Vigasin A.A., Volkov A.A., Tikhonov V.I., Shelushkin R.V.
Článok ukazuje, že adsorpcia vodnej pary za normálnych podmienok umožňuje rozlišovať molekuly vody podľa ich spinového stavu. Vzorky obohatené o orto- alebo para-spin izoméry vody môžu zostať v kondenzovanej fáze dlhý čas bez toho, aby prešli spontánnou spinovou konverziou. Ukazuje sa, že nerovnováha vzhľadom na spinové modifikácie vody v atmosfére môže viesť k výraznej zmene jej radiačných charakteristík.
Účinok spinovo selektívnej adsorpcie vodnej pary na povrchu oxidu hlinitého bol objavený asi pred 10 rokmi (pozri napr. ). B ukazuje, že tento efekt možno použiť na oddelenie vodných spinových izomérov frontálnou chromatografiou. Paralelná orientácia rotácie vodíka v molekule vody ju privádza do stavu orto-modifikácie a antiparalelná orientácia do stavu para-modifikácie. Pomer štatistických váh pre orto- a para-stavy je 3, preto v rovnovážnej vodnej pare za normálnych podmienok je obsah orto-izomérov 3-krát vyšší ako obsah para-izomérov. Keďže prechody medzi orto a para stavmi molekuly sú zakázané, vodná para je v podstate zmesou nezávislých orto a para frakcií. Tento článok popisuje laboratórny experiment, v ktorom sa dosiahne aspoň trojnásobná zmena v rovnovážnom pomere 3:1 orto/para vo vodnej pare spinovo selektívnou adsorpciou. Navrhuje sa kvalitatívne vysvetlenie pozorovaného javu a ukazuje sa, že porušenie orto-para pomeru v podmienkach reálnej atmosféry môže viesť k výrazným odchýlkam v jej vyžarovacích charakteristikách.
Myšlienkou experimentu je pokúsiť sa pozorovať narušenie orto-para-rovnováhy vo vode v dôsledku jej interakcie s adsorbentom kontinuálnym monitorovaním intenzity spektrálnych orto- a para-čiar rotačného spektra molekula vody. Ako sonda bola zvolená dvojica tesne umiestnených intenzívnych orto- a para-čiar patriacich do rotačnej časti spektra, vhodných na záznam (obr. 1). Zmes vodnej pary s dusíkom ako nosným plynom pomaly prechádzala cez adsorpčnú kolónu naplnenú poréznym uhlíkom. Plyn opúšťajúci kolónu bol nasmerovaný do bunky spojenej so submilimetrovým BWO spektrometrom. V kyvete bola pracovná zmes sondovaná pri frekvenciách 30-40 cm -1 lúčom frekvenčne laditeľného monochromatického žiarenia. V po častiach-kontinuálnom režime s rýchlosťou 10 bodov/s, rozlíšením 0,0003 cm -1 a periodicitou 1 min bol zaznamenaný koeficient prestupu vrstvy plynu a vzor orto-para-dubletu znázornený na obr. Obr. 1 bol pozorovaný. 2. Zistilo sa, že pri prechode vodnej pary adsorbentom dochádza k pravidelnému a dobre reprodukovateľnému prerozdeleniu intenzít čiar. Parciálny tlak vodnej pary v našom experimente neprekročil 1 Top, čo umožnilo zanedbať Dopplerovo rozšírenie a brať do úvahy len kolízne rozšírenie. Predpokladalo sa, že pozorované čiary majú Lorentzovský tvar s integrálnymi intenzitami a polovičnými šírkami S ort a S par a g ort a g par . Súčet dvoch Lorentzových vrstevníc sa v reálnom čase zmestil do nameraných čiar, čo dalo kvantifikácia zmeny integrálnych intenzít orto a para čiar a podľa toho aj požadovaný pomer orto/para vo vodnej pare.
Výsledný tvar vzťahu v závislosti od času je znázornený na obr. 3. Ako je vidieť, molekuly orto-vody majú väčšiu pohyblivosť v uhlíkovom filtri. Z tohto dôvodu boli v procese difúzie cez adsorbent počiatočné časti vodnej pary obohatené o orto-molekuly a následné časti boli obohatené o paramolekuly. Orto- a para-obohatené časti vodnej pary sa odobrali z prúdu vo vhodných časových bodoch a zmrazili sa pomocou lapača dusíka. Takto nahromadené vzorky vody upravenej odstreďovaním do objemu 50 ml boli uložené v chladničke pre domácnosť. Po určitom čase boli rozmrazené a podrobené opakovanej spektrálnej analýze na obsah ortopara. Voda obohatená o orto- alebo para-modifikácie, ktorá bola v tuhej a kvapalnej fáze, opäť demonštrovala odlišnosť od rovnovážneho pomeru orto/para. Životnosť úprav sa odhaduje na desiatky minút pre tekutú vodu a mesiace pre ľad. Zistili sme tiež, že okrem uhlia môžu ako modifikátory spinu vody pôsobiť aj mnohé ďalšie látky s vyvinutým povrchom, ako sú zeolity, silikagél atď.
Kvalitatívny model procesu spinovo selektívnej adsorpcie možno znázorniť nasledovne. Nech je celkový počet molekúl vodnej pary N0, z ktorých N 0 ort je v orto a N 0 par v para stavoch, takže N 0 ort +N 0 par =N 0 Ak predpokladáme, že rýchlosti adsorpcie a desorpcie spinové frakcie sú rôzne a nedochádza medzi nimi k vzájomnej konverzii ani v plynnej fáze, ani na povrchu, potom je možné difúzny proces opísať pomocou nasledujúceho systému rovníc:
ktorý musí spĺňať počiatočné podmienky termodynamickej rovnováhy. Pre vzťah N ort /N par teda platí
Pomocou tohto riešenia je možné opísať experimentálne údaje (obr. 3) nájdením konštánt rýchlosti adsorpcie a desorpcie pomocou metódy najmenších štvorcov. Domnievame sa, že v počiatočnom okamihu pomer N 0 ort /N 0 par = 3. Prispôsobením teórie experimentu v relatívnych jednotkách: k ort a =0,9; k ortd = 0,08; kpar a = 3,5; k par d = 0,5. Je možné vidieť, že kinetické konštanty pre para molekuly sú 3-6 krát vyššie ako pre orto molekuly. Nasledujúce môže byť navrhnuté ako možné vysvetlenie tohto rozdielu. V prípade riedeného plynu možno desorpciu molekuly z povrchu považovať za monomolekulárny proces [3]. To znamená, že molekula sa desorbuje, keď sa energia prevyšujúca energiu odtrhnutia od povrchu sústredí na prerušovanú väzbu. Zodpovedajúca rýchlostná konštanta môže byť reprezentovaná ako: k=(v*W)/Q, tu v je rýchlosť aktivácie, W je počet stavov s energiou nad disociačným prahom, Q je kvantová rozdeľovacia funkcia. Hlavným zdrojom prebytočnej vnútornej energie je energia medzimolekulových vibrácií, ktorá je nezávislá od spinového stavu adsorbovanej molekuly, preto možno predpokladať, že počet stavov W je nezávislý od spinovej modifikácie. Naopak, deliaca funkcia môže zahŕňať rotačnú zložku za predpokladu, že adsorbovaná molekula vykonáva pomalú alebo voľnú rotáciu ako súčasť komplexu molekula-povrch. Preto možno očakávať, že pomer desorpčných konštánt sa bude líšiť faktorom 3: k ort d /k par d =1/3
Aby sme charakterizovali rozdiel v adsorpčných konštantách, zavedieme rovnovážnu konštantu K eq , ktorá sa samozrejme rovná K eq =ka /k d =(Q H2O *Q surf)/Q ads . Q H2O , Q surf a Q reklamy sú deliace funkcie molekuly vody, povrchu a komplexu molekula-povrch. Za predpokladu, že 
môžeme dospieť k záveru, že pomer k ort a /k par a musí byť 1/3. Ak prijmeme podobné pomery pre rýchlostné konštanty adsorpcie a desorpcie, nie je ťažké aproximovať experimentálnu závislosť znázornenú na obr. 3 v oblasti pomeru orto/para presahujúceho rovnováhu
Ukazuje sa však nemožné opísať následný prebytok obsahu pár frakcie nad orto frakciou. Aby bol tento opis úplný, treba predpokladať, že v skutočnosti pomer adsorpčných konštánt k ort a/k par a nie je 1/3 = 0,333(3), ale je približne 0,5-0,7. Ako je znázornené na obr. 3, za tohto predpokladu je možné presne sprostredkovať kvalitatívny priebeh pozorovanej kinetiky pomeru orto/para. Na základe experimentu a navrhnutého modelu možno predpokladať, že k nerovnovážnej separácii vody na orto- a para-spin izoméry prirodzene dochádza v rôznych prírodných procesoch – v živých organizmoch a životnom prostredí. Najmä je možné, že v atmosfére dochádza k dlhodobému kolísaniu pomeru 3:1 orto/para.
Vodná para v atmosfére je neustále v nestacionárnych podmienkach, dochádza ku kondenzácii a vyparovaniu v objeme vzduchu na aerosólových časticiach v nečistotách, v oblakoch a na zemskom povrchu. Dá sa preto očakávať, že za určitých podmienok v procese kinetických premien bude narušený rovnovážny pomer spinových modifikácií vo vodnej pare. Je zaujímavé odhadnúť, do akej miery môže toto porušenie ovplyvniť funkciu prenosu atmosféry. Ak sa ukáže, že odchýlky v atmosférickom prenose s porušeným zložením spinu sú významné, bude to znamenať, že modelovanie radiačných charakteristík atmosféry nie je možné bez podrobných znalostí o kinetickej prehistórii vodnej pary v atmosfére. Na vyhodnotenie efektu sme vypočítali modelové spektrum priepustnosti vrstvy vodnej pary v atmosférických podmienkach na základe údajov o parametroch čiar vodnej pary obsiahnutých v databáze HITRAN. Výpočty boli urobené pre spektrálnu oblasť blízkou 10 μm, v ktorej sa nachádza maximum Planckovej krivky žiarenia zohriateho povrchu Zeme. Okrem „rovnovážneho“ koeficientu absorpcie a eq zodpovedajúceho prechodu žiarenia vrstvou vodnej pary s normálnym pomerom orto/para 3:1 sme vypočítali „nerovnovážny“ koeficient absorpcie a neq zodpovedajúci zlomený pomer orto/para. Ukázalo sa, že absorpcia na vybraných vlnových dĺžkach a integrálna absorpcia v časti spektra sú výrazne citlivé na porušenie orto/para rovnováhy. Je ľahké ukázať, že v závislosti od stupňa narušenia rovnovážneho zloženia spinu absorpčný koeficient vodnej pary normalizovaný na rovnovážnu hodnotu leží v pevných medziach, konkrétne je obmedzený oblasťou
kde x označuje pomer N ort /N par (pozri obr. 4). Stredná čiara znázornená na obr. 4 prerušovanou čiarou charakterizuje nerovnovážny absorpčný koeficient spriemerovaný v oblasti obsahujúcej veľký počet náhodne umiestnených orto a para absorpčných čiar.
Predložená práca teda ukazuje možnosť narušenia rovnovážneho pomeru orto/para vo vode v dôsledku jej kontaktu s adsorbentom a schopnosti metastabilných orto a para modifikácií existovať ako nezávislé látky po dlhú dobu. Predpokladá sa možné porušenie pomeru orto/para v prírodných procesoch. Ukazuje sa, že vplyv narušenia spinovej rovnováhy pri kondenzácii vodnej pary môže byť dôležitý pre šírenie žiarenia a radiačnú rovnováhu v atmosfére.
Táto práca bola čiastočne podporená grantom Ruskej nadácie pre základný výskum 02-05-64529
BIBLIOGRAFIA
- Konyukhov V.K., Tikhonov V.I., Tikhonova T.I. //Proc. Gen. Phys. Inst. 1990. V. 12. S. 208-215.
- Tichonov V.I., Volkov A.L. // Veda. 2002. V. 296. S. 2250.
- Kuznecov N.M. Kinetika monomolekulárnych reakcií. M.: Nauka, 1982.
- Rothman L.S., Gamache R.R., Tipping R.H. a kol. // J. Kvant. Spectrosc. Radiat. prevod. 1992. V. 48. S. 469-507.
anotácia vedecký článok o vedách o Zemi a súvisiacich ekologických vedách, autor vedeckej práce - Gibert K. K., Stekhin Anatoly Alexandrovich, Yakovleva G. V., Sulina Yu. S.
Štúdia uskutočnila experimentálne hodnotenie dlhodobých štrukturálnych a fyzikálnych zmien súvisiace vodné fázy v pitnej vode upravenej za hypomagnetických podmienok podľa technológie umožňujúcej konverziu orto-para-izomérov vody v prítomnosti tripletového kyslíkového katalyzátora. Podľa výsledkov meraní parametrov vytvorených nanoasociátov vo vode sa zistilo množstvo zákonitostí, ktoré umožňujú určiť mechanizmy vplyvu hypomagnetická liečba na katalytické vlastnosti vody a dlhodobú stabilitu jej aktivovaného stavu, čo zabezpečuje dlhodobé udržanie vysokej biologickej aktivity pitnej vody. Najmä v podmienkach hypomagnetického spracovania sa v zložení peroxidových asociátov vytvára hustejšia náplň amorfného ľadu VI, ktoré slúžia ako druh zásobníka atmosférických plynov. V takejto nádrži sa realizujú vyššie tlaky v porovnaní s normálnymi geofyzikálnymi podmienkami, čo stimuluje reakcie v plynnej fáze s tvorbou dimérov a trimérov kyslíka, ktoré existujú v dvoch elektronicky aktívnych konfiguráciách s väzbovými energiami 0,3 a ~ 0,2 eV, ktoré poskytujú fázovú moduláciu. , čo vedie ku kondenzácii z životné prostredie prídavné elektróny na paramagnetickom kyslíku, čo zabezpečuje dlhodobé udržanie elektrón-donorovej kapacity vody a jej elektricky nerovnovážneho stavu.
Súvisiace témy vedeckých prác o vedách o Zemi a súvisiacich environmentálnych vedách, autorom vedeckej práce je Gibert K. K., Stekhin Anatoly Aleksandrovich, Yakovleva G. V., Sulina Yu. S.
-
Smer biologického pôsobenia pitnej vody
2015 / Gibert K. K., Karasev A. K., Marasanov A. V., Stekhin Anatolij Alexandrovič, Jakovleva G. V. -
Iónové radikálové formy kyslíka - hlavný indikátor odrážajúci schopnosť vody donorov elektrónov
2013 / O. V. Zacepina, Anatolij Alexandrovič Stekhin, G. V. Jakovleva -
Životnosť hydrobiontov Daphnia magna v bezkontaktnej aktivovanej vode
2015 / Iksanova T. I., Stekhin Anatoly Aleksandrovich, Yakovleva G. V., Kamenetskaya D. B. -
Nedostatok elektroniky ako možný zdravotný rizikový faktor
2014 / Rakhmanin Jurij Anatoljevič, Stekhin Anatolij Alexandrovič, Jakovleva Galina Vasilievna -
Hodnotenie kvality pitnej vody štrukturálnymi a energetickými ukazovateľmi
2012 / Rakhmanin Yu. A., Stekhin A. A., Yakovleva G. V. -
Skúmanie samoindukcie reaktívnych foriem kyslíka vo vodných roztokoch zlúčenín uránu
2013 / Gumenjuk Vasilij Ivanovič, Kulinkovič Alexej Viktorovič -
Nový rizikový faktor pre ľudské zdravie – nedostatok elektrónov v životnom prostredí
2013 / Rakhmanin Yu. A., Stekhin A. A., Yakovleva G. V., Tatarinov V. V. -
Vlastnosti zmien elektrochemických parametrov vody aktivovanej štrukturálne namáhaným uhličitanom vápenatým v micelárnej forme
2013 / Zatsepina O. V., Stekhin Anatoly Aleksandrovich, Yakovleva G. V., Pyanzina I. P. -
Štrukturálne a energetické charakteristiky vody, ich úloha v environmentálnej ekológii
2013 / Ivlev Lev Semenovič, Reznikov Vladimir Alexandrovič -
Účinky kvantovej nelokality v procesoch aktivácie vody
2014 / Olga V. Zatsepina, Anatolij A. Stekhin, Galina V. Yakovleva
Zachovanie elektrón-donorových vlastností pitnej vody
V štúdii sa uskutočnilo experimentálne vyhodnotenie dlhodobých štruktúrnych fyzikálnych zmien fázy pridruženej vody v pitnej vode upravenej v hypomagnetických podmienkach podľa technológie zabezpečujúcej retenciu orto/para izomérov vody v prítomnosti tripletu katalyzátora. kyslík. Podľa výsledkov meraní parametrov nano-asociátov vytvorených vo vode bola zistená séria konzistencií, umožňujúcich určiť mechanizmy vplyvu hypomagnetickej úpravy na katalytické vlastnosti vody a dlhodobú stabilitu jej aktivovaného stavu, že zabezpečuje dlhodobé udržanie vysokej biologickej aktivity pitnej vody. Najmä za hypomagnetických podmienok úpravy sa vytvára hustejšia náplň amorfného ľadu VI v zložení peroxidu, ktorý slúži ako akási "zásobník" atmosférických plynov. V takejto „nádrži“ bol realizovaný vyšší tlak v porovnaní s normálnymi geofyzikálnymi podmienkami, ktorý stimuluje reakcie v plynnej fáze s tvorbou dimérov a trimérov kyslíka existujúcich v 2elektrónových aktívnych konfiguráciách s väzbovými energiami 0,3 eV a ~ 0,2 eV, zabezpečenie fázovej modulácie, čo má za následok kondenzáciu ďalších elektrónov prostredia na paramagnetickom kyslíku, čo zabezpečuje dlhodobé udržanie schopnosti donoru elektrónov vody a elektricky nerovnovážneho stavu.
Text vedeckej práce na tému „Zachovanie elektrón-donorových vlastností pitnej vody“
Experimentálne štúdie
Gibert K.K.1, Stekhin A.A.2, Yakovleva G.V.2, Sulina Yu.S.1
ZACHRÁVANIE VLASTNOSTÍ PITNÝCH VODOV DOOROV ELEKTRONOV
1 LLC "AquaHelios", 630132, Novosibirsk, ul. Omskaja, 94, Rusko; 2 Výskumný ústav ekológie človeka a hygieny životného prostredia FGBÚ. A.N. Sysina Ministerstva zdravotníctva Ruska, Moskva, 119121, Moskva, st. Pogodinskaya, 10, Rusko
Štúdia vykonala experimentálne hodnotenie dlhodobých štrukturálnych a fyzikálnych zmien v súvisiacej vodnej fáze v pitnej vode upravenej v hypomagnetických podmienkach podľa technológie zahŕňajúcej konverziu orto-para-izomérov vody v prítomnosti katalyzátora - tripletového kyslíka. . Podľa výsledkov meraní parametrov vytvorených nanoasociátov vo vode sa zistilo množstvo zákonitostí, ktoré umožňujú určiť mechanizmy vplyvu hypomagnetickej úpravy na katalytické vlastnosti vody a dlhodobú stabilitu jej aktivovaný stav, ktorý zabezpečuje dlhodobé udržanie vysokej biologickej aktivity pitnej vody. Najmä v podmienkach hypomagnetického spracovania sa v zložení peroxidových asociátov vytvára hustejšia náplň amorfného ľadu VI, ktoré slúžia ako druh zásobníka atmosférických plynov. V takejto nádrži sa realizujú vyššie tlaky v porovnaní s normálnymi geofyzikálnymi podmienkami, čo stimuluje reakcie v plynnej fáze s tvorbou dimérov a trimérov kyslíka, ktoré existujú v dvoch elektronicky aktívnych konfiguráciách s väzbovými energiami 0,3 a ~ 0,2 eV, ktoré poskytujú fázovú moduláciu. , čo má za následok kondenzáciu ďalších elektrónov z okolia na paramagnetickom kyslíku, čo zabezpečuje dlhodobé udržanie elektrón-donorovej kapacity vody a jej elektricky nerovnovážneho stavu.
Kľúčové slová: pridružená vodná fáza; hypomagnetická liečba; orto-para-konverzia izomérov vody.
Pre citáciu: Hygiena a sanitácia. 2015; 94(3): 97-100.
Gibert K.K. 1, Stekhin A.A. 2, Yakovleva G.V.2, Sulina Yu.S.1 ZADRŽANIE VLASTNOSTÍ PITNÝCH VODOV, KTORÝCH POSKYTUJE ELEKTRON
1Spoločnosť s ručením obmedzeným "Akva Gelios", Novosibirsk, Ruská federácia, 630132; 2A.N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health, Moskva, Ruská federácia, 119121
V štúdii sa uskutočnilo experimentálne hodnotenie dlhodobých štruktúrno-fyzikálnych zmien fázy pridruženej vody v pitnej vode upravenej v hypomagnetických podmienkach podľa technológie zabezpečujúcej zadržiavanie orto/para izomérov vody v prítomnosti katalyzátora. - triplet kyslík. Podľa výsledkov meraní parametrov nano-asociátov vytvorených vo vode bola zistená séria konzistencií umožňujúcich určiť mechanizmy vplyvu hypomagnetickej úpravy na katalytické vlastnosti vody a dlhodobú stabilitu jej aktivovaného stavu. , ktorá zabezpečuje dlhodobé udržanie vysokej biologickej aktivity pitnej vody. Najmä pri podmagnetických hypomagnetických podmienkach úpravy sa vytvára hustejšia náplň amorfného ľadu - VI v zložení peroxidu, ktorý slúži ako akási "zásobník" atmosférických plynov. V takejto „nádrži“ bol realizovaný vyšší tlak v porovnaní s normálnymi geofyzikálnymi podmienkami, ktorý stimuluje reakcie v plynnej fáze s tvorbou dimérov a trimérov kyslíka existujúcich v 2-elektrónovo aktívnych konfiguráciách s väzbovými energiami 0,3 eV a ~ 0,2 eV. , zabezpečujúci fázovú moduláciu, čo má za následok kondenzáciu dodatočných elektrónov prostredia na paramagnetickom kyslíku, čo zabezpečuje dlhodobé udržanie elektrón-donorovej schopnosti vody a elektricky nerovnovážneho stavu.
Kľúčové slová: fázovo spojené hypomagnetické spracovanie vody, konverzia orto/para izomérov vody Citácia: Gigiena i Sanitariya. 2015; 94(3): 97-100. (v ruštine)
Aktuálnym smerom preventívnej medicíny v posledných rokoch je vytváranie nástrojov, ktoré majú vlastnosti kompenzovať negatívny vplyv environmentálnych faktorov na ľudské zdravie, vrátane stavov definovaných ako elektronický deficit. Pitná voda môže slúžiť ako jeden z prostriedkov, ktorý po spracovaní za určitých technologických podmienok (fyzikálnej úprave) získava obnovujúce elektrón-donorové vlastnosti.
Tieto technológie majú nevýhody, z ktorých najvýznamnejšou je nízka bezpečnosť
Pre korešpondenciu: Anatolij Stekhin, [e-mail chránený]
Pre korešpondenciu: Stekhin A.A., [e-mail chránený]
redukčné vlastnosti pitnej vody, čo je spôsobené pomerne vysokou mierou relaxácie metastabilného stavu vody. Známe sú však účinky vplyvu diamagnetického deutéria na stav pridruženej vodnej fázy, ktoré sa prejavujú zvýšením hodnôt fázovej frakcie v objemovej vode so zvýšením koncentrácie deutéria, čo odráža uvoľňovanie vplyv spinovo aktívnych nečistôt vo vode na anión - kryštalické asociáty. Zároveň sa v odbornej literatúre aktívne diskutuje o biologickej aktivite jadrových spinových izomérov vody (orto- a para-izomérov) a ich vplyve na parametre súvisiacej vodnej fázy. Berúc do úvahy údaje teoretických štúdií, a Nová technológia fyzikálna úprava vody v hypomagnetických podmienkach, umožňujúca
[hygiena a sanitácia 3/2015
dodáva vode regeneračné vlastnosti, ktoré vydržia dlhú dobu.
V prirodzených geomagnetických podmienkach je stabilný pomer orto-para izomérov v objemovej vode 1:3, čo sa vysvetľuje zákazom vzájomných prechodov orto- a para-molekúl vody v dôsledku kolíznych a radiačných účinkov. Zároveň má orto-voda podľa , vysokú prchavosť, čo nepriamo naznačuje, že je prevažne vo voľnej vodnej fáze.
Vzhľadom na problémy spin-konverzie izomérov vody je potrebné pozastaviť sa nad kritickými podmienkami týchto procesov. Podľa , sú procesy premeny izomérov vody na seba uľahčené v blízkosti kritických teplôt T = 4, 19, 36 a 76 °C, pri ktorých je energia rotácie hQmn orto- a para-izomérov vody približne zodpovedá energii nepružných zrážok kT ~ hfi. Na základe skutočnosti, že teplotný bod 4°C podľa údajov prác zodpovedá nerovnovážnemu fázovému prechodu ľad VII - ľad VIII, z čoho vyplýva vysoká účinnosť štrukturálnej reorganizácie pridruženej vodnej fázy, môže predpokladať, že teploty 19 a 36°C (podľa práce ) súvisia aj s premenou štruktúr pridruženej vodnej fázy, ale už v štruktúrach ľadu VI, ktorý je nositeľom radikálových aniónov 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 ).
Treba poznamenať, že orto-para konverzia je výrazne zrýchlená v prítomnosti katalyzátorov, vrátane tripletového kyslíka (elektrónový spin molekuly O2 je 1). Preto prítomnosť katalyzátora vo vode umožňuje poskytnúť orto-para-konverziu. Je známe, že rýchlosť tejto konverzie sa zvyšuje s tvorbou zmiešaných kvantových stavov, keď sa energetické hladiny orto- a para-vody prakticky zhodujú a pravdepodobnosť vzniku zmiešaných kvantových stavov a orto-/para konverzie sa zvyšuje.
Zároveň v dôsledku magnetizmu orto-izomérov sú procesy orto-para-konverzie ovplyvňované aj vonkajšími elektromagnetickými poľami (EMF) a magnetickými poľami. Elektromagnetické žiarenie blokuje tvorbu zmiešaných kvantových stavov a znižuje pravdepodobnosť orto-para-konverzie. Pri skríningu z EMF a najmä za hypomagnetických podmienok však nedochádza k rušivému účinku na molekulárne štruktúry, čo by malo viesť k zníženiu energetických prahov kvantového miešania a usporiadanejšej štruktúre štruktúr vytvoreného amorfného ľadu VI v zloženie spoločníkov.
Cieľom tejto štúdie bolo experimentálne zhodnotiť štrukturálne a fyzikálne zmeny v pridruženej vodnej fáze za hypomagnetických podmienok vytvorenej v súlade s technológiou (RF patent č. 2007111073/15 zo dňa 26. marca 2007) a ich vplyv na biokatalytický aktivita vody.
Metodika výskumu spočívala v úprave destilovanej a artézskej vody v nádobe z nemagnetického materiálu po dobu minimálne 5 hodín v pracovnom priestore tieniaceho zariadenia, ktoré zabezpečí oslabenie vektora celkového geomagnetického poľa minimálne 300-násobne. v porovnaní s hodnotou pozadia. Ďalej bola upravená voda podrobená výskumu bez riedenia (koncentrát helioprotektíva
voda (HWL)). Okrem toho sa študoval potenciačný účinok koncentrátu HPV na artézske vody („Kvapka rosy na Sibíri“, „Pokrov-voda“). Koncentrát sa pridával do vody v pomere 1:10 000 a 1:5 000. Zmeny skupenstva vody boli hodnotené súborom štrukturálnych a energetických ukazovateľov, ktoré sme navrhli v predtým publikovaných prácach.
Výsledky a diskusia
Na základe výsledkov chemiluminiscenčnej analýzy bolo zistené, že voda upravená v hypomagnetických podmienkach (HPV koncentrát) obsahuje abnormálne vysokú koncentráciu peroxidových aniónových radikálov (HO2-(*)), ktoré sa nemenia minimálne 9 mesiacov skladovania, dochádza k periodickým zmenám v rozsahu od 70 do 90 mcg/l.
Redoxný potenciál HPV koncentrátu aj jeho zriedení v pitnej vode sa zníži o ~100 mV, pH sa zvýši o 0,7 jednotky a elektrická vodivosť o 37 mS/m východiskovej hodnoty.
Vo vzorkách získaných riedením HPV koncentrátu v pitnej vode bol tiež zaznamenaný nárast koncentrácie peroxidových aniónových radikálov v rozmedzí 1 až 5 µg/l, ktorý pretrváva 1 mesiac. Zistili tiež zmenu podielu pridruženej vodnej fázy (nárast na 30 % pôvodného stavu), výskyt vysokoenergetických stavov (o 5-15 %) v energetickom rozdelení fázy a pokles v absolútnej viskozite vody na hodnoty rádovo 0,985 ... 0,978 centipoise. S prihliadnutím na získané hodnoty ukazovateľov v súlade s klasifikáciou štrukturálneho a energetického stavu pitnej vody možno vody potencované koncentrátom HPV zaradiť do tretieho stupňa aktivity, čo umožňuje odporučiť ich použitie v s cieľom kompenzovať negatívny vplyv nepriaznivých environmentálnych faktorov, charakterizovaných ako elektronický nedostatok.
Pri štúdiu dynamických zmien skupenstva vody upravovanej v hypomagnetických podmienkach s rôznym obsahom rozpusteného kyslíka v nej (pozri tabuľku) sa zistilo množstvo vzorcov, ktoré umožňujú určiť mechanizmy účinku hypomagnetickej úpravy na katalytické vlastnosti vody.
Pri analýze údajov v tabuľke sa zistilo, že kyslík rozpustený vo vode je jedným z hlavných faktorov zvyšovania katalytickej aktivity vody, keďže zmeny jeho koncentrácie vo vode o faktor 2 vedú k zvýšeniu aktivity vody o viac ako rádovo. Skrátenie času na dosiahnutie maxima
Dynamické zmeny v čase maximálnej intenzity luminol-hemovej chemiluminiscencie v koncentrácii peroxidových aniónových radikálov (HO2(*) a kyslíka rozpusteného vo vode po 2 dňoch vonkajšej expozície vzoriek artézskej vody exponovaných v hypomagnetických podmienkach
Expozícia, dni Voda
okysličený odkysličený
gm, s HO2-(,), μg/l koncentrácia O2, mg/l hm, s HO2"(,), μg/l koncentrácia 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
Priemerný priemer Intenzita
rozptyl, s1sr, rozptyl nm, I, %
10 100 Priemer, s1, nm
Ryža. Obr. 1. Distribúcia veľkosti asociátov pridruženej vodnej fázy po hypomagnetickej úprave vody. Horizontálne - priemer v nm); vertikálne - intenzita (I; v %).
luminol-gemická chemiluminiscencia^ indikuje zmenšenie veľkosti vodných asociátov obsahujúcich HO^-radikálové anióny. Aktivita (v odkysličenej vode) je zároveň riadená difúziou kyslíka a ultranízke difúzne rýchlosti a vysoká dlhodobá stabilita aktivovaného stavu vody naznačujú väčšiu stabilitu štruktúrneho stavu Wolrafenových pentamérov, ktoré tvoria štruktúrny základ. súvisiacej vodnej fázy v porovnaní s normálnymi geomagnetickými podmienkami.
Ako z tejto závislosti vyplýva, pokles v čase dosiahnutia maximálnej intenzity chemiluminiscencie indikuje zmenšenie priemeru asociátov, čo súvisí so zosilnením jeho štruktúrnej organizácie. Podobná závislosť bola získaná aj v práci o úprave vody v podmienkach Faradayovho EMF skríningu. Pokles parametra veľkosti asociátov vo vode naznačuje vplyv spinového konverzného faktora a zmiešaných kvantových stavov excitovaných molekulárnym kyslíkom za hypomagnetických podmienok.
Veľkostné parametre vytvorených peroxidových asociátov v upravenej vode boli stanovené pomocou laserového korelačného disperzného merača (LCD), ktorý umožňuje selektívne izolovať novú frakciu peroxidových asociátov na pozadí supramolekulových štruktúr vody väčších ako 10 μm, a v čase dosiahnutia maximálnej intenzity luminol-hémovej chemiluminiscencie.
Distribúcia asociátov podľa veľkosti v študovaných vzorkách vody počas jej difúzne riadenej oxygenácie metódou LCA je znázornená na obr. jeden.
Na základe výsledkov posúdenia distribúcie asociátov v upravovanej vode možno konštatovať, že okrem nadmolekulárnych štruktúr a asociátov s pozitívnou polaritou v dôsledku ošetrenia vznikajú aj asociáty negatívnej polarity s veľkosťou 80 až 500 nm. vznikajú, ktoré v pôvodnej vode chýbali. Priemerná veľkosť asociátov s negatívnou polaritou 1. deň po úprave vody, nesúcich anión-radikálový peroxid, je 194,7 nm.
Získané rozmerové parametre asociátov boli porovnané s časom maximálnej intenzity chemiluminiscencie (pozri tabuľku), ktorý je určený časom rozpadu asociátov v silne alkalickom prostredí činidla (pH-11,5), ktorý závisí od ich veľkosť. Na obr. Obrázok 2 ukazuje závislosť veľkostných parametrov peroxidových asociátov od času uvoľnenia maximálnej intenzity chemiluminiscencie, ktorá
0,4 o!b 08 1 1^2 D.4
Ryža. 2. Závislosť stredného priemeru asociátov t) od času maximálnej intenzity luminol-hémovej chemiluminiscencie (t). Horizontálne - čas (^ v s); vertikálne - priemer v mikrónoch).
V oblasti malých priemerov asociátov je opísaná inverznou exponenciálnou závislosťou a v oblasti veľkostí od 1,2 do ~ 10 μm lineárnou aproximáciou d = 1,170,45.
Získaná závislosť v porovnaní s tabuľkovými údajmi na jednej strane umožňuje nezávisle interpretovať vzťah medzi kinetickými procesmi luminol-hémovej chemiluminiscencie a parametrami asociátov zmiešaného typu reprezentovaných konjugovanými štruktúrami (^[(HO2"( *) ^OH"(*)(H2O)tr)]/ na druhej strane potvrdzuje účinky indukcie stabilnejších peroxidových asociátov v hypomagnetických podmienkach a zmeny ich veľkosti závislé od kyslíka v čase. Väčšia stabilita zmesí zmiešaného typu získaná za hypomagnetických podmienok úpravy vody je spojená s hustejším balením pentamérov Wolrafen. Je zrejmé, že tieto štruktúrne vlastnosti pridružených látok zaisťujú vytvorenie termodynamických podmienok potrebných na udržanie ich katalytickej aktivity.
Zmeny v štruktúrnom a fyzikálnom stave pridruženej vodnej fázy za hypomagnetických podmienok možno interpretovať na základe tvorby dimérov kyslíka (O.) a dynamiky ich výmeny v podmienkach plynnej fázy realizovanej v mikrodutinách pridruženej vodnej fázy. Existencia molekúl O4 je spôsobená slabými medzimolekulovými interakciami (energia väzby O2-O2 je 830 cal/mol). Metastabilné diméry kyslíka sú stabilizované vysokým tlakom v mikrodutinách ľadu VI a sú schopné spontánneho rozpadu v dôsledku tunelovacieho efektu, ktorý zabezpečuje periodickú moduláciu veľkosti asociátov a excitáciu fázových nestabilít v nich, čo vedie ku kvantovej kondenzácii elektrónov z prostredie. Okrem toho hypomagnetická úprava stimuluje spinovú premenu orto-vody na para-vodu, z ktorej sa v amorfných ľadoch tvoria stabilnejšie obaly VI. Vysokú stabilitu molekulárnych balení a orto-orto-dimérov kyslíka vo vode potvrdzujú aj údaje práce.
Získané odhady časovej stability asociátov, ktoré sú nosičmi peroxidových aniónových radikálov, výrazne prekračujú čas spinovej konverzie orto(55,5 min)- a para(26,5 min)-izomérov v kvapalnej vode a zodpovedajú rádovo do doby spin- ice konverzií (mesiace) . Podľa našich odhadov doba rozkladu peroxidu vodíka v pitnej vode, ktorá je v asociovanom stave, za normálnych podmienok v ekvimolárnych pomeroch nepresahuje 3 týždne.
hygiena a sanitácia 3/2015
Associates vo vode, ktoré majú štruktúru amorfného ľadu VI, majú vysoký stupeň defektov, ktorých dutiny sú vyplnené vzduchom pod vysokým tlakom. Podľa údajov je vnútroštrukturálny tlak v objektoch negatívnej polarity vytvorených za normálnych geomagnetických podmienok ~ 25 atm.
Práce preukázali, že tvorba dimérov a trimérov kyslíka v plynnej fáze nastáva pri zvýšenom tlaku. Podľa údajov sa maximálna tvorba dimérov kyslíka v plynnej fáze pozoruje pri tlaku vyššom ako 50 atm. Podľa práce sa kyslíkové diméry tvoria aj v amorfných materiáloch vo forme dvoch konfigurácií s väzbovými energiami Eb2 = 0,3 a ~ 0,2 eV. Čas vzájomného prechodu elektrónových stavov kyslíkových dimérov z jedného do druhého a späť v amorfných materiáloch je -10-2 s.
Voda upravovaná v hypomagnetických podmienkach má teda biokatalytickú aktivitu, ktorá zostáva stabilná po dlhú dobu, čo zabezpečuje jej vysokú biologickú aktivitu. Vysoká aktivita a stabilita pitnej vody aktivovanej za hypomagnetických podmienok sa dosahuje premenou orto-vody na para-vodu pri kritickej teplote okolo 19°C a prítomnosti rozpusteného paramagnetického kyslíka, ktorý tvorí zmiešaný kvantový stav potrebný na urýchľuje konverziu a tvorbu katalyticky aktívnych dimérov kyslíka. V hypomagnetických podmienkach, ktoré sú charakterizované 300-násobným potlačením vektora celkového geomagnetického poľa, sa v zložení zmiešaného typu asociátov vytvorí hustejšia vrstva amorfného ľadu VI (^[(H02"(*)^0H"(*) (H20)mJ]q), ktoré slúžia ako V takomto rezervoári sa realizujú tlaky vyššie ako normálne geofyzikálne podmienky, čo stimuluje reakcie v plynnej fáze s tvorbou dimérov a trimérov kyslíka, existujúcich v dvoch elektronicky aktívnych konfiguráciách s väzbovými energiami
0,3.i - 0,2 eV, poskytujúce súvisiacu moduláciu vodnej fázy, čo vedie ku kondenzácii ďalších elektrónov z prostredia na paramagnetickom kyslíku. Kondenzácia elektrónov prebieha za vzniku nestabilných superoxidových aniónových radikálov, ktoré disproporcionálne disproporcionujú v následných premenách na stabilný peroxidový aniónový radikál. Posledný proces zabezpečuje dlhodobé udržanie elektrón-donorovej kapacity vody a jej elektricky nerovnovážneho stavu.
Literatúra a (s. 3-5, 8-15, 21-25 pozri odkazy)
1. Rakhmanin Yu.A., Stekhin A.A., Yakovleva G.V. Novým rizikovým faktorom pre ľudské zdravie je nedostatok elektrónov v životnom prostredí. Biologická bezpečnosť a biologická bezpečnosť. 2012; 4(4):21-51.
2. Rakhmanin Yu.A., Stekhin A.A., Yakovleva G.V. Nedostatok elektroniky ako možný zdravotný rizikový faktor. Hygiena a sanita. 2013; 6:21-8.
6. Stekhin A.A., Yakovleva G.V. Štruktúrovaná voda: nelineárne efekty. M.: Vydavateľstvo LKI; 2008.
7. Baturov L.N., Govor I.N., Obukhov A.S., Plotničenko V.G., Dianov E.M. Detekcia nerovnovážnych fázových prechodov vo vode. Listy JETF. 2011; 93(2): 92-4.
16. Rakhmanin Yu.A., Stekhin A.A. Yakovleva G.V. Hodnotenie kvality pitnej vody štrukturálnymi a energetickými ukazovateľmi. Hygiena a sanita. 2012; 4:87-90.
17. Zatsepina O.V., Stekhin A.A., Yakovleva G.V. Iónové radikálové formy kyslíka - hlavný indikátor, ktorý odráža elektrón - darcovskú schopnosť vody. Hygiena a sanita. 2013; 2:91-7.
18. Ryzhkina I.S., Kiseleva Yu.V., Timosheva A.P. atď. DAN. 2012; 447 (1): 1-7.
19. Zacharčenko V. N. Koloidná chémia. Učebnica. 2. vyd. M.: Vyššia škola; 1989.
20. Kondicionér vody "MICELLATE uhličitan vápenatý a horečnatý". TU 5743-001-43646913-2006.
21. N. P. Lipikhin, Disper, klastre a klastrové ióny kyslíka v plynnej fáze. pokroky v chémii. 1975; 44(8): 1366-76.
1. Rakhmanin Yu.A., Stekhin A.A., Yakovleva G.V. Nový rizikový faktor pre ľudské zdravie - nedostatok elektrónov v životnom prostredí. Biozash-chita i biobezopasnost". 2012. 4(4): 21-51. (v ruštine)
2. Rakhmanin Yu.A., Stekhin A.A., Yakovleva G.V. Nedostatok elektrónov ako možný rizikový faktor pre zdravie. Gigiena a hygiena. 2013. 6:21-28. (v angličtine)
3. Tichonov V.I., Volkov A.A. Separácia vody na jej orto a para izoméry. Veda. 2002; 296(28): 2363.
4. Volkov A.A., Tichonov V.I., Makurenkov A.M. a kol. Sorpčné experimenty s vodnými spinovými izomérmi v glycerole. Phys. vlnový jav. 2007; 15(2): 106-10.
5. Pershin S.M. Koincidencia rotačnej energie orto-para molekúl H2O a translačnej energie v blízkosti špecifických teplôt vo vode a ľade. Phys. vlnový jav. 2008. 16(1): 15-25.
6. Stekhin A.A., Yakovleva G.V. Štruktúrovaná voda: nelineárne efekty M.: Izd-vo. LKI; 2008. (v ruštine)
7. Baturov L.N., Govor I.N., Obukhov A.S., Plotničenko V.G., Dianov E.M. a kol. Detekcia nerovnovážnych fázových prechodov vo vode. Pis "ma proti ZhETF. 2011; 93(2): 92-4. (v ruštine)
8. Buntkowsky G., Limbach H.-H., Walaszek B., Adamczyk A., Xu Y., Breitzke H. a kol. Mechanizmus premeny Ortho/Para-H2O v ľade. Z Phys. Chem. 2008; 222:1049.
9. Xavier Michout Anne-Marie Vasserot, Luce Abouaf-Marguin. Vplyv teploty a času na rovibračnú štruktúru základov H2O zachytených v pevnom argóne: obmedzená rotácia a satelit RTC. vibrovať. Spectros. 2004; 34:83-93.
10. Chapovsky P.L., Hermans L.J. Nuclea spin conversion in polymolecules atomic. Annu. Rev. Phys. Chem. 1999; 50:315.
11. Cosleou J., Herlemont F., Khelkhal M. a kol. Konverzia jadrového spinu v CH3F indukovaná striedavým elektrickým poľom. Eur. Phys. J. 2000; D10:939-104.
12. Moro R., Bulthuis J., Heinrich J., Kresin V. V. Elektrostatická výchylka molekuly vody: Základný asymetrický rotor. Phys. Rev. A. 2007; 75:013415.
13. Slitter R., Gish M., Vilesov A. Rýchla konverzia jadrového spinu vo vodných zhlukoch a ľadoch: štúdia izolácie matrice. J Phys. Chem. A. 2011; 115:9682-8.
14. Linesh K.B., Frenken J.W.M. Experimentálny dôkaz tvorby ľadu pri izbovej teplote. Appl. Phys. Lett. 2008; 101:036101.
15. Teixeira J., Bellissent-Funel M.C., Chen S.H., Dorner B. Pozorovanie nových kolektívnych excitácií vlnovej dĺžky v ťažkej vode koherentným neelastickým neutrónom. Phys. Rev. Lett. 1985; 54:2681.
16. Rakhmanin Yu.A., Stekhin A.A., Yakovleva G.V. Hodnotenie kvality pitnej vody je štrukturálno-energetické vlastnosti. Gigiena a sanitária. 2012; 4:87-90. (v angličtine)
17. Zatsepina O.V., Stekhin A.A., Yakovleva G.V. Ión - radikálové formy kyslíka - hlavný indikátor elektrónovej - donorovej schopnosti vody. Gigiena a hygiena. 2013; 2:91-7.
18. Ryzhkina I.S., Kiseleva V., Timosheva A.P. a kol. DAN. 2012; 447 (1): 1-7. (v angličtine)
19. Zacharčenko V.N. Koloidná chémia. učebnica. 2. vydanie, Rev. a pridať. Moskva: Vysshaya shkola; 1989. (v ruštine)
20. Normalizátor vody "MITSELLAT uhličitan vápenatý a horčík". TU 5743-001-43646913-2006. (v angličtine)
21. Lipikhin N.P. Diméry, klastre a klastrové ióny v plynnej fáze. Uspekhi khimii. 1975; 44(8): 637-42.
22. Tichonov V.I., Volkov A.A. Separácia vody na jej orto a para izoméry. Veda. 2002; 296:2363.
23. Long C.A., Ewing G.E. Infračervené spektrum viazaných kyslíkových stmievačov. Chem. Phys. Lett. 1971; 9:225.
24. Jeckenby R.E., Robbins E.J., Trevalion P.A. Proc. Roy. soc. 1964; 280A:409-12.
Existencia orto- a para-vodíka sa vyučuje v kurzoch inštitútu, preto spravidla nie sú medzi tými, ktorých sa to niekedy týka, pochybnosti o existencii dvoch typov vodíka. Voda je iná vec. Od raného detstva treba počuť o živých a mŕtvych odrodách. S rozširovaním informačného pokrytia musí človek čítať, počuť a vidieť všetko - o nabitej vode aj o akejkoľvek inej. No na väčšinu ľudí tento informačný tlak pôsobí skôr opačným smerom a tvrdenie o existencii odrôd vôd chce subjektívne akosi pripísať podmnožine televíznych zázrakov.
Napriek tomu, uznávajúc existenciu vodíkových odrôd, je potrebné rozpoznať podobné možnosti pre molekulu vody. Spiny dvoch protónov môžu byť orientované rovnakým smerom alebo môžu smerovať k sebe. V 80. rokoch FIAN začal študovať jadrové spinové izoméry vody. Ukázalo sa, že tieto izoméry možno rozlíšiť infračerveným a NMR spektrom. Ukázalo sa tiež, že paramolekuly, ktoré na rozdiel od svojich ortoanalógov nemajú moment hybnosti, sú oveľa aktívnejšie adsorbované na určitých typoch povrchov. To zase umožňuje vytvárať vzorky vody obohatené o jeden alebo druhý izomér.
Čo je zvláštne: ukázalo sa, že v dôsledku veľmi slabej interakcie jadrových spinov s prostredím sú procesy vzájomných premien orto- a paramolekúl extrémne pomalé. Čas orto-para konverzie v kvapalnej vode je asi hodinu a v ľade môže dosiahnuť niekoľko mesiacov. Ak by teda rozprávkový Ivan Tsarevič mohol zbierať orto- a para-vodu do dvoch vedier, potom by ich na svojom Šedom vlkovi určite dokázal odniesť takmer nezmenené do ďalekého kráľovstva. Ale odkiaľ pochádza taký dlhý čas, stále nie je úplne jasné, pretože čas výmeny protón-protón medzi molekulami je o mnoho rádov kratší.
Ale – rozprávka je rozprávka a veda robí svoje. Aby sme mohli niečo študovať, v prvom rade je potrebný samostatný predmet štúdia.
Tím výskumníkov z Izraelského technologického inštitútu (Technion) v Haife vykonal experiment na oddelenie jadrových spinových izomérov vody. Oproti predchádzajúcim experimentom s adsorpciou využili myšlienku klasického experimentu, ktorým bolo spinenie kedysi objavené – ideu známeho tzv. "Stern-Gerlachov experiment". Pravda, magnetický moment vodíkových jadier (protónov) je o tri rády slabší ako magnetický moment elektrónov, takže o obyčajnom opakovaní klasiky nemohla byť reč. Navyše už samotná formulácia problému – získať určité množstvo separovaného izoméru – si vyžadovala inú konfiguráciu experimentu.
Rovnako ako klasici predtým, výskumníci z Izraela aplikovali gradientné magnetické pole, ale urobili toto pole cylindricky symetrické, s malým gradientom v strede a veľkým na okrajoch. Takéto pole pôsobilo na častice s magnetickým momentom ako šošovka a muselo zhromažďovať molekuly s určitým magnetickým momentom v „ohnisku“.
Pravda, bolo treba prekonať ešte jeden problém – molekuly prešli magnetickou šošovkou príliš rýchlo, a preto boli pole slabo vychýlené. Tento problém bol vyriešený zmiešaním molekúl vody s atómami kryptónu v lúči. Kryptón je ťažký plyn a v dôsledku zrážok s jeho molekulami molekuly vody stratili rýchlosť.
Výsledkom bolo, že v „ohnisku“ gradientnej magnetickej čiary, asi jeden a pol metra od nej, sa skutočne zhromaždili molekuly takmer rovnakého druhu. Lúč obsahoval 97 % orto izoméru vody a iba 3 % molekúl v para stave.
Autori poukazujú na to, že samozrejmou efektívnou aplikáciou orto-vody by malo byť jej použitie v experimentoch NMR. Na pozorovanie NMR je potrebné vytvoriť preferenčnú orientáciu jadrových spinov, čo si zvyčajne vyžaduje použitie silných magnetických polí a nízkych teplôt. Použitím metódy blízkej tej, ktorá je opísaná v článku, je možné získať spinom obohatené preparáty, ktoré umožnia použitie dobre vyvinutých metód NMR štúdií tam, kde to predtým nebolo dostupné.
M. Kompan
1. A. A. Volkov a kol., Infrared Physics 25 , 369 (1985).
2. V.I.Tikhonov, A.A.Volkov, Veda 296 , 2363 (2002).
3. T. Kravchuk a kol., Science 331 , 319 (2011).
Pred deviatimi rokmi výskumníci z Ruska oznámili, že sa im podarilo rozdeliť vodu na dva spinové izoméry, no potom ich posolstvo prijala vedecká komunita nejednoznačne.
Teraz izraelskí chemici tvrdia, že sa im podarilo oddeliť spinové izoméry vody pomocou inej techniky a očakáva sa, že výsledky štúdie môžu byť užitočné pri zvýšení citlivosti metódy NMR.
Molekuly vody existujú vo forme dvoch spinových izomérov – „orto-voda“, v ktorej sú jadrové spiny atómov vodíka paralelné, a „para-voda“, v ktorej sú jadrové spiny atómov vodíka antiparalelné. Niektoré obzvlášť jemné vlastnosti izomérov sa líšia, ale aj tento malý rozdiel môže byť v niektorých prípadoch veľmi významný. Napríklad v astrofyzike sa na určenie teploty v medzihviezdnom priestore používa pomer orto- a para-izomérov vody, aj keď takto získané údaje nie je ľahké interpretovať, najmä preto, že výskumníci zatiaľ neboli schopní študovať jednotlivé vlastnosti každého z izomérov oddelene.
Prúd molekúl vody prechádza magnetickým systémom. Jedna zo spinových projekcií orto-vody je zameraná magnetickým poľom a druhá je rozptýlená v priestore.
V roku 2002 Vladimir (Vladimir Tichonov) a Alexander Volkov (Alexander Volkov) uviedli, že boli schopní získať vodné kvapky obohatené buď o orto- alebo para-spin izomér počas 25 minút, pričom separácia bola založená na rôznych rýchlostiach adsorpcie vody. izoméry na povrchu. Tieto experimenty sa však ťažko reprodukovali a množstvo chemikov, ako napríklad Hans-Heinrich Limbach zo Slobodnej univerzity v Berlíne, uviedlo, že kvapka pozostávajúca z jediného izoméru by mala byť nestabilná a mala by mať tendenciu vracať sa do stavu spin-izotopovej zmesi. ..
Gil Alexandrovič z Technologického inštitútu v Haife potvrdil výsledky experimentov Tichonova a Volkova, avšak s použitím odlišného prístupu k oddeleniu izomérov vody, založeného na vychyľovaní molekúl vody magnetickým poľom. Metóda separácie navrhovaná výskumníkmi je založená na slávnom Stern-Gerlachovom experimente. Separácia izomérov vody prebiehala nasledovne: lúč molekúl vody v plynnej fáze prešiel magnetom so šiestimi pólmi, magnetické pole mení trajektóriu molekúl vody v závislosti od ich spinovej projekcie.
Alexandrovič, rovnako ako výskumníci v jeho skupine, je presvedčený, že voda obohatená jedným zo spinových izomérov (alebo reprezentovaná iba jedným z izomérov) môže byť užitočným rozpúšťadlom pre experimenty NMR, ktorých použitie môže zvýšiť rozlíšenie signálu 100 000-krát. .
Limbach, ktorý bol skeptický voči experimentom Tichonova a Volkova, si je istý, že Alexandrovičovej skupine sa podarilo získať systémy obohatené o orto-vodu. Uvádza však, že takáto separácia je na riešenie praktických problémov zbytočná - v dôsledku kondenzácie orto-vodíkovej pary na povrchu a tvorby kvapky v kondenzovanom systéme dôjde k rýchlej spinovej izomerizácii, preto je možné použitia orto- alebo para-izomérov vody a NMR deklarované Aleksandrovičom neobstojí žiadnu kritiku.
