羟基磷灰石的制备与表征终稿解读.docx

实验二十四 羟基磷灰石的制备与表征生物材料是当今材料和医药领域的一个重要组成部分和发展方向，羟基磷灰石（Ca （PO） （OH） , HAP）是一种最重要的无机生物材料，10 4 6 2人工合成的羟基磷灰石材料与生物体组织具有良好的相容性，并能与 骨组织形成骨性结合，是人体骨、齿等硬组织最主要的成分，在诊断、 治疗或替换机体中的组织、器官或增强功能等应用中是不可缺少的材 料纳米羟基磷灰石可作为环境材料、吸附材料、催化材料等方面具 有广泛前景一、 实验目的1. 设计实验路线，制备羟基磷灰石生物材料；2. 了解液相法制备羟基磷灰石的基本原理；3. 掌握液相法制备羟基磷灰石的工艺特点二、 实验原理水热合成法指在一个密闭的压力容器内，以水溶液为反应介质， 通过对反应容器加热，使得在通常情况下，难溶或不溶的物质溶解并 重结晶该方法的优点：（1）产物直接为晶态，无须烧结晶化，避免 了烧结过程团聚的发生；（2）粒度均匀且形态规则，改变反应条件能 够得到不同的晶体结构和结晶形态的产物；（3）随着水热合成温度的 提高和时间的延长，晶粒发育愈完整；（4）省去了高温燃烧和球磨， 从而避免了杂质掺入和结构缺陷等。

在水热反应中，尿素作为均相沉淀剂和提供碱性环境的试剂，式(1)和(2)所示发生分解反应：CO(NH2)2 冷叽 >N% +CON崗 (1)CON ㈣ +3H/?—NH：伽)+ 20H 亠 + CO 細(2)反应的初始pH值设为3.00土0.05,随着尿素的不断分解，体系的 pH 值不断增加由磷酸钙溶液中各结晶相的溶解度曲线［1］可知，磷酸钙盐体系除了稳定相HA以外，还有TCP, OCP, DCPA和DCPD等 结晶相结晶过程中，pH值及Ca2+和P043的浓度会引起结晶相的 互相转变， pH 值越大， HA 的过饱和度就越大，就越易成核并长大 在由尿素分解产生的碱性条件下，Ca(N0 3)2・4H20和KH2P04・3H20 发生化学反应最终生成羟基磷灰石反应方程如式(3)：10Ca2++6POj_+2OH_——Cal0(PO4)6(OH)2(3)不同的实验条件下获得实验产物有不同的影响，因此我们需要探 究不同条件变化对实验结果的影响，以期通过控制实验的条件获得某 种特定要求的产物，例如某些比表面积较大的、具有特定形貌的可以 做为催化剂的载体等因此需要进行不同实验条件下的对比实验，来 获得某些潜在的规律。

三、实验步骤1．仪器药品药品：Ca（N03）2 ・4H20 （分析纯）、KH2P04 ・3H20（分析纯）、尿素（分 析纯）、HNO3、稀氨水、乙醇（分析纯）、精密pH试纸仪器：高压水热釜、烘箱、 FTIR、 TG、 SEM、 XRD2. 实验部分按化学计量比将Ca（NO3）2・4H2O （分析纯）、0.1KH2PO4・3H2O（分析纯）和5倍于 KH2PO4-3H2O 浓度的尿素（分 析纯）溶于50 mL去离子水中，强烈搅拌，使[P]=0.02~0.20 mol/L ； 调节悬浊液的pH值到3以下并搅拌反应15 min；进一步用HNO3 溶液和稀氨水溶液将悬浊液的 pH 值精确调节到 3.00±0.05；在 90〜150 °C于XJ-100型高压水热釜中水热5~24 h后冷却；随后洗涤 并干燥具体的实验方法如下：一、 水热反应温度对实验结果的影响保持上述条件不变，不同温度下反应得到的产物可能不一样，有 可能是HA,也可能是其他的物质，比如磷酸盐的其他相（如TCP、 OCP、 DCP 等）所以有必要设计一系列的温度梯度来讨论反应温度 的影响，并采用热重分析和 XRD 晶相分析不同温度下的产物，与标 准谱图对比。

从而确定在什么样的温度范围内，实验才能得到我们语 气的物质HA分别设定温度梯度为：90C、100C、110C、120C、 130C、140C、150C, [P]=0.1 mol/L,【Ca/P】=1.67,反应 12h,其 他条件不变二、 反应物浓度对实验的影响反应物浓度对 HA 晶体的生长影响较大,尤其在晶体的尺寸和形 貌方面因此研究不同反应浓度对实验的的影响是很有必要的在确定一个比较合适的温度范围后，在此温度范围内，保持其他 实验条件不变，并且始终保持，设置反应物不同的浓度进行实验，具 体如下：P 的浓度分别为：0.02 mol/L、0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.15 mol/L、0.20 mol/L,【Ca/P】=1.67, T=120°C，反应 12h,其他实验 条件不变，进行实验得到不同反应浓度下的HA,采用SEM观察 测试，比较浓度对HA晶体生长的影响三、水热时间对实验的影响反应时间的不同对晶体的生长有很大的影响,所以很有必要探究 一下在不同的反应时间下，得到的产物HA比较并分析水热时间对 产物的影响,确定一个合理的反应时间具体如下： 5h、 10h、 15h、 20h、25h, [P]=0.1 mol/L、【Ca/P】=1.67, T=120C，其他实验条件 保持不变。

表征分析不同的反应时间条件下得到的产物并比较4．性能表征1） 用傅里叶变换红外光谱仪测试样品,获得红外光谱图与标准谱图 对照，并采用热重分析对结果进行分析表征样品，初步判断制得样品 是否为我们所求2） 用X-射线衍射仪进行分析样品的晶体结构XRD 总是用来测定晶体的结构、多晶体的相结构、晶粒大小、 晶粒取向及其微结构等，是揭示晶体内部原子排列状况最有力的工 具其基本原理是布拉格方程：2dsin0 =nA 式中：衍射的级数0 入射角和反射角入 波长d 相邻晶面的间距测样制备：将样品充分细磨，使细度达到250 -300目左右，然 后采用专用样品盒和压制工具，反面压制成型注意不需用力过大测定条件：XRD射线源采用的是铜靶，石墨单色器，测试时管电压为40 kV ,管电流为40 mA，步速为0.05 ( o)/s，测试范围为 20o到 70 °3) 扫描电镜对制备的粉末样品进行表征SEM制样时将样品与适量无水乙醇制成悬浮液，超声分散，喷金后再用扫描电镜观察其形貌，测试电压为25 kV四、 结果与讨论1. 结果与分析对上述的比较实验结果进行分析，得到一般性的定性的结论，并 可以作为后续的工作的参考。

2. 注意事项1. 注意调节合适的反应溶液的pH值；2. 注意Ca/P浓度的合理配比3. 思考题1. 反应溶液的pH值为什么要选择在碱性范围？2. 如何利用TG和IR确定产物的组成？五、 参考文献[I] 陈万春,刘道丹,吕佩德,等. 晶体溶解动力学实验方法研究[J].人工晶 体学报，1991, 20(2): 107- 112. CHEN Wan-cun, LIU Daodan, LU Pei-de, et al. A study of experimental method of kinetic s of crystal dissolution[J] . Journal of Synthetic Crystals, 1991, 20(2): 107 - 112.[2] 宋江凤，刘咏，张莹、 水热法合成不同形貌的羟基磷灰石 粉末冶金材料 科学与工程，2010 年 10 月 第 15 卷第 5 期[3] 付拴平 羟基磷灰石纳米粒子的制备与表征 《内蒙古工业大学》读书的好处1、 行万里路，读万卷书2、 书山有路勤为径，学海无涯苦作舟3、 读书破万卷，下笔如有神4、 我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。

——达尔文5、 少壮不努力，老大徒悲伤6、 黑发不知勤学早，白首方悔读书迟——颜真卿7、 宝剑锋从磨砺岀，梅花香自苦寒来8、 读书要三到：心到、眼到、口到9、 玉不琢、不成器，人不学、不知义10、 一日无书，百事荒废一一陈寿11、 书是人类进步的阶梯12、 一日不读口生，一日不写手生13、 我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上——高尔基14、 书到用时方恨少、事非经过不知难——陆游15、 读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德16、 读一切好书，就是和许多高尚的人谈话——笛卡儿17、 学习永远不晚——高尔基18、 少而好学，如日岀之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光——刘向19、 学而不思则惘，思而不学则殆——孔子20、 读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干——培根。