Введение
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 5
1.1 Основы ЭПР 5
1.1.1 Механический и магнитный моменты электрона 5
1.1.2 Эффект Зеемана 7
1.1.3 Основное уравнение резонанса 9
1.2 Остеотропные кальций-фосфатные биоматериалы 10
1.2.1 Применение, физико-механические и химические свойства 10
1.2.2 Состав, структура и субструктура 11
1.2.3 Ортофосфаты кальция 12
1.3 Гидроксиапатит - структура, виды и параметры радиационно-наведенных парамагнитных центров 14
1.4 Трикальцийфосфат, структура 18
1.5 Роль примесных ионов марганца (Mn2+) в бифазной системе ГА-ТКФ 19
1.6 Рентгеновская дифрактометрия, примеры снимков 20
1.6.1 Теоретические основы метода (общепринятое обозначение - XRD) 20
1.6.2 Идентификация и количественное определение фаз (фазовый анализ) 21
2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 24
2.1 Материалы и методы 24
2.1.1 Методы синтеза фосфатов кальция 24
2.1.2 Описание ЭПР-спектрометра Bruker ESP-300 26
2.2 Результаты и их обсуждение 28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 40
Синтетические биоматериалы широко применяются в качестве имплантатов для восстановления поврежденных тканей человека. Их биосовместимость (как химическая, так и физическая ее составляющие) является основным объектом в настоящее время[1].
Биоматериалы, полученные на основе фосфатов кальция, являются одними из наиболее перспективных в создании имплантатов, предназначенных для замещения и восстановления костных тканей человека, а также зубной эмали. Для того чтобы создавать материалы улучшенные и биологически совместимые с тканями человека, необходимо применять правильные методики в изучении структуры ФК-материалов.
В настоящее время мощным универсальным неразрушающим методом анализа является спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В отличие от многих других методов, магнитно-резонансные дают важную структурную и динамическую информацию о протекающих химических или физических процессах, не влияя на сами эти процессы. Поэтому они является идеальными дополняющими методами для многих других аналитических методик в широком диапазоне исследовательских и прикладных задач.
Явление электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) - резонансного поглощения энергии электромагнитного поля сантиметрового или миллиметрового диапазонов длин волн (частоты примерно от 100 МГц до 1 ТГц) веществом, содержащим парамагнитные центры и находящимся во внешнем магнитном поле - было экспериментально обнаружено Е. К. Завойским в 1944 году. Метод нашел свое широкое применение в различных областях физики, хи¬мии, материаловедения, биологии и медицины, как для фундаментальных ис-следований, так и прикладных, в том числе и рутинных, задач[2].
Тема данной работы важна и актуальна, поскольку на сегодняшний день существует необходимость в создании улучшенных и биологически совместимых с тканями человека имплантатов. Основными компонентами, входящими в
состав имплантатов являются гидроксиапатит (ГА) и трикальцийфосфат (ТКФ). По сравнению с ГА, ТКФ изучен недостаточно.
Новизна нашей работы заключается в том, что изучались образцы три-кальций фосфата с примесью ионов различных металлов.
Цель данной работы - изучение радиационно-наведенных парамагнитных центров в «чистых» и модифицированных ионами металлов трикальцийфосфатах методом ЭПР. Исходя из указанной цели, можно выделить задачи, поставленные в работе:
1. Освоить программный пакет Origin для обработки данных;
2. Зарегистрировать спектры ЭПР порошков ТКФ с примесями различных ионов (Mn2+и Cu2+) синтезированных методами твердофазного синтеза и методами осаждения из водных растворов азотных солей и кислот;
3. Зарегистрировать спектры ЭПР облученных порошков ТКФ;
4. Провести анализ полученных спектров ЭПР.
В ходе выполнения научно-исследовательской работы были изучены радиационно-наведенные центры в порошках 0-ТКФ, синтезированных способами влажного осаждения из нитратных растворов и твердофазным синтезом, а также допированные ионами Cu2+'и Mn2+. Как и для ГА обнаружены кислород-содержащие, водородные и азотцентрированные стабильные радиационно- наведенные парамагнитные центры (стабильные радикалы). Определены их параметры. В то время как спектр водородного радикала в образцах, приготовленных методом твердофазного синтеза типичен для разных материалов и веществ, параметры спектра ЭПР стабильных радикалов NO32-(в первую очередь константы СТС) в образцах, приготовленных по методике влажного синтеза, отличаются от известных из литературы.
Работа может быть использована для контроля химического состава синтетического 0-ТКФ в смысле определения наличия примесей водорода, азота, Cu2+и Mn2+в структуре 0-ТКФ, определения метода синтеза коммерческих имплантатов, качественного и количественного определения наличия фаз ГА и ТКФ в бифазных системах и др.
Автор выражает благодарности сотрудникам кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии, а именно научному руководителю Гафурову М.Р. и Габбасову Б.Ф. за всестороннюю помощь в проведении ЭПР экспериментов.
