Анализ состояния воды в биологических объектах методом

Анализ состояния воды в биологических объектах
методом низкочастотной диэлькометрии
Семихина Л. П.
Тюменский госуниверситет, Научный центр профилактического и лечебного питания
ТюмНЦ СО РАМН, Тюмень.
Жизнь всех биологических объектов на Земле невозможна без воды. Однако до сих пор
отсутствует единая точка зрения на структуру даже обычной воды. Тем более
противоречивые мнения высказываются по поводу состояния воды в многокомпонентных
биологических объектах. В данной работе показано, что в физике воды имеется “белое”
пятно, соответствующее молекулярным процессам с характерными временами 10–4–10–8 с.
В результате более тщательного исследования диэлектрических потерь воды в диапазоне
частот 104–108 Гц в [1–2] впервые был обнаружен низкочастотный максимум
диэлектрических потерь. Установлено, что низкочастотный максимум tg δ наблюдается
лишь в жидкостях с непрерывной сеткой водородных связей и связан с переносом протона
по ней [1–2]. Величина, обратная значению частоты νmax, на которой наблюдается
низкочастотный максимум tg δ, определяет среднее время трансляционного перемещения
протона τp по сетке водородных связей. Найденное таким образом значение τp для воды с
удельной электропроводностью (2–3)·10–6 Ом–1см–1, равное 5·10–5 сек, хорошо совпадает с
расчетными данными других работ. Изменение структуры сетки водородных связей
должно приводить к изменению подвижности протона и смещению частоты νmax.. Поэтому
по изменению величины νmax можно получить сведения об изменении сетки водородных
связей в воде в ходе тех или иных процессов.
Рассмотрим возможности данного способа оценки структуры водных систем на примере
анализа температурных изменений в состоянии дистиллированной воды с удельной
электропроводностью 8·10–6 Ом–1см–1, частотные зависимости tg δ для которой при
различных температурах приведены на рисунке. Как видим, при повышении температуры
частота νmax меняется скачкообразно. Прежде всего, оказалось, что в процессе фазового
перехода лед–вода наблюдается лишь понижение значения максимума tg δ , смещения
частоты νmax не происходит при 0 °С < Т <2 °С. Следовательно, в воде около 0 °С
сохраняется “льдообразная” структура сетки водородных связей. Это состояние воды
естественно назвать “льдообразным” или талым.
При Т = 4 °С наблюдается первое резкое (почти в 2 раза) смещение частоты νmax.
Последующее повышение температуры вплоть до 35 °С практически не влияет на
положение максимума tg δ, лишь понижается его величина. Т. о., в интервале температур
4 °С < Т < 35 °С структура сетки водородных связей в исследуемой воде меняется
незначительно, но резко отличается от “льдообразной”. Будем называть это состояние
“кварцеподобным” (для названия этого состояния воды использован термин из известной
работы Бернала и Фаулера [3], в которой из анализа рассеяния рентгеновских лучей также
сделан вывод о существовании трех форм расположения молекул в жидкой воде).
Второе резкое (более чем в 2 раза) смещение частоты ν max наблюдается при Т = 40 °С.
Пока предполагается, что состояние воды при Т > 40 °С относится к состоянию с частично
разрушенными водородными связями, доля его увеличивается с ростом температуры.
Обнаружено, что чем чище вода, тем шире диапазон температур существования
“льдообразной” и “кварцеподобной” структуры воды. Например, в воде с удельной
электропроводностью (2–3) ·10–6 Ом–1см–1 в температурном интервале 0–100 °С
наблюдается единственный скачок частоты ν max при Т = 35 °С. Следовательно, при
0 °С < Т < 35 °С наблюдается “льдообразная” структура сетки, при Т > 35 °С –
“кварцеподобная”. Состояние воды с разрушенными водородными связями в такой воде
не достигается даже многочасовым кипячением. Однако, подвергая такую воду
воздействию СВЧ излучения либо специальной магнитной обработке, удается получить
состояние воды с частично разрушенными связями даже при комнатной температуре.
Благодаря высокой чувствительности предлагаемого метода регистрации состояния воды,
удалось выяснить, что даже слабыми магнитными полями порядка геомагнитного можно
существенно менять структуру воды, расширять температурный диапазон существования
любой из трех обнаруженных структур почти до 100 °С.
Литература:
1. Семихина Л. П. Исследование влияния слабых магнитных полей на физические
свойства воды и льда. Дис. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. МГУ. 1989.
2. Семихина Л. П. Возможности диэлектрического метода для анализа состояния водных
систем после физических воздействий. Вестник ТюмГУ. № 2. 2000. С. 39–43.
3. Bernal J. D., Fauler R. H. J. Chem. Phys. 1933. V. 1. No. 5. P. 515–548.