Примесные ионы Mn2+ и Fe3+ как парные спиновые метки для исследования структурных превращений в филлосиликатах методом ЭПР

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Показано, что примесные парамагнитные ионы Mn2+ и Fe3+ в высокоспиновом состоянии (S = 5/2) являются информативными “парными спиновыми метками” для исследования структурных превращений в природных алюмосиликатных глинистых минералах методом ЭПР. Регистрация второй производной спектров ЭПР позволяет обнаруживать слабые узкие линии этих ионов на фоне интенсивных широких линий других парамагнитных примесей. Сложные спектры вторых производных ЭПР ионов объясняются эффектом Яна–Теллера и сверхтонкими взаимодействиями с ОН-группами. Спектры вторых производных ЭПР до и после нагрева (620 и 900°C) показали превращения октаэдрических кристаллических ячеек, сопровождающиеся потерей ОН-групп и смещением примесных ионов в эквивалентные положения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Г. Четверикова

Оренбургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: kr-727@mail.ru
Россия, Оренбург

В. Л. Бердинский

Оренбургский государственный университет

Email: kr-727@mail.ru
Россия, Оренбург

О. Н. Каныгина

Оренбургский государственный университет

Email: kr-727@mail.ru
Россия, Оренбург

Е. К. Алиджанов

Оренбургский государственный университет

Email: kr-727@mail.ru
Россия, Оренбург

А. Н. Никиян

Оренбургский государственный университет

Email: kr-727@mail.ru
Россия, Оренбург

Список литературы

  1. Bleam W.F. Soil and Environmental Chemistry. 2nd edition. Academic Press, 2016. Ch. 3. P. 87; https://doi.org/10.1016/B978-0-12-804178-9.00003-3
  2. Schoonheydt R., Johnston C.T., Bergaya F. // Dev. Clay Sci. 2018. V. 9. P. 1; https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102432-4.00001-9
  3. Bailey S.W. // Clays Clay Miner. 1972. V. 20. P. 381; https://doi.org/10.1346/CCMN.1972.0200606
  4. Yavuz F., Kumral Y.F., Karakaya M., Karakaya N.Ç., Yildirim M. // Comput. Geosciences. 2015. V. 81. P. 101; https://doi.org/81.10.1016/j.cageo.2015.04.011
  5. Solodovnikov S.F. // J. Struct. Chem. 2014. V. 55. P. 1191; https://doi.org/10.1134/S0022476614070014
  6. Osipov V.I., Sergeev E.M. // Bull. Intern. Assoc. Eng. Geol. 1972. V. 5. P. 9; https://doi.org/10.1007/BF02634646
  7. Lund A., Masaru S., Shigetaka S. Principles and Applications of ESR Spectroscopy. Dordrecht: Springer, 2011; https://doi.org/10.1007/978-1-4020-5344-3
  8. Бортников Н.С., Минеева Р.М., Савко А.Д., Новиков В.М., Крайнов А.В. и др. // ДАН. 2010. Т. 433. № 2. С. 227.
  9. Hemanthkumar G.N., Parthasarathy G., Chakradhar R.P.S. et al. // Phys. Chem. Miner. 2009. V. 36. P. 447; https://doi.org/10.1007/s00269-009-0291-5
  10. McBride M.B. // Clays Clay Miner. 1976. V. 24. P. 88; https://doi.org/10.1346/CCMN.1976.0240207
  11. Метод спиновых меток. Теория и применение / Под ред. Л. Берлинера. Пер. с англ. М.: Мир, 1979.
  12. Вассерман А.М., Коварский А.Л. Спиновые метки и зонды в физикохимии полимеров / Под ред. акад. А.Л. Бучаченко. М.: Наука, 1986.
  13. Пармон В.Н., Кокорин А.И., Жидомиров Г.М. Стабильные бирадикалы / Под ред. акад. А.Л. Бучаченко. М.: Наука, 1980.
  14. Кокорин А.И., Громов О.И., Путников А.Е. и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 3. С. 10; https://doi.org/10.31857/S0207401X21030067
  15. Шуваракова Е.И., Бедило А.Ф., Кенжин Р.М. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 6. С. 20; https://doi.org/10.31857/S0207401X22060127
  16. Кытин В.Г., Дувакина А.В., Константинова Е.А. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 6. С. 30; https://doi.org/10.31857/S0207401X22060073
  17. Симбирцева Г.В., Пивень Н.П., Бабенко С.Д. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 4. С. 32; https://doi.org/10.31857/S0207401X22040094
  18. P. Hall // Clay Miner. 1980. V. 15. № 4. P. 321; https://doi.org/10.1180/claymin.1980.015.4.01
  19. Babińska J., Dyrek K., Wyszomirski P. // Mineralogia Polonica. 2007. V. 38. № 2. P. 125; https://doi.org/10.2478/v10002-007-0021-x
  20. ГОСТ Р 57923-2017 (ISO 24235:2007); https://docs.cntd.ru/document/1200157643
  21. ISO 21822:2019; https://nd.gostinfo.ru/document/6479315.aspx
  22. ГОСТ ISO 13099-2:2012; https://docs.cntd.ru/document/1200140376
  23. Четверикова А.Г. // Измер. техника. 2023. № 11. С. 67.
  24. ГОСТ 21216-2014; https://docs.cntd.ru/document/1200115068
  25. Grim R.E. Applied Clay Mineralogy. New York: McGraw-Hill, 1962.
  26. Каныгина О.Н., Бердинский В.Л., Филяк М.М., Четверикова А.Г., Макаров В.Н. и др. // Журн. техн. физики. 2020. Т. 90. № 8. С. 1311.
  27. Chen J., Min F., Liu L. et al. // Physicochem. Probl. Miner. Process. 2020. V. 56. P. 338.
  28. Shata S., Hesse R. // Can. Mineral. 1998. V. 36. P. 1525.
  29. Cui J., Zhang Z., Han F. // Appl. Clay Sci. 2020. V. 190. P. 105543; https://doi.org/10.1016/j.clay.2020.105543
  30. CMS Workshop Lectures. Clay Water Interface and its Rheological Implications / Eds. Güven N., Pollastro R.M. Boulder, Colorado (USA): The Clay Minerals Society, 1992. V. 4.
  31. Хацринов А.И., Корнилов А.В., Лыгина Т.З., Межевич Ж.В. // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 11. С. 1204.
  32. Slay D., Charilaou M., Cao D. et al. // J. Appl. Phys. 2021. V. 130. № 11. P. 113902; https://doi.org/10.1063/5.0060769
  33. Worasith N., Goodman В.А., Neampan J. et al. // Clay Miner. 2011. V. 46. P. 539; https://doi.org/10.1180/claymin.2011.046.4.539
  34. Chetverikova A.G., Kanygina O.N., Makarov V.N., Berdinskiy V.L., Seregin M.M. // Ceramica. 2022. V. 68. № 388. P. 441; https://doi.org/10.1590/0366-69132022683883346
  35. Balan E., Allard T., Boizot B. et al. // Clays Clay Miner. 1999. V. 47. P. 605; https://doi.org/10.1346/CCMN.1999.0470507
  36. Четверикова А.Г., Макаров В.Н., Каныгина О.Н., Серегин М.М., Строганова Е.А. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2023. Т. 25. № 2. С. 18.
  37. Бортников Н.С., Минеева Р.М., Соболева С.В. // ДАН. 2008. Т. 422. № 1. С. 85.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Атомарная трехслойная (Т–О–Т) структура хлорита и элементарная идеальная октаэдрическая решетка. Данные взяты из работы [8].

Скачать (267KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рассеяние частиц и их микроагрегатов (оптическая микроскопия, на отражение) в полиминеральной глине (а), отдельная частица с различимыми слоями (АСМ-сканирование) (б).

Скачать (187KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектр рентгеновской флуоресценции полиминерального образца.

Скачать (64KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Дифрактограмма полиминеральной глины, λCo = 0.17902 нм.

Скачать (75KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Обзорные спектры ЭПР образца глины в исходном состоянии (а), после обжига при температурах 620 (б) и 900С (в): представлены значения g-фактора парамагнитных центров железа и марганца.

Скачать (115KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры второй производной ЭПР природной глины и диаграммы сверхтонких взаимодействий ионов Mn2+. Значения g-фактора и константы сверхтонкого взаимодействия a представлены для трех положений ионов внутри октаэдрической решётки филлосиликатов.

Скачать (122KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Три положения ионов Mn2+ в элементарном октаэдре в исходной решетке (а); равновесное положение ионов Mn2+ в элементарной ячейке октаэдра после нагревания в течение 1 ч при 900C (б).

Скачать (100KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Спектр ВП ЭПР глины после обжига в течение 1 ч при 900C и диаграмма сверхтонких взаимодействий ионов Mn2+. В нижней части рисунка представлены значения g-фактора и константы СТВ, a.

Скачать (81KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024