Zeta Potential and Degree of the Aggregation of Nanoparticles of the Pyrogenic Silica in the Presence of the Dissolved Metal Chlorides in the Aqueous Medium

The effects of univalent metals’ chlorides (LiCl, NaCl, KCl) at different concentrations (0.001–0.1 M) on the behaviour of nanosilica (0.5–5 wt.%) in aqueous medium are analysed using photon correlation spectroscopy (particle size distribution—PSD) and electrophoresis (zeta potential, ζ). The shift of dissociation constant (Kα) estimated for fumed silica hydroxyl sites is observed. Such a change in the pKα value is established via quantum-chemical study of the electrolyte–silica surface interaction. The correlation dependence associated with pKα, an effective diameter, and ζ-potential of silica nanoparticles is demonstrated.Методою фотон-кореляційної спектроскопії досліджено вплив концентрації (0,001–0,1 M) хлоридів лужних металів (LiCl, NaCl, KCl) на ступінь аґреґації та дзета-потенціял частинок пірогенного кремнезему (0,5–5% мас.) у водному середовищі. На основі результатів квантово-хемічного моделювання взаємодії розчинів електролітів із поверхнею кремнезему проведено оцінювання величини зсуву константи дисоціяції (рKα) силанольних груп поверхні у присутності гідратованих йонів таких солей. Показано кореляційну залежність між цією величиною, значеннями ефективного діяметра та дзета-потенціялом наночастинок кремнезему, що досліджувався у зазначених розчинах.Методом фотон-корреляционной спектроскопии исследовано влияние концентрации (0,001–0,1 M) хлоридов щелочных металлов (LiCl, NaCl, KCl) на степень агрегации и дзета-потенциал частиц пирогенного кремнезёма (0,5–5 масс.%) в водной среде. На основании результатов квантово-химического моделирования взаимодействия растворов электролитов с поверхностью кремнезёма оценены величины сдвига константы диссоциации (pKα) силанольных групп поверхности в присутствии гидратированных ионов таких солей. Показана корреляционная зависимость между этой величиной, значениями эффективного диаметра и дзета-потенциала наночастиц исследуемого кремнезёма в указанных растворах

Interaction of Red Blood Cells with Fumed SiO2, Al2O3/SiO2 and TiO2/SiO2 by Light Scattering Measurements

The interaction of human red blood cells (RBCs) with fumed silica and fumed X/SiO2 (X = Al2O3, TiO2) at different concentrations of X oxide was studied by flow cytometry and photon correlation spectroscopy. The light scattering of RBCs affected by oxides in conjunction with the hemolysis degree showed that mixed oxides (X/SiO2), in general, had less membranotoxic effect than pure silica. The interaction of RBCs with fumed silica and other mixed oxides is a convenient model to examine membranotoxicity and biocompatibility of disperse materials. Flow cytometry and photon correlation spectroscopy are informative methods to study the mechanism of hemolysis induced by solid micro- or nanoparticles.Методами проточної цитометрії та лазерної кореляційної спектроскопії досліджено взаємодію еритроцитів людини з пірогенними оксидами – немодифікованим кремнеземом і змішаними оксидами X/SiO2 (X = Al2O3, TiO2) з різним вмістом X. Результати вимірювання параметрів світлорозсіювання у поєднанні з визначенням ступеня гемолізу еритроцитів свідчать, що змішані оксиди в цілому проявляють меншу мембранотоксичну дію у порівнянні з немодифікованим кремнеземом. Взаємодія еритроцитів людини з пірогенним кремнеземом та іншими змішаними оксидами є зручною моделлю для тестування мембранотоксичності/біосумісності дисперсних матеріалів. Проточна цитометрія і лазерна кореляційна спектроскопія є інформативними методами для вивчення механізму гемолізу, індукованого твердими частинками.Методами проточной цитометрии и лазерной корреляционной спектроскопии изучено взаимодействие эритроцитов человека с пирогенными оксидами – немодифицированным кремнеземом и смешаными оксидами X/SiO2 (X = Al2O3, TiO2) с разным содержанием X. Результаты измерения параметров светорассеяния совместно с определением степени гемолиза эритроцитов свидетельствуют, что смешанные оксиды в целом обладают меньшим мембранотоксическим действием в сравнении с немодифицированным кремнеземом. Взаимодействие эритроцитов человека с пирогенным кремнеземом и другими смешаными оксидами можно рассматривать как удобную модель для испытания дисперсных материалов на мембранотоксичность/ биосовместимость. Проточная цитометрия и лазерная корреляционная спектроскопия являются информативными методами для изучения механизма гемолиза, индуцированного твердыми частицами

Зміна енергетичного розподілу валетних електронів при формуванні нанорозмірних сумішей SiO2+Al2O3 пірогенним синтезом

Crystalline and electronic structures of SiO2/Al2O3 mixtures have been analyzed using X-ray diffraction (XRD) and ultra-soft X-ray emission spectroscopy (USXES). Comparison of ultrasoft X-ray emission AlLα-, SiLα- and OKα-bands redistribution Alsp-, Sisp- and Op-valence electrons when changing the mass ratio (0,23Al2O3+0,77 SiO2;, 0,30Al2O3+0,70SiO2; 0,75Al2O3+25 SiO2) and depending on the method of obtaining them. Expansion OKα-emission bands showed an increase in population of Opπ-levels of oxygen in the formation of pyrogenic composites with different contents of aluminum oxide and silicon dioxide. Analysis AlLα-, SiLα- emission bands allowed to explain the increase of population Opπ-levels of oxygen and present the morphology  formation of particles different  of pyrogenic composites during synthesis.  Порівняльний аналіз рентгенівських емісійних AlLα-, SiLα- та OKα-спектрів, отриманих від звичайних сумішей Al2O3/SiO2 та синтезованих пірогенним способом композитів аналогічних складів, виявив у останніх низько енергетичне розширення розподілу Ор- станів, заселених електронами, додатково перенесеними від іонів Si та Al. Показано, що цей енергетичний перерозподіл електронів, є наслідком розщеплення Ор- рівнів, при утворенні Орp- зв’язків між поверхневими атомами наночастинок в процесі пірогенного синтезу. Встановлено, що у пірогенних нанокомпозитах наночастинки Al2O3 знаходяться в середині шару SiO2

Influence of Solution pH on Stability of Fumed Silica–Polyacrylic Acid Systems

The influence of polyacrlic acid (PAA) adsorption on fumed silica (SiO2) surface on suspension stability has been studied. Сhanges in the suspension stability were monitored using a Turbiscan LabExpert with a TLAb Cooler cooling module at 25oC. PAA is an anionic polymer containing carboxyl groups; therefore all the measurements were carried out at different pH 3, 6 and 9. Analysis of obtained transmission and backscattering curves and Turbiscan Stability Indexes (TSI) allowed determination of the most probable mechanism of the system stability.Вивчено вплив адсорбції поліакрилової кислоти (ПAК) на поверхні високодисперсного кремнезему (SiO2) на стабільність суспензії. Зміни стабільності суспензії спостерігались за допомогою приладу Turbiscan LabExpert із охолоджуючим модулем TLAb Cooler при 25oC. ПAК є аніонним полімером, що містить карбоксильні групи, тому всі вимірювання проводились при різних рН (3, 6 та 9). Аналіз одержаних кривих перенесення та зворотнього розсіяння, а також індексів стабільності (Turbiscan Stability Indexes (TSI)) дозволив визначити найбільш вірогідний механізм стабілізації вивчених систем.Изучено влияние адсорбции полиакриловой кислоты (ПAA) на поверхности высокодисперсного кремнезема (SiO2) на стабильность суспензии. Изменения стабильности суспензии наблюдались с помощью прибора Turbiscan LabExpert с охлаждающим модулем TLAb Cooler при 25oC. PAA является анионным полимером, содержащим карбоксильные группы, поэтому все измерения проводились при различных рН (3, 6 и 9). Анализ полученных кривых переноса и обратного рассеяния, а также индексов стабильности (Turbiscan Stability Indexes (TSI)) позволил определить наиболее вероятный механизм стабилизации изученных систем

Вплив механоактивації сумішей нанопорошків SiO2/Al2O3 на їх морфологію та енергетичний розподіл валентних електронів

The analysis of morphological characteristics of nanoscale structures x-Al2O3 + y-SiO2 (x = 0,2; 0,3; 0,75; y = 0,8; 0,7; 0,25) before and after mechanical activation is hold. During the investigation of spot chemical composition is was revealed that as the consequence of mechanical activation in the structure of composites agglomerates are formed where nanoparticles of silicon and aluminum oxides are present simultaneously. The changes of the structure of morphology are confirmed by the redistribution of valence Ор-, Sisd- та Alsd electrons mixtures as a result of mechanical activation.Проведено аналіз морфологічних характеристик структури нанорозмірних сумішей x-Al2O3+ y-SiO2 (x = 0,2; 0,3; 0,75; y = 0,8; 0,7; 0,25) до і після механоактивації. При дослідженні точкового хімічного складу виявили, що в наслідок механоактивації у структурі композитів утворюються агломерати, де одночасно присутні наночастинки оксидів кремнію та алюмінію. Зміни морфології структури підтверджуються перерозподілом валентних Ор-, Sisd- та Alsd- електронів сумішей в результаті механоактивації

Relaxation Processes of Water Molecules on Surfaces of Highly Dispersed Silica and Titania/Silica

Analyses of dielectric spectra and theoretical simulation results demonstrate that the most probable sites for water cluster adsorption are the B-sites at the TiO 2 /SiO 2 (TS) phase boundary regions and the SiOH groups on the SiO 2 phase in TS. The amount of water on SiO 2 in TS is lower than for pure SiO 2 for the same content of water at the TiO 2 /SiO 2 and SiO 2 surfaces. The energy necessary for the rotation of a water molecule is a maximum for molecules linked via one electron-donor bond M←OH 2 and three hydrogen bonds with other water molecules

Electrical and Physical Characteristics of Silica Nanoparticles in Aqueous Media Affected by Cations Na, Ba and Al

The influence of metal cations which have various valences [mono-(Na + ), bi-(Ba 2+ ) and trivalent (Al 3+ )] at different concentrations (0.001–0.1M) on the behaviour of nanosilica (0.5%wt. and 5%wt.) in aqueous media is analyzed using both photon correlation spectroscopy (particle-size distribution) and electrophoresis (zeta potential, ζ). The zeta potential and the particle-size distribution with respect to the particle volume of nanosilica was found to strongly depend on the silica content, concentration, and valence of cations of dissolved salts. An increase in the latter can cause a change in the sign of the zeta potential