FRINGE CLASS在生物陶瓷材料检测中的应用

XRD在羟基磷灰石检测中是一种重要的表征工具，可以提供关于羟基磷灰石样品的相组成、结晶性质、质量控制和品质评估以及相变和热行为等方面的信息。这些信息对于羟基磷灰石的制备、表征和应用具有重要意义。本实验采用苏州浪声科学仪器有限公司的界FRINGE CLASS桌面式X射线衍射仪，对某公司提供的生物陶瓷材料进行检测分析，采集样本的衍射图谱，对其进行晶相分析。LANScientific 浪声苏州浪声科学仪器有限公司 FRINGE CLASS 在生物陶瓷材料检测中的应用 羟基磷灰石简介 羟基磷灰石的化学分子式为 Ca1o(PO4)6(OH)2简称为 HAP， 是应用最为 广泛的磷酸钙盐结晶相。磷酸钙盐是脊椎动物骨骼和牙齿的主要矿物成分，在磷酸钙盐中，羟基磷灰石是体液中磷酸钙盐热力学最稳定的结晶相，与 人类骨骼和牙齿的矿物部分最为相似。羟基磷灰石中钙元素和磷元素之比 受合成方式影响，钙磷比不固定其组成也比较复杂。 HAP 具有较高的比表面积，较强的吸水释水能力和空气中的吸湿能力。羟基磷灰石密度为 3.16g/cm²，比表面积为26m²/g，溶度积常数 Ksp(25℃)=(6.3±2.1)×10-59，呈弱碱性(pH=7-9)， 难溶于碱易溶于酸。羟 基磷灰石晶体属于六方晶系结构，属于 P63/m 空间群，晶胞参数 a=b=0.943nm， c=0.688nm。 羟基磷灰石的应用 羟基磷灰石由于其独特的物理和化学结构，在以下领域有着广泛的应 用： (1)在污水治理方面的应用； (2)在污染土壤修复中的应用； (3)在医学方面的应用； (4)其他方面的应用。 羟基磷灰石的主要合成方法 羟基磷灰石的主要合成方法分为干法和湿法。 干法： HAP 的干法制备是选取精细研磨的前驱体进行混合，然后对混合前驱 体进行热处理的制备方式。干法制备为了保证混合物可以完全反应，要求 混合物是完全均匀的。最终生成物的纯度取决于准备过程中的精确称量，务必使混合物可以完全反应掉。因此干法制备对于反应物的纯度和剂量都 有着很严格的要求，这些可变因素可能会限制最终化合物的生成。 Tromel 等人通过在1050℃环境中煅烧磷酸钙和氧化钙混合物，确定了 形成 HAP 的最佳条件。使用干法制备优点是生成产物的结晶度 一 般较好，但干法需要相对较高的温度，这可能会影响生成物的孔隙率。 2、湿法： 湿法制备由于操作简单而被广泛使用，其中主要包括化学共沉淀法。乳化法、水解法、溶胶-凝胶法和水热法等制备方法。湿法制备可以较好控 制生成 HAP 的结构和形态，提高 HAP 的产率。 湿法制备可以在水或者其他有机溶剂中进行，可以添加各种催化剂并 且适用于多种装置。湿法制备对反应环境要求比较低，适用于室温常压环 境。湿法的主要缺点生成物有时生成物纯度不够和结晶度较低，生成物可 能存在其他磷酸盐结晶。 (1)共沉淀法 共沉淀法是制备 HAP最直接、最经常使用的方法。化学反应过程由反 应物中的磷酸根 (PO3)离子和钙离子(Ca²+)共同反应生成HAP。 根据磷酸根和钙离子的来源不同，共沉淀法的条件是可变的，但通常 反应条件 pH 值在3-12、温度为室温到100℃。共沉淀法可以使用反应模板 使生成物满足特定需求。 (2)水热法 水热法合成 HAP 晶体技术目前已经非常成熟，该反应过程发生在高温 高压的密闭环境中，以水或有机溶液为反应介质使原本难溶物质溶解并重 新结晶。仇满德等人对不同钙源在水热体系下合成 HAP晶体做了系统研究，研究发现钙源对生成的形貌有很大影响，使用碳酸钙和氢氧化钙可制得类 似于球状结构的纳米 HAP 而使用氯化钙和硝酸钙所制得的 HAP 为短棒状。 (3)微乳液法 乳液法制备 HAP 的优点是可以精确控制晶粒尺寸的形态和分布，较好 避免形成颗粒的聚团问题。 W.Y.Zhou 等人使用纳米乳液技术合成碳酸羟基磷灰石纳米球可用于生 产复合医用组织支架。 (4)溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是将无机盐类或醇盐在溶液中水解或醇解随后使溶质聚合 胶化生成溶胶，然后将溶胶脱水生成凝胶，最后将碳胶烘干煅烧。目前溶 胶-凝胶法还无法大规模生产，主要缺陷有两个方面： ①常用醇盐材料成本较高；②合成过程精细通常耗费较多时间。Jingdi Chen 等人通过简单的溶胶-凝胶方法制备羟基磷灰石(HAP)、、β-磷酸三 钙(β-TCP)和双相磷酸钙 (BCP)纳米晶粉末。 检测案例 XRD 在羟基磷灰石检测中是一种重要的表征 工 具，可以提供关于羟基 磷灰石样品的相组成、结晶性质、质量控制和品质评估以及相变和热行为 等方面的信息。这些信息对于羟基磷灰石的制备、表征和应用具有重要意 义。 本实验采用苏州浪声科学仪器有限公司的界 FRINGE CLASS 桌面式X 射线衍射仪，对某公司提供的生物陶瓷材料进行检测分析，采集样本的衍 射图谱，对其进行晶相分析。四种生物陶瓷材料分别标记为 HA-标样，HA-K01220201， β-TCP-标样，β-TCP。 1.样品/制样 2.测试设置 TLANScientific 3.测试结果 编号 物相 化学式 PDF卡片 HA-标样 羟基磷灰石 Caj(PO)(OH) 01-074-0565 HA-K01220201 羟基磷灰石 Caj(PO_)(OH) 01-074-0565 B-TCP-标样 磷酸三钙 Ca，(PO) 00-055-0898 B-TCP 磷酸三钙 Ca，(PO) 00-055-0898 4.结果展示 HA-标样的物相鉴定 HA-K01220201 的物相鉴定 B-TCP-标样的物相鉴定 B-TCP 的物相鉴定 结论 生物陶瓷材料编号 HA-标样、HA-K01220201 均为单 一 的纯物相羟基磷 灰石。编号β-TCP-标样和 β -TCP 均为单 一 的纯物相磷酸三钙。