Научные стремления 2011-1

УДК 539.197

А.Г. Войтехович

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ NI – И Cr − ПОКРЫТИЙ,

СОДЕРЖАЩИХ УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

Белорусский государственный технологический университет, Минск

Введение. Новейшие разработки в области обработки поверхности материалов связаны с применением нанотехнологий и наноматериалов. В перечень основных областей применения нанотехнологий входят топливные элементы и устройства хранения энергии; нанохимия, нанесение покрытий, электрохимия.

Одним из современных и наиболее интенсивно развивающихся направлений в области модификации поверхности конструкционных материалов является нанесение на различные основы композиционных электролитических покрытий (КЭП), показывающих высокие физикомеханические и электрохимические свойства [1]. Особое внимание в этом направлении уделяется углеродным наноматериалам (УНМ), которые при введении в состав КЭП значительно влияют на триботехнические, защитные и электролитические свойства покрытий [2]. По сравнению с практическим применением значительно в меньшей степени исследована структура и состав композиционных материалов, содержащих УНМ.

Целью данной работы было получение Ni –, Cr – КЭП, содержащих УНМ, на стали Ст3, исследование их фазового и элементного состава, структуры, а также влияние УНМ на структуру сформированных композитов.

Материалы и методы исследования. Ni – и Cr – КЭП, содержащие УНМ, синтезировались путем электролитического осаждения на сталь Ст3 гальванического никеля и хрома, соответственно, толщиной ~10 – 30 мкм из стандартного электролита Уоттса с кислотностью 4 – 5 рН при плотностях тока 3 – 5 А / дм2 и температурах 50 – 60 0С. В качестве инертной фазы Ni – , Cr – КЭП, содержащих УНМ, использовались наноматериалы насыпной плотностью до 0,8 г / см3, содержащие аморфный углерод (не менее 59 весовых %), углеродные нановолокны и многостенные углеродные нанотрубки диаметром 20

– 80 нм и длиной 1 – 15 мкм, полученные из метано-воздушной смеси в плазме высоковольтного разряда при атмосферном давлении в присутствии катализаторов [2].

Морфология сформированных покрытий и их элементный состав определялись методами рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и растровой электронной микроскопии (РЭМ) с помощью сканирующего электронного микроскопа LEO-1455VP. Фазовый состав полученных покрытий исследовался методом рентгеноструктурного анализа (РСА) при помощи дифрактометра ДРОН-3.0. Элементный состав поверхности синтезированных КЭП Ni – УНМ определялся методом Оже-электронной спектроскопии (ОЭС), при этом использовался сканирующий микрозонд установки PHI-660 фирмы

801

Perkin Elmer. Для определения пористости КЭП применялся метод наложения пропитанной раствором специального состава фильтровальной бумаги на поверхность покрытий. После снятия бумагу с отпечатками пор в виде точек или пятен промывали дистиллированной воды и просушивали. Оставшиеся на бумаге пятна подсчитывали.

Результаты исследования и их обсуждение. Установлено, что гальванические Ni – , Cr – КЭП, содержащие УНМ, состоят из фазы α – Ni и α – Cr, соответственно, с ОЦК структурой [2]. Углерод присутствует в металлической матрице никеля и хрома в виде отдельных включений.

Показано [3], что поверхность покрытий имеет нанопористый характер (рисунок 1). УНМ в КЭП представляют собой совокупность частиц углерода различной формы и размера, что, по-видимому, связано с неравновесными процессами, происходящими при формировании данного типа КЭП.

Рисунок 1 - РЭМ изображение поверхности (а) и распределение характеристического рентгеновского излучения Ni, Fe, C (б) вдоль линии АВ для КЭП Ni – УНМ

Проведенные исследования [3] выявили закономерности кинетики роста КЭП покрытий никеля, содержащих УНМ.

Рисунок 2 - РЭМ изображение поперечного шлифа (а) и распределение характеристического рентгеновского излучения Ni и С (б) вдоль линии АВ для Ni – КЭП с УНМ на Ст3

802

Во время осаждения никеля наночастицы углерода препятствуют равномерному росту слоя никеля (рисунок 2), который, не взаимодействуя с углеродом, огибает их в процессе роста. В результате сформированное покрытие имеет неравномерную толщину, достигая максимального значения в местах наибольшего содержания углерода в покрытии.

Структура Ni − УНМ покрытий имеет ярко выраженный неоднородный характер распределения Ni − компоненты по толщине [3]. При этом установлено, что никель не взаимодействуют с углеродом. Углерод присутствует в Ni − матрице в виде мелкодисперсных включений.

В результате ОЭС исследований поверхностных слоев (толщиной ~ 0,5 мкм) сформированных Ni − УНМ покрытий (рисунок 3) определено содержание углерода 22 ат. %.

Поверхность полученных Cr – КЭП, содержащих УНМ, имеет ярко выраженный глобулярный равномерный характер [4], что связано с ориентированным направлением роста структурных элементов покрытий в процессе их формирования. Сформированные композиты содержат поры в количестве от 40 до 4 пор / см2 в зависимости от концентрации УНМ.

По всей поверхности покрытия Cr – КЭП с УНМ наблюдается достаточно равномерное распределение углеродных частиц поверхности (рисунок 4). Наиболее высокое содержание углеродных частиц наблюдается по периметру глобул.

Рисунок 4 - РЭМ изображения поверхности (а) и рентгеновского излучения Cr и C вдоль линии АВ (б) для Cr – КЭП с УНМ

803

Заключение. Структура содержащих УНМ Ni − и Cr – КЭП, осажденных на сталь Ст3, имеет неоднородный характер распределения Ni − и Cr – компоненты, соответственно, по толщине покрытия. Углерод представляет собой мелкодисперсные включения в Ni − и Cr – матрице. Поверхность покрытий имеет нанопористый характер. В поверхностных слоях (толщиной ~ 0,5 мкм) сформированных покрытий Ni − КЭП концентрация углерода составляет 22 ат. %. Cr – КЭП, содержащие УНМ, имеют ярко выраженную равномерную глобулярную структуру. Сформированные композиты содержат поры в количестве от 40 до 4 пор / см2 в зависимости от концентрации УНМ. Увеличение содержания УНМ в Cr – КЭП приводит к уменьшению их пористости.

Литературные источники

1.Дроздович, В.Б. Коррозионные и триботехнические свойства хромовых покрытий, содержащих УНМ / В.Б. Дроздович [и др.] // Наноструктурные материалы – 2010: Беларусь- Россия-Украина (НАНО-2010): тезисы II Междунар. науч. конф., Киев, 19–22 окт. 2010 г. – Киев: Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, 2010. – С. 566.

2.Чаевский, В.В. Изучение состава и структуры Ni- и Crкомпозиционных электролитических покрытий, содержащих углеродные наноматериалы на стали / В.В. Чаевский, В.Б. Дроздович // Труды Белорус. гос. технол. ун-та. Сер. 6, Физ.-мат. науки и информатика. – 2010. – Вып. 18. – С. 96–98.

3.Войтехович, А.Г. Структура и электрохимические свойства композиционных электролитических Ni − покрытий, содержащих углеродные наноматериалы / А.Г. Войтехович // Респуб. научно-практ. молодежн. конф. с междунар. участием «Научные стремления – 2010», 1 – 3 ноября 2010г., Минск: сборник материалов конф. в 2 ч. – Мн.: «Беларуская навука», 2010. – Ч. 2. – С. 387–390.

4.Войтехович, А.Г. Влияние углеродных наноматериалов на структуру и механические свойства композиционных электролитических Cr − покрытий / А.Г. Войтехович // Междунар. форум учащейся и студенческой молодежи «Первый шаг в науку – 2011», 25 –29 апреля 2011г., Минск: сборник материалов – Мн.: «Беларуская навука», 2011. –

С. 723–725.

Voytehovich A.G.

CHARACTERISTIC FEATURES OF STRUCTURE FORMATION OF COMPOSITE ELECTROLYTHICAL Ni − AND Cr − COATINGS WITH CARBON NANOMATERIALS

Belarussian State Technological University, Minsk

Summary

Composite Ni − and Cr − coatings with carbon nanomaterials (CNM) formed by galvanic method on mild steel. Composite Ni – and Cr − coatings with CNM contain separately obtained cubic α-Ni α-Cr phase accordingly. Such coatings contain separate carbon elements in metal matrix. The surface of coatings consists of carbon nanotubes. The surface layer of Ni – coatings with CNM contains 22 at. % C. Porosity of coatings with CNM decreases while increasing of Cr in composite Cr − coatings.

804

УДК 630.187.1:630.425

Д.С. Владыкина 1, А.В. Саморядов 2 , Г.В. Малаховская 1, Е.С. Марук 1, С.А. Ламоткин 1,2

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ТЕРПЕНОИДОВ МОЖЖЕВЕЛОВЫХ МАСЕЛ, РЕАЛИЗУЕМЫХ В АПТЕЧНОЙ СЕТИ г.

МИНСКА.

1Белорусский государственный технологический университет, Минск

2Белорусский государственный экономический университет, Минск

Введение. Человечество знакомо с достоинствами эфирных масел уже более 6000 лет. Изучены свойства эфирных масел около 5000 растений. Среди них для коммерческого использования пригодны около 300, причем около 100 видов эфирных масел являются промышленно важными, остальные хоть и производятся, однако их применение является эпизодическим [1].

Следует отметить, что в настоящее время в мире наблюдается огромный спрос на сырье лекарственных растений. Мир переживает бум «натуральных продуктов», наступает век фитотерапии. Особенно стремительный интерес к использованию лекарственных растений в фарминдустрии наблюдается в США, Канаде, Германии и Японии – в странах с относительно узким естественным биоразнообразием природных растительных ресурсов [2].

Широкое признание получили «нутрацевтические» продукты медицинского и оздоровительного назначения. Установлено, что выделяемые фитонциды, в том числе и эфирные масла способны регулировать сердечный тонус, снижать кровяное давление, могут служить для профилактики и лечения атеросклероза, ревматических и аллергических заболеваний, бронхитов, а также снижению почечных и печеночных коликов [3].

Одним из ценных сырьевых ресурсов обладающим высокой биологической активностью является эфирное масло можжевельника. Можжевеловое эфирное масло получают из различных частей двудомного вечнозеленого растения из семейства кипарисовых (Cupressaceae). Шишкоягоды содержат эфирное масло, в состав которого входят терпены (камфен, кадинен, терпинеол, борнеол, пинен и др.), сахара, красящие вещества, органические кислоты (муравьиная, уксусная, яблочная), смолы, а также микроэлементы марганец, железо, медь, алюминий.

Полученное из незрелых плодов эфирное масло используют для производства иммерсионного масла, необходимого при микроскопических исследованиях, а также для изготовления освежающих эссенций. Эфирное масло из хвои обладает сильными дезинфицирующими свойствами, рекомендуется как наружное болеутоляющее и отвлекающее средство.

Ароматерапия взяла на заметку полезные свойства можжевельника. Вопервых, оно прекрасно тонизирует и слегка возбуждает нервную систему. Вовторых, усиливает выработку различных секретов тела, в том числе и пищеварительного тракта. В-третьих, является прекрасным антисептиком для мочеполовой системы, крови, легких.

805

Высокая стоимость, трудоемкость производства и широкое использование в промышленности приводит к тому, что в продаже наряду с качественными эфирными маслами очень часто встречаются фальсифицированные эфирные масла, применение которых может вызвать негативные последствия для здоровья человека, могут вызывать сыпи и раздражения кожи. Растворители в них могут причинять интенсивные аллергические реакции [1].

Увеличение числа фальсифицированных эфирных масел в продаже выявляет необходимость проверки их качества. Должное качество продукции достигается при достаточно строгом компонентном составе, в связи с чем, целью данной работы было изучение терпеноидного состава и стабильности качественных характеристик эфирных масел, реализуемых в розничной и аптечной сети г. Минска.

Материалы и методы исследования. В качестве объекта для анализа были выбраны следующие эфирные масла из ягод можжевельника (Juniperus communis L.): Лекус, 2007 (Россия) – 1; Botanika, 2008 (Россия) – 2; Биаск, 2008 (Россия) – 3; Botanika, 2009 (Россия) – 4; Vivasan, (Швейцария) – 5.

Для контроля качества эфирных масел классическими являются 2 метода: хроматографический метод и метод определения показателя рефракции при 20 0С, который является интегральным, поскольку дает усредненную характеристику отдельным компонентам. По соответствию этого показателя данным нормативных документов определяется качество эфирных масел при выпуске с производства.

Показатель преломления жидкостей определяли на рефрактометре типа ИРФ-22. Анализ состава масел осуществляли методом газо-жидкостной хроматографии на хроматографе Кристалл 5000.1 с использованием кварцевой капиллярной колонки длиной 60 м с нанесенной фазой – 100%-ым диметилсилоксаном. Условия хроматографирования: изотермический режим при 70°С в течении 20 мин, затем программированный подъем температуры со скоростью 2°С/мин до 150 °С с выдержкой при конечной температуре 40 мин. Температура испарителя 250°С. Идентификацию отдельных компонентов проводили с использованием эталонных соединений, а также на основании известных литературных данных по индексам удерживания.

Результаты и обсуждение. Хроматографирование эфирного масла в таком режиме позволяет обеспечить наиболее полное разделение и выявить в составе эфирного масла все компоненты с содержанием выше 0.01%, что вполне достаточно для экспертной работы [4].

Индивидуальный состав терпенов и их кислородсодержащих производных в эфирных маслах можжевельника не отличался разнообразием и оставался стабильным (таблица 1). Количество идентифицированных соединений в проанализированных образцах эфирного масла составило 44 компонента, общий вклад которых составляет порядка 92%. В таблице 1 представлены экспериментально полученные данные по химическому составу и

806

оптической плотности эфирного масла можжевельника из ягод и данные международного стандарта ISO 8897:2010 для можжевелового масла.

Таблица 1 - Химический состав (масс.%) и показатель рефракции при 20 0С эфирного масла можжевельника из ягод

Помимо указанных в таблице 1, в образцах в значительном количестве обнаружены также: сантен, трициклен, α-туйен, α-фенхен, камфен, α- фелландрен, 3-карен, α-терпинен, n-цимол, β-фелландрен, γ-терпинен, терпинолен, линалоол, фенхол, камфара, β-терпинолен, борнеол, 1,8-цименол, α-терпинеол, метилтимол, линолилацетат, α-терпинеолацетат, α-кубебен, α- копаен, β-элемен, β-бисаболен.

Из представленных в таблице данных видно, что эфирные масла можжевельника разных производителей не идентичны друг другу по составу. Следует отметить, что по интегральной характеристике эфирное масло можжевельника всех производителей соответствует стандарту ISO 8897:2010, а по количественному содержанию основных компонентов существенно отличаются от данных стандарта.

Обращает на себя внимание существенные различия в содержании таких компонентов эфирного масла можжевельника как: α-пинен, сабинен, β-пинен, мирцен, терпинен-4-ол, борнилацетат. Так по содержанию α-пинена все исследуемые масла, кроме образца 5, превышают стандартные значения в 2 и более раз. Рассматривая вклад сабинена, также следует заметить, что за исключением образца швейцарской фирмы, содержание данного компонента меньше эталонных значений в 30 и более раз. Особо хотелось бы отметить образец номер 1 (Лекус, 2007) с содержанием борнилацетата превышающим рекомендуемые значения в 42 раза.

Из исследуемых образцов эфирных масел из ягод можжевельника единственным соответствующим международному стандарту является образец номер 5 (Vivasan). Все остальные эфирные масла можжевельника соответсвуют стандарту только по содержанию лимонена и борнилацетата.

Заключение. Таким образом, изучив состав эфирных масел разных производителей, были установлены существенные расхождения в

807

количественном составе одноименных масел, а также отмечены различия в продукции одного производителя в различные годы поставок.

Большинство исследованных эфирных масел можжевельника по содержанию основных компонентов не соответствуют требованиям международного стандарта ISO 8897:2010. Следовательно, интегральная характеристика (оптическая плотность), которая используется для контроля качества, не дает достоверных результатов о качестве и натуральности эфирных масел.

Отмеченные отклонения химического состава от рекомендованных позволяют сделать предположение о фальсификации указанных эфирных масел можжевельника, кроме Vivasan (Швейцария), которое полностью соответствует стандарту и может иметь на упаковке наименование 100% натуральное эфирное масло. Другие рассмотренные эфирные масла, заявленные как 100% натуральные эфирные масла из ягод можжевельника обыкновенного, предположительно фальсифицированы маслом из хвои или ягод других подходящих видов можжевельника, а также других хвойных (сосен). В этом случае, как и наблюдалось, оно содержит большое количество (более 60%) α- пинена.

Литературные источники

1.Гуринович, Л. К. Эфирные масла: химия, технология, анализ и применение. / Л. К. Гуринович, Т. В. Пучкова. – М.: Школа Косметических Химиков, 2005. – 192 с.

2.Жученко А.А. Адаптивная система селекции растений (эколого-генетические аспекты). I том, Москва.: РУДН, 2001. 1480 с.

3.Уваровская Д.К. Эфирные масла дальневосточных видов рода Juniperus L. (содержание, состав, использование): автореф. дис. ... канд. биол. наук : 03.00.32. - M, 2008.

4.Определение состава эфирного масла с помощью газовой хроматографии/массспектрометрии при использовании колонки с программируемой температурой / Socaci S. A. [et al.] // Bul. Univ. Agr. Sci. and Vet. Med., Cluj-Napoca. Agr. – 2008. – Vol. 65, № 2. – С. 486– 488

D.S. Vladykina 1, A.V. Samoradov 2, G.V. Malahovskaya 1, E.S. Maruk 1, S.A. Lamotkin 1, 2

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE TERPENOID CONTENT OF

THE JUNIPER OILS SOLD IN A PHARMACEUTICAL NET OF MINSK.

1Belarusian State Technological University, Minsk

2 Belarusian State Economical University, Minsk

Summary

Comparative analysis of quality of essential oils from juniper berry of 4 producers is carried out. Quality evaluation of oils was analyzed by refractive index and terpenoids composition. Essential deflections in content of essential oils from the standard in 4 samples were defined by the chromatography method. The impossibility of naturalness assessment of essential oils by refractive index is shown.

808

УДК 91:004 (043.3)

А.В. Гончарова

СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦОННО-СПРАВОЧНОЙ ГИС «РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ДИНАМИКА ЗЕМЕЛЬНОГО ФОНДА

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ»

Белорусский государственный университет, Минск

Актуальность. Вопросы, касающиеся распределения и динамики земельного фонда Беларуси, вызывают большой интерес в последнее время в связи с необходимостью рационального использования земель. Анализируя результаты мониторинга земельного фонда за достаточно длинный промежуток времени, мы можем экстраполировать полученные тенденции на будущее и охарактеризовать прогноз изменения земельных ресурсов. Интеграция полученных данных в геоинформационную систему позволяет упростить работу с большим объемом информации и представить данные в виде наглядных картографических материалов.

Целью данного проекта является внедрение данных государственного земельного кадастра Республики Беларусь в геоинформационную систему. Исходя из поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

–автоматизация данных и пространственная привязка для удобства использования;

–формирование статистической отчетности о состоянии и использовании земельных ресурсов;

–формирование запросов для поиска необходимых данных;

–ведение учета земель в разрезе административных районов по видам земель и землепользователям.

Методологическую основу работы составили научные труды в области земельного кадастра и геоинформатики. Материалы о наличии и распределении земель (2006, 2010, 2011 гг.) предоставлены электронными ресурсами Государственного комитета по имуществу Республики Беларусь (gki.gov.by, nca.by). В работе использованы общие и частные методы исследования: системный анализ изучаемых данных и результатов, индукция, обобщение, прогнозирование, синтез, ГИС-анализ и ГИС-картографирование.

Выполнение проекта включило четыре основных этапа. Первый этап заключался в подготовке атрибутивных данных. Были проанализированы исходные материалы, проделан их отбор, обобщение, систематизация и структурирование в форме таблиц MS Excel, интегрированных в базу данных MS Access (рисунок 1). На втором этапе производилась подготовка векторных данных. Информация земельного кадастра представлена в разрезе административных районов и городов областного подчинения, поэтому был создан единый шэйпфайл, включающий все объекты. Третий этап включил соединение пространственных и атрибутивных данных. На заключительном

809

этапе производилась визуализация данных по запросам в форме таблиц, картосхем и картограмм.

Рисунок 1 - Таблица видов земель в разрезе административных районов в базе данных Access

Наиболее актуальными являются картограммы доли сельскохозяйственных и лесных земель (рисунок 2), картосхемы распределения по землепользователям. Они позволяют выделить особенности, которые незаметные при изучении табличных данных, и соединить несколько атрибутов (например, показать районы, где доля сельскохозяйственных земель и сельскохозяйственных организаций более 50%).

Анализ динамики земельного фонда выявил основные тенденции изменения площади земель по видам их использования:

1)постепенное сокращение площади сельскохозяйственных, в том числе пахотных земель;

2)устойчивый рост площадей лесных земель и земель, покрытых древесно-кустарниковой растительностью;

3)очень медленный рост количества земель под водными объектами и земель под дорогами и иными транспортными;

4)постепенное сокращение количества нарушенных, а также неиспользуемых и других земель.

810