文摘gydF4y2Ba

铁的制备gydF4y2Ba_3gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba乘飞机从亚铁盐在碱性水溶液在不同温度提出了。合成磁铁矿粒度分布不同。我们研究了磁铁矿的属性趋磁细菌纳米粒子由化学方法相比之下。结果表明,微晶尺寸、形貌和粒度分布的化学准备磁铁矿在293 K类似于生物合成的磁铁矿。新制备的铁gydF4y2Ba_3gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba有助于解释机制形成趋磁细菌的发展前景。产品的特征x射线粉末衍射(XRD)、红外(IR)光谱,振动样品磁力测定(VSM)和扫描电子显微镜(SEM)。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

在自然界中,矿化组织,如骨骼、牙齿、硅藻、和贝壳,是由生物有机体。生物矿化是这些复杂的生产过程由生物无机矿物。磁铁矿(Fe的形成gydF4y2Ba_3gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba)颗粒趋磁细菌(MTB)是生物矿化过程的一个例子gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。趋磁细菌属于一种种类繁多的微生物能够利用地球磁场的方向感应。结核分枝杆菌的发现刺激跨学科研究科学家的兴趣,包括微生物学家、物理学家、地质学家、化学家和工程师。结核分枝杆菌的特点是存在的发展前景。磁性的磁小体颗粒用于制造针对药品,细胞分离,和他们的应用程序在磁共振成像对比度增强剂(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。磁铁矿粒子分布的磁小体通常是35到120海里。一般来说,磁小体的粒度分布窄,而一个更大的尺寸范围在一些化学合成的晶体生长是很常见的(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。在百慕大,每个细胞的铁含量在10的范围gydF4y2Ba^{−13gydF4y2Ba}到10gydF4y2Ba^{−14gydF4y2Ba}g及其估计是干重的2%。除铁gydF4y2Ba_3gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba细胞中含有亚铁离子,含水氧化铁和水铁矿。此外,细菌磁小体的形成可能作为一个模型系统的生物矿化中磁性矿物的其他生物,类似晶体的铁磁材料,主要是磁铁矿,被发现在一个广泛的高等生物甚至人类。因此,了解细菌生物矿化的结构和机制发展前景是至关重要的利益gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。有几个重要的关于合成磁铁矿,需要解决的问题。磁性生物矿物是由广泛的地下环境中微生物活动。磁铁矿通常是由铁(III)减少和铁(II)氧化细菌,和理解生物磁铁矿的形成尤为重要(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。在本文中,我们提出一种新的化学合成方法制备的磁铁矿亚铁盐和使用空气作为氧化剂低温碱性水溶液。化学方法制备的磁铁矿可以根据温度分类。在第一个干过程中,磁铁矿赤铁矿的还原的HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在高温(250 - 600°C)生产(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。在第二个湿过程中,部分氧化gydF4y2Ba盐溶液与先gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba要么发生在碱性条件下低温(90°C)或者是一个混合的沉淀gydF4y2Ba/gydF4y2Ba摩尔比为0.5的解决方案。最近,一种新的方法制备的磁铁矿纳米铁氢氧化物(针铁矿,四方纤铁矿,纤铁矿、feroxyhyte和水铁矿)和亚铁盐溶液被报道(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。化学合成的磁铁矿溶解氧的量,pH值和温度是很重要的。氧气是一种极活性气体大力在室温下氧化许多元素。许多无机化合物反应直接与OgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在适当的条件下(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。氧气是一种理想的氧化剂在酸性或碱性介质。它溶解程度的3.08厘米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba(STP)气体在100厘米gydF4y2Ba^3gydF4y2BaHgydF4y2Ba_2gydF4y2BaO在20°C和下降到2.08厘米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba在50°C。溶解度的啊gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在咸水中略少,但仍满足海洋和水生生物的重要支持。当铁腐蚀的空气,氢气释放,然后水就变成碱性,亚铁离子。在强烈充气地区,亚铁离子被氧化铁离子和铁离子与羟基反应形成氢氧化铁的棕色沉淀;在充气区域,氧气的作用导致的分离磁铁矿。而铁(II)比铁(III)可溶性中性pH值,它很容易被细菌。磁铁矿的新的制备方法是试图解释磁小体的形成。gydF4y2Ba

2。材料和方法gydF4y2Ba

2.1。材料gydF4y2Ba

所有的试剂都是来自默克公司作为分析级。的所有反应制备空气吹下的磁铁矿进行了大气。准备的磁铁矿是在室温下干燥粉末的形式。样品(A1-A4) x射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(IR)和振动样品磁力测定(VSM)。进行了X射线衍射测量使用飞利浦X 'pert佩罗MPD衍射仪与铜KgydF4y2BaαgydF4y2Ba辐射范围在2gydF4y2BaθgydF4y2Ba在室温下从10到80年。IR得到KBr颗粒的范围从4000到400厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}采用日本岛津公司红外光谱分光计。振动样品磁化(PAR-VSM155R)是用来评估磁参数。gydF4y2Ba

2.2。合成的磁铁矿gydF4y2Ba

通过500毫升空气冲洗,two-necked,圆底烧瓶。长颈瓶被控5.96克(0.03摩尔)FeClgydF4y2Ba_2gydF4y2Bah·4gydF4y2Ba_2gydF4y2BaO连同150毫升去离子水然后60毫升1 M氢氧化钠添加而激动人心的积极。反应混合物在空气吹了两个小时在273 K。在反应期间,pH值变成8到9的范围和一个黑色的沉淀形成。降水完成后,铁gydF4y2Ba_3gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba粒子被反复用蒸馏水洗净,然后在室温下过滤和真空下干燥。同样,磁铁矿反应进行制备的样品(A2-A4)在温度283,293和303 K。铁的化学反应gydF4y2Ba_3gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba准备可以描述如下:gydF4y2Ba 收益率、晶体大小和最大大小分布的样本(A1 A4)完全见表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3所示。结果与讨论gydF4y2Ba

磁铁矿形成的机制由细菌仍在调查和研究最深入。发展前景和组织的过程并非完全已知的(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。制备的新方法的比较与磁铁矿磁铁矿形成趋磁细菌是很重要的。它显示了如何发展前景是在细菌生物矿化形成的。发展前景形成的反应途径和新的化学合成的磁铁矿纳米颗粒制备如图所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。水晶大小、形态和粒径分布的合成磁铁矿磁铁矿与趋磁细菌相比是不同的。磁小体颗粒的大小通常从35到120海里。一般来说,磁小体中磁铁矿的粒度分布窄,而更广泛的尺寸范围在一些化学合成的磁铁矿分布是常见方法(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。在新方法中,化学磁铁矿的粒径范围趋磁细菌产生的。在示例A3,晶体大小分布、形态、和磁性也类似于biomagnetite。制备的磁铁矿,这些属性控制反应条件时可用。ph电位图的研究是有用的反应在水溶液中。在磁铁矿形成Pourbaix图具有重要的作用。磁铁产生一个基本和减少缺氧环境。磁铁矿在正常情况下的稳定性领域相对狭窄,因为磁铁矿暴露在露天是容易氧化gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。当反应条件控制通过使用Pourbaix图,新磁铁矿形成化学合成和生物合成之间的相似性是可用的。据观察,提出磁铁是由铁(III)减少以及铁(II)氧化过程。这纳米矿物的形成通过bioreduction铁(III)耦合的有机物氧化是建立和详细描述。最近的研究表明,磁铁矿可以通过生物氧化形成的铁(II)。铁用于磁小体的形成来自于菲gydF4y2Ba^{+ 2gydF4y2Ba}或铁gydF4y2Ba^{+ 3gydF4y2Ba}在环境中,但菲gydF4y2Ba^{+ 2gydF4y2Ba},这是高度可溶,因此容易实验,在环境中是首选。热力学计算表明,磁铁矿合成铁(II)的氧气分子在水溶液是积极有利的。MTB趋氧和倾向于找到维护位置在首选的氧气浓度(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。后续调整的氧化还原电位和pH值原因磁铁矿晶体的成核和增长。因此,通过它们,可以预测,在热力学的基础上,对于一个给定的铁(II)、离子之间所有可能的反应的平衡态及其固态和气态化合物在水的存在。一个有氧健身铁(II)氧化的机理了解甚少,与重要的悬而未决的问题包括细胞铁(II)氧化的位置。趋磁细菌可以被视为一个模型研究结构,化学和磁性亚铁磁性氧化铁纳米晶体的安排。很明显,反应条件的影响大小、形状、晶体结构、晶体取向、和在新化学合成的磁铁矿晶体大小分布。因此,有必要优化溶解氧的量,pH值和温度与趋磁细菌的生态生活相似。我们现在最近的结果用x射线粉末衍射(XRD)、红外光谱、扫描电子显微镜(SEM),振动样品磁力测定(VSM)。gydF4y2Ba

3.1。结晶相的分析gydF4y2Ba

x射线衍射是一个重要的工具,用于物质的精细结构的调查。结晶相的识别合成磁铁矿是由x射线衍射(XRD)。如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba合成磁性纳米晶体和磁小体的x射线衍射模式匹配与铁的标准gydF4y2Ba_3gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba反射。因此,我们可以确认磁性纳米晶体的磁小体和合成磁性纳米晶体由内磁铁矿。所有样品的x射线衍射模式,准备在273 K (A1), 283 K (A2), 293 K (A3),和303 K (A4),分别表明铁gydF4y2Ba_3gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba是占主导地位的阶段。增加了制备温度导致显著扩大的峰值是由于减少晶体尺寸效应。水晶大小可以估计的半宽度(应用)的衍射峰。平均晶粒度计算使用谢勒关系(从XRD谱线增宽gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。铁的平均直径gydF4y2Ba_3gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba微晶尺寸是35.14,23.23,17.57,和16.51 nm,分别为A1, A2, A3、A4。合成磁铁矿和磁小体都完美的结晶度的狭窄的应用。因此,我们可以确认磁性纳米晶体的磁小体和合成磁性纳米晶体由内磁铁矿。水晶大小的比较和最大磁铁矿的粒度分布在结核分枝杆菌合成样品表所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。微晶尺寸的大小是衡量一个连贯地衍射领域。但由于存在多晶聚合、微晶大小不是一般的粒子大小。微晶尺寸分析样本包含扩展缺陷可以用来估计有序域大小(缺陷)之间的区域的大小以同样的方式使用XRD来确定微晶尺寸。然而,技术测量颗粒大小而不是微晶大小是扫描电子显微镜(SEM)。合成磁铁矿和磁小体有完美的结晶度的狭窄的应用。磁小体的x射线衍射模式都是类似于合成的磁铁矿在所有衍射方向。一般来说,磁小体的晶体粒度分布窄,而更广泛的尺寸范围是常见的化学合成的磁铁矿。这里,应用磁小体的x射线衍射模式类似于合成磁铁矿的衍射方向。因此,它可以得出磁小体合成的生物矿化有更高的结晶度类似于合成磁铁矿。gydF4y2Ba

3.2。红外光谱法gydF4y2Ba

应用最广泛的技术用于识别和描述氧化铁是红外线。氧化铁,红外光谱的识别是很有用的。这项技术还提供了晶体结构信息,因此表面羟基和吸附水的性质。大多数这些研究的核心是使用振动光谱来确定声子态密度。已经有大量研究振动光谱的磁铁矿,多数采用红外吸收和拉曼散射来分配这四个gydF4y2Ba红外激活声子和gydF4y2BaEgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba,gydF4y2Ba分别Raman-active模式。两个最强烈gydF4y2Ba模式红外激活各种磁铁矿样品观察两大乐队在586和440厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}、586和446厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}、571和440厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},578和440厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}分别为A1, A2, A3、A4(图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。磁铁矿纳米颗粒的存在特点是两个强大的吸收光谱(gydF4y2Ba模式),类似于有关Fe-O债券大部分磁铁矿。gydF4y2Ba

3.3。合成磁铁矿的磁性gydF4y2Ba

磁铁矿的磁性晶体,如饱和磁化,磁剩磁和矫顽力,很大程度上是由域控制状态,进而取决于晶粒尺寸。磁化(gydF4y2Ba)与字段(gydF4y2Ba在300 K)曲线的合成磁铁矿样品如图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。是观察合成磁铁矿(A3)有磁化78.2 emu / g, 12.9 emu / g,剩磁和矫顽力98 Oe,显示了一个铁磁行为。在超细磁有序磁铁矿粒子,从超顺磁的过渡到铁磁行为发生在一个关键尺寸(Dp 25海里)(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。因此,合成磁铁矿铁磁,因为他们的平均粒径大于临界尺寸。报告文学的发展前景也表现出饱和磁化的铁磁行为60 emu / g, 10 emu / g,剩磁和矫顽力75 Oe(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。发展前景是铁磁,因为他们的平均大小(45 nm)大于临界尺寸。合成磁铁矿的饱和磁化emu / g (A3)是78.2,也就是说,比发展前景,60 emu / g。然而,磁小体的磁饱和值明显低于合成磁铁矿,也就是说,由于脂质膜的存在。有一个3 - 5纳米厚度的非磁性脂质膜外的发展前景gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。结果表明,发展前景和合成磁铁矿(A3)也有类似的磁响应由于其完美的结晶度。gydF4y2Ba

3.4。粒子形貌和粒径分布的分析gydF4y2Ba

技术测量粒子的粒径和形态是透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)。一系列的研究发展前景报告文学;结果表明,磁铁矿晶体的粒度分布很窄,还化学纯度。一般来说,粒度分布窄在biomagnetite从35到120纳米,而其最大频率40-55 nm之间发展前景(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。统计分析的细菌发展前景的磁铁矿晶体显示窄尺寸分布不对称。统计分析反映了控制细菌,这限制了经济增长的磁铁矿晶体特定大小和形态,标志的大小和形状的不对称分布。大小和形状的统计分析可以提供健壮的标准区分生物和nonbiogenic磁晶体。合成磁铁矿的原因可能是区别于细菌磁铁矿,尽管前者被迅速从水溶液中沉淀,准备过程生产小型晶体大小均匀的分布。在本文中,一种新的方法制备铁(II)的磁铁矿和氧气分子在水溶液建议菲的粒度gydF4y2Ba_3gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba在趋磁细菌所产生的范围。最相似的晶体粒度分布、形态、和磁性相对于样本的观察biomagnetite A3。在这里,合成磁铁矿的形态使用扫描电镜观察。粒子(77、89、87和91年)的合成磁铁矿测量和绘制频率的函数在A4 (A1),样品粒度分别如图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。我们估计标准偏差非常大的一组数据显示方程。在这里,个人的平方和偏离均值除以总数量的测量在集。提取它的平方根商给(gydF4y2Ba,gydF4y2Ba,gydF4y2Ba,gydF4y2Ba),分别。计算的结果显示A3、A4的正态分布。合成磁铁矿的粒度分布(A3)不同从38到91纳米,而其40-57 nm之间的最大频率。这里,磁铁矿的粒度由并发控制氧化的铁(II)与分子氧离子通过降水的水溶液。从热力学的角度来看,在中性和碱性pH值和较低的氧化还原电势,磁铁矿是青睐相比其他铁氧化物。gydF4y2Ba

4所示。结论gydF4y2Ba

在纳米磁铁矿被新的化学方法合成。粒度可以通过修改调整反应条件如溶解氧、pH值和温度。当反应温度增加,它会导致减少粒径和单分散的纳米颗粒。在现在的工作中,反应物的量,pH值和温度进行了优化与趋磁细菌的生态生活相似。在磁铁矿的化学制剂,我们研究了反应条件对粒径和粒度分布。结果表明,反应温度有显著影响。粒子尺寸和磁性进行了讨论通过结果使用x射线粉末衍射(XRD)、红外光谱、扫描电子显微镜(SEM),振动样品磁力测定(VSM)。gydF4y2Ba

利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突有关的出版。gydF4y2Ba

承认gydF4y2Ba

作者感谢Kashan大学支持这项工作由格兰特没有。256736/5。gydF4y2Ba