CC BY
14
УДК 544.4
Абдрахманов А.Р., Щербакова Е.А., Богатов Н.А., Савина А.С.
ВЛИЯНИЕ НИЗКОЧАСТОТНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА СКОРОСТЬ ДЕКОЛОРИЗАЦИИ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЕГО ТИОСУЛЬФАТОМ НАТРИЯ
Абдрахманов Амир Рустемович, студент 4 курса факультета Естественных наук; Щербакова Елена Алексеевна, студентка 4 курса факультета Естественных наук; Богатов Никита Алексеевич, м.н.с.* факультет Фундаментальных наук; e-mail: nikitabogatov@list.ru
Савина Анастасия Сергеевна, старший преподаватель кафедры физики;
*Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
В данной статье представленный результаты исследования низкочастотного акустического поля в диапазоне частот от 10 до 45 Гц на окислительно-восстановительную реакцию тиазинового красителя метиленового синего с тиосульфатом натрия.
Ключевые слова: окислительно-восстановительные реакции, низкочастотные воздействия, звукохимические процессы, метиленовый синий, тиосульфат натрия.
INFLUENCE OF A LOW-FREQUENCY ACOUSTIC FIELD ON THE RATE OF DECOLORIZATION OF METHYLENE BLUE SODIUM THIOSULFATE
Abdrahmanov Amir Rustemovich, Sherbakova Elena Alekseevna, Bogatov Nikita Alekseevich*, Savina Anastasiya Sergeevna,
*Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
This article presents the results of a study of a low-frequency acoustic field in the frequency range from 10 to 45 Hz on the redox reaction of a thiazine dye methylene blue with sodium thiosulfate.
Keywords: redox reactions, low-frequency effects, sound-chemical processes, methylene blue, sodium thiosulfate.
На основании работ, проведенных ранее по исследованию влияния низкочастотных аксиальных колебаний инфразвукового и начала звукового диапазона на изменение скорости течения реакции деколоризации метиленового синего аскорбиновой кислотой, было установлено, что окислительно-восстановительная система, которая состоит из биохимически активных компонентов, под влиянием внешнего низкочастотного воздействия не ускоряется, а замедляется [1]. Эти результаты позволяют предположить, что окислительно-восстановительные системы могут играть роль мишеней при воздействии инфразвукового излучения на биологические объекты и тем самым существенно уменьшать вред, получаемый от внешнего акустического поля низкочастотного диапазона. При этом становится актуальным вопрос, не является ли наблюдаемый эффект ингибирования внешним акустическим воздействием
исключительным свойством модельной системы метиленовый синий - аскорбиновая кислота и сохранится ли он при изменении восстановителя.
Представленная работа посвящена исследованию влияния, оказываемого аксиальными колебаниями инфразвукового и начала звукового диапазона (10-45 Гц) на окислительно-восстановительную реакцию мономерной формы тиазинового красителя
метиленового синего с тиосульфатом натрия. Экспериментальная установка основана на функциональной схеме, предложенной Э.А. Маргулисом, и представляет собой линейный колебательный контур, основой которого является низкочастотный динамик, на который подаются колебания через усилитель низких частот (производства компании МастерКит), возбуждаемые генератором низкочастотных сигналов Г3-112 [2]. С колебательного контура низкочастотное аксиальное воздействие посредством фторопластового волновода специальной формы передается в реактор, представляющий собой мерный цилиндр объемом 100 мл, в котором находится исследуемая система. Электрическая мощность, подаваемая на колебательный контур установки, составляла 10 Вт. Для большей точности значение частоты проверялось с помощью стробоскопа. Все характеристики установки, такие как добротность, резонансная частота, полоса пропускания и т.д. описаны достаточно подробно в работах [3,4]. Изменения в кинетике процесса деколоризации димерной формы метиленового синего с аскорбиновой кислотой определялись методом абсорбционной спектроскопии (спектрофотометр ЮНИКО-1204).
Выбор тиазинового красителя метиленового синего подробно нами был описан в работах [1,4]. Выбор восстановителя тиосульфата обусловлен следующими факторами. Он, как и аскорбиновая кислота, восстанавливает метиленовый синий до лейкоформы, а также он неустойчив и достаточно быстро окисляется кислородом. Это позволяет получить систему, в которой состояние обоих компонентов зависит от концентрации растворенных газов в реакционной среде, в отличие от модельной системы метиленовый синий - аскорбиновая кислота, где только один компонент - тиазиновый краситель - может подвергаться воздействию кислорода.
2
1.8
11
1,+
12 = 1
о.г
D.+
у
о-—< " !
Ad) Л» МО 5Я 600 5S0 ™ 750 500НМ
Рис. 1 Спектр оптической плотности метиленового синего
Спектр водного раствора метиленового синего (рис. 1) позволяет определить длины волн для мономерной (X = 665 нм), димерной (X = 615 нм) и тримерной (X = 500 нм) форм. Для большей точности и удобства мы сфокусировали наше исследование на мономерной форме красителя. Методика эксперимента заключается в следующем порядке действий. К 50 мл раствора метиленового синего (0,6 мг на 50 мл) добавляли 1 мл раствора тиосульфата (0,1 г на 100 мл). Полученную систему помещали в реактор и подвергали низкочастотному воздействию в течение 20 минут. Оптическую плотность раствора метиленового синего измеряли до и после воздействия. Полученный результат сравнивали с контрольным образцом, который не подвергался низкочастотному воздействию.
Экспериментально получены зависимости изменения оптической плотности от частоты воздействия (рис.2) и отношение изменения оптической плотности образца, подвергнутого воздействию, к изменению оптической плотности контрольного образца (рис. 3). Из рис. 2 первоначально можно сделать вывод, что при увеличении частоты воздействия изменение оптической плотности увеличивается. При этом отношение изменения оптической плотности образца, подвергнутого воздействию, к изменению оптической плотности контрольного образца увеличивается на интервале от 10 до 25 Гц. На
интервале 25-45 Гц это отношение изменяется незначительно.
03
м 11 " § «5 М МИ о
□ 5 1и и Ю 35 40 30
V Гц
Рис. 2 Изменение оптической плотности в зависимости от частот воздействия.
0ß
I
I м
я
I НА
Ч4
013
О 5 10 15 ЛО 35 30 35 Ч> 45 50
I.' Гц
Рис. 3 Отношение изменения оптической плотности образца, подвергнутого низкочастотному воздействию, к контрольному образцу в зависимости от частоты
Полученное противоречие можно объяснить тем, что практически все полученные значения в значительной степени пересекаются своими пределами погрешности. Обработка полученных экспериментальных данных проводилась нами на основе метода точечной оценки среднего. Оценка достоверности различий между выборками была осуществлена при помощи ^критерия Стьюдента. Доверительная вероятность нами была принята за 0,95 в соответствие с ГОСТ Р 50779.22-2005 для подобных исследований. Поэтому на основании полученных результатов и их обработки можно предположить, что изменение оптической плотности слабо зависит от изменения частот в интервале от 10 до 45 Гц.
Представленные результаты показывают, что эффект ингибирования окислительно-
восстановительной реакции метиленового синего с аскорбиновой кислотой не в поле низкочастотных воздействий не является уникальным свойством этой модельной системы. При изменении восстановителя на тиосульфат натрия эффект сохраняется и в интервале частот от 10 до 45 Гц слабо зависит от частоты воздействия. Полученный результат
позволяет утверждать, что низкочастотные аксиальные воздействия инфразвукового и начала звукового диапазона могут уменьшать скорость течения реакции на 20-30%.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 2033-90152.
Funding: The reported study was funded by RFBR, project number 20-33-90152.
Список литературы
1. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Богатов Н.А., Николаев А.Л. Ингибирование окислительно-восстановительной реакции в поле низкочастотных воздействий // ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК. - 2019. - Т. 487. - № 3. - С. 45-48
2. Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. - М.: Химия. - 1986. -288с.
3. Болдырев В.С. Действие низкочастотных колебаний на биохимически активные структуры: дис. ... канд. тех. наук. М., 2013. 118 с.
4. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Ермолаева В.И. Биологически активные клатраты амилоиодин и амилопектоиодин в поле низкочастотных акустических воздействий // Доклады академии наук. - 2012. - Т. 446. - № 4. - С. 446-470.
5. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Богатов Н.А., Николаев А.Л. Особенности окислительно-востановительного процесса в поле низкочастотного воздействия // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные Науки -2020. - №1. - С.80-90
