлялось перед наложением потенциала непосредственно в анализируемом растворе путем поворота ножа по часовой стрелке на 360° и одновременной подачей электрода на 0,1-0,5 мкм.

Электролиз алнквоты исследуемого раствора проводили из фонового электролита (0,1 М H2SO4) после механического обновления электрода при потенциале 9 „= - 0,5 В. Время электролиза колебалось от 3 до 10 минут, в зависимости от содержания ионов серебра в растворе. Потенциал анодного пика (ф р ) составлял + 0,35 В. При этом регистрировали инверсионную вольтамперограмму (рис. 2.2) с добавкой стандартного раствора, содержащего 10 мг/л AgNOi и измеряли высоту пиков серебра (h 1 и h х).

1 Л

+0,1 +0.3 +0,5

С =

(2.3)

Q-,h, V Ц +(h|-hs)-VI/VCI V.'

где Сст. - концентрация серебра в стандартном растворе, мг/л; hx - высота пика серебра в исследуемой пробе, мм; h 1 - высота пика серебра в исследуемой пробе с добавкой стандартного раствора, мм;

V - объем разбавления анализируемой пробы, мл; Vcr. -аликвота стандартного раствора, мл; V| - аликвота анализируемого раствора, мл; V2 - объем разбавленного раствора в электролизере, мл.

Сравнительные исследования антимикробной активности коллоидных препаратов серебра проводили в ГНЦ ВЬ «Вектор» на тест-штаммах Staphylococcus aureus 209р (золотистый стафилококк), Pseudomonas aeruginosae Л» 47 А ТСС 9027 (синегнойная бактерия), Escherichia coli АТТСС 25922 (кишечная палочка). Штаммы выращивали 18-20 час. на скошенном МПА (мясо-пептонный питательный агар) с добавкой 0,1 % глюкозы, суспендировали в физиологическом растворе, их концентрацию доводили до

Рис. 2.2. Инверсионная вольтамперограмма Ag4 в 0,1 М растворе H2SO4: C,\g = 4,3 мг/л; Е = -0,5 В; т = 5 мнн.; v = 100 мВ/с; разбавление 1 : 50 Содержание ионов серебра (С ч) в исследуемом растворе рассчитывали с использованием формулы:

10 9 клеток/мл по оптическому стандарту мутности ОСО 42-28-29-85 и готовили разведение до 10 3 клеток/мл, которое свежеприготовленным и использовали в работе.

Антимикробную активность in vitro исходного цеолита и синтезированного серебряного нанобиокомпозита тестировали в микробиологической лаборатории Областной клинической больницы на тест- штаммах Escherichia coli АТСС 25922, Staphylococcus aureus АТСС 25923 и Pseudomonas aeruginosae АТСС 27853, а также в микробиологической лаборатории Сибирского университета потребительской кооперации на «диком» штамме Bac.mesentericus. При этом использовали методику сплошного посева тест-штаммов на питательной среде и аппликацию серебряного нанобиокомпозита [194]. После этого через 24-120 часов изучали появление зон отсутствия роста микроорганизмов. По этой же методике исследовали кинетику бактерицидной активности серебряных нанобиокомпозитов с разным содержанием серебра.

Сравнительные исследования антимикробной активности серебряной воды и серебряного нанобиокомпозита проводили в микробиологической лаборатории Сибирского университета потребительской кооперации на «диком» штамме Bac.mesentericus. Штамм Bac.mesentericus выращивали на скошенном мясопептонном агаре (МПА) с добавлением сусла-агара (СА) при температуре 37 °С в течение 24 часов и затем готовили его суспензию 1:100. Антимикробную активность изучали в сопоставимых условиях по стандартной методике: в чашки Петри вводили исследуемый образец, добавляли суспензию тест-штамма в объеме 0,1 мл и затем наливали смесь МПА и СА. Инкубацию посевов проводили в термостате при температуре 36-37 °С в течение 120 часов. Результаты определяли по числу колоний образующих клеток (КОЕ) [189, 190]. Положительным контролем служила среда с тест штаммом без препаратов. Отрицательным контролем были среда без штамма (контроль стерильности среды), среды без штамма с препаратами серебряной воды и серебросодержащего цеолита (контроль стерильности препаратов).