Получение Наночастиц золота

3. Введение
Наночастицы – это частицы размером от 1 до 100
нм, где 1 нм – 10-6 м.
Среди большого разнообразия наночастиц немалое
внимание уделяется наночастицам золота.
Наночастицы золота используют при изготовлении
полупроводниковых приборов – диодов,
транзисторов - при создании полупроводников
определенного типа проводимости.
Одной из особенностей наночастиц золота является
их способность поглощать и рассеивать свет.
Наночастицы золота не отторгаются организмом
человека, поэтому могут применяться в медицине.
Например, перспективным является их
использование в диагностике раковых клеток. Такие
наночастицы можно вводить в организм и
контролировать местонахождение опухоли за счет
излучающей способности под влиянием света
определенной длины волны.

4. Размерный эффект наглядно демонстрируется при
изменении окраски растворов, содержащих наночастицы
золота. Растворы с наночастицами золота размером 1 нм
имеют желто-коричневую окраску, 10-30 нм - красную,
более 100 нм - фиолетовую.
Существует много способов получения наночастиц золота
различного размера. В данной работе предлагается
синтезировать наночастицы золота размером 15-20 нм. Метод
заключается в восстановлении и стабилизации трехвалентного
золота цитратом натрия.
Образование наночастиц в растворе можно доказать,
наблюдая след луча лазера при прохождении его через
раствор с наночастицами, вследствие рассеивания
(многократного отражения) луча лазера от поверхности
наночастиц.
Можно нанести раствор с наночастицами золота на
кремниевую подложку, высушить и провести сканирование с
помощью атомно-силового микроскопа, тогда получится
изображение наночастиц золота (см.рисунок).
изображение
наночастиц золота
Полученное с
помощью
атомно-силового
микроскопа

5. Цель работы: синтезировать наночастицы золота размером
15-20 нм, наблюдать размерный эффект - изменение окраски
раствора в зависимости от размера наночастиц золота.

6. Оборудование и материалы:
1. мешалка магнитная,
2. мешальник магнитный,
3. палочка для извлечения мешальника,
4. дозаторы переменного объема на 10 мл (№1)
и 5 мл (№2),
5. наконечники для пипет-дозаторов,
6. лазерная указка,
7. колба коническая с притертой пробкой,
8. пробирка, штатив для пробирок,
9. щипцы тигельные,
10. водный раствор золотохлористоводородной
кислоты HAuCl4,
11. водный раствор цитрата натрия Na3C6H5O7,
12. водный раствор хлорида натрия NaCl,
13.секундомер.
14. линейка с миллиметровыми делениями
15. фотографии, сделанной на атомно-силовом
микроскопе с масштабом.

7. ВНИМАНИЕ: синтез наночастиц золота проходит при
высокой температуре – 220оС; в эксперименте
используется лазерный луч. Необходима осторожность
во время эксперимента во избежание ожогов при
попадании кипящего раствора на тело или в глаза или
касании горячей магнитной мешалки. Избегайте также
попадания в глаза лазерного луча. (ЭНШ)

8. Порядок выполнения работы:
Опыт №1 « Синтез наночастиц золота»
1. Взять коническую колбу емкостью 50 мл.
2. Положить в нее мешальник.
3. Поставить колбу на магнитную мешалку.
4. Налить в колбу 20 мл водного раствора
HAuCl4 (0,5 мМ) при помощи дозатора №1.
5. Включить магнитную мешалку. Температура
220оС, 330 об./мин.
6. Довести раствор до кипения.
ВНИМАНИЕ: высокая температура кипящего
раствора и магнитной мешалки. (ЭНШ)

9. 7. В кипящий раствор дозатором №2 добавить 2
мл водного раствора цитрата натрия
Na3C6H5O7. Происходит восстановление
ионов Au3+ цитрат-ионами. Через 1-2 мин
раствор становится серо-фиолетовым. Это
образуются агрегаты, состоящие из
множества наночастиц золота.
8. При дальнейшем нагревании в течение 5-7
мин постепенно образуется раствор с
золотыми наночастицами. Раствор
приобретает винно - красную окраску.
9. Снять раствор с магнитной мешалки
тигельными щипцами и дать ему остыть.
10. Вытащить мешальник из колбы палочкой для
извлечения мешальника.

10. 11. Обнаружить наличие наночастиц золота при
помощи лазерного луча (см. рисунок
справа). Луч становиться видимым, так как
отражается от поверхности наночастиц.

11. Опыт №2 « Наблюдение размерного эффекта
– изменение окраски раствора в зависимости
от размера наночастиц золота»
1. В пробирки № 1 и №2 налить
приблизительно по 5 мл коллоидного
золота.
2. В пробирку №2 добавить 5-10 капель
водного раствора NaCl (на рис. справа).
3. В пробирке №2 наблюдается изменение
цвета раствора. Цвет раствора зависит от
размера частиц. В данном опыте произошла
агрегация наночастиц золота, т.е.
происходит «слипание» наночастиц золота
в более крупные частицы.

12. (ЭНШ) Вывод: В результате проведенной работы были синтезированы
наночастицы золота размером 15-20 нм, их наличие в растворе мы
доказали при помощи лазерного луча, который прекрасно виден при
прохождении через золь золота. Это были наночастицы,
стабилизированные ионами цитрата натрия Na3C6H5O7. При
добавлении в раствор NaCl стабилизирующая оболочка вокруг
наночастиц золота разрушалась, и они агрегировали - слипались друг
с другом. В результате размер таких агрегатов превысил 100 нм, и
цвет раствора стал сине-фиолетовым.

13. Размер наночастиц золота можно определить, сравнивая цвета
растворов, содержащих наночастицы золота, с цветовой шкалой,
соответствующей цвету наночастиц золота определенного размера.
100 нм 20 нм 1 нм
Дополнительной проверкой размеров получившихся наночастиц золота
является оценка их размера по фотографии, сделанной на атомно-силовом
микроскопе с помощью линейки и с учетом масштаба, нанесенного на
рисунок.
Таким образом, был продемонстрирован размерный эффект - изменение
окраски раствора в зависимости от размера наночастиц и их агрегатов.