Биологические науки / 9. Биохимия и биофизика.

Д. б. н. Барышев М.Г., к. б. н. Джимак С.С., Жужа М.М.

Кубанский государственный университет, Россия

Исследование влияния остаточного содержания дейтерия

в водном растворе NaCl на время

спин-спиновой релаксации ²³Na.

Большое число научных трудов посвящено изучению свойств жидкой воды, из них следует, что в жидкой воде присутствуют области имеющие структуры порядка, кластерные структуры, льдоподобный каркас, клатраты. То есть вода обладает способностью реагировать и изменять свои свойства (спектральные, а также физико-химические), подвергаясь различным воздействиям. Существует множество математических моделей объясняющих свойства воды, однако оказалось, что фундаментально различные модели воды могут одинаково хорошо описывать ее термодинамические свойства. Большинство авторов сходятся во мнении, что основным фактором, принимающим участие в изменении свойств воды, является водородная связь [1].

Известно, что воздействием различных физических факторов на воду и водные растворы можно изменять их физико-химические свойства [2]. Ранее нами было проведено исследование времен релаксации ядер ¹⁷О в воде, обработанной электромагнитным полем низкой частоты (ЭМП НЧ). Определено, что время релаксации ядер кислорода зависит от частоты электромагнитного поля, которым обрабатывали воду [3].

В воде, даже дистиллированной, присутствует значительное количество дейтерия, порядка 330 мг/л. Авторами настоящей работы было сделано предположение, что при воздействии электромагнитного поля на воду, дейтерий может играть значительную роль в образовании и перестройке водородных связей. Для проверки данного утверждения был использован 20 % водный раствор NaCl, приготовленный на дистиллированной воде с содержанием дейтерия 330 мг/л и на воде с содержанием дейтерия 25 мг/л. Для проведения экспериментов использовали дистиллированную воду с удельным сопротивлением 300 кОм/см. Обработку проб воды ЭМП НЧ производили в экранированной камере в стеклянной емкости при помощи синусоидальных сигналов, подаваемых на катушку индуктивности (2500 витков). Напряженность магнитного поля составляла 30-130 А/м.

Съемка ЯМР спектров проводилась на приборе FT-NMR JEOLDELTA 400 MHz, методом мультиядерного ЯМР на ядрах ²³Na, имеющих спин 3/2. Проводили измерение эффективной (Т₂^*) спин-спиновой релаксации, исходя из данных ширины сигнала ЯМР на полувысоте пика.

В водном растворе ионы натрия существуют в виде акваионов и окружены гидратной оболочкой с координационным числом первой координационной сферы от 4 до 6 в зависимости от концентрации, температуры, природы аниона и внешнего давления.

В водных растворах при нормальной температуре согласно многочисленным данным рентгеновской дифракции существует акваион Na(Н₂О)₆⁺, имеющий октаэдрическое строение со средним расстоянием dNa-Ow 2,40–2,50 Å, в зависимости от природы противоиона и концентрации соли.

Обмен протонов воды с координационной сферой ²³Na, обычно быстрый в шкале ЯМР [4].

Относительно второй координационной сферы акваиона натрия можно считать, что она состоит из 12 молекул воды, что было определено в работе [5] на основании данных рентгеновской дифракции.

Ядра ²³Na, находящиеся в растворе в виде акваионов, релаксируют, в основном по квадрупольному механизму:

 ,

где R₁, R₂ – скорости спин-спиновой и спин-решеточной релаксации;

I = 3/2 – ядерный спин ²³Na;

W – ширина линии ЯМР на полувысоте;

π = 3,14159;

η – фактор асимметрии;

Ω – константа квадрупольного взаимодействия;

τ_с – время корреляции, характеризующееся временем τ_в жизни молекулы воды в координационной сфере Na⁺.

Таким образом, для наших систем 1/Т₂^*=const∙τ_в (Na(H₂O)_n) и измерения τ_в характеризуют изменения структуры всей системы.

Рисунок 1 – Зависимость времени спин-спиновой релаксации ²³Na в водном растворе от частоты электромагнитного поля, которым его обрабатывали.

Как видно из рисунка 1, характер изменения времени спин-спиновой релаксации ядер ²³Na в 20 % водных растворах NaCl с различным содержанием дейтерия имеют одинаковый характер. Следовательно, изменение сетки водородных связей при обработке водных растворов NaCl электромагнитным полем низкой частоты не зависит от количественного содержания дейтерия в них.

Литература:

1. Зацепина Г. Н. Свойства и структура воды. – М.: изд-во МГУ, 1974. – 168 с.

2. Классен В. И. Омагничивание водных систем. – М.: Химия, 1982. – 296 с.

3. Dzhimak S.S., Barishev M.G., Vasiliev N.S., Kashaev D.V. Definition dependence of spin-lattice relaxation time of the distilled water on ¹⁷O after its processing electromagnetic field with various parameters // International Symposium and Summer School Nuclear Magnetic Resonance in Condensed Matter. – St. Petersburg, June-July 2010. – P. 71.

4. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Основы неорганической химии: Пер. с англ. – М.: Мир, 1979. – 678 с.

5. Виноградов Е.В., Тростин В.Н., Крестов Г.А. Особенности ассоциации и гидратации ионов в водных растворах NaClO₄ // Журн. физич. химии. – 1991. – Т. 65. – № 2. – C. 379-384.