CC BY
42
УДК 532.74+53.098+544.032.53+544.273.6+544.169
физико-химические факторы повышения биологической активности воды, обработанной магнитным полем и уф-излучением
1'2КЛНУННИКОВЛ О.М., 2ФАТЕЕВ Е.Г., ^КОЖЕВНИКОВ В.И., 3БУТОЛИН Е.Г., 3ДАНИЛОВА О.В., 3СТРЕЛКОВ Н.С., 2МАКАРОВ С.С., 2 ДЕМЕНТЬЕВ В.Б.
1 Физико-технический институт Уральского отделения РАН, 426000, г. Ижевск, ул. Кирова, 132 2Институт механики Уральского отделения РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34 Ижевская государственная медицинская академия, 426034, г. Ижевск, ул. Коммунаров, 281
АННОТАЦИЯ. Проанализировано влияние обработки магнитным полем и УФ-излучением на рН воды и исследовано активирующее действие обработанной воды на биологические объекты. Установлено, что изменение рН воды наблюдается как в случае непосредственной обработки, так и для воды, не подвергнутой непосредственной обработке, но контактирующей с обработанной водой через непроницаемую пленку. Обсуждаются причины наблюдаемых эффектов. Предложена аргументированная гипотеза структурного состояния воды, основанная на формировании цепочек нанопузырьковых диполей, размеры которых изменяются в результате обработки при внешних воздействиях. Предполагается, что причиной повышения биологической активности обработанной воды является действие зарядов на концах дипольных цепочек на мембраны живых клеток.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: вода, рН, магнитное поле, УФ-излучение, нанопузырьковые диполи, биологические объекты.
введение
Надмолекулярная структура воды и зависимость этой структуры от внешних условий является важной проблемой физики жидкого состояния вещества, которая до настоящего времени еще не разработана из-за отсутствия универсальной модели. Следует отметить объективные трудности в данной области исследований, которые заключаются в отсутствии методов и приборов, позволяющих с высоким разрешением определять структурные параметры воды. Под понятием «структура воды» понимается пространственная организация компонентов, характеризующихся экспериментально определяемыми физико-химическими свойствами. В связи с этим особый интерес представляют исследования отклика различных свойств воды на изменение внешних условий или внешние воздействия.
Большинство исследователей придерживаются представлений о структуре жидкой воды, в которой молекулы связаны сеткой водородных связей [1 - 9]. Эта сетка лабильна, т.е. способна к растяжению, изгибу, разрыву, что предполагает широкое распределение по углам и длинам водородных связей. Лабильность сетки водородных связей приводит к способности образовывать микроструктуры-кластеры в жидкой воде [10 - 17]. Размеры кластеров оцениваются от нескольких нанометров до нескольких микрон [18, 19].
Имеется большое число теоретических работ, посвященных численному моделированию составов и структуры кластеров в воде, например, [20 - 23]. Наиболее чувствительными экспериментальными методами изучения кластеров (Н20)п при п > 2 оказались различные варианты масс-спектроскопической техники [22 - 24], а также дальняя ИК-спектроскопия [14].
Теоретические исследования свидетельствуют о том, что ассоциаты разного размера различаются дипольными моментами [25 - 28]. Модель, основанная на дипольном характере ассоциатов молекул воды, использована для интерпретации данных по наблюдаемому в молекулярно-пучковых экспериментах аномально высокого сечения прилипания медленного электрона к кластеру воды (Н2О)п > 50 можно объяснить захватом электрона дальнодействующим полем перманентного электрического дипольного момента кластера [29].
Предполагается, что магнитное поле искажает угол между валентной связью и водородной связью, вызывая переориентацию молекул воды, и, в результате, ослабляет или разрушает водородные связи внутри кластера [30 - 32]. При этом формируются кластеры меньшего размера с более сильными водородными связями. Кластеры связаны между собой более слабыми, чем внутрикластерные, водородными связями. На основе кластерной модели структуры воды успешно интерпретируются экспериментальные данные по изменению коэффициентов поверхностного натяжения [33], коэффициента преломления [34], температуры испарения [35, 36], вязкости, плотности [31, 37 - 40], ИК- и УФ-спектров [41 - 44].
Не только физики и химики, но и биологи занимаются исследованиями свойств воды, обработанной электромагнитными полями, и влиянием ее на растения [45 - 51] и живые организмы [52 - 54].
Предполагается, что изменение биологических свойств воды после воздействия электромагнитным полем обусловлено изменением структуры воды, в результате чего изменяется взаимодействие воды с мембранами клеток растений и животных. Кроме того, отмечается подобие биологического действия обработанной воды и электромагнитного поля [55]. Следует отметить отсутствие комплексных исследований, целью которых являлось бы выявление корреляций между структурой и физико-химическими свойствами обработанной электромагнитными полями воды с одной стороны и биологическими свойствами этой же воды, с другой.
Данная работа является частью наших исследований физико-химических и биологических свойств природной воды в зависимости от режимов обработки воды в динамическом (проточном) режиме магнитным полем и УФ-излучением. Целью работы является обоснование формирования новых свойств воды, основанного на формировании цепочек нанопузырьковых диполей, которое, по нашему мнению, позволяет объяснить изменение рН и повышение биологической активности воды, обработанной магнитным полем и УФ-излучением.
объекты и методы исследования
Обработка воды магнитным полем (МП) проводилась в магнитной системе, собранной на С-образной скобе длиной 300 мм из самарий-кобальтовых магнитов КС-37. В ряду магниты собраны с зазором. Зазор в скобе с установленными магнитами составляет 8 мм. Величина магнитной индукции в центре магнитной системы равна 230 тТл. Длина волны УФ-излучения 365 нм. Циклирующее движение воды производится перистальтическим насосом по силиконовой трубке. Скорость движения жидкости составляла 250 мл/мин.
Для обработки использовались дистиллированная вода и артезианская вода (глубина 60 м), очищенная от механических примесей. Степень минерализации артезианской воды составляет 0,8 г/л. Точность измерений величины рН на рН-метре «Мультитест-ИПЛ-113» составляла ±0,005.
В данной работе были исследованы образцы воды, обработанной при режимах, не изменяющих ее состав.
Результаты наших экспериментальных исследований структурно-чувствительных свойств исходной и обработанной природной воды приведены ранее в работе [56].
Исследование биологических свойств воды заключалось в анализе микроэлектрофоретической подвижности живых клеток и уровня гликемии при экспериментальном аллоксановом диабете лабораторных крыс при приеме исходной и непосредственно обработанной природной воды. Прием воды проводился в течение 14 дней через 7 дней после развития диабета. Исследовался уровень: 1) глюкозы глюкозооксидантным методом; 2) гликозилированного гемоглобина с помощью анализатора КуеоСагё.
Исследование микроэлектрофоретической подвижности клеток проводили с использованием медицинского оборудования и комплекса «Цитоэксперт», имеющего сертификат соответствия Госстандарта РФ и регистрационное удостоверение медицинского прибора № ФС/022а 2005/1744-05 от 14.06.05 г.
экспериментальные исследования
рН-метрия. Величина рН дистиллированной воды растет с увеличением времени обработки (табл. 1).
Таблица 1
Величина рН в зависимости от длительности обработки магнитным полем И УФ-излучением дистиллированной воды
Образец воды Время обработки, с
Исходная 10 20 32 60 80
6,315 6,353 6,370 - 6,382 6,386
6,502 6,541 6,548 6,620 - 6,700
6,827 - - 6,887 - 6,897
6,634 6,671 - 6,689 - 6,722
Величина рН обработанной природной воды также выше, чем рН исходной воды, причем, чем выше рН исходной воды, тем больше ДрН в результате обработки. Кроме того, величина ДрН растет с ростом длительности обработки (табл. 2).
В табл. 2 приведены величины рН воды, не подвергнутой непосредственной обработке магнитным полем и УФ-излучением, но контактирующей с обработанной водой через непроницаемую (полиэтиленовую) пленку в течение различного времени.
Величина ДрН при активации через непроницаемую пленку сравнима с величиной ДрН, полученной после непосредственной обработки воды магнитным полем и УФ-излучением. Величина ДрН уменьшается с ростом времени активации через непроницаемую пленку (табл. 3).
Таблица 2
Величина рН в зависимости от длительности обработки магнитным полем и УФ-излучением природной воды
Образец воды Величина рН
Исходная 7,252 7,752 7,811 7,85 7,90
10 с - 7,981 7,893 - 8,139
20 с 7,456 8,153 8,052 - 8,447
30 с - 8,323 - 8,49 -
40 с - 8,381 - -
Таблица 3
Величины рН воды контактирующей с обработанной водой через непроницаемую пленку
в зависимости от времени контакта
Образец воды, Величина рН
время контакта через непроницаемую пленку
Исходная 7,685 7,252
8 мин 8,041 -
40 мин 7,948 -
2 ч 7,912 -
48 ч - 7,308
Влияние обработанной воды на биологические объекты. Использование воды, непосредственно обработанной магнитным полем и УФ-излучением, способствовало повышению всхожести семян (в среднем на ~ 11 %) и длины корешков (на ~ 11 %) турнепса, увеличению количества корней (на ~ 13 %), длины корней (на ~ 11 %) и длины черенков (на ~ 11 %) традесканции, увеличению количества корней (на ~ 10 %), длины корней (на ~ 16 %) и количества развившихся боковых побегов (на ~ 10 %) растений фикуса Бенджамина. Близкие результаты получены в [57 - 59] при исследовании влияния омагниченной воды на биометрические показатели и урожайность различных растений.
Использование воды после активации через непроницаемую пленку привело к росту всхожести семян и длины корешка томата (на ~ 12 % и ~ 13 %, соответственно) и турнепса (на ~ 10 % и ~ 11 %, соответственно).
Таким образом, использование как обработанной непосредственно магнитным полем и УФ-излучением, так и воды после активации через непроницаемую пленку, приводит к одинаковым результатам: увеличению всхожести семян и биометрических показателей корней и наземных частей растений.
Ранее нами было показано, что обработанная магнитным полем и УФ-излучением вода обладает повышенной биологической активностью по отношению к живым клеткам букальных эпителиоцитов и эритроцитам [56]. В табл. 4 приведены результаты исследования изменения мембранной резистентности эпителиоцитов человека к инсулину при использовании обработанной воды. В исходной необработанной воде практически все клетки разрушаются, а в обработанной не разрушаются.
Результаты табл. 5 свидетельствует об активирующем действии воды, контактировавшей с обработанной водой через непроницаемую пленку, в отношении живых клеток крови.
Таблица 4
Результаты исследования изменения мембранной резистентности эпителиоцитов человека к инсулину при использовании обработанной воды
Обработка, мин Доля разрушенных клеток, % Амплитуда колебаний, мкм
мембрана ядро клетка
Исходная 94,5±1,6 0 0 0
10 0 2,9 1,6 2,1
22 0 3,4 0 2,5
60 0 4,0 2,0 1,0
75 0 3,2 1,4 0
80 8,4±1,6 3,1 0,5 3,8
100 64,7±2,4 0 0 0
Таблица 5
Активность клеток крови в воде, контактировавшей с обработанной водой через непроницаемую пленку
Образец крови Эритроциты Лейкоциты
количество подвижных, % амплитуда колебаний, мкм количество подвижных, % амплитуда колебаний, мкм
Исходная 63,5±4,3 5,6±0,8 0 0
После контакта 74,3±3,8 8,6±1,2 51,3±2,1 6,4±1,4
Полученные в эксперименте результаты свидетельствуют о снижении уровня гликемии у крыс с диабетом после приема функциональной воды. Кроме того, отмечается тенденция к снижению количества гликелированного гемоглобина (НЬА1С) в плазме крови (табл. 6).
Таблица 6
Влияние обработанной воды на биохимические показатели крови крыс с экспериментальным аллоксановым диабетом
Измеряемый параметр Контроль(исходная вода) Опыт (обработанная вода)
Глюкоза 17,4±1,2 ммоль/л 14,1±0,9 ммоль/л
р<0,05
Гликированный <5,8±0,48 % <4,8±0,23 %
гемоглобин р>0,05
теоретические исследования
Наиболее существенным научным результатом, который послужил основой для достижения заявленной в статье цели, является теоретическое обнаружение сверхчувствительного поведения длинных цепочек дипольных осцилляторов наноразмерного типа. Этот эффект найден для модели цепочек осцилляторов при продолжительном воздействии на нее электромагнитных излучений (ЭМИ) в широком диапазоне частот. Особое внимание было сосредоточено на действии сверхнизкочастотного ЭМИ воздействия на такие электрические цепочки [60].
Возможность появления и длительного существования активированности обработанной нашим способом воды может объясняться следующими физико-химическими процессами. Во-первых, в воде, даже дистиллированной, всегда присутствуют растворенные газы, формирующие пузырьки разного размера [61, 62]. Авторы [63] методом ядерного магнитного резонанса определили наличие в воде газовых пузырьков размером 1,8^10-9 м. В работе [64] эксперименты по малоугловому рассеянию нейтронов в очищенной от примесей воде в длинноволновой области спектра рассеяния нейтронов показали наличие газовых пузырьков размером порядка 100 нм.
Во вторых, в воде всегда имеется иерархический набор дипольных комплексов [65], от простых ионов типа Н3О+ и ОН-, до сложных структур типа ионов солей, окруженных дипольно-ориентированными слоями радикалов [66] (гидратированные комплексы), а также газовые пузырьки с ориентированными на их поверхностные двойные электрические слои [67] ионами. Воздействие на текущую по трубке, воду (по сути, ток диполей) даже слабого стационарного магнитного поля должно вызывать в каждом заряде любого диполя силу Лоренца, противоположно направленную у положительных и отрицательных зарядов. Это действие должно вызвать увеличение в воде ионных радикалов типа Н3Ои ОН-. Т.е. будет иметь место частичный электролиз воды, тем больший, чем дольше вода подвергается действию магнитного поля и чем выше скорость потока воды.
Согласно правилу Ребиндера, чем больше разность полярностей фаз, тем выше поверхностное натяжение на межфазной границе. Молекула воды полярна, а молекулы газов - неполярны. Поэтому следует ожидать, что поверхностное натяжение на границе нанопузырьки - вода будет достаточно высоким. В соответствии со вторым началом термодинамики, любая система стремится к состоянию с минимальным значением энергии Гиббса, т.е. к минимуму поверхностного натяжения. В данном случае понижение поверхностного натяжения достигается в результате адсорбции на поверхности пузырьков растворенных ионов (оксония, гидроксония, катионов и анионов растворенных солей).
Поскольку, обработанная электромагнитными полями (магнитное поле и УФ-излучение), вода сохраняет свои новые свойства длительное время, то это может быть, скорее всего, за счет стабилизации крупных дипольных структур типа комплексов пузырьков, сохраняющих вблизи себя дипольно-ориентированные на них ионы. Ибо мелкие несвязанные в крупные структуры свободные ионы с большой вероятностью с течением времени рекомбинируют между собой. Эта вероятность обратно пропорциональна времени релаксации т рекомбинации Р ^ т— и обусловлена размерами а диполей при
температуре Т и динамической вязкости ] с постоянной Больцмана к в соответствии с формулой Дебая т = 4кг]сс' / кТ. Т.е. дипольные микропузырьки в жидкости в
ТЪиЪ1е / ТгссИес1 = С1иЫе / С1ас1гса1 = 100Пт / 0,1Пт » 10® - 1012 раз более стабильные и ДолгоживуЩие,
чем молекулярные дипольные наноструктуры. В то же время, в активированной таким образом воде, практически полностью заполненной крупными пузырьковыми диполями, любое слабое ЭМИ (например, слабые вариации магнитного поля Земли) воздействие во время хранения может, в принципе, индуцировать и поддерживать дипольную ориентированность [67] (рис. 1). Причем такая ориентированность, может поддерживаться в длинных цепочках "пузырьковых диполей" неограниченное время. Это время может превосходить время стабильности для отдельного пузырька на несколько порядков, и соответствовать, тЪиЫе /тгаШса1 »109 -1012, если учесть возможную эффективную длину
цепочки, скажем, из 10 диполей асШп = 10аЪиЪ1е. Внутри цепочки все заряды компенсированы. Фактически, нескомпенсированность зарядов может остаться только на концах цепочки.
Для понимания явления электрической сверхчувствительности длинных цепочек дипольных пузырьков опишем этот эффект более подробно. Ранее [67] теоретически рассматривалась система с цепочкой близко расположенных электрических диполей. При этом был предложен потенциал взаимодействия таких электрических осцилляторов, находящихся в цепочке с минимально возможным шагом друг от друга и имеющих взаимозависимые и сильно переменные дипольные моменты. На основе классического уравнения Эйлера-Лагранжа получено соответствующее такому потенциалу нелинейное одномерное уравнение движения типа синус-Гордона с учетом возмущения и диссипации.
Рис. 1. Схематичное представление модельной системы в виде цепочки дипольных осцилляторов,
изображающих колебания зарядов в оболочках (реальная толщина которых может быть порядка ~ 3 +30 А) вокруг частиц с диаметрами 2г, расположенных друг от друга на расстоянии а
В результате расчетов обнаружена возможность существования в таких системах различных нелинейных явлений, в том числе размерной зависимости и эффекта сверхчувствительности, т.е. гигантского отклика модельной системы на сверхслабые периодические внешние возмущения. Был проанализирован характер явлений, найденных в расчетах и известных из экспериментов с разнообразными природными аналогами описанных систем, свидетельствующий о реалистичности предложенных модельных представлений.
Легко ассоциируются с представленной гипотезой и обнаруженные недавно любопытные явления возбуждения и синхронизации электрических колебаний во многих типах макроскопических биологических систем в узких СНЧ (сверхнизкочастотных
1 2
10-1 - 102 Гц) диапазонах [68]. Интересной особенностью этих эффектов является то, что они возникают тогда, когда два однотипных биологических макрообъекта приближаются друг к другу практически до касания. Мы склонны полагать, что этот феномен, скорее всего, связан со свойствами возбуждения цепочечных систем клеточных наноскопических или микроскопических электрических осцилляторов и зависит от эффективных размеров цепочки. Логично предположить, что свойства пузырьковых дипольных цепочек также могут быть аналогичными с ранее обнаруживаемыми в других рассмотренных нами системах, свойствам.
Активация жидкости, насыщенной нанопузырьками, в слабых ЭМИ полях. Из рис. 2. видно, что для дипольного баланса в пузырьковых диполях показаны "облака" с противоположными зарядами (для простоты в один слой и заряды одного знака размещены во всей полуоболочке).
Поскольку носители зарядов разных знаков в облаках имеют разный размер (г(ОН-) = 1,4 А, г(Н3О) = 1,3 А), то логично допустить, что при взаимодействии в цепочке облака, состоящие из более маленьких по размеру носителей зарядов, создают эквивалентный потенциал электрической связи с меньшим количеством носителей, чем с крупными носителями, за счет большей объемной плотности из-за "сгущений" в облаках. Поскольку потенциал ф зарядов в двойном электрическом слое (облаке) в полуплоскости выражается как (1):
( \
(р = 2рт
1-
V ,
(1)
ф0 ф© э ф© ф© ©
» ® © ® © ф © Ф © л
© © © Ф е© 9
ф © /в
9 Ф /
Б(ю)
ф© ®екф©^©ф© ®©ф© ф© ©
©ф©ф ©ф©ф©ф©ф©ф©ф©
Рис. 2. Модельный рисунок водного раствора с фрагментом цепочки активных пузырьков
с двойными электрическими слоями
В формуле (1) Т - плотность дипольного момента; Я - радиус пузырька; г - радиус наружу от центра по оси 2.
Опуская многие детали гипотезы для краткости, далее приведем окончательную формулу, полученную нами, для расчета величины рН раствора от времени действия магнитного поля и УФ-излучения:
рН (г) = - ^
—\п + п (г)-
N 1
рп (г)АУ+ц
(
я-
с
АУ -
4р е0 Я-,
(2)
Здесь объемы полуоболочек АУ+, AV , в которых содержатся противоположные заряды q+-; Я-, Я+ - радиусы и количество п~ ^) отрицательных и п+ ^) положительных носителей зарядов (соответствующих, например, размерам ионов оксония (ОН-) и гидроксония (Н3О)); п - общее количество положительных зарядов в растворе; с -
поляризуемость системы зарядов в двойном слое пузырька; е »1,6 10-19 Кл - величина элементарного заряда и е0 » 8,85 10-12 Ф/м -электрическая постоянная. Функции типа п~ (^)
находятся при аппроксимации численных решений для концентраций зарядов от времени действия электрического Е(с) или магнитного поля Б(с) с частотой со на концах дипольных цепочек в статье [67].
Из нашей гипотезы следует, что при увеличении силы воздействия электромагнитного поля рН раствора должен существенно расти, а при увеличении длительности воздействия величина рН сначала растет, а затем сохраняет постоянное значение. На качественном уровне наблюдается согласие между результатами расчета по формуле (2) и экспериментом. Выяснение условий количественного согласия результатов расчетов и экспериментальных результатов является предметом дальнейших исследований.
обсуждение результатов
Обработка как дистиллированной, так и природной воды магнитным полем и УФ-излучением приводит к увеличению величины рН (табл. 1, 2).
Существуют попытки интерпретации такого результата в рамках кластерной модели структуры воды. Так, авторы [18], считают, что в воде формируются гигантские (по сравнению с нанометровыми кластерами) гетерофазные структуры с размерами вплоть до долей миллиметра, названные гигантскими гетерофазными кластерами воды. Гигантские гетерофазные кластеры воды - долгоживущие неоднородности с временами релаксации более 10 секунд. Экспериментальные результаты хорошо согласуются с данными о флуктуациях коэффициентов пропускания в ИК-диапазоне в тонких слоях воды при условии, когда диаметр луча составляет около 1 мм [18, 19].
Кроме того, предположение об образовании гигантских кластеров воды согласуется с повышением вязкости воды, наблюдаемом в [33]. Авторы [18] считают, что рН внутри гигантских гетерофазных кластеров воды понижено по сравнению с «континуальной» водой. Разрушения крупных кластеров приводит к увеличению активности Н+ за счет их выхода из фазы крупных кластеров. Однако корректных экспериментальных подтверждений такого вывода нет. Отсутствуют данные по величине рН внутри кластеров, не приводится обоснование различия величин рН внутри кластеров и в «континуальной» воде. Время жизни гигантских кластеров составляет порядка 10 с [18], в то время как повышенная величина рН обработанной нами воды сохраняется в течение многих месяцев. Таким образом, подход с позиции существования гигантских кластеров не позволяет объяснить наблюдаемые нами эффекты.
Результаты табл. 2 также можно объяснить с позиции дипольного характера кластеров воды, предложенной в работе [43]. Диполи действуют подобно электромагнитному полю через водонепроницаемую пленку, способствуют образованию гигантских кластеров воды и понижают величину рН. В работе [55] показано, что действие воды, обработанной электромагнитным полем, аналогично действию самого электромагнитного поля и заключается во взаимодействии с мембранами клеток.
Дипольный характер кластеров может объяснить действие обработанной воды на живые клетки: мембраны живых клеток (эритроцитов и эпителиоцитов) имеют отрицательный заряд [57], и вероятно, действие диполя приводит к изменению этого заряда и клетки активируются. Однако с позиции дипольного характера кластеров воды не объясняется длительное сохранение способности обработанной нами воды воздействовать на живые клетки и лабораторных животных - не менее 11 месяцев.
При обработке бидистиллированной воды авторы [59] не наблюдали изменения структурно-чувствительных свойств. Требования к получению и хранению бидистиллированной воды достаточно жесткие, в ней отсутствуют растворенные газы. Возможно, что причиной того, что авторы [59] не наблюдали изменений свойств при обработке бидистиллированной воды электромагнитными полями, является короткое время жизни новых свойств воды в отсутствии газовых нанопузырьков. Структурно-чувствительные свойства воды релаксировали до исходного состояния за промежуток времени между окончанием обработки и измерением физико-химических свойств.
Согласно нашей гипотезе в результате обработки в воде с растворенными газами формируется много нанопузырьковых дипольных цепочек, которые определяют долговременность сохранения новых свойств воды.
заключение
Предложена гипотеза, объясняющая причины изменения величины рН воды, обработанной магнитным полем и УФ-излучением, и активирующее действие обработанной воды на живые объекты.
Действие обработанной воды на биологические объекты (живые клетки, растения) проявляется как в случае помещения семян в обработанную воду, так и в случае действия воды, контактировавшей с обработанной воды через водонепроницаемую стенку. Такой результат позволяет заключить, что механизм действия воды на клетки и растения в обоих случаях одинаков и в основе лежит действие электромагнитного поля. В первом случае, на клетки действует электрическое поле нанопузырьковых диполей, сформированных при обработке воды электромагнитными излучениями. Во втором случае нанопузырьковые диполи в обработанной воде являются причиной формирования подобных цепочек диполей в воде, отделенной от обработанной воды водонепроницаемой стенкой.
Обработка артезианской воды магнитным полем и УФ-излучением приводит к повышению величины рН. Причиной зависимости pH воды от времени можно объяснить ионообменными явлениями между двойными слоями нанопузырьков в составе цепочек и свободным от пузырьков раствором. Рост величины рН является еще одной причиной повышенной биологической активности обработанной воды.
Таким образом, повышение биологической активности воды, обработанной электромагнитными полями обусловлено повышением величины рН в связи с формированием в воде нанопузырьковых диполей. Определение роли каждой из обозначенных причин является предметом дальнейших исследований.
Авторы выражают благодарность сотрудникам Отдела интродукции и акклиматизации растений при Президиуме УдНЦ УрО РАН д.с.-х.н. Федорову А.В. и Леконцевой Т.Г. за проведение исследований влияния обработанной воды на всхожесть семян и биометрические показатели корней и наземных частей растений.
список литературы
1. Зацепина Г.Н. Свойства и структура воды. М. : Изд-во МГУ, 1974. 168 с.
2. Наберухин Ю.И. Загадки воды // Соросовский образовательный журнал. 1996. Т. 2, № 5. С. 41-48.
3. Саркисов Г.Н. Структурные модели воды // Успехи физических наук. 2006. Т. 176, № 8. С. 833-845.
4. Roy R., Tiller W.A., Bell I., Hoover M.R. The structure of liquid water; novel insight from materials research; potential relevance to homeopathy // Mat. Res. Innovations Online. 2005. P. 577-608.
URL: http://site.fixherpes.com/roy_structure_water.pdf (дата обращения 20.10.2014).
5. Sharp K.A., Johnson E.R. Water: structure and properties // Wiley online library. 2001.
URL: http://doi:10.1038/npg.els.0003116; onlinelibrary wiley.com/doi/10/1038/npg.els.0003116/full (дата обращения 20.09.2014).
6. Malenkov G. Liquid water and ices: understanding the structure and physical properties // J. Phys. Condensed Matter. 2009. V. 21, № 28. P. 283101.
7. Head-Gordon T. Water structure from scattering experiments and simulation // Chem. Rev. 2002. V. 102, № 8. P. 2651-2670.
8. Modig K., Perommer B.G., Halle B. Temperature-dependent hydrogen-bond geometry in liquid water // Phys. Rev. Lett. 2003. V. 90. P. 75502. URL: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.075502 (дата обращения 28.10.2014).
9. Kjartan Thor Wikfeldt. Structure, dynamics and thermodynamics of liquid water. Insights from molecular simulations // Thes. Degree Doct. Phylos. Stockholm University, Stockholm, 2011. 102 p.
10. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л. : Гидрометеоиздат, 1974. 324 с.
11. Юхневич Г.В., Волков В.В. Полоса валентных колебаний и структура жидкой воды // Доклады Академии наук. 1997. Т. 353, № 4. С. 465-468.
12. Nielsen I.M., Seidel E.T., Janssen C.L. Accurate structures and binding energies for small water clusters // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. P. 9435-9442.
13. Quantana I.M., Ortiz W., Lopez G.E. Determination of the structure and stability of water clusters using temperature dependent techniques // Chem. Phys. Lett. 2001. V. 287. P. 429-434.
14. Buck U., Huisken F. Infrared Spectroscopy of Size-Selected Water and Methanol Clusters // Chem. Rev. 2000. V. 100, № 11. P. 3863-3890.
15. Liu К., Cruzan J.D., Saykally R.J. Water Clusters // Science. 1996. V. 271, № 52-51. P. 929-933.
16. Henry M. Thermodynamics of hydrogen bond patterns in supramolecular assemblies of water molecules // Chem. Phys. Chem. 2002. V. 3. P. 607-616.
17. Chipman D.M. Excited electronic states of small water clusters // J. Chem. Phys. 2005. V. 122. P. 44111-1 -44111-10.
18. Сыроешкин А.В., Смирнов А.Н., Гончарук В.В., Успенская Е.В., Николаев Г.М., Попов П.И., Кармазина Т.В., Самсони-Тодоров А.О., Лапшин В.Б. Вода как гетерогенная структура // Электронный научный журнал «Исследовано в России». URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/088.pdf (дата обращения 03.10.2014).
19. Смирнов А.Н., Лапшин В.Б., Балышев А.В., Лебедев И.М., Гончарук В.В., Сыроешкин А.В. Структура воды: гигантские гетерофазные кластеры воды // Химия и технология воды. 2005. № 2. C. 11-37.
20. Лахно В. Д. Кластеры в физике, химии, биологии: учебное пособие для вузов по направлениям "Прикладная математика и информатика", "Физика" и специальности "Биофизика". Ижевск : РХД, 2001. 256 с.
21. Дроздов С.В., Востриков А.А. Особенности строения и энергии малых кластеров воды // Письма в Журнал технической физики. 2000. Т. 26, вып. 9. С. 81-86.
22. Маленков Г.Г. Структура кластеров, содержащих молекулы воды // В кн.: «Вода в дисперсных системах» / под ред. Б.В. Дерягина, Н.В. Чураева и др. М. : Химия, 1989. С. 132-147.
23. Xantheas S.S. Cooperativity and hydrogen bonding network in water clusters // Chem. Phys. 2000. V. 258. P. 225-231.
24. Александров М.Л., Галь Л.Н., Краснов Н.В., Куснер Ю.С., Николаев В.И. Формирование распределения кластированных ионов в молекулярном пучке // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1985. Т. 41, Вып. 5. С. 203-205.
25. Dyke T.R., Mack K.M., Muenter J.S. The structure of water dimer from molecular beam electric resonance spectroscopy // J. Chem. Phys. 1977. V. 66, № 2. P. 498-510.
26. Gregory J.K., Clary D.C., Liu K., Brown M.G., Saykally R.J. The Water Dipole Moment in Water Clusters // Science. 1997. V. 275. P. 814-817.
27. Moro R., Rabinovich R., Xia С., Kresin V. Electric dipole moments of water clusters from a beam deflection measurement // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97, № 12. P. 123401-12341.
28. Дубов Д. Ю., Востриков А. А. Дипольный момент малого кластера воды. Влияние размера, температуры, электрического поля // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2010. Т. 92, вып. 1. С. 28-33.
29. Дубов Д.Ю., Востриков А.А. Упорядочение дипольных моментов молекул в наноразмерном кластере воды // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2008. Т. 88, вып. 10. С. 771-776.
30. Szczes A., Chibowski E., Holysz L., Rafalski P. Effects of static magnetic field on water at kinetic condition // Chem. Eng. Process. 2011. V. 50. P. 124-127.
31. Toledo Evelyn J.L., Ramalho Teodorico C., Magriotis Zuy M. Influence of magnetic field on physical-chemical properties of the liquid water: Insights from experimental and theoretical models // J. Molec. Struct. 2008. V. 888. P. 409-415.
32. Ran Cai, Hongwei Yang, Jinsong He, Wanpeng Zhu. The effects of magnetic fields on water molecular hydrogen bonds // J. Molec. Struct. 2009. V. 938. P. 15-19.
33. Amiri M.C., Dadkhah A.A. Reduction in the surface tension of water due to magnetk treatment // Physicochem. Eng. Aspects. 2006. V. 278. Р. 252-255.
34. Hosoda H., Mori H., Sogoshi N., Nagasawa A., Nakabayashi S. Refractive indices of water andaqueous electrolyte solutions under high magnetic fields // J. Phys. Chem. A. 2004. V. 108. P. 1461-1464.
35. Nakagawa J., Hirota N., Kitazawa K., Shoda M. Magnetic field enhancement of water vaporization // J. Appl. Phys. 1999. V. 86. P. 2923-2925.
36. Wu S.H., Zhang F.B. Effects of magnetic field on evaporation of distilled water // J. Petrochem. Univ. (China). 2006. V. 232. P. 954-954.
37. Pang Xiao-Feng, Deng Bo, Tang Bo. Influences of Magnetic Field on Macroscopic Properties of Water // Modern Physics Letters B. 2012. V. 26, № 11.
URL: http://id. 1250069-1 -1250069-13. doi: 10.1142/S0217984912500698 (дата обращения 5.11.2014).
38. Ghauri S.A. and Ansari M.S. Increase of water viscosity under the influence of magnetic field // J. Appl. Phys. 2006. V. 100, № 6. URL: http//id.066101. doi:10.1063/1.2347702 (дата обращения 5.11.2014).
39. Pang Xiao-Feng, Deng Bo. Investigation of magnetic-field effects on water // Appl. Supercond. Electromagn. Devices, Int.Conf., 2009, Chegdu, China.
URL: http://www.ieeexplore.ieee.org/xpl/mostRecentIssue.jsp (дата обращения 22.01.2015).
40. Kubatand J., Söderlund G. On the Influence of Weak Magnetic Fields on Some Physico-Chemical Properties of Water and Salt Solutions // Zeitschrift für Physikalische Chemie. 1968. V. 62, № 1-4. Р. 180-187.
41. Majeed Amer D., Salih M. A study the Effect of Magnetic Field on the Absorption spectrum of Distilled Water // AL-fateh journal. 2006. № 27. URL: http://www.iasj.net (дата обращения 05.01.2015).
42. Bour P. Cluster model of liquid water and its IR spectroscopic response // Chem. Phys. Lett. 2002. V. 365. P. 82-88.
43. Korenbaum V., Chernysheva T., Sergeev A., Galay V., Galay R., Zakharkov S. Long Term Order in Infrared Absorption Spectra of Water Subjected to Weak Electromagnetic Influence // Water. 2013. № 5. P. 27-44.
44. De Ninno A., Del Giudice E., Gamberale L., Congiu Castellano A. The Structure of Liquid Water Emerging from the Vibrational Spectroscopy: Interpretation with QED Theory // Water. 2014. № 6. Р. 13-25.
URL: http://www.waterjournal.org/volume-6/de-ninno-3 (дата обращения 06.01.2015).
45. Magnetic Treatment of Irrigation Water for Agriculture.
URL: http://www.eqcenergy.com/uploads/pdfs/pdf (дата обращения 10.02.2015).
46. Yabollanpour Ali, Rashidi Samaneh, Fatemeh Kavakebian. Applications of Magnetic Water Technology in Farming and Agriculture Development: A Review of Recent Advances // Current World Environment. 2014. V. 9, № 3. P. 695-703. URL: http://www.cwejournal.org/pdf/vol9no3/vol9_no3_695-703.pdf (дата обращения 10.01.2015).
47. Carbonell M. et al. Influence of magnetically treated water on germination of signal grass Seeds // Seed Science and Technology. 2004. V. 32, № 2. P. 617-619.
48. Qiu N.-W., Tan T.-H., Dai H., Shen X., Han R., Lin Y., Ma Z.-Q. Biological effects of magnetized water on seed germination, seedling growth and physiological characteristics of wheat // Plant Physiology Journal. 2011. V. 47, № 8. P. 803-810.
49. URL: http://www.soluziansystems.com/wp-contant/uploads/2011/11/agriculture.pdf (дата обращения 11.02.2015).
50. Ams A.Q., Hozayn M. Magnetic water technology, a novel tool to increase growth, yield and chemical constituents of lentil under greenhouse condition // American-Eurasian Journal of Agriculture and Environmental Sciences. 2010. V. 7, № 4. P. 457-462.
51. Hozayn M., Ams A. Q. Magnetic water application for improving wheat (Triticum aestivum L.) crop production // Agriculture and Biology Journal of North America. 2010. V. 1, № 4. Р. 677-682.
52. Lee H.-J., Kang M.-H. Effect of the magnetized water supplementation on blood glucose, lymphocyte DNA damage, antioxidant status, and lipid profiles in STZ-induced rats // Nutr. Res. Pract. 2013. V. 7, № 1. P. 34-42.
53. Attia Y.A., El-Hanoun A.M., Abd El-Hamid A.E., Abdella M.M. Responses of the fertility, semen quality, blood constituents, immunity and antioxidant status of rabbit bucks to type and magnetizing of water // Annals of animal science. URL: http://www.degruyter.com/view/j/aoas (дата обращения 11.01.2015).
54. Al-Saffar S.F., Amer N., Zaki L.S., Faris A.S., Imran N.J., Nadhim Z.F., Jaafar R.I. Effect of Magnetized Water on Histological Structure of Heart, Lung and Spleen of Albino Rats // Journal of Al-Nahrain University. 2013. V. 16, № 4. Р. 152-160.
55. Goldworthy A., Witney H., Morris E. Biological effects of physically conditioned water // Water Research. 1999. V. 33, № 7. P. 1618-1626.
56. Канунникова О.М., Кожевников В.И., Соловьев А.А., Макаров С.С., Дементьев В.Б. Структурно-чувствительные и биологические свойства воды, обработанной магнитным полем и УФ-излучением // Химическая физика и мезоскопия. 2014. Т. 16, № 1. С. 119-128.
57. Хармоненко С.С., Ракитянская А.А. Электрофорез клеток крови в норме и патологии. Минск : Беларусь, 1974. 143 с.
58. Lee H.-J., Kang M.-H. Effect of magnetized water supplementation on blood glucose, lymphocyte DNA damage, antioxidant status, and lipid profiles in STZ-induced rats // Nutrition Research and Practice. 2013. V. 7, № 1. P. 34-42.
59. Otsuka I., Ozeki S. Does magnetic treatment of water change its properties // The J. of Phys. Chem. B. Letters. 2006. V. 110. P. 1509-1512.
60. Бернал Дж., Фаулер Р. Структура и свойства воды // Успехи физических наук. 1934. Т. 14, № 5. С. 586644.
61. Макаров В.К., Макарова Т.В. Распределение пузырьков свободного газа в жидкостях при различных уровнях ее газосодержания // Труды Одесского политехнического ун-та, 2008. Вып. 2, № 30. С. 219-223.
62. Garton C.G., Krasucki Z. Bubbles in insulating liquids: stability in an electric fields // Proc. Roy. Soc. 1964. V. A280. P. 211-226.
63. Елец Б.Г. Определение методом ядерного магнитного резонанса средних размеров и концентрации воздушных пузырьков, содержащихся в воде // Письма в Журнал технической физики. 1997. Т. 23, №13. С. 42-45.
64. Бункин Н.Ф., Виноградова О.И., Куклин А.И., Лобеев Л.В., Мовчан Т.Г. К вопросу о наличии воздушных субмикропузырей в воде: эксперимент по малоугловому рассеянию нейтронов // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1995. Т. 62, № 8. С. 659-662.
65. White H.J., Sengers J.V., Neumann D.V., Bellows J.C. Physical Chemistry of Aqueous Solutions. New York : Begell House, 1995. 250 p.
66. Музалевская Н.И., Бобров А.В. О возможной роли двойных электрических слоев в реакции биологических объектов на внешние воздействия // Биофизика В. 1988. Т. 33, № 4. С. 725-783.
67. Fateev E.G. Supersensitivity in a chain of closely spaced electric dipoles with variable moments // Physical Review E. 2002. V. 65, № 2. Р. 021403.
68. Stopfer M., Bhagavan S., Smith B., Laurent G. Associative learning modifies neural representations of odors in the insect brain // Nature. 1997. V. 390. P. 70-74.
PHYSICAL-CHEMICAL FACTORS OF THE BIOACTIVITY OF WATER, TREATED WITH MAGNETIC FIELD AND UV-RADIATION
1'2Kanunnikova O.M., 2Fateev E.G., 2Kozhevnikov V.I., 3Butolin E.G., 3Danilova V.O. 3Strelkov N.S., 2Makarov S.S., 2Dementyev V.B.
Physical-Technical Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia 2Institute of Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia 3Izhevsk State Medical Academy, Izhevsk, Russia
SUMMARY. Analyzed the treatment effect of magnetic field and UV radiation on the pH of water and investigated the activating effect of treated water on biological objects. Found that changing the pH of the water is observed as in the case of direct processing and for water, not subjected to direct processing, but in contact with the treated water through impermeable film. Discusses the causes of observed effects. Proposed based on the hypothesis of the structural condition of water based on the formation of chains nanopositioner dipoles, the dimensions of which change as a result of processing by external influences. It is assumed that the reason for the increase of the biological activity of the treated water is the effect of the charges on the ends of the dipole chains in the membranes of living cells.
KEYWORDS: water, pH, magnetic field, UV-radiation, nanobubbles dipoles, biological objects.
Канунникова Ольга Михайловна, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ФТИ УрО РАН, ведущий научный сотрудник ИМ УрО РАН, e-mail: [email protected]
Фатеев Евгений Геннадьевич, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИМ УрО РАН Кожевников Владимир Изосимович, кандидат технических наук, научный сотрудник ИМ УрО РАН Бутолин Евгений Германович, доктор медицинских наук, профессор, проректор ИГМА Ольга Владимировна Данилова, кандидат медицинских наук, старший преподаватель ИГМА Стрелков Николай Сергеевич, доктор медицинских наук, профессор, ректор ИГМА
Макаров Сергей Сергеевич, кандидат технических наук, заведующий лабораторией термодеформационных процессов ИМ УрО РАН
Дементьев Вячеслав Борисович, доктор технических наук, профессор, директор ИМ УрО РАН
