Эксперимент и теория

Исследуемые наночастицы биогенных металлов железа, мелко и крупнодисперсные наночастицы меди, наночастицы цинка, их сплавы были получены плазмохимическим способом. Средние размеры наночастиц составляют 70−80 нм. Исследуемые наночастицы проявляют выраженную противоопухолевую активность на организм крыс-опухоленосителей. Наночастицы вводились в организм крыс в виде раствора в хлориде натрия (0,9%).

Спектры рентгеновского поглощения (XANES) эталонных образцов железной, медной, цинковой фольги, оксидов железа, меди, цинка и исследуемых наночастиц были измерены на лабораторной спектрометре рентгеновского поглощения R-XAS Looper (Rigaku, Япония), установленном в Южном федеральном университете. Анализ главных компонент (PCA) выполнен с помощью программного комплекса Fitit [9]. Использование спектроскопии рентгеновского поглощения в ближней области спектра (XANES) для исследования структуры вещества и применение компьютерного моделирования позволяет определить с высокой степенью точности изменение параметров наноразмерной атомной структуры магнитной жидкости [10, 11].

Результаты и обсуждение Наночастицы железа Структура и относительный размер наночастиц железа, сплавов CuFeZn определялось по форме Fe K-XANES спектров поглощении по сопоставлению их с эталонными соединениями железа (см. рис.1). Наночастицы железа представляют собой частицы металлического железа, что видно из сопоставления спектров металлического железа и спектров исследуемых наночастиц. Положение края поглощения и положение по энергии особенностей спектров совпадают (A, B, C и D). Уменьшение интенсивности особенности A и увеличенные интенсивности особенностей B, C и D говорит о том, что размеры наночастиц железа меньше, чем размеры частиц в объемном порошке металлического железа. Для каждого экспериментального спектра на рисунках приведены величины ошибок измерений в виде вертикальных отрезков.

а.	б.
Рис. 1. — Нормализованные спектры рентгеновского поглощения за Fe K-краем наночастиц железа и эталонных разновалентных соединений — а) область края поглощения б) дальняя область

На рис. 2а показаны Fe K-XANES спектры поглощения наночастиц железа и его взвесь в растворе хлорида натрия (0,9%). На рис. 2а видно, что структура наночастиц в растворе не изменилась, и представляет собой частицы металлического железа. Увеличение интенсивностей особенностей спектра раствора означает, что в растворе присутствуют частицы более мелкого размера, чем в порошке, так как более крупные частицы осели при измерении спектров поглощения. Изменение формы спектра и смещение предкрая спектра наночастиц железа в растворе относительно спектра порошка не наблюдается, что говорит о том, что наночастицы железа в растворе не окислились.

Смещение края поглощения спектров хорошо видно по кривым первых производных в области предкрая (см. рис. 2б). Так как размер частиц с одной и той же степенью окисления оказывает значительное влияние на интенсивности особенностей спектров, при этом спектры будут иметь незначительные смещения края поглощения, однако позиция точки перегиба края поглощения должны оставаться одинаковыми. Таким образом, чтобы показать, что частицы имеют одну и ту же степень окисления или отличаются нужно проверить положение точек перегиба спектров на краю поглощения. Позиция точки перегиба края поглощения определяется по максимуму первой производной в области этой точки.

а.	б.
Рис. 2. — а) Сопоставление экспериментальных Fe K-XANES спектров порошка наночастиц железа (Fe_NPs) и раствора (Fe_NPs_solution); б) — Сопоставление кривых первых производных экспериментальных Fe K-XANES спектров наночастиц железа и взвеси в растворе хлорида натрия (0,9%)

Все экстремумы кривых первых производных на рис. 2б двух спектров лежат друг под другом, незначительное смещение положений особенностей A и B безусловно связано с ошибкой измерения. Пунктирной линией отмечены форма максимумов для нахождения энергетического положения максимумов. Интенсивности особенностей могут незначительно отличаться, но положения максимумов остается практически одинаковым. Следовательно, в растворе наночастицы металлического железа не окислились.