Регистрация / Вход
Прислать материал

Синтез и исследование наночастиц серебра с целью их использования в пищевой упаковке

Сведения об участнике
ФИО
Борисова Екатерина Сергеевна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Химическая технология. Химическая промышленность
Тема
Синтез и исследование наночастиц серебра с целью их использования в пищевой упаковке
Резюме
В работе исследованы условия синтеза золей наночастиц серебра при химическом восстановлении нитрата серебра глюкозой. Методами оптической спектроскопии, электронной спектроскопии, синхронного термического анализа проведены физико-химические исследования синтезированных золей наночастиц серебра. На спектре поглощения фиксируется выраженный максимум при длине волны 430 нм, что соответствует частицам серебра размерами до 50 нм. Влияние наночастиц серебра на срок хранения свежего молока исследовали на основе кислотности молока. Установлено, что в упаковке, содержащей наночастицы серебра, кислотность молока нарастает медленнее.
Ключевые слова
нитрат серебра, глюкоза, наночастицы, оптический спектр поглощения, упаковка, кислотность молока, срок хранения
Цели и задачи
Цель работы: получение стабильных золей, содержащих наночастицы серебра, и исследование их физико-химических свойств. Задачи:
- синтез наночастиц серебра;
- исследование состава и свойств золей, содержащих наночастицы серебра;
- исследование влияния наночастиц серебра на кислотность молока.
Введение

Развитие современной техники невозможно без создания материалов нового поколения с заранее заданными свойствами. Одним из путей решения этой задачи является получение композиционных материалов, содержащих наночастицы серебра. Проведенные фундаментальные исследования показали, что наночастицы серебра обладают уникальными оптическими свойствами, обусловленными поверхностным плазмонным резонансом, высокоразвитой поверхностью, каталитической активностью и др. Одно из ценных свойств наносеребра - это выраженная биологическая антибактериальная активность, благодаря чему наночастицы серебра могут применяться в экологических и медицинских целях, например для обеззараживания питьевой воды, в пищевых упаковочных материалах.

Методы и материалы

Синтез наночастиц серебра проводили путем восстановления водного раствора нитрата серебра (AgNO3). В качестве восстановителя использовали глюкозу (C6H12O6). Химическое восстановление есть многофакторный процесс и зависит от подбора пары окислитель-восстановитель, их концентраций и условий осуществления процесса. Оптимальные концентрации исходных растворов были установлены в работах [6,7].

Гидрозоль наночастиц серебра (восстановитель – глюкоза) готовили смешением 0,0001 М раствора нитрата серебра и 0,05 М раствора глюкозы в соотношении объемов 1:1. Все растворы готовили на бидистиллированной воде. Обработку смеси проводили раствором гидроксида аммония (1,25 %) до рН 8-9, так как размеры наночастиц серебра зависят от рН среды [1]. После экспозиции при температуре 96-98 °С в течение 120 минут полученный золь стабилизировали с использованием токов высокой частоты. Полученный золь имеет ярко-желтую окраску.

Глюкоза является одновременно восстановителем и стабилизатором. Продукт окисления глюкозы - глюконовая кислота может адсорбироваться на поверхности наночастиц и контролировать их рост. В данных условиях образующиеся наночастицы серебра не склонны к агрегации.

Для исследования нанокомпозитов использовался комплекс физико-химических методов: оптическая спектроскопия в видимой и УФ областях (спектрофотометр СФ-26), электронная микроскопия (микроскоп JSM 6490 LV), микрорентгеноспектральный анализ.

Описание и обсуждение результатов

Характерной чертой наночастиц является сильное и специфическое взаимодействие с электромагнитным излучением. Особенностью спектров поглощения наночастиц размером более 2 нм является присутствие широкой полосы поверхностно-плазмонного резонанса (ППР) в видимой области или в прилегающей к ней ближней УФ-области. Спектральный максимум вблизи 400 нм соответствует ППР изолированных и слабо взаимодействующих наночастиц серебра [2]. Спектры поглощения Ag-гидрозоля регистрировали при комнатной температуре в области 300-600 нм. На спектре поглощения фиксируется выраженный максимум при длине волны 430 нм. Образующиеся наночастицы способны существовать продолжительное время: после экспозиции в течение 5, 13 суток спектр поглощения золя практически не изменяется, что свидетельствует об отсутствии активной агрегации частиц. Максимум при длине волны 430 нм соответствует частицам серебра размерами до 50 нм [2].

Методом сканирующей электронной микроскопии получены фотографии наночастиц серебра. Наряду с размерами наночастиц до 50 нм встречаются более крупные агрегаты размерами до 160 нм.

Состав золя исследовали с использованием микрорентгеноспектрального анализа. Присутствие в образце золя серебра подтверждает образование его наночастиц. На спектрах присутствует углерод и кислород, относящиеся к исходному углеводороду – глюкозе. Наличие алюминия и меди в спектре относится к подложке прибора, на которую наносили золь.

Влияние наночастиц серебра на срок хранения свежего молока исследовали на основе кислотности молока [8]. Повышение кислотности связано с расщеплением лактозы, накоплением молочной и других органических кислот и выражается в градусах Тернера – количеством мл 0,1н. раствора гидроксида натрия (NaOH), необходимого для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 мл молока. Несвежее молоко имеет кислотность 23 и более.

Пробы свежего молока помещались в пластиковые полипропиленовые (ПП) контейнеры, на дно которых предварительно наносили золь наночастиц серебра. После экспозиции при температуре (4-6) °С, что соответствует условиям хранения в торговых сетях, определяли кислотность молока. В пластиковом контейнере с покрытием, содержащим наночастицы серебра, кислотность молока нарастает медленнее, чем у контрольной пробы. При этом срок хранения молока увеличивается на 4 суток.

Выводы: определены основные параметры синтеза золей наночастиц серебра (температура, концентрация растворов нитрата серебра и глюкозы); проведены исследования состава золей. Установлено, что при восстановлении глюкозой образуются наночастицы серебра размером до 50 нм; проведены исследования по влиянию наночастиц серебра на срок хранения молока. Установлено, что в пластиковом контейнере с покрытием, содержащим наночастицы серебра, кислотность молока нарастает медленнее.

Используемые источники
1. Помогайло А.Д. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. -672 с.
2. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и песпективы / Крутяков Ю.А., Кудринский А.А., Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. // Успехи химии, 2008. Т.77. С.242-269.
3. Получение композитных пленок с наночастицами серебра и их фрактальными агрегатами в полимерной матрице / Сайфуллина И.Р., Чиганова Г.А., Карпов С.В., Слабко В.В. // Журнал прикладной химии. 2006. Т. 79. вып. 9. С. 1419-1422.
4. Получение наночастиц серебра из растворов / Кремлева Н.И., Коляда Л.Г., Тарасюк Е.В., Ефимова Ю.Ю. // Сб. докл. межрегион. науч.-техн. конференции «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования». Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. С. 199-202.
Information about the project
Surname Name
Borisova E.S.
Project title
Synthesis and researches of argentum nanoparticles and possibility of their using in food packing
Summary of the project
We researched conditions of synthesis of argentum nanoparticles sols by chemical argentic nitrate reduction with glucose. The physical-chemical research of the synthesized sols of argentum nanoparticles is conducted with the methods of optical spectroscopy, electron spectroscopy, and synchronous thermal analysis. The expressed maximum of wavelength of 430 nanometers on the optical absorption spectrum that corresponds to argentum nanoparticles sizes to 50 nanometers is fixed. Influence of argentum nanoparticles on a period of storage of fresh milk was investigated on the basis of milk acidity. It is ascertained that in the package contained argentum nanoparticles milk acidity grows on slower.
Keywords
argentic nitrate, glucose, nanoparticles, optical absorption spectrum, package, period of storage