Об эффективной длине молекул эруковой и олеиновой кислот в составе защитной оболочки магнетитовых коллоидных частиц

Цель. Экспериментальная оценка толщины защитной оболочки магнетитовых коллоидных частиц, представляющей собой одиночный молекулярный слой олеиновой или эруковой жирных кислот.

Методы. Экспериментальные данные получены независимым измерением трёх объёмных концентраций (магнитной, твердой и гидродинамической) магнетитовых частиц в магнитной жидкости с применением магнитогранулометрического анализа, измерения плотности и титрования чистой жидкости-носителя при пептизации сухого осадка частиц. Обработка экспериментальных данных выполнена методом численного решения системы нелинейных уравнений, описывающих аддитивность объёмных, массовых и магнитных вкладов стабилизированных коллоидных частиц и жидкости-носителя в объём, плотность и намагниченность насыщения полидисперсной магнитной жидкости соответственно.

Результаты. Экспериментально исследованы четыре образца магнитной жидкости, отличающиеся дисперсным составом магнитных наночастиц, три из которых стабилизированы олеиновой, а четвёртый – эруковой жирными кислотами. Образцы приготовлялись титрованием чистого носителя и пептизацией сухого осадка коллоидных частиц, предварительно промытого от свободных молекул ПАВ. Для каждого образца измерена плотность и кривая намагничивания, выполнен магнитогранулометрический анализ. Данные, полученные разными методами, согласуются между собой при условии, если толщина немагнитного слоя на поверхности магнетитовых частиц равна 0,76 нм, а эффективная длина молекулы олеиновой и эруковой кислот равняется их максимально возможным значениям в полностью распрямлённом состоянии.

Вывод. При стабилизации магнетитовых частиц ненасыщенными жирными кислотами двойная связь, обеспечивающая изгиб этих молекул в основном энергетическом состоянии, не играет существенной роли, так как толщина защитной оболочки, равная эффективной длине молекул ПАВ, равняется их максимально возможной длине в распрямлённом состоянии.

1. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости // Успехи физических наук. 1974. Т. 112, вып. 3. С. 435–458. https://doi.org/10.3367/UFNr.0112.197403b.0427

2. Kazakov Y.B., Filippov V.A. Calculation of the performance of the electromagnetic magnetic fluid separator non-magnetic materials // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 950. P. 012003-8. https://doi.org/10.1088/1757-899X/950/1/012003

3. Демпфирование колебательной системы с неполной герметизацией воздушной полости магнитной жидкостью / Е.В. Шельдешова, А.А. Чураев, Н.М. Игнатенко, Ю.А. Неручев, П.А. Ряполов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 3. С. 128–145. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-3-128-145

4. Torrice M. Does nanomedicine have a delivery problem? // ACS Central Science. 2016. Vol. 2, no. 7. P. 434–437. https://doi.org/10.1021/acscentsci.6b00190

5. Analysis of nanoparticle delivery to tumours / S. Wilhelm, A. Tavares, Q. Dai [et al.] // Nature Review Materials. 2016. Vol. 1. Art. no. 16014. https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.14

6. Ionic ferrofluids: a crossing of chemistry and physics / J.-C. Bacri, R. Perzynski, D. Salin, V. Cabuil, R. Massart // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1990. Vol. 85, no. 1-3. P. 27–32. https://doi.org/10.1016/0304-8853(90)90010-N

7. Лебедев А.В. Аномалии вязкости магнитной жидкости, стабилизированной двойным слоем ПАВ в воде // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 4. С. 88–97. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-4-88-97

8. Влияние структуры и параметров магнитной жидкости на магнитофорез в тонком слое / П.А. Ряполов, В.М. Полунин, В.Г. Баштовой, Е.А. Соколов, Е.В. Шельдешова // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 1. С. 77–92.

9. Arefyev I.M., Demidenko O.V., Saikin M.S. Assessment of magnetic fluid stability in non-homogeneous magnetic field of a single-tooth magnetic fluid sealer // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017. Vol. 431. P. 20–23. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.10.017

10. Иванов А.С. О причинах обратимого агрегирования магнетитовых феррожидкостей при их разбавлении чистым носителем в нулевом магнитном поле // Коллоидный журнал. 2022. Т. 84, № 6. С. 732–739. https://doi.org/10.31857/S0023291222600274

11. Ionic magnetic fluid based on cobalt ferrite nanoparticles: Influence of hydrothermal treatment on the nanoparticle size / V. Cabuil, V. Dupuis, D. Talbot, S. Neveu // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2011. Vol. 323, is. 10, P. 1238–1241. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2010.11.013

12. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика / пер. с англ. под ред. В. В. Гогосова. М.: Изд-во Мир, 1989. 356 с.

13. Petrov K.D., Chubarov A.S. Magnetite nanoparticles for biomedical applications // Encyclopedia. 2022. Vol. 2, no 4. P. 1811–1828. https://doi.org/10.3390/encyclopedia2040125

14. Park K. The beginning of the end of the nanomedicine hype // J. Controlled Release. 2019. Vol. 305. P. 221–222. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2019.05.044

15. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С. Магнитные жидкости. М.: Химия, 1989. 240 с.

16. Хардина А.С., Меленев П.В. Модель малого образца феррогеля с имитацией полимерной матрицы на основе жидкости Леннарда – Джонса с упругими связями // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022. Т. 12, № 4. С. 124–139. https://doi.org/10.21869/2223-15282022-12-4-124-139.

17. Arefyev I.M., Arefyeva T.A. Stability of magnetic fluids in magnetic fields // Journal of nano- and electronic physics. 2014. Vol. 6, is. 3. P. 03055.

18. Бибик Е.Е. Приготовление феррожидкости // Коллоидный журнал. 1973. Т. 35, № 6. С. 1141–1142.

19. Hehre W.J. A guide to molecular mechanics and quantum chemical calculations. Irvin, CA: Wavefunction, Inc., 2003. 796 p.

20. Богатырев Г.П., Гилев В.Г. Исследование концентрационной зависимости вязкости магнитной жидкости во внешнем поле // Магнитная гидродинамика. 1984. Т. 20, вып. 3. C. 33–38. https://doi.org/10.22364/mhd

21. Пшеничников А.Ф., Гилев В.Г. Реология и намагниченность концентрированных магнетитовых коллоидов // Коллоидный журнал. 1997. Т. 59, № 3. C. 372–379.

22. Лебедев А.В. Вязкость концентрированных коллоидных растворов магнетита // Коллоидный журнал. 2009. Т. 71, № 1. С. 78–83. https://doi.org/10.1134/S1061933X09010104

23. Бретшнайдер C. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчёта. М.: Химия, 1966. 536 с.

24. Langmuir I. The constitution and fundamental properties of solids and liquids. II. Liquids // Journal of the American Chemical Society. 1917. Vol. 39, is. 9. P. 1848–1906. https://doi.org/10.1021/ja02254a006