CC BY
7Особенности структурных переходов в водных средах с активными формами кислорода
Л.В. Беловолова, М.М. Беловолов, М.В. Глушков
ФИЦ Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва
est123321@mail. ru
Активные формы кислорода (АФК) присутствуют во всех водных средах, поскольку молекулы воды постоянно разлагаются и возбуждаются под влиянием радиационного фона Земли и других физико-химических факторов. Наличие АФК приводит к тому, что в разбавленных водных средах формируются долгоживущие неравновесные состояния, ритмически меняющиеся со временем. В частности, после некоторых воздействий на воду можно видеть долговременные колебания интенсивности хемилюминесценции, флуоресценции, рэлеевского и комбинационного светорассеяния, изменения окислительно-восстановительного потенциала, электропроводности и рН. Колебания параметров сигналов возникают из-за периодических изменений состояния системы АФК-вода, связанных с накоплением перекисей и отрицательно заряженных радикалов АФК на поверхностях паровоздушных пузырьков, и их тесной связью с протонами водного окружения. Этой системе присущи периоды относительно длительных перестроек структуры, обусловленных накоплением и адсорбцией АФК, и ее последующих быстрых распадов. Накопление перекисей и рост электрического заряда поверхности пузырьков ограничиваются изменениями рН воды вблизи поверхности пузырьков в процессе образования перекисей и ростом степени кооперативности процессов в среде. Электронные спины адсорбированных радикалов АФК влияют на процессы с участием ядерных спинов протонов молекул воды и чувствительность системы к электрическим и магнитным полям. Механические воздействия на воду, такие как встряхивание или переливание, способствуют взаимному ориентированию отдельных областей колебаний электрического заряда водной среды и стабилизации состояния водно-пузырьковой структуры при дальнейших разбавлениях. В определенных фазах колебаний состояния АФК появляется и растет чувствительность системы к внутренним флуктуациям и внешним воздействиям, в том числе энергетически слабым, что приводит к разрушению структуры и высвечиванию избытка энергии в виде интенсивной вспышки излучений с участием синглетного кислорода в широкой области спектра и хаотическим колебаниям параметров среды. Эти моменты четко регистрируются методами фликкер-шумовой (ФШ) спектроскопии, разработанной С.Ф. Тимашевым. Появление ФШ обусловлено эффектом перемежаемости, который представляет собой смену относительно длительных участков регулярного во времени поведения характеристик неравновесной динамической системы участками хаотических всплесков. Для выявления моментов наиболее резких изменений (всплесков интенсивности измеряемой величины) анализируются факторы нестационарности (ФН), отражающие структурные перестройки в исследуемых системах и сравниваются резонансные частоты, свойственные эволюционной динамике каждой из рассматриваемых систем. Опыт показал, что наиболее информативные результаты исследований динамики светорассеяния в водных системах можно получить при одинаковом воздействии на них (переливание, встряхивание, механическое перемешивание и др.) перед проведением эксперимента. Такая обработка резко усиливает проявление идущих в воде релаксационных процессов, характер которых зависит от состояния системы АФК в данный промежуток времени. Для одновременно приготовленных систем 15С-разбавления водой (15-ое сотенное разведение) из NaCl, KCl и ацетона, а также 15С-разбавления исходной воды, получены близкие спектры ФШ. Однако в каждой из этих систем они имеют разную интенсивность отдельных компонент спектра ФН и разный вклад белого шума в один промежуток времени, что свидетельствует о разном динамическом состоянии систем АФК, определяемом исходными растворами и условиями приготовления. Частота колебаний состояния системы АФК в чистой воде в нормальных условиях не превышает нескольких раз в сутки, но сильно возрастает в присутствии малых добавок. Эффект сложным образом зависит от концентрации и вида добавок. Предполагается, что часто наблюдаемая плохая воспроизводимость результатов, полученных различными чувствительными методами измерений для разбавленных водных сред, обусловлена неконтролируемым состоянием системы АФК и разными ритмами ее колебаний.
