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研究论文|开放存取
应用统计实验设计和表面图技术优化氧化磷灰石的合成
索米亚Belouafa
，1
哈桑Chaair，2
和
哈立德Digua2
1生物分子和有机合成实验室，Ben M 'Sik，哈桑二世大学卡萨布兰卡，摩洛哥卡萨布兰卡
2哈桑二世卡萨布兰卡大学科学与技术学院过程与环境工程实验室，摩洛哥卡萨布兰卡
摘要
本文研究了用湿法沉淀法由氯化钙和磷酸合成含氧磷灰石。通过实验设计，精确地分析了反应介质的pH、试剂的原子比、钙溶液的浓度等对合成参数的影响2+)、反应介质温度(T)、反应时间(D)对化学成分(Ca/P摩尔比，% O)的影响2和 )。经验模型的开发和验证通过将包含所有参数的相互作用效应的ANOVA分析，并使用响应面分析法进行了优化。A reproducible synthesis of more oxygenated apatite with speed of dissolution adaptable to that of the osseous neoformation and allowing a progressive diffusion of oxygenated species (Ca/P = 1.575) is attained.
1.介绍
基于磷酸钙磷灰石的含氧具有宽范围的，因为它们的抗菌性能的用于骨潜在应用和牙科替代品，这使得它们能够在植入位点以限制微生物的繁殖[1-3]。这些特性是由于氧合物质(分子氧:O)2、过氧化物离子: ）包含在磷灰石结构的通道[1-3]。这些物种在生活环境中会藉由物质的逐渐溶解或与生活环境的化学交换而释放出来[1]。
在过去几年中，各批次沉淀法氧化磷灰石已开发1-3]。ŤHËaim of this work is to obtain a more oxygenated apatite with the speed of dissolution adaptable to that of the osseous neoformation and allowing a progressive diffusion of oxygenated species (Ca/P = 1.575) [4]。困难在于管理是通常未精确控制沉淀[因素五，6例如，反应介质的pH值，反应物的原子比Ca/P，钙溶液的浓度(Ca2+)、反应介质温度T、反应时间D。
在此基础上，运用实验设计和响应面方法对该合成过程进行建模和优化。这些方法在工程中是必不可少的，以改善一个制造过程的性能。它们广泛应用于新工艺的开发。在工艺开发的初始阶段应用实验设计和响应面技术可以提高工艺性能，降低可变性，缩短开发时间，从而降低总体成本[7]。
2。材料和方法
2.1。粉末合成
磷质氧化磷灰石的制备通过用钙及磷酸盐溶液沉淀反应进行。钙溶液中加入氯化钙制备（氯化钙2)置于250毫升含氧水(30%)中。磷酸盐溶液是在250毫升含氧水(30%)中加入84%的磷酸制备的。合成的方法是把钙溶液放入一个维持在合成温度的反应器中。pH值通过人工添加nhh来调节4OH溶液（d = 0.92). Then, the orthophosphoric acid solution was poured into the reactor all at once. The reacting medium was kept under agitation for the duration of the reaction at the pH of synthesis. At the end, the suspension was vacuum filtered, washed with distilled water, dried in a desiccator and analysed.
2.2。粉末特征
利用CuK射线，用SEIFERT XRD 3000p进行x射线衍射分析。为了进行红外吸收分析，将1mg粉末样品与300mg KBr仔细混合，并在真空下造粒。托盘使用PerkinElmer 1600 FTIR分光光度计进行分析。用湿化学法测定了钙、磷和含氧物质的含量。用络合滴定法滴定钙[8]，磷含量通过比色法进行测定[9，分子氧是通过测量粉末酸溶解过程中被置换的体积来确定的[1]，和过氧化物离子通过manganometry方法[滴定10]。
2.3。统计实验设计
中心组合设计，具有在中心点两次重复，在六轴6次的实验，和十六个实验属于25−1阶乘分数设计中，采用以评估合成参数的反应介质的影响（pH值，原子比的Ca /试剂的P，钙溶液的浓度（钙2+)、反应介质温度(T)、反应时间(D)对化学成分(Ca/P摩尔比，% O)的影响2和 )。
统计数据处理是通过JMP统计软件来实现[11]在实验设计调制。该程序使用单因素方差分析表来分析统计数据。ANOVA涉及一些方的计算（SS），（DF）的自由度，和媒体方（MS）为主要影响，交互和剩余部分。测试F(效应的媒体平方/剩余的媒体平方)及显著性因子(P)被用来评价显著效果。如果F对于给定的效果值比更高F值在表中，这种影响是显著的。通常,F用于显着性水平表等于0.05。当有效因子（P)用来评价效果的显著性，该值必须低于显著性水平，所以要小于0.05 [12，13]。
在这项工作中所用的时间间隔的独立变量示于表1。它们是根据先前对这一合成过程的研究而选择的。
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各变量按下式编码:
;T:温度;d：在反应持续时间。 |
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3。结果与讨论
合成变量的影响，对粉末，通过实验设计进行评价的组合物可以在表中可以看出2。表中以方差分析(ANOVA)的形式给出了结果3。有效因子（P对所有因变量）值表示为独立的人（表的功能4-6)。因变量具有显著影响时有效因子（P）低于0.05。因此，与响应和合成参数回归模型方程进行了开发和在下面的等式给出：
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ΔΔCa = 0.005P = 0.005, Δ (% O2)= 0.02,Δ(
）= 0.01。 |
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显著上的99.9％的水平;在99%的水平上是显著的。 |
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该模型方程进行了验证。结果表明，预测以及实验值彼此（表以及对应7)。
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因变量方程将地表响应表示为那些对其有重大影响的因素的函数。
响应面等值线图估计Ca/P和% O2在自变量的反应 和内[Ca2+的pH值= 7.87 (X1 = 1.1592), T = 40°C (X4 = −1), andd = 1h (X五 = −1) are shown in Figures1和2。图中给出的等高线图表明，当[Ca2+), 同时增加或当[Ca2+]增加，并且 保持不变或相反，Ca/P比率和% O2的沉淀物增加，直到获得最佳值，其留在试验田不变，均衡至1.6的Ca / P的响应和1.40％的％氧气2响应。
通过分析的Ca / P和％氧气的响应面等高线图2我们注意到，用Ca / P充氧磷灰石的形成等于1.575和最含氧（％氧气2（最大）只能在Ca/P = 1.575的等高线图与% O的等响应面圆弧交点上进行2最佳。此字段对应于钙离子浓度的[Ca2+= 0.631 (X3= 1), 1.513之间比值（X2= 0.1)和1.622 (X2= 0.96)。但是，在这个领域，我们看到通过进入更高的比率而下降 （数字3)。所以，这是一种与最小值工作的兴趣 。ŤHËrefore, the optimal conditions for obtaining an oxygenated apatite, with the above criteria, are as follows: pH = 7.87, = 1.513, [Ca2+] = 0.631 M, T = 40℃d= 1 h。在这些条件下，预测响应的值;Ca / P % O2和 ，氯化钙和磷酸合成的氧化磷灰石分别为1.575,1.40%和0.79%。
通过实验验证，在最佳合成条件下得到钙磷比为% O的磷钙氧合磷灰石2和Ëqual to 1.577 ≈ 1.575, 1.39%, and 0.77%, respectively. X-Ray diffraction analysis (Figure4）表示该产品是无定形磷灰石，类似于骨的矿物部分的[14，因为它是在接近仿生条件的温度和pH条件下制备的，制备时间只有1小时。本产品的红外光谱(图五）揭示了只有非化学计量磷灰石的频带特性（归属于和离子）更多的水的存在下的频带特性[14]。
4.结论
指出了化学成分(Ca/P摩尔比，% O)的可变性2和 ）的磷质氧化磷灰石从含水介质中沉淀的（氯化钙2， H3PO4， H2Ø2和NH4OH)与实验合成条件(pH， ，[钙2+),T,d)。A central composite design was successfully employed for the experimental design and analysis of results, and the graphic response surfaces and contour plots were used to locate the optimum conditions (pH = 7.87, = 1.513, [Ca2+] = 0.631 M, T = 40℃d= 1 h)的合成磷钙氧合磷灰石的钙磷比，% O2和Ëqual to 1.577 ≈ 1.575, 1.39%, and 0.77%, respectively.
数据可用性
没有数据来支持这项研究。
的利益冲突
作者宣称，他们没有利益冲突。
参考文献
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