CC BY
66
УДК 543.253
Б.П. Шипунов, А.В. Тимирязев, Е.В. Кондратова, И.Е. Стась Влияние высокочастотного электромагнитного поля на удельное вращение растворов аскорбиновой кислоты
B.P. Shipunov, A.V. Timiryazev, E.V. Kondratova, I.E. Stas
The Influence of High-frequency Electromagnetic Field
on the Specific Rotation of the Ascorbic Acid Solution
Впервые приводятся данные, свидетельствующие об изменении оптической активности веществ в результате воздействия ВЧ-поля. Отмечено однонаправленное изменение удельного угла вращения на примере раствора аскорбиновой кислоты. Эффект развивается быстро, за несколько минут.
Ключевые слова: высокочастотное поле, структурные
изменения, оптическая активность.
Изучение механизма влияния электромагнитных полей на свойства воды и водосодержащих объектов актуально в связи с возрастающей плотностью искусственных электромагнитных полей и расширением используемого частотного диапазона. Вода как главный компонент водных систем до недавнего времени полагалась абсолютно стабильным и не изменяющим своих физико-химических свойств компонентом. Известно, что воздействие постоянных и переменных магнитных, электрических и электромагнитных полей различного диапазона на воду и разбавленные водные растворы способно изменять многие физико-химические свойства этих систем, в том числе вязкость, диэлектрическую проницаемость и электропроводность воды, степень гидратации ионов, состав комплексных ионов [1, с. 55; 2, с. 71; 3, с. 50; 4, с. 6851]. Наблюдаемые явления объясняются изменением структуры как воды, так и гидратных оболочек ионов [5, с. 15; 6, с. 2048; 7, с. 130; 8, с. 1609]. В ряде публикаций сообщается, что при действии электромагнитного поля определенной частоты наблюдается ускорение или торможение гомогенных химических реакций [9, с. 44; 10, с. 163] или же инициирование реакций, которые не идут в обычных условиях [11, с. 105]. В мировой литературе [12, с. 10128; 13, с. 1185; 14, с. 2515] найдены объективные подтверждения полевых воздействий на структурные ассоциаты воды вследствие изменения как диполь-дипольного взаимодействия, так и энтропийной составляющей, отвечающей определенной степени упорядоченности молекул воды в жидком состоянии. Зарубежные авторы для объяснения наблюдаемых эффектов привлекают гипотезу о влиянии полей на коллективную молекулярную поляризуемость и, как следствие, - измене-
For the first time the research provides evidence of change in the optical activity of substances from exposure to HF electromagnetic fields. A unidirectional change in the specific angle of rotation on the example of a solution of ascorbic acid is noted. Effect develops quickly, within a few minutes.
Key words: high-frequency field, structural change, optical activity.
ние силовых характеристик коллективного взаимодействия молекул растворителя как между собой, так и с молекулами растворенных веществ, что и приводит к изменению отмеченных выше свойств растворов. Сложность изучения полевых воздействий на водные растворы обусловлена отсутствием методов фиксации мгновенной структурной организации растворов и ее изменений как во время, так и после полевого воздействия. Наиболее часто используются косвенные методы, регистрирующие изменения физико-химических свойств растворов и реакционную способность растворенных веществ. Исключительно интересными в таком контексте представляются процессы с участием оптически активных веществ, концентрацию которых и переход из одной оптической конфигурации в другую достаточно просто наблюдать экспериментально. В связи с этим объектом исследований был выбран раствор аскорбиновой кислоты, которая обладает оптической активностью.
Удельное вращение аскорбиновой кислоты в водном растворе [а]Б20 = +24 град/(дм*г/см3) (1% раствор), а в метаноле [а]Б20 = +48 град/(дм*г/см3) (при концентрации 0,85%) [15, с. 238]. Удельное вращение, таким образом, зависит от свойств растворителя и, кроме того, от концентрации вещества (с) в растворе. Для водных растворов кислоты удельное вращение характеризуется незначительным уменьшением при значительном увеличении концентрации. Так, для 2,2%-ного раствора [а]Б20 = +22,4 град/(дмхг/см3). а для 14%-ного раствора [а]Б20 = +20 град/(дм*г/см3). В то же время 1%-ный раствор натриевой соли аскорбиновой кислоты (точнее - аскорбат-ион) имеет [а]Б20 = +105 град/(дм*г/см3) [15, с. 238]. Учитывая строение L- и Б-изомеров аскорбиновой кислоты
ХИМИЯ
и аскорбат иона L-изомера, можно обоснованно предположить, что переход из L в Б конфигурацию крайне маловероятен, тогда как изменение равновесия
автопротолиза может сказаться на величине удель ного вращения без изменения концентрации кисло ты (рис. 1).
Рис. 1. Строение L- и D-изомеров аскорбиновой кислоты и аскорбат-иона
Цель данного исследования - установить факт воздействия электромагнитного поля диапазона 30200 МГц на процессы структурных преобразований в водных растворах на основе изменения свойств раствора аскорбиновой кислоты.
Методика эксперимента. Эксперимент был построен следующим образом. Раствор аскорбиновой кислоты 1%-ной концентрации готовили растворением навески в известном количестве дистиллированной воды. Затем весь раствор был разделен на пробы, часть которых использовалась как реперный раствор (не подвергался полевому воздействию), а часть -как паритетные пробы для изучения воздействия ВЧ-поля. Для исследования влияния ВЧ-поля пробы раствора кислоты объемом 150 мл помещали в ВЧ-ячейку и подвергали действию ВЧ-поля определенной частоты некоторое время. В качестве источника ВЧ-напряжения использовали генератор Г4-119А. Частота в процессе облучения оставалась неизменной, а от эксперимента к эксперименту изменялась рандо-мизированно в диапазоне 30-200 МГц. Напряжение на ячейке составляло 14-17 В.
На данном этапе эксперимента были выбраны частоты 30, 90, 110, 190 МГц. Воздействие ВЧ-поля этих частот на водные системы, по предыдущим нашим данным [9, с. 46; 16, с. 161; 17, с. 191], оказалось наиболее эффективным с точки зрения величины наблюдаемых эффектов. Выдержку растворов в ВЧ-поле осуществляли непрерывно в течение 90 мин. После полевого воздействия растворы переливали в стеклян-
ные стаканы или колбы, которые закрывали полиэтиленовой пленкой, чтобы предотвратить растворение газов и загрязнение пробы. После воздействия растворы либо выдерживали в течение суток, либо исследовали непосредственно после облучения.
Определение удельного вращения растворов аскорбиновой кислоты проводили методом поляриметрии. Удельное вращение рассчитывали по формуле
а = [а] I с, (1)
где а - значение угла поворота плоскости поляризации, измеренное поляриметром; [а] - удельное вращение; I - длина кюветы; с - концентрация раствора. Величина а зависит от природы оптически активного вещества, температуры и длины волны света. Принято выражать а в градусах, I - в дециметрах, с - в граммах на сантиметр кубический. Формула (1) является теоретической основой метода определения концентрации с оптически активного вещества. Для нахождения угла поворота плоскости поляризации применяли по-лутеневой поляриметр СМ-2 с длиной кюветы 2 дм.
Коэффициент [а] зависит от природы вещества, очень слабо зависит от температуры и приблизительно обратно пропорционален длине волны излучения. Для получения достоверных результатов эксперименты были повторены трижды для каждой частоты и статистически оценены.
Результаты и обсуждение. В таблице приведены результаты расчета удельного вращения для 1%-ных растворов аскорбиновой кислоты контрольного образ-
ца и обработанных на различных частотах. Изменения наблюдались в течение нескольких суток после полевого воздействия. Для большей наглядности и сопоставления относительной эффективности частоты полевого воздействия на рисунке 2 представлены величины удельного вращения для всех частот, которые также измерялись в течение нескольких суток после облучения. В первых экспериментах измерения угла поворота плоскости поляризации проводились через сутки после облучения образцов. В последующих экс-
периментах измерения осуществлялись сразу после воздействия на растворы ВЧ-поля. Полученные данные (рис. 3) показывают, что для одних исследуемых образцов изменение удельного вращения происходит непосредственно после воздействия ВЧ-поля, а для других - через некоторое время после облучения. Влияние частоты выражено достаточно отчетливо. Максимальный эффект полевого воздействия наблюдается для частот 30 и 190 МГц, несколько меньший -для 110 и минимальный - для 90 МГц.
Удельное вращение 1%-ных растворов аскорбиновой кислоты
Время после облучения, сутки Удельное вращение контрольного раствора и растворов после полевого воздействия различными частотами, град/ (дм*г/см3)
контроль 30 МГц 90 МГц 110 МГц 190 МГц
0 24,0 ± 0,6 24,0 ± 0,6 24,0 ± 0,6 24,0 ± 0,6 24,0 ± 0,6
1 24,0 ± 0,6 31,0 ± 0,6 25,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
2 24,0 ± 0,6 31,0 ± 0,6 25,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
3 24,0 ± 0,6 31,0 ± 0,6 25,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
4 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 25,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 31,0 ± 0,6
6 24,0 ± 0,6 31,0 ± 0,6 26,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
7 24,0 ± 0,6 31,0 ± 0,6 26,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 29,0 ± 0,6
8 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
9 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
10 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 31,0 ± 0,6
11 24,0 ± 0,6 29,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
13 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 29,0 ± 0,6
14 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 29,0 ± 0,6
15 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
16 24,0 ± 0,6 29,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
17 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 26,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
20 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 26,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 29,0 ± 0,6
21 24,0 ± 0,6 29,0 ± 0,6 26,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
22 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 26,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
23 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
28 24,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6 27,0 ± 0,6 28,0 ± 0,6 30,0 ± 0,6
