Příprava nanočástic stříbra (AgNP) pomocí ultrasonických extraktů z křídlatky a jejich identifikace pomocí SpectroVis GO Vernier

Adam ČERNÍK

Bachelor's thesis

The preparation of silver nanoparticles (AgNPs) using ultrasonic extracts of knotweed and their identification using SpectroVis GO Vernier

Abstract:

Zelená syntéza nanočástic náleží k jedněm z nejzajímavějších příprav, kdy se z obyčejného extraktu z rostlin a roztoku kovových kationtů za správných podmínek získá barevný roztok nanočástic, který může být využit nejen pro praktika na středních odborných školách. Cílem bylo zjistit, jestli je možné získat extrakt z listů křídlatky (Reynoutria sp.) pomocí ultrazvukové lázně (Digitální ultrazvuková lázeň DU-32, 3,2 L od firmy ArgoLab), připravit roztoky stříbrných nanočástic za různých podmínek (obvyklých ve školních laboratořích) a zdali lze dojít ke správným výsledkům srovnáním profesionálního spektrofotometru Agilent Cary 8454 UV-Vis (od firmy Agilent) a školního spektrofotometru SpectroVis Go Direct (od firmy Vernier). Extrakt z listů křídlatky byl připraven pomocí tří metod - 1.) přímé extrakce, 2.) s pomocí sáčku z netkané textilie (Startex 17 od firmy Nohel Garden a.s.) a 3.) pomocí "patrony" ze skládaného filtračního papíru pomocí ultrazvukové lázně DU-32, 3,2 L od firmy ArgoLab. Pomocí spektrofotometru Agilent Cary 8454 UV-Vis (od firmy Agilent) bylo zjištěno, že nejúčinnější je 3. metoda, protože extrakce byla účinná a extrakt měl nejmenší rozptyl. Tyto extrakty byly následně využity pro přípravu nanočástic stříbra, kdy byly připraveny roztoky o třech poměrech - 1.) 10:1, 2.) 1:1 a 3.)1:4 (extrak:0,001 M AgNO3 p.a.). Pro samotnou přípravu stříbrných nanočástic (AgNPs) byly zvoleny metody - 1.) pomocí ultrazvukové lázně 2.) pomocí mikrovlnné trouby a 3.) pomocí vodní lázně. Pro ověření tvorby AgNPs byla měřena absorpční spektra, kdy v případě přítomnosti nanočástic došlo k nárůstu absorbance při vlnové délce mezi 420 až 470 nm. Pomocí 1. metody se žádné AgNPs připravit nepodařilo. U 2. metody se podařilo vytvořit nanočástice po 37 sekundách, ale kvůli rozptylu bylo nutné čekat přibližně 30 minut. Pomocí 3. metody se podařilo připravit nanočástice stříbra při teplotě 60 °C ve dvou sadách. První sada se zahřívala 30 minut a 70 minut byly umístěny ve tmě při teplotě cca 21 °C. Druhá sada byla temperovaná 60 minut a 60 minut byla umístěna ve tmě při teplotě cca 21°C. Analýza přítomnosti AgNPs byla provedena spektrofotometricky. Jen vzorky s poměrem 1:1 a 1:4 (extrak:0,001 M AgNO3 p.a.) připravené pomocí mikrovlnné trouby a pomocí vodní lázně vykazovaly signifikantní nárůst sledované absorbance odpovídající přítomnosti AgNPs. Porovnáním výsledků získaných pomocí spektrofotometru Agilent Cary 8454 UV-Vis (od firmy Agilent) a spektrofotometru SpectroVis Go Direct (od firmy Vernier) nebyly zjištěny výraznější rozdíly. Proto je možné spektrofotometr SpectroVis Go Direct (od firmy Vernier) využít pro školní účely. Na základě zjištěných dat byl vytvořen pracovní a metodický list pro školy.

Abstract:

The green synthesis of nanoparticles belongs to one of the most interesting preparations, where a coloured solution of nanoparticles is obtained from an ordinary extract from plants and a solution of metal cations under the right conditions, which can be used not only for practitioners in secondary vocational schools. The aim was to find out if it is possible to obtain an extract from the leaves of the Reynoutria using an ultrasonic bath (Digital ultrasonic bath DU-32, 3.2 L from the company ArgoLab), to prepare solutions of silver nanoparticles under different conditions (usual in school laboratories) and whether the correct results can be obtained by comparing the Agilent Cary 8454 UV-Vis Professional Spectrophotometer (from Agilent) and the SpectroVis Go Direct School Spectrophotometer (from Vernier). Reynoutria leaf extract was prepared using three methods - 1.) direct extraction, 2.) using a non-woven fabric bag (Startex 17 from Nohel Garden a.s.) and 3.) using a folded filter paper "cartridge" using a DU ultrasonic bath -32, 3.2 L from ArgoLab. Using an Agilent Cary 8454 UV-Vis spectrophotometer (from Agilent), method 3 was found to be the most effective as the extraction was efficient and the extract had the least variance. These extracts were subsequently used for the preparation of silver nanoparticles when solutions with three ratios were prepared - 1.) 10:1, 2.) 1:1 and 3.) 1:4 (extract: 0.001 M AgNO3 p.a.). Methods were chosen for the actual preparation of silver nanoparticles (AgNPs) - 1.) using an ultrasonic bath 2.) using a microwave oven and 3.) using a water bath. To verify the formation of AgNPs, absorption spectra were measured, when in the presence of nanoparticles there was an increase in absorbance at a wavelength between 420 and 470 nm. Using the 1st method, no AgNPs could be prepared. The 2nd method succeeded in creating nanoparticles after 37 seconds, but due to dispersion, it was necessary to wait approximately 30 minutes. Using the 3rd method, it was possible to prepare silver nanoparticles at a temperature of 60 °C in two sets. The first set was heated for 30 minutes and placed in the dark at a temperature of about 21°C for 70 minutes. The second set was tempered for 60 minutes and placed in the dark at a temperature of about 21°C for 60 minutes. The analysis of the presence of AgNPs was performed spectrophotometrically. Only samples with a ratio of 1:1 and 1:4 (extract: 0.001 M AgNO3 p.a.) prepared a microwave oven and using a water bath showed a significant increase in the observed absorbance corresponding to the presence of AgNPs. By comparing the results obtained using the Agilent Cary 8454 UV-Vis spectrophotometer (from Agilent) and the SpectroVis Go Direct spectrophotometer (from Vernier), no significant differences were found. Therefore, it is possible to use the SpectroVis Go Direct spectrophotometer (from Vernier) for school purposes. Based on the obtained data, a worksheet and methodical sheet for schools was created.

Keywords

Křídlatka (Reynoutria sp.), ultrasonická extrakce, zelená syntéza, nanočástice stříbra (AgNPs), spektrofotometr

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 31. 5. 2024
• Supervisor: doc. RNDr. Jiří Kalina, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Chemistry / Chemistry - Biology with Focus on Education