Инженерный тур. 1 этап
Какие из перечисленных характеристик можно отнести к наночастицам?
- Имеют различную форму.
- Газофазный объект.
- Подвержены броуновскому движению.
- Четкая граница с окружающей средой.
- Больше длины волны видимого света.
- Размер составляет от 1 до 1000 нм.
- Размер составляет от 1 до 1000 мкм.
1, 3, 4, 5.
Каковы области применения наночастиц?
- Промышленность.
- Биомедицина.
- Энергетика.
- Военное дело.
- Сельское хозяйство.
1, 2, 3, 4, 5.
Соотнесите метод исследования наночастиц и принцип его работы:
- АСМ.
- СТМ.
- ТЭМ.
- Взаимодействие между электронами и поверхностью исследуемого объекта.
- Квантово-механический туннельный эффект.
- Применимо только для металлов и полупроводников.
- Регистрация силового взаимодействия между поверхностью исследуемого образца и зондом.
- Прохождение прямого или отраженного луча света через систему линз.
1 — D; 2 — B, C; 3 — A.
Какие вещества из перечисленных ниже являются вспомогательными для получения наночастиц?
- Твин-80.
- Соевый лецитин.
- Полистирол.
- Полиакрилат.
- Олеиламин.
- Поливинилхлорид.
- Поливиниловый спирт.
1, 2, 5, 7.
Какие из приведенных наночастиц можно отнести к частицам-носителям?
- Липосома.
- Мицелла.
- Квантовая точка.
- Углеродная нанотрубка.
- Магнитная наночастицы.
- Наночастица золота.
1, 2, 4, 5, 6.
Из чего могут состоять магнитные наночастицы?
- \(\ce{FeCo}\).
- \(\ce{FePt}\).
- \(\ce{Al2O3}\).
- \(\ce{BaCl2}\).
- \(\ce{Fe3O4}\).
- \(\ce{Co2(CO)8}\).
1, 2, 5, 6.
Соотнесите метод получения магнитных наночастиц и его недостатки:
- Соосаждение.
- Пиролиз.
- Микроэмульсионный.
- Гидротермальный.
- Требует инертную атмосферу.
- Требует высокое давление.
- Не дает возможности контроля формы наночастиц.
- Низкий выход продукта.
1 — C; 2 — A; 3 — D, 4 — B.
Из каких перечисленных соединений могут состоять квантовые точки?
- \(\ce{CdSe}\).
- \(\ce{ZnSe}\).
- \(\ce{CdTe}\).
- \(\ce{CdS}\).
- \(\ce{ZnS}\).
- \(\ce{InAs}\).
- \(\ce{InP}\).
- \(\ce{Si}\).
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
Соотнесите тип магнитных квантовых точек и их размер:
- МКТ типа ядро-оболочка.
- Доупленные МКТ.
- Композитные МКТ.
- Квантовые точки, покрытые парамагнитными ионами-хелатами.
- 2 нм.
- 64 нм.
- 9 нм.
- 12 нм.
1 — C; 2 — A; 3 — B, 4 — D.
Для чего из перечисленного ниже можно использовать магнитные квантовые точки?
- Визуализация опухолей.
- Компоненты для МРТ-диагностики.
- Разработка квантовых компьютеров.
- Сенсоры для химического анализа воды.
- Запись и хранение информации.
1, 2, 3, 4, 5.
Ниже приведены методики для получения магнитных квантовых точек.
Методика получения магнитных наночастиц
Водные 0,5 М растворы хлоридов железа \(\ce{FeCl2}\) и \(\ce{FeCl3}\) смешивали при комнатной температуре в стехиометрическом соотношении \(\ce{FeCl2}:\ce{FeCl3} = 1:2\) в соответствии с химической реакцией: \[\ce{FeCl2} + \ce{2FeCl3} + 8\ce{NH3}\cdot\ce{H2O} = \ce{Fe3O4} + 8\ce{NH4Cl} + 4\ce{H2O}.\] Для окисления магнетита в маггемит осаждение проводили с помощью водного раствора аммиака (12,5 мас. %) под воздействием ультразвука (240 Вт, 40 кГц) в течение всего процесса осаждения (30 мин).
Методика получения квантовых точек
К навескам СdSe и ZnS при интенсивном перемешивании добавляли олеиновую кислоту (OA), олеиламин (OAm) и диметилформамид (DMF) и нагревали до 120 °С до полного растворения солей. Затем раствор охлаждали до комнатной температуры и при интенсивном перемешивании по каплям добавляли в 100 мл хлороформа. Полученные частицы отделяли на центрифуге и диспергировали в хлороформе.
Методика получения магнитных квантовых точек
Навеску в 4 мг квантовых точек, диспергированных в 1 мл хлороформа, добавляли к 5 мл водного раствора, содержащего 0,1 г цетилтриметиламмоний бромида (CTAB), выполняющего роль межфазного катализатора. Нагревание при 60 °C в течение 10 мин вызывало испарение хлороформа, что приводило к образованию диспергированных в водной фазе наночастиц (раствор 1). Навеску 1,4 мг магнитных наночастиц, стабилизированных олеиновой кислотой в хлороформе (2,5 мл), переносили в 5 мл водного раствора, содержащего 0,1 г CTAB и также нагревали (раствор 2). Затем 0,3 мл раствора 1 и 0,3 мл раствора 2 одновременно переливали в 10 мл смеси вода-этанол (1-1), получая раствор 3, к которому добавляли 0,3 мл 25%-го водного раствора аммиака и медленно прикапывали 50 мкл тетраэтоксисилана (TEOS). Полученную смесь перемешивали в течение 1 мин, а затем выдерживали в течение 4 ч. Наночастицы собирали центрифугированием и промывали водой и этанолом три раза.
Ознакомившись с методиками, приведенными выше, ответьте на следующие вопросы:
- Известно, что 100 мл 0,5 М раствора \(\ce{FeCl2}\) получали путем разбавления 20 мл концентрированного раствора. Установите массу навески кристаллогидрата \(\ce{FeCl2}\cdot4\ce{H2O}\), необходимой для приготовления 100 мл исходного раствора. Ответ дайте в граммах с точностью до целых. (15 баллов)
- Определите объем 0,5 М раствора \(\ce{FeCl3}\), необходимого для реакции с 100 мл 0,5 М раствора \(\ce{FeCl2}\). Ответ дайте в миллилитрах с точностью до целых. (10 баллов)
- Известно, что для получения квантовых точек соотношение жидких реагентов \(\text{DMF}:\text{OA}:\text{OAm}\) составляет \(17:2:1\). Установите массу навески CdSe, если известно, что его молярная концентрация в исходном растворе составляет 0,04 М, а объем DMF — 10,2 мл. Ответ дайте в миллиграммах с точностью до целых. (15 баллов)
- Учитывая, что для получения квантовых точек CdSeZnS стехиометрическое соотношение исходных солей составляет \(1:1\), установите массу навески ZnS. Ответ дайте в миллиграммах с точностью до целых. (10 баллов)
- Сколько несвязавшегося TEOS осталось в ходе получения магнитных квантовых точек, если известно, что масса полученных наночастиц составила 25,4 мг, а плотность TEOS — 0,933 мг/мкл. Ответ дайте в микролитрах с точностью до целых. (20 баллов)
Рассчитаем количество вещества FeCl2: \[n(\ce{FeCl2}) = C\cdot V = 0{,}5\cdot 0{,}1 = 0{,}05 \text{~моль}.\] Это количество вещества \(\ce{FeCl2}\) в 20 мл исходного раствора. Следовательно, в 100 мл его будет в 5 раз больше — 0,25 моль.
Количество вещества соли совпадает с количеством вещества кристаллогидрата, тогда: \[m(\ce{FeCl2}\cdot \ce{4H2O}) = n\cdot M = 0{,}25\cdot 199 = 49{,}75 = 50 \text{~г}.\]
- Согласно стехиометрии, количество вещества \(\ce{FeCl3}\) в два раза больше \(\ce{FeCl2}\) и тогда равно 0,1 моль. Следовательно: \[V = \frac{n}{C} = \frac{0{,}1}{0{,}5} = 0{,}2 \text{л} = 200 \text{~мл}.\]
Согласно отношению жидких компонентов реакции DMF составляет значение 17 из 20, тогда из пропорции можно рассчитать общий объем раствора — 12 мл.
Тогда: \[m = n\cdot M =C\cdot V\cdot M = 0{,}04\cdot 0{,}012\cdot 191 = 0{,}09168 \text{~г} = 91{,}68 \text{~мг} = 92 \text{~мг}.\]
- Так как соотношение солей равно \(1:1\), то: \[m = n\cdot M =C\cdot V\cdot M = 0{,}04\cdot 0{,}012\cdot 97 = 0{,}04656\text{~г} = 46{,}56 \text{~мг} = 47 \text{~мг}.\]
- Согласно закону сохранения масс, масса конечного конъюгата складывается из массы МНЧ, КТ и TEOS. Тогда можно определить массу TEOS, который стал частью МКТ: \[m = m(\text{нч}) - m (\text{мнч}) - m (\text{кт}) = 25{,}4 - 1{,}4 - 4 = 20 \text{~мг}.\] Пересчитаем на объем: \[V = \frac{m}{d} = \frac{20}{0{,}933} = 21{,}43 \text{~мкл} = 21 \text{~мкл}.\] Тогда оставшийся объем составит: \[V = 50 -21 = 29 \text{~мкл}.\]
1. — 50; 2. — 200; 3. — 92; 4. — 47; 5. — 29.
