Vigasin AA, Volkov AA, Tichonow VI, Shelushkin R.V.
W pracy wykazano, że adsorpcja pary wodnej w normalnych warunkach umożliwia rozróżnienie cząsteczek wody ze względu na ich stan spinowy. Próbki wzbogacone w orto- lub para-spinowe izomery wody mogą pozostawać w fazie skondensowanej przez długi czas bez ulegania spontanicznej konwersji spinu. Wykazano, że nierównowaga w zakresie modyfikacji spinowych wody w atmosferze może prowadzić do zauważalnej zmiany jej charakterystyk radiacyjnych.
Wpływ spin-selektywnej adsorpcji pary wodnej na powierzchni tlenku glinu odkryto około 10 lat temu (patrz np. ). B pokazuje, że efekt ten można wykorzystać do rozdzielenia izomerów spinu w wodzie metodą frontalnej chromatografii. Równoległa orientacja spinów wodoru w cząsteczce wody wprowadza go w stan orto-modyfikacji, a orientacja antyrównoległa w stan para-modyfikacji. Stosunek wag statystycznych dla stanów orto i para wynosi 3, dlatego w równowadze pary wodnej w warunkach normalnych zawartość orto-izomerów jest 3 razy wyższa niż zawartość para-izomerów. Ponieważ przejścia między stanami orto i para cząsteczki są zabronione, para wodna jest zasadniczo mieszaniną niezależnych frakcji orto i para. Artykuł opisuje eksperyment laboratoryjny, w którym uzyskuje się co najmniej trzykrotną zmianę równowagowego stosunku orto/para 3:1 w parze wodnej na drodze adsorpcji selektywnej spinowo. Zaproponowano jakościowe wyjaśnienie obserwowanego zjawiska i pokazano, że naruszenie stosunku orto-para w warunkach rzeczywistej atmosfery może prowadzić do zauważalnych zmian jego charakterystyk radiacyjnych.
Ideą eksperymentu jest próba zaobserwowania naruszenia orto-para-równowagi w wodzie w wyniku jej oddziaływania z adsorbentem poprzez ciągłe monitorowanie natężenia orto- i para-linii widmowych widma rotacyjnego cząsteczka wody. Jako sondę wybrano parę blisko rozmieszczonych intensywnych orto- i paralinii należących do rotacyjnej części widma, dogodnych do rejestracji (rys. 1). Mieszaninę pary wodnej z azotem jako gazem nośnym powoli przepuszczano przez kolumnę adsorpcyjną wypełnioną porowatym węglem. Gaz opuszczający kolumnę kierowano do ogniwa sprzężonego z submilimetrowym spektrometrem BWO. W kuwecie mieszaninę roboczą sondowano przy częstotliwościach 30-40 cm -1 wiązką przestrajalnego częstotliwościowo promieniowania monochromatycznego. W trybie odcinkowo-ciągłym z prędkością 10 punktów/s, rozdzielczością 0,0003 cm -1 i okresowością 1 min rejestrowano współczynnik transmisji warstwy gazowej i przedstawiono wzór orto-para-dubletu Zaobserwowano rys. 1. 2. Stwierdzono, że podczas przechodzenia pary wodnej przez adsorbent następuje regularna i powtarzalna redystrybucja natężeń linii. Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w naszym eksperymencie nie przekroczyło 1 Top, co pozwoliło pominąć poszerzenie Dopplera i uwzględnić tylko poszerzenie kolizyjne. Założono, że obserwowane linie mają kształt lorentzowski z odpowiednio integralnymi intensywnościami i szerokościami połówkowymi, S ort i S par oraz g ort i g par . Suma dwóch konturów Lorentza wpasowała się w zmierzone linie w czasie rzeczywistym, co dało ujęcie ilościowe zmiany całkowitych natężeń linii orto i para oraz, odpowiednio, wymagany stosunek orto/para w parze wodnej.
Wynikową postać relacji w zależności od czasu pokazano na ryc. 3. Jak widać, cząsteczki orto-wody mają większą ruchliwość w filtrze węglowym. Z tego powodu w procesie dyfuzji przez adsorbent początkowe porcje pary wodnej zostały wzbogacone w ortocząsteczki, a kolejne porcje wzbogacono w paracząsteczki. Wzbogacone w orto i para porcje pary wodnej pobierano z przepływu w odpowiednich punktach czasowych i zamrażano przy użyciu pułapki azotowej. Zgromadzone w ten sposób próbki wody modyfikowanej wirowaniem do objętości 50 ml przechowywano w domowej lodówce. Po pewnym czasie rozmrażano je i poddawano wielokrotnej analizie spektralnej pod kątem zawartości orto-para. Woda wzbogacona w modyfikacje orto- lub para, która była w fazie stałej i ciekłej, ponownie wykazywała odmienny od równowagowego stosunek orto/para. Czas życia modyfikacji szacowany jest na kilkadziesiąt minut dla wody w stanie ciekłym i miesiące dla lodu. Odkryliśmy również, że oprócz węgla wiele innych substancji o rozwiniętej powierzchni, takich jak zeolity, żel krzemionkowy itp., może działać jako modyfikatory spinu wody.
Jakościowy model procesu adsorpcji spin-selektywnej można przedstawić w następujący sposób. Niech całkowita liczba cząsteczek pary wodnej wynosi N0, z czego N 0 ort są w stanach orto i N 0 par w stanach para, tak że N 0 ort +N 0 par =N 0 Jeśli założymy, że szybkości adsorpcji i desorpcji frakcje spinowe są różne i nie ma między nimi wzajemnej konwersji ani w fazie gazowej ani na powierzchni, to proces dyfuzji można opisać następującym układem równań:
które muszą spełniać początkowe warunki równowagi termodynamicznej. Stąd dla relacji N ort /N par mamy
Korzystając z tego rozwiązania można opisać dane eksperymentalne (rys. 3), wyznaczając stałe szybkości adsorpcji i desorpcji metodą najmniejszych kwadratów. Uważamy, że w początkowym momencie stosunek N 0 ort /N 0 par = 3. Dopasowanie teorii do eksperymentu daje w jednostkach względnych: k ort a =0,9; kort d = 0,08; kpar a = 3,5; k par d = 0,5. Można zauważyć, że stałe kinetyczne dla cząsteczek para są 3–6 razy wyższe niż dla cząsteczek orto. Poniżej można zasugerować jako możliwe wyjaśnienie tej różnicy. W przypadku gazu rozrzedzonego desorpcję cząsteczki z powierzchni można uznać za proces jednocząsteczkowy [3]. Oznacza to, że cząsteczka ulega desorbcji, gdy energia przekraczająca energię oderwania od powierzchni jest skoncentrowana na zrywanym wiązaniu. Odpowiednią stałą szybkości można przedstawić jako: k=(v*W)/Q, tutaj v to szybkość aktywacji, W to liczba stanów o energii powyżej progu dysocjacji, Q to kwantowa funkcja podziału. Głównym źródłem nadmiaru energii wewnętrznej jest energia drgań międzycząsteczkowych, która jest niezależna od stanu spinowego zaadsorbowanej cząsteczki, stąd można przyjąć, że liczba stanów W jest niezależna od modyfikacji spinowej. Wręcz przeciwnie, funkcja podziału może obejmować składnik rotacyjny pod warunkiem, że zaadsorbowana cząsteczka wykonuje powolną lub swobodną rotację jako część kompleksu cząsteczka-powierzchnia. Dlatego można oczekiwać, że stosunek stałych desorpcji będzie się różnić o współczynnik 3: k ort d /k par d =1/3
Aby scharakteryzować różnicę w stałych adsorpcji, wprowadzamy stałą równowagi K eq , która oczywiście równa się K eq =ka /k d =(Q H2O *Q surf)/Q ads . Tutaj Q H2O , Q surf i Q ads są funkcjami podziału odpowiednio cząsteczki wody, powierzchni i kompleksu cząsteczka-powierzchnia. Przy założeniu, że 
, możemy wywnioskować, że stosunek k ort a /k par a musi wynosić 1/3. Jeśli przyjmiemy podobne stosunki dla stałych szybkości adsorpcji i desorpcji, nie jest trudno przybliżyć zależność eksperymentalną pokazaną na rys. 3 w rejonie stosunku orto/para przekraczającego równowagę
Okazuje się jednak niemożliwe opisanie późniejszego nadmiaru zawartości pary frakcji nad frakcją orto. Aby ten opis był kompletny, należy przyjąć, że w rzeczywistości stosunek stałych adsorpcji k ort a /k par a nie wynosi 1/3 = 0,333(3), ale wynosi około 0,5-0,7. Jak pokazano na ryc. 3, przy tym założeniu możliwe jest dokładne oddanie jakościowego przebiegu obserwowanej kinetyki stosunku orto/para. Na podstawie przeprowadzonego eksperymentu i zaproponowanego modelu można przyjąć, że nierównowagowy rozdział wody na izomery orto- i para-spinowe występuje naturalnie w różnych procesach naturalnych - w organizmach żywych i środowisku. W szczególności możliwe jest, że w atmosferze występują długotrwałe naruszenia wahań stosunku orto/para 3:1.
Para wodna w atmosferze znajduje się stale w warunkach niestacjonarnych, doświadczając kondensacji i parowania w objętości powietrza na cząstkach aerozolu w zanieczyszczeniach, w chmurach i na powierzchni ziemi. Można więc oczekiwać, że w pewnych warunkach w procesie przemian kinetycznych zostanie naruszony stosunek równowagowy modyfikacji spinowych w parze wodnej. Interesujące jest oszacowanie, w jakim stopniu to naruszenie może wpłynąć na funkcję transmisji atmosferycznej. Jeśli zmiany w transmisji atmosferycznej przy zaburzonym składzie spinu okażą się znaczące, będzie to oznaczać, że modelowanie charakterystyki radiacyjnej atmosfery nie będzie możliwe bez szczegółowej znajomości prehistorii kinetycznej pary wodnej w atmosferze. W celu oceny tego efektu obliczyliśmy modelowe widmo transmisyjne warstwy pary wodnej w warunkach atmosferycznych na podstawie danych o parametrach linii pary wodnej zawartych w bazie HITRAN. Obliczenia wykonano dla obszaru widmowego w pobliżu 10 μm, w którym znajduje się maksimum krzywej promieniowania Plancka nagrzanej powierzchni Ziemi. Oprócz „równowagowego” współczynnika absorpcji a eq odpowiadającego przechodzeniu promieniowania przez warstwę pary wodnej o normalnym stosunku orto/para wynoszącym 3:1, obliczyliśmy „nierównowagowy” współczynnik absorpcji a neq odpowiadający zepsuty stosunek orto/para. Okazało się, że absorpcja na wybranych długościach fal oraz absorpcja całkowa na odcinku widma są zauważalnie wrażliwe na naruszenie równowagi orto/para. Łatwo wykazać, że w zależności od stopnia naruszenia składu spinu równowagi, współczynnik absorpcji pary wodnej znormalizowanej do wartości równowagi mieści się w ustalonych granicach, a mianowicie jest ograniczony regionem
gdzie x oznacza stosunek Nort /N par (patrz rys. 4). Środkowa linia pokazana na ryc. 4 linią przerywaną charakteryzuje nierównowagowy współczynnik absorpcji uśredniony dla obszaru zawierającego dużą liczbę losowo rozmieszczonych orto i para linii absorpcji.
Niniejsza praca wskazuje zatem na możliwość zerwania równowagi stosunku orto/para w wodzie w wyniku jej kontaktu z adsorbentem oraz zdolność metastabilnych modyfikacji orto i para do istnienia jako niezależnych substancji przez długi czas. Przyjmuje się założenie o możliwym naruszeniu stosunku orto/para w procesach naturalnych. Wykazano, że efekt naruszenia równowagi spinowej podczas kondensacji pary wodnej może mieć znaczenie dla propagacji promieniowania i bilansu promieniowania w atmosferze.
Praca ta została częściowo sfinansowana z grantu Rosyjskiej Fundacji Badań Podstawowych 02-05-64529
BIBLIOGRAFIA
- Konyukhov V.K., Tichonow V.I., Tichonowa T.I. //Proc. Gen. Fiz. Inst. 1990. V. 12. S. 208-215.
- Tichonow V.I., Volkov A.L. // Nauki ścisłe. 2002. V. 296. S. 2250.
- Kuzniecow N.M. Kinetyka reakcji monomolekularnych. M.: Nauka, 1982.
- Rothman L.S., Gamache R.R., Napiwki R.H. i in. // J. Quant. Widmo. Promieniowanie. przenosić. 1992. V. 48. P. 469-507.
adnotacja artykuł naukowy na temat nauk o Ziemi i pokrewnych nauk ekologicznych, autor pracy naukowej - Gibert K. K., Stechin Anatolij Aleksandrowicz, Yakovleva G. V., Sulina Yu S.
W pracy przeprowadzono eksperymentalną ocenę długotrwałych zmian strukturalnych i fizycznych powiązane fazy wodne w wodzie pitnej uzdatnionej w warunkach hipomagnetycznych zgodnie z technologią zapewniającą konwersję orto-para-izomerów wody w obecności trójtlenkowego katalizatora tlenowego. Zgodnie z wynikami pomiarów parametrów powstających w wodzie nanoasocjatów stwierdzono szereg prawidłowości pozwalających na określenie mechanizmów oddziaływania leczenie hipomagnetyczne na katalityczne właściwości wody i długotrwałą stabilność jej stanu aktywnego, co zapewnia długotrwałe utrzymanie wysokiej aktywności biologicznej wody pitnej. W szczególności, w warunkach przetwarzania hipomagnetycznego, gęstsze upakowanie amorficznego lodu VI tworzy się w składzie asocjatów nadtlenkowych, które służą jako rodzaj rezerwuaru gazów atmosferycznych. W takim zbiorniku realizowane są wyższe ciśnienia w porównaniu do normalnych warunków geofizycznych, co stymuluje reakcje w fazie gazowej z powstawaniem dimerów i trimerów tlenu występujących w dwóch elektronicznie aktywnych konfiguracjach o energiach wiązania 0,3 i ~ 0,2 eV, które zapewniają modulację fazową , w wyniku czego następuje kondensacja z środowisko dodatkowe elektrony na tlenie paramagnetycznym, co zapewnia długotrwałe utrzymanie pojemności elektronodonorowej wody i jej stanu nierównowagi elektrycznej.
Powiązane tematy prace naukowe z zakresu nauk o Ziemi i pokrewnych nauk o środowisku, autorem pracy naukowej jest Gibert K. K., Stekhin Anatoly Aleksandrovich, Yakovleva G. V., Sulina Yu. S.
-
Kierunek biologicznego działania wody pitnej
2015 / Gibert K. K., Karasev A. K., Marasanov A. V., Stechin Anatoly Alexandrovich, Yakovleva G. V. -
Jonorodnikowe formy tlenu - główny wskaźnik odzwierciedlający zdolność wody do donorów elektronów
2013 / O. W. Zatsepina, Anatolij Aleksandrowicz Stechin, G. W. Jakowlewa -
Żywotność hydrobiontów Daphnia magna w wodzie aktywowanej bezkontaktowo
2015 / Iksanova T. I., Stechin Anatoly Alexandrovich, Yakovleva G. V., Kamenetskaya D. B. -
Niedobór elektroniki jako możliwy czynnik ryzyka dla zdrowia
2014 / Rachmanin Jurij Anatolijewicz, Stechin Anatolij Aleksandrowicz, Jakowlewa Galina Wasiliewna -
Ocena jakości wody pitnej według wskaźników strukturalnych i energetycznych
2012 / Rakhmanin Yu.A., Stechin A.A., Yakovleva G.V. -
Badanie samoindukcji reaktywnych form tlenu w wodnych roztworach związków uranu
2013 / Gumenyuk Wasilij Iwanowicz, Kulinkowicz Aleksiej Wiktorowicz -
Nowy czynnik ryzyka dla zdrowia człowieka – niedobór elektronów w środowisku
2013 / Rakhmanin Yu.A., Stekhin A.A., Jakowlewa G.V., Tatarinov V.V. -
Cechy zmian parametrów elektrochemicznych wody aktywowanej strukturalnie naprężonym węglanem wapnia w postaci micelarnej
2013 / O. W. Zatsepina, Anatolij Aleksandrowicz Stechin, G. W. Jakowlewa, I. P. Pyanzina -
Charakterystyka strukturalna i energetyczna wód, ich rola w ekologii środowiska
2013 / Iwlew Lew Semenowicz, Reznikow Władimir Aleksandrowicz -
Skutki nielokalności kwantowej w procesach aktywacji wody
2014 / Olga W. Zatsepina, Anatolij A. Stechin, Galina W. Jakowlewa
Zachowanie właściwości donorów elektronów wody pitnej
W pracy dokonano doświadczalnej oceny długookresowych strukturalnych zmian fizycznych fazy wody towarzyszącej w wodzie pitnej uzdatnionej w warunkach hipomagnetycznych zgodnie z technologią zapewniającą retencję izomerów orto/para wody w obecności trypletu katalizatora tlen. Zgodnie z wynikami pomiarów parametrów powstających w wodzie nanoasocjatów stwierdzono szereg konsystencji, pozwalających na określenie mechanizmów wpływu obróbki hipomagnetycznej na właściwości katalityczne wody oraz długoterminową stabilność jej stanu aktywnego, że zapewnia długotrwałe utrzymanie wysokiej aktywności biologicznej wody pitnej. W szczególności w hipomagnetycznych warunkach obróbki powstaje gęstsze upakowanie lodu amorficznego VI w składzie nadtlenku asocjacyjnego, służącego jako rodzaj „zbiornika” gazów atmosferycznych. W takim „zbiorniku” wystąpiło wyższe niż w normalnych warunkach geofizycznych ciśnienie, które stymuluje reakcje fazy gazowej z powstawaniem dimerów i trimerów tlenu występujących w układach aktywnych 2elektronowo o energiach wiązania 0,3 eV i ~0,2 eV, zapewnienie modulacji fazowej, powodującej kondensację dodatkowych elektronów otoczenia na paramagnetycznym tlenie, co zapewnia długotrwałe utrzymanie zdolności wody do dostarczania elektronów i stanu nierównowagi elektrycznej.
Tekst pracy naukowej na temat „Zachowanie właściwości elektronodonorowych wody pitnej”
Badania eksperymentalne
Gibert K.K.1, Stekhin A.A.2, Jakowlewa G.V.2, Sulina Yu.S.1
OCHRONA WŁAŚCIWOŚCI WODY PITNEJ DODAWCY ELEKTRONÓW
1 LLC "AquaHelios", 630132, Nowosybirsk, ul. Omska, 94, Rosja; 2 FGBU Instytut Ekologii Człowieka i Higieny Środowiska. JAKIŚ. Sysina Ministerstwa Zdrowia Rosji, Moskwa, 119121, Moskwa, ul. Pogodinskaya, 10, Rosja
W pracy dokonano doświadczalnej oceny długookresowych zmian strukturalnych i fizycznych towarzyszącej fazy wodnej w wodzie pitnej uzdatnionej w warunkach hipomagnetycznych według technologii konwersji orto-para-izomerów wody w obecności katalizatora - tlenu tripletowego . Zgodnie z wynikami pomiarów parametrów powstających w wodzie nanoasocjatów stwierdzono szereg prawidłowości pozwalających na określenie mechanizmów wpływu obróbki hipomagnetycznej na właściwości katalityczne wody i długookresową stabilność jej stan aktywny, który zapewnia długotrwałe utrzymanie wysokiej aktywności biologicznej wody pitnej. W szczególności, w warunkach przetwarzania hipomagnetycznego, gęstsze upakowanie amorficznego lodu VI tworzy się w składzie asocjatów nadtlenkowych, które służą jako rodzaj rezerwuaru gazów atmosferycznych. W takim zbiorniku realizowane są wyższe ciśnienia w porównaniu do normalnych warunków geofizycznych, co stymuluje reakcje w fazie gazowej z powstawaniem dimerów i trimerów tlenu występujących w dwóch elektronicznie aktywnych konfiguracjach o energiach wiązania 0,3 i ~ 0,2 eV, które zapewniają modulację fazową , co powoduje kondensację dodatkowych elektronów z otoczenia na tlenie paramagnetycznym, co zapewnia długotrwałe utrzymanie pojemności elektronodonorowej wody i jej nierównowagi elektrycznej.
Słowa kluczowe: powiązana faza wodna; leczenie hipomagnetyczne; orto-parakonwersja izomerów wody.
Do cytowania: Higiena i warunki sanitarne. 2015; 94(3): 97-100.
Gibert K.K. 1, Stechin AA 2, Yakovleva G.V.2, Sulina Yu.S.1 UTRZYMYWANIE WŁAŚCIWOŚCI DOSTAWCY ELEKTRONU WODY PITNEJ
1 Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością „Akva Gelios”, Nowosybirsk, Federacja Rosyjska, 630132; 2A.N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health, Moskwa, Federacja Rosyjska, 119121
W pracy przeprowadzono eksperymentalną ocenę długookresowych zmian strukturalno – fizycznych fazy wody towarzyszącej w wodzie pitnej uzdatnionej w warunkach hipomagnetycznych zgodnie z technologią zapewniającą retencję izomerów orto/para wody w obecności katalizatora - tlen tripletowy. Zgodnie z wynikami pomiarów parametrów powstających w wodzie nanoasocjatów stwierdzono szereg konsystencji, pozwalających na określenie mechanizmów wpływu obróbki hipomagnetycznej na właściwości katalityczne wody i długoterminową stabilność jej stanu aktywnego. , który zapewnia długotrwałe utrzymanie wysokiej aktywności biologicznej wody pitnej. W szczególności w podmagnetycznych warunkach hipomagnetycznych obróbki powstaje gęstsze upakowanie lodu amorficznego - VI w składzie nadtlenku asocjacyjnego, służącego jako rodzaj „zbiornika” gazów atmosferycznych. W takim „zbiorniku” wystąpiło wyższe w porównaniu z normalnymi warunkami geofizycznymi ciśnienie, które stymuluje reakcje fazy gazowej z tworzeniem dimerów i trimerów tlenu występujących w konfiguracjach 2-elektronowo-aktywnych o energiach wiązania 0,3 eV i ~ 0,2 eV , zapewniając modulację fazową, w wyniku której dochodzi do kondensacji dodatkowych elektronów otoczenia na paramagnetycznym tlenie, co zapewnia długotrwałe utrzymanie zdolności elektronowo-donorowej wody i stanu nierównowagi elektrycznej.
Słowa kluczowe: fazowa obróbka hipomagnetyczna wody, konwersja orto/para izomerów wody Cytowanie: Gigiena i Sanitariya. 2015; 94(3): 97-100. (po rosyjsku)
Obecnym kierunkiem medycyny prewencyjnej ostatnich lat jest tworzenie narzędzi, które mają właściwości kompensowania negatywnego wpływu na zdrowie człowieka czynników środowiskowych, w tym stanów określanych jako niedobór elektroniki. Jednym z takich środków może być woda pitna, która po przetworzeniu w określonych warunkach technologicznych (obróbka fizyczna) nabiera właściwości przywracających właściwości elektronodonorowe.
Technologie te mają wady, z których najważniejszą jest niskie bezpieczeństwo
Do korespondencji: Anatolij Stechin, [e-mail chroniony]
Do korespondencji: Stekhin A.A., [e-mail chroniony]
zmniejszenie właściwości wody pitnej, co wynika z dość wysokich szybkości relaksacji metastabilnego stanu wody. Znane są jednak skutki wpływu deuteru diamagnetycznego na stan towarzyszącej fazy wodnej, które objawiają się wzrostem wartości frakcji fazowej w wodzie objętościowej wraz ze wzrostem stężenia deuteru, odzwierciedlającym rozluźnienie wpływ zanieczyszczeń spinowo czynnych w wodzie na anion - asocjaty krystaliczne. Jednocześnie aktywność biologiczna izomerów spinu jądrowego wody (izomerów orto i para) oraz ich wpływ na parametry związanej z nimi fazy wodnej są aktywnie dyskutowane w literaturze naukowej. Biorąc pod uwagę dane z badań teoretycznych, a Nowa technologia fizyczne uzdatnianie wody w warunkach hipomagnetycznych, umożliwiających
[higiena i warunki sanitarne 3/2015
nadając wodzie właściwości regenerujące, które utrzymują się przez długi czas.
W naturalnych warunkach geomagnetycznych stabilny stosunek izomerów orto-para w masie wody wynosi 1:3, co tłumaczy się zakazem wzajemnych przejść cząsteczek orto- i para-wody w wyniku oddziaływania kolizyjnego i radiacyjnego. Jednocześnie orto-woda, według , charakteryzuje się dużą lotnością, co pośrednio wskazuje, że znajduje się ona w przeważającej części w fazie wody swobodnej.
Rozważając problem konwersji spinowej izomerów wody, należy przyjrzeć się krytycznym warunkom tych procesów. Zatem zgodnie z , procesy przemiany izomerów wody w siebie są ułatwione w pobliżu temperatur krytycznych T = 4, 19, 36 i 76°C, przy których energia rotacji kwantów hQmn orto- i para-izomerów woda w przybliżeniu odpowiada energii zderzeń niesprężystych kT ~ hfi. Biorąc pod uwagę fakt, że temperatura punktu 4°C, zgodnie z danymi prac, odpowiada nierównowagowemu przejściu fazowemu lód VII - lód VIII, co implikuje wysoką skuteczność reorganizacji strukturalnej towarzyszącej fazy wodnej, może przyjąć, że temperatury 19 i 36°C (wg pracy) są również związane z przekształceniami struktur towarzyszącej fazy wodnej, ale już w strukturach lodu VI, który jest nośnikiem anionów rodnikowych E [(HO-<*)^ОН-<*)(Н2О}Т1)]ч, где (Н2О}Тд - ассоциат с тетрагональной (Т) структурой (пентамер Вольрафена - лед VI), д - степень ассоциации, р - параметр ионной координации ).
Należy zauważyć, że konwersja orto-para ulega znacznemu przyspieszeniu w obecności katalizatorów, w tym tlenu trypletowego (spin elektronu cząsteczki O2 wynosi 1). Dlatego obecność katalizatora w wodzie umożliwia uzyskanie konwersji orto-para. Wiadomo, że tempo tej konwersji wzrasta wraz z powstawaniem mieszanych stanów kwantowych, gdy poziomy energetyczne orto- i para-wody praktycznie się pokrywają i wzrasta prawdopodobieństwo powstania mieszanych stanów kwantowych i konwersji orto-/para.
Jednocześnie, ze względu na magnetyzm orto-izomerów, na procesy orto-para-konwersji mają również wpływ zewnętrzne pola elektromagnetyczne (PEM) i pola magnetyczne. Promieniowanie elektromagnetyczne blokuje powstawanie mieszanych stanów kwantowych i zmniejsza prawdopodobieństwo konwersji orto-para. Jednak podczas ekranowania przed polami elektromagnetycznymi, a zwłaszcza w warunkach hipomagnetycznych, nie ma zaburzającego wpływu na struktury molekularne, co powinno prowadzić do obniżenia progów energetycznych mieszania kwantowego i bardziej uporządkowanej struktury struktur utworzonego lodu amorficznego VI w skład współpracowników.
Celem pracy była eksperymentalna ocena zmian strukturalnych i fizycznych w towarzyszącej fazie wodnej w warunkach hipomagnetycznych, wytworzonej zgodnie z technologią (patent RF nr 2007111073/15 z dnia 26 marca 2007 r.) oraz ich wpływu na biokatalizę. aktywność wody.
Metodyka badań polegała na uzdatnianiu wody destylowanej i artezyjskiej w naczyniu z materiału niemagnetycznego przez co najmniej 5 godzin w przestrzeni roboczej urządzenia osłonowego, co zapewnia co najmniej 300-krotne osłabienie wektora całkowitego pola geomagnetycznego w porównaniu z wartością tła. Następnie uzdatnioną wodę poddano badaniom bez rozcieńczania (koncentrat helioprotekcyjny
woda (HWL)). Ponadto zbadano wzmacniające działanie koncentratu HPV na wody artezyjskie („Kropla rosy Syberii”, „Pokrov-voda”). Koncentrat dodano do wody w proporcji 1:10000 i 1:5000. Zmiany stanu wód zostały ocenione za pomocą zestawu wskaźników strukturalnych i energetycznych zaproponowanych przez nas we wcześniej opublikowanych pracach.
Wyniki i dyskusja
Na podstawie wyników analizy chemiluminescencyjnej ustalono, że woda uzdatniana w warunkach hipomagnetycznych (koncentrat HPV) zawiera nienormalnie wysokie stężenie anionorodników nadtlenkowych (HO2-(*)), które nie zmieniają się przez co najmniej 9 miesięcy przechowywania, doświadcza okresowych wahań w zakresie od 70 do 90 mcg/l.
Potencjał redox zarówno koncentratu HPV, jak i jego rozcieńczeń w wodzie pitnej spada o ~100 mV, pH wzrasta o 0,7 jednostki, a przewodność elektryczna o 37 mS/m wartości początkowej.
W próbkach otrzymanych przez rozcieńczenie koncentratu HPV w wodzie pitnej również odnotowano wzrost stężenia anionorodników nadtlenkowych w zakresie od 1 do 5 µg/l, który utrzymuje się przez 1 miesiąc. Stwierdzili również zmianę proporcji związanej fazy wodnej (wzrost do 30% stanu początkowego), pojawienie się stanów wysokoenergetycznych (o 5-15%) w rozkładzie energii fazy oraz spadek w bezwzględnej lepkości wody do wartości rzędu 0,985 ... 0,978 centypuazów. Biorąc pod uwagę uzyskane wartości wskaźników zgodnie z klasyfikacją stanu strukturalnego i energetycznego wody pitnej, wody wzmocnione koncentratem HPV można zaliczyć do trzeciego poziomu aktywności, co pozwala polecić je do stosowania w w celu zrekompensowania negatywnego wpływu niekorzystnych czynników środowiskowych, określanych jako niedobór elektroniki.
W badaniu dynamicznych zmian stanu wody uzdatnionej w warunkach hipomagnetycznych z różną zawartością w niej rozpuszczonego tlenu (patrz tabela) stwierdzono szereg wzorców, które pozwalają określić mechanizmy wpływu obróbki hipomagnetycznej na katalityczne właściwości wody.
Analizując dane w tabeli stwierdzono, że tlen rozpuszczony w wodzie jest jednym z głównych czynników zwiększających aktywność katalityczną wody, ponieważ dwukrotne zmiany jego stężenia w wodzie prowadzą do wzrostu aktywności wody o czynnik więcej niż rząd wielkości. Skrócenie czasu do osiągnięcia maksimum
Dynamiczne zmiany w czasie maksymalnej intensywności chemiluminescencji luminolowo-hemowej w stężeniu anionorodników nadtlenkowych (HO2(*") i tlenu rozpuszczonego w wodzie po 2 dniach ekspozycji zewnętrznej próbek wody artezyjskiej eksponowanych w warunkach hipomagnetycznych
Ekspozycja, dni Woda
natleniony odtleniony
hm, s HO2-(,), μg/l stężenie O2, mg/l hm, s HO2"(,), μg/l stężenie O2, mg/l
2 6,37 72,0 12,15 14,1 0,69 6,73
5 6,38 63,8 9,71 0,43 7,58 9,34
6 6,42 58,8 9,68 0,69 9,14 9,36
7 6,48 67,5 9,64 0,88 6,68 9,38
8 7,25 56,7 9,6 1,18 5,09 9,39
Średnia średnica Intensywność
rozpraszanie, s1sr, rozpraszanie nm, I, %
10 100 Średnica, s1, nm
Ryż. Rys. 1. Rozkład wielkości asocjatów skojarzonej fazy wodnej po hipomagnetycznym uzdatnianiu wody. Poziomo - średnica w nm); pion - intensywność (I; w %).
chemiluminescencja luminolowo-gemiczna ^ wskazuje na zmniejszenie wielkości asocjatów wodnych zawierających aniony rodnikowe H02. Jednocześnie aktywność (w wodzie odtlenionej) jest kontrolowana przez dyfuzję tlenu, a ultraniskie szybkości dyfuzji i wysoka długoterminowa stabilność stanu aktywowanego wody wskazują na większą stabilność stanu strukturalnego pentamerów Wolrafena, które stanowią podstawę strukturalną powiązanej fazy wodnej w porównaniu z normalnymi warunkami geomagnetycznymi.
Jak wynika z tej zależności, skrócenie czasu osiągnięcia maksymalnej intensywności chemiluminescencji wskazuje na zmniejszenie średnicy asocjatów, co wiąże się ze wzmocnieniem jego organizacji strukturalnej. Podobną zależność uzyskano również w pracach nad uzdatnianiem wody w warunkach przesiewania Faradaya EMF. Spadek parametru wielkości asocjatów w wodzie wskazuje na wpływ spinowego współczynnika konwersji i mieszanych stanów kwantowych wzbudzanych tlenem cząsteczkowym w warunkach hipomagnetycznych.
Parametry wielkości utworzonych asocjatów nadtlenkowych w wodzie uzdatnianej wyznaczono za pomocą miernika dyspersji korelacyjnej laserowej (LCD), co umożliwia selektywną izolację nowej frakcji asocjatów nadtlenkowych na tle struktur supramolekularnych wody większych niż 10 μm, oraz do czasu osiągnięcia maksymalnej intensywności chemiluminescencji luminol-hem.
Rozkład wielkości asocjatów w badanych próbkach wody podczas jej kontrolowanego dyfuzyjnego natleniania metodą LCA przedstawiono na rys. 3. jeden.
Na podstawie wyników oceny rozmieszczenia asocjatów w uzdatnionej wodzie można zauważyć, że oprócz struktur supramolekularnych i asocjatów o polaryzacji dodatniej, w wyniku zabiegu powstają asocjaty o polaryzacji ujemnej o wielkości od 80 do 500 nm powstają, których nie było w pierwotnej wodzie. Średnia wielkość asocjatów o ujemnej polaryzacji pierwszego dnia po uzdatnianiu wody, zawierających nadtlenek anionrodnikowy, wynosi 194,7 nm.
Otrzymane parametry wymiarowe asocjatów porównano z czasem maksymalnej intensywności chemiluminescencji (patrz tabela), który jest określony przez czas rozpadu asocjatów w silnie zasadowym środowisku odczynnika (pH-11,5), który zależy od ich rozmiar. Na ryc. Na rysunku 2 przedstawiono zależność parametrów wielkości asocjatów nadtlenkowych od czasu uwolnienia maksymalnej intensywności chemiluminescencji, która
0,4 o!b 08 1 1^2 D.4
Ryż. 2. Zależność średniej średnicy asocjatów t) od czasu maksymalnej intensywności chemiluminescencji luminolowo-hemowej (t). Poziomo - czas (^ w s); pionowo - średnica w mikronach).
W rejonie małych średnic asocjatów opisana jest odwrotną zależnością wykładniczą, aw rejonie rozmiarów od 1,2 do ~10 μm przybliżeniem liniowym d = 1,170,45.
Uzyskana zależność w porównaniu z danymi tabelarycznymi pozwala z jednej strony na niezależną interpretację zależności pomiędzy procesami kinetycznymi chemiluminescencji luminol-hem a parametrami asocjatów typu mieszanego reprezentowanych przez struktury sprzężone (^[(HO2"( *) ^OH"(*)(H2O) tr)]/) potwierdza z kolei efekty indukcji w warunkach hipomagnetycznych bardziej stabilnych asocjatów nadtlenkowych i zależnych od tlenu zmian ich wielkości w czasie. Większa stabilność mieszanych asocjatów otrzymanych w hipomagnetycznych warunkach uzdatniania wody jest związana z gęstszym upakowaniem pentamerów Wolrafena. Oczywiście te cechy strukturalne asocjatów zapewniają tworzenie warunków termodynamicznych niezbędnych do utrzymania ich aktywności katalitycznej.
Zmiany stanu strukturalnego i fizycznego zasocjowanej fazy wodnej w warunkach hipomagnetycznych można zinterpretować na podstawie powstawania dimerów tlenu (O.) i dynamiki ich wymiany w warunkach fazy gazowej realizowanej w mikropustkach zasocjowanej fazy wodnej. Istnienie cząsteczek O4 wynika ze słabych oddziaływań międzycząsteczkowych (energia wiązania O2-O2 wynosi 830 cal/mol). Metastabilne dimery tlenu są stabilizowane przez wysokie ciśnienie w mikropustkach lodu VI i są zdolne do samorzutnego rozpadu dzięki efektowi tunelowania, co zapewnia okresową modulację wielkości asocjatów i wzbudzanie w nich niestabilności fazowych, co prowadzi do kwantowej kondensacji elektronów z środowisko. Dodatkowo obróbka hipomagnetyczna stymuluje konwersję spinu orto-wody do para-wody, z której w amorficznych lodach powstają bardziej stabilne upakowania VI. Wysoką stabilność wypełnień molekularnych i orto-orto-dimerów tlenu w wodzie potwierdzają również dane z pracy.
Otrzymane oszacowania stabilności czasowej asocjatów, będących nośnikami anionorodników nadtlenkowych, znacznie przekraczają czas konwersji spinowej w wodzie ciekłej izomerów orto(55,5 min) i para (26,5 min) i odpowiadają rządowi wielkości do czasu konwersji spinice (miesiące) . Według naszych szacunków czas rozkładu nadtlenku wodoru w wodzie pitnej, która jest w stanie skojarzonym, w normalnych warunkach w stosunkach równomolowych nie przekracza 3 tygodni.
higiena i warunki sanitarne 3/2015
Towarzysze w wodzie, mające strukturę lodu amorficznego VI, mają wysoki stopień wadliwości, której puste przestrzenie są wypełnione powietrzem pod wysokim ciśnieniem. Według danych, w asocjatach o ujemnej polaryzacji, powstających w normalnych warunkach geomagnetycznych, ciśnienie wewnątrzstrukturalne wynosi ~25 atm.
W pracach ustalono, że tworzenie dimerów i trimerów tlenu w fazie gazowej następuje pod podwyższonym ciśnieniem. Zgodnie z danymi, maksymalne tworzenie dimerów tlenu w fazie gazowej obserwuje się przy ciśnieniu powyżej 50 atm. Według pracy dimery tlenu powstają również w materiałach amorficznych w postaci dwóch konfiguracji o energiach wiązania Eb2 = 0,3 i ~ 0,2 eV. Czas wzajemnego przejścia stanów elektronowych dimerów tlenu z jednego na drugi iz powrotem w materiałach amorficznych wynosi -10-2 s.
Tym samym woda uzdatniona w warunkach hipomagnetycznych wykazuje aktywność biokatalityczną, która pozostaje stabilna przez długi czas, co zapewnia jej wysoką aktywność biologiczną. Wysoką aktywność i stabilność wody pitnej aktywowanej w warunkach hipomagnetycznych uzyskuje się poprzez konwersję orto-wody do para-wody w krytycznej temperaturze około 19°C i obecności rozpuszczonego paramagnetycznego tlenu, który tworzy mieszany stan kwantowy niezbędny do przyspieszają konwersję i powstawanie katalitycznie aktywnych dimerów tlenu. W warunkach hipomagnetycznych, charakteryzujących się 300-krotnym tłumieniem całkowitego wektora pola geomagnetycznego, gęstsze upakowanie lodu amorficznego VI tworzy się w składzie asocjatów typu mieszanego (^[(H02"(*)^0H"(*) (H20)mJ]q), które służą jako W takim zbiorniku realizowane są ciśnienia wyższe niż normalne warunki geofizyczne, co stymuluje reakcje w fazie gazowej z powstawaniem dimerów i trimerów tlenu, występujących w dwóch elektronicznie aktywnych konfiguracjach z energiami wiązania
0,3.i - 0,2 eV, zapewniając powiązaną modulację fazy wodnej, prowadzącą do kondensacji dodatkowych elektronów z otoczenia na paramagnetycznym tlenie. Kondensacja elektronów przebiega z utworzeniem niestabilnych anionorodników ponadtlenkowych, które w kolejnych przemianach ulegają dysproporcjonowaniu w stabilny anionorodnik nadtlenkowy. Ten ostatni proces zapewnia długotrwałe utrzymanie pojemności elektronodonorowej wody i jej nierównowagi elektrycznej.
Literatura a (s. 3-5, 8-15, 21-25 patrz Piśmiennictwo)
1. Rakhmanin Yu.A., Stekhin AA, Yakovleva G.V. Nowym czynnikiem ryzyka dla zdrowia człowieka jest niedobór elektronów w środowisku. Bezpieczeństwo biologiczne i bezpieczeństwo biologiczne. 2012; 4(4):21-51.
2. Rakhmanin Yu.A., Stekhin AA, Yakovleva G.V. Niedobór elektroniki jako możliwy czynnik ryzyka dla zdrowia. Higiena i warunki sanitarne. 2013; 6:21-8.
6. Stekhin A.A., Jakowlewa G.V. Woda strukturalna: efekty nieliniowe. M.: Wydawnictwo ŁKI; 2008.
7. Baturov L.N., Govor I.N., Obuchhov A.S., Plotnichenko V.G., Dianov E.M. Wykrywanie nierównowagowych przemian fazowych w wodzie. Listy do JETF. 2011; 93(2): 92-4.
16. Rakhmanin Yu.A., Stechin AA. Jakowlewa G.V. Ocena jakości wody pitnej według wskaźników strukturalnych i energetycznych. Higiena i warunki sanitarne. 2012; 4:87-90.
17. Zatsepina O.V., Stekhin AA, Yakovleva G.V. Jonorodnikowe formy tlenu - główny wskaźnik, który odzwierciedla elektron - zdolność dawcy wody. Higiena i warunki sanitarne. 2013; 2:91-7.
18. Ryżkina I.S., Kiseleva Yu.V., Timosheva A.P. itp. DAN. 2012; 447(1): 1-7.
19. Zakharchenko V. N. Chemia koloidów. Podręcznik. 2. wyd. M.: Szkoła Wyższa; 1989.
20. Uzdatniacz do wody „MICELLATE węglan wapnia i magnezu”. TU 5743-001-43646913-2006.
21. N. P. Lipikhin, Disper, klastry i klastry jony tlenu w fazie gazowej. postępy w chemii. 1975; 44(8): 1366-76.
1. Rakhmanin Yu.A., Stekhin AA, Yakovleva G.V. Nowy czynnik ryzyka dla zdrowia człowieka - niedobór elektronów w środowisku. Biozash-chita i biobezopasnost". 2012. 4(4): 21-51. (po rosyjsku)
2. Rakhmanin Yu.A., Stekhin AA, Yakovleva G.V. Niedobór elektronów jako możliwy czynnik ryzyka dla zdrowia. Gigiena i sanitariya. 2013. 6:21-28. (po angielsku)
3. Tichonow VI, Wołkow A.A. Rozdział wody na izomery orto i para. Nauki ścisłe. 2002; 296(28): 2363.
4. Volkov A.A., Tichonow VI, Makurenkov A.M. i in. Eksperymenty sorpcyjne z izomerami spinu wody w glicerolu. Fiz. zjawisko falowe. 2007; 15(2): 106-10.
5. Pershin S.M. Koincydencja energii rotacyjnej cząsteczek H2O orto-para i energii translacji w pobliżu określonych temperatur w wodzie i lodzie. Fiz. zjawisko falowe. 2008. 16(1): 15-25.
6. Stekhin A.A., Jakowlewa G.V. Woda strukturalna: efekty nieliniowe M.: Izd-vo. ŁKI; 2008. (po rosyjsku)
7. Baturov L.N., Govor I.N., Obuchhov A.S., Plotnichenko V.G., Dianov E.M. i in. Wykrywanie w wodzie nierównowagowych przejść fazowych. Pis „ma v ZhETF. 2011; 93(2): 92-4. (w języku rosyjskim)
8. Buntkowsky G., Limbach H.-H., Walaszek B., Adamczyk A., Xu Y., Breitzke H. i in. Mechanizm konwersji orto/para-H2O w lodzie. Fiz. Chem. 2008; 222:1049.
9. Xavier Michout Anne-Marie Vasserot, Luce Abouaf-Marguin. Wpływ temperatury i czasu na strukturę rowibracyjną podstaw H2O uwięzionych w stałym argonie: utrudniona rotacja i satelita RTC. wibrować. Widma. 2004; 34:83-93.
10. Chapovsky P.L., Hermans L.J. Konwersja spinu jądra atomowego w polimolekułach. Annu. Obrót silnika. Fiz. Chem. 1999; 50:315.
11. Cosleou J., Herlemont F., Khelkhal M. i in. Konwersja spinu jądrowego w CH3F indukowana przez zmienne pole elektryczne. Eur. Fiz. J. 2000; D10:939-104.
12. Moro R., Bulthuis J., Heinrich J., Kresin V. V. Elektrostatyczne ugięcie cząsteczki wody: podstawowy wirnik asymetryczny. Fiz. Obrót silnika. A. 2007; 75:013415.
13. Slitter R., Gish M., Vilesov A. Szybka konwersja spinu jądrowego w klastrach wody i lodach: badanie izolacji macierzy. J. Fiz. Chem. A. 2011; 115:9682-8.
14. Linesh K.B., Frenken J.W.M. Doświadczalne dowody na tworzenie się lodu w temperaturze pokojowej. Zał. Fiz. Łotysz. 2008; 101:036101.
15. Teixeira J., Bellissent-Funel M.C., Chen S.H., Dorner B. Obserwacja nowych zbiorczych wzbudzeń o długości fali strzałowej w ciężkiej wodzie przez koherentny nieelastyczny neutron. Fiz. Obrót silnika. Łotysz. 1985; 54:2681.
16. Rakhmanin Yu.A., Stekhin AA, Yakovleva G.V. Ocena jakości wody pitnej to strukturalna charakterystyka energetyczna. Gigiena i sanitaria. 2012; 4:87-90. (po angielsku)
17. Zatsepina O.V., Stekhin AA, Yakovleva G.V. Jon - rodnikowe formy tlenu - główny wskaźnik elektronu - donorowa zdolność wody. Gigiena i sanitariya. 2013; 2:91-7.
18. Ryżkina I.S., Kiseleva V., Timosheva A.P. i in. DAN. 2012; 447(1): 1-7. (po angielsku)
19. Zakharchenko V.N. Chemia koloidalna. książka tekstowa. wyd. 2, ks. i dodaj. Moskwa: Wysszaja szkola; 1989. (po rosyjsku)
20. Normalizator wody "MITSELLAT węglan wapnia i magnez". TU 5743-001-43646913-2006. (po angielsku)
21. Lipikin N.P. Dimery, klastry i jony klastrowe w fazie gazowej. Uspechi chimii. 1975; 44(8): 637-42.
22. Tichonow VI, Wołkow A.A. Rozdział wody na izomery orto i para. Nauki ścisłe. 2002; 296:2363.
23. Długie CA, Ewing G.E. Widmo podczerwieni ściemniaczy tlenu w stanie związanym. Chem. Fiz. Łotysz. 1971; 9:225.
24. Jeckenby R.E., Robbins E.J., Trevalion P.A. Proc. Roya. soc. 1964; 280A:409-12.
O istnieniu orto- i para-wodoru uczy się na kursach instytutowych, dlatego z reguły nie ma wątpliwości co do istnienia dwóch rodzajów wodoru wśród osób, które czasami są zaniepokojone. Woda to inna sprawa. Od wczesnego dzieciństwa trzeba słyszeć o żywych i martwych odmianach. Wraz z rozszerzeniem zasięgu informacyjnego trzeba wszystko czytać, słyszeć i widzieć – zarówno o naładowanej wodzie, jak io każdej innej. Jednak dla większości ludzi owa presja informacyjna działa raczej w przeciwnym kierunku, a stwierdzenie o istnieniu różnych rodzajów wody subiektywnie chce być jakoś przypisane podzbiorowi cudów telewizyjnych.
Niemniej jednak, uznając istnienie odmian wodorowych, konieczne jest rozpoznanie podobnych możliwości dla cząsteczki wody. Spiny dwóch protonów mogą być zorientowane w tym samym kierunku lub mogą być skierowane do siebie. W latach 80. FIAN rozpoczął badania izomerów spinu jądrowego wody. Wykazano, że izomery te można rozróżnić na podstawie widma w podczerwieni i NMR. Okazało się również, że paramolekuły, które w przeciwieństwie do swoich ortoanalogów nie posiadają momentu pędu, są znacznie aktywniej adsorbowane na niektórych typach powierzchni. To z kolei umożliwia tworzenie próbek wody wzbogaconych w taki lub inny izomer.
Co ciekawe: okazało się, że ze względu na bardzo słabe oddziaływanie spinów jądrowych z otoczeniem procesy wzajemnych przemian orto- i paramolekuł przebiegają niezwykle wolno. Czas przemiany orto-para w wodzie ciekłej wynosi około godziny, aw lodzie może sięgać nawet kilku miesięcy. Gdyby więc bajeczny Iwan Carewicz mógł zebrać orto- i para-wodę w dwóch wiadrach, to na swoim Szarym Wilku z pewnością zdołałby je zabrać do dalekiego królestwa. Ale skąd pochodzi tak długi czas, wciąż nie jest do końca jasne, ponieważ czas wymiany proton-proton między cząsteczkami jest o wiele rzędów wielkości krótszy.
Ale - bajka to bajka, a nauka robi swoje. Aby coś studiować, potrzebny jest przede wszystkim osobny przedmiot badań.
Zespół naukowców z Izraelskiego Instytutu Technologii (Technion) w Hajfie przeprowadził eksperyment, aby oddzielić nuklearne izomery spinu wody. W przeciwieństwie do wcześniejszych eksperymentów z adsorpcją, wykorzystali ideę klasycznego eksperymentu, dzięki któremu odkryto kiedyś spin – ideę znanego tzw. „Eksperyment Sterna-Gerlacha”. To prawda, że moment magnetyczny jąder wodoru (protonów) jest o trzy rzędy wielkości słabszy niż moment magnetyczny elektronów, więc nie było mowy o prostym powtórzeniu klasyków. Ponadto samo sformułowanie problemu – uzyskanie określonej ilości wydzielonego izomeru – wymagało innej konfiguracji eksperymentu.
Podobnie jak poprzednio klasycy, badacze z Izraela zastosowali gradientowe pole magnetyczne, ale uczynili to pole cylindrycznie symetryczne, z małym gradientem pośrodku i dużym na krawędziach. Takie pole działało na cząstki z momentem magnetycznym jak soczewka i musiało zbierać w „ognisku” cząsteczki z określonym momentem magnetycznym.
To prawda, że trzeba było pokonać jeszcze jedną trudność - molekuły zbyt szybko przeszły przez soczewkę magnetyczną i dlatego były słabo odchylane przez pole. Problem ten został rozwiązany przez zmieszanie w wiązce cząsteczek wody z atomami kryptonu. Krypton jest gazem ciężkim, a w wyniku zderzeń z jego cząsteczkami cząsteczki wody straciły prędkość.
W rezultacie w „ognisku” gradientowej linii magnetycznej, około półtora metra od niej, faktycznie zgromadziły się molekuły prawie tego samego rodzaju. Wiązka zawierała 97% orto-izomeru wody i tylko 3% cząsteczek w stanie para.
Autorzy zwracają uwagę, że oczywistym skutecznym zastosowaniem ortowody powinno być jej wykorzystanie w eksperymentach NMR. Do obserwacji NMR konieczne jest stworzenie preferencyjnej orientacji spinów jądrowych, co zwykle wymaga użycia silnych pól magnetycznych i niskich temperatur. Stosując metodę zbliżoną do opisanej w artykule możliwe jest otrzymanie preparatów wzbogaconych spinem, co pozwoli na zastosowanie dobrze rozwiniętych metod badań NMR tam, gdzie wcześniej było to niedostępne.
M. Kompan
1. AA Volkov i in., Fizyka w podczerwieni 25 , 369 (1985).
2. W.I.Tichonow, A.A.Wołkow, Nauka 296 , 2363 (2002).
3. T.Kravchuk i in., Science 331 , 319 (2011).
Dziewięć lat temu naukowcy z Rosji ogłosili, że udało im się rozdzielić wodę na dwa izomery spinowe, ale potem ich przesłanie zostało niejednoznacznie odebrane przez społeczność naukową.
Teraz izraelscy chemicy twierdzą, że udało im się oddzielić spinowe izomery wody inną techniką i oczekuje się, że wyniki badania mogą być przydatne w zwiększaniu czułości metody NMR.
Cząsteczki wody występują w postaci dwóch izomerów spinowych – „orto-wody”, w której spiny jądrowe atomów wodoru są równoległe, oraz „para-wody”, w której spiny jądrowe atomów wodoru są antyrównoległe. Niektóre szczególnie drobne właściwości izomerów różnią się, ale nawet ta niewielka różnica w niektórych przypadkach może być bardzo znacząca. Na przykład w astrofizyce do określenia temperatury w przestrzeni międzygwiazdowej wykorzystuje się stosunek orto- i para-izomerów wody, chociaż uzyskane w ten sposób dane nie są łatwe do interpretacji, w dużej mierze dlatego, że naukowcy nie byli jeszcze w stanie badać indywidualne właściwości każdego z izomerów z osobna.
Przepływ cząsteczek wody przechodzi przez system magnetyczny. Jeden z rzutów spinowych ortowody jest skupiony przez pole magnetyczne, a drugi jest rozpraszany w przestrzeni.
W 2002 roku Vladimir (Vladimir Tichonov) i Alexander Volkov (Alexander Volkov) stwierdzili, że są w stanie uzyskać kropelki wody wzbogacone w izomer orto- lub para-spinowy przez 25 minut, rozdział opierał się na różnych szybkościach adsorpcji wody izomery na powierzchni. Jednak eksperymenty te były trudne do odtworzenia, a wielu chemików, takich jak Hans-Heinrich Limbach z Wolnego Uniwersytetu w Berlinie, stwierdził, że kropla składająca się z pojedynczego izomeru powinna być niestabilna, z tendencją do powrotu do stanu mieszaniny izotopów spinowych. ...
Gil Aleksandrowicz z Instytutu Technologicznego w Hajfie potwierdził wyniki eksperymentów Tichonowa i Wołkowa, stosując jednak inne podejście do oddzielania izomerów wody, oparte na odchylaniu cząsteczek wody przez pole magnetyczne. Zaproponowana przez badaczy metoda separacji oparta jest na słynnym eksperymencie Sterna-Gerlacha. Separację izomerów wody przeprowadzono w następujący sposób: wiązkę cząsteczek wody w fazie gazowej przepuszczono przez sześciobiegunowy magnes, pole magnetyczne zmienia trajektorię cząsteczek wody w zależności od ich rzutu spinowego.
Aleksandrowicz, podobnie jak naukowcy z jego grupy, uważa, że woda wzbogacona w jeden z izomerów spinowych (lub reprezentowana tylko przez jeden z izomerów) może być użytecznym rozpuszczalnikiem w eksperymentach NMR, których zastosowanie może zwiększyć rozdzielczość sygnału o 100 000 razy.
Limbach, który sceptycznie podchodził do eksperymentów Tichonowa i Wołkowa, jest przekonany, że grupie Aleksandrowicza udało się uzyskać systemy wzbogacone orto-wodą. Stwierdza jednak, że taka separacja jest bezużyteczna przy rozwiązywaniu problemów praktycznych - w wyniku kondensacji pary ortowodorowej na powierzchni i powstania kropli w układzie skondensowanym nastąpi szybka izomeryzacja spinowa, stąd możliwość deklarowane przez Aleksandrowicza stosowanie orto- lub para-izomerów wody i NMR nie wytrzymuje krytyki.
