УДК 541.13; 53.043; 546.212; 550.386.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ ВОДЫ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВНЕШНИХ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

А.А. Стехин, Г.В. Яковлева, В.А. Ишутин

Военный университет радиационной, химической и биологической защиты

Ю.А. Рахманин, Р.И. Михайлова

НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды

Методом хемолюминисцентного тестирования установлена зависимость концентрации ион-радикалов в водной среде от переменных параметнов геомагнитного поля. Под действием электрического поля вода подвергается активации с образованием перекисных соединений водорода в концентрации порядка 10^-5 моль/л. Действие физических полей на ион-кристаллические ассоциаты связано с изменением параметров их структуры под действием магнитных и электромагнитных полей.

Электрохимическая активация, ион-радикалы, физические поля, геомагнитное поле.

Электрохимическая активация воды заключается в когерентных процессах преобразования внешних физических полей в энергию ион - радикальных форм соединений кислорода и водорода в связанных состояниях воды, образующих протяженные p ,p - сопряженные комплексы. Следовательно изменение концентрации ион - радикальных форм соединений и энергии их связи в комплексах характеризуют процессы преобразования энергии в водных системах. Энергетическое насыщение p - комплексов ион - радикалами, сопровождаемое изменением их энергии связи, приводит к фазовой перестройке ассоциатов, в процессе которой образуются свободные радикалы.

Концентрация образующихся радикалов оценивалась с помощью прибора ЛИК-2 хемилюминесцентным (ХЛ) методом. Величины концентрации (в единицах интенсивности хемилюминесценции - J), вариации концентрации (var(J) = s /` J, где s - дисперсия сигнала) и время выхода максимума хемилюминесценции (i_Jmax) характеризуют осциллирующие изменения параметров ассоциатов воды, происходящие под влиянием внешних факторов среды (температуры; магнитных, электромагнитных (низкочастотных) и акустических (механических колебаний) полей). Амплитудное значение интенсивности ХЛ соответствует (с калибровочным коэффициентом) концентрации свободных (НО₂^*) и связанных (О₂^*-) - радикалов, регистрируемых на осциллограмме импульса ХЛ в виде быстрого (i_Jmax@ 0.02-0.5 сек) и замедленного (i_Jmax@ 1...10 сек) пиков. Вариации интенсивности ХЛ зависят от объема воды, используемой для анализа (объем = 100 мкл с точностью не хуже 10%). Температура в серии измерений была постоянной (20° С).

Измерение электромагнитной активности осуществлялось по величине среднеквадратического значения радиочастотных шумов в диапазоне длин волн менее 6 метров. Измерение магнитных полей не проводилось, однако между вариациями электромагнитного и магнитного полей существует корреляция, обусловленная единым источником их происхождения - ионами атмосферы. Для оценки влияния электромагнитных полей стеклянный сосуд с водой выдерживался в течение продолжительного времени стабилизации ассоциатов в заземленном металлическом (алюминий) экране. Параллельно проводились измерения ХЛ образцов дистиллированной (деионизованной) воды без экранирования (в таблице данные измерения приведены в скобках).

Анализ данных измерений, приведенных в таблице, показывает, что средние концентрации радикалов в воде претерпевают сильные изменения при малых изменениях параметров геомагнитного поля. Так максимальному отклонению электромагнитной активности D E=15% соответствуют изменения концентрации радикалов более 150%. Однако максимальные вариации имеют место в случае предварительно экранированной воды, дисперсия величин которой сравнима (в дни с относительно небольшой геомагнитной активностью) с величиной самого сигнала (var(J) ~ 1-2), в то время как в дни с максимальной геомагнитной активностью (солнечные дни) вариации значительно меньше (var(J) ~ 5).

Значительное начальное увеличение концентрации радикалов обусловлено механическим возмущением при отборе пробы за счет возбуждения предварительно стабилизированной жидкости (рис). Подобные изменения характеризуются резким ростом концентрации радикалов в диапазоне от 10^-10М/л до ~ 10^-7 М/л в зависимости от интенсивности потенцирующих воду факторов на стадии ее структурирования (полное структурирование достигается в течение 1-1.5 суток).

Рис. Изменение концентрации НО2*-радикалов от механического воздействия (проба экранирована от ЭМИ и механических колебаний)

Электромагнитные поля, как это следует из данных таблицы, обладают двояким действием: слабые поля (вода в экране) способствуют потенцированию воды, относительно сильные поля (неэкранированноя вода) приводят к уменьшению равновесных концентраций радикалов и уменьшению степени связанности О₂^*-- радикалов, что следует из характера суточного хода времени выхода максимума ХЛ (данные на 15.07.98г.).

    Осцилляции сигнала ХЛ отражают суточный ход изменения электромагнитной активности и достигают максимума ко времени ~ 14 часов. Этот максимум, как известно, отражается также на интенсивности биохимических и физических (эмиссия зарядов и газов поверхностью Земли) процессов

Таблица

Временные вариации концентрации НО₂^* и О₂^*- - радикалов в объемной воде

    В практических целях для придания воде активных свойств используются активаторы типа "Изумруд", основанные на электрохимических процессах, позволяющих активировать воду под действием электрического поля. Оценка изменения свойств воды под действием электрического поля в потоке после прохождения активатора осуществлялась по изменению в ней концентрации перекиси водорода, величине относительной энергии ее связи в комплексе и дисперсии данных величин и регистрировалась по величине сигнала хемилюминесценции.

Результатами исследований установлено, что под действием электрического поля вода подвергается активации с образованием перекисных соединений водорода. Для дистиллированной воды среднее установившееся значение концентрации перекиси водорода составляет порядка 1 10^-5 Моль/л при 5-ти минутной экспозиции с начальным экспоненциальным пиком активных форм кислорода. Обработка водопроводной воды, содержащей активные формы хлора, дает возрастание активных форм кислорода на 40-50%. Относительное изменение вариаций концентраций активных форм кислорода по отношению к исходной воде составляет 0,18 при относительном изменении вариаций энергии связи активных форм кислорода в комплексе равном 0.52 с уменьшением абсолютных значений средней энергии связи в 4,7 раза. Пяти - десяти минутная выдержка обработанной водопроводной воды дает вариации концентраций активных форм кислорода по отношению к исходной воде (5-ти минутная экспозиция) 1.97 при изменении вариаций средней энергии связи - 1,68 с понижением абсолютной энергии связи в 1,2 раза.

Действие физических полей на ион - кристаллические ассоциаты связано с изменением параметров их структурирования под действием магнитных и электромагнитных полей. В системе пергидроксильных радикалов

где ` А_Н,Е,Р - магнитный векторный потенциал.

пергидроксил - иону отвечает связанное состояние в структуре ассоциата отрицательной полярности [OН^-(*)(Н₂О) ^т_p]_q, являющемся аккумулятором растворенного кислорода (М...О₂, где М - поверхность), а следовательно и О₂^*-, так как последний образуется в реакции

e^-(H₂O) + O₂...M ® О₂^*-

Известно, что магнитный векторный потенциал ` А оказывает на водный ассоциат потенцирующее действие, увеличивая состояние намагниченности. Пороговое значение ` А_пор потенцирования ассоциатов воды в магнитном поле Земли равно ` А<sub>пор</sub> і 17 нВб/м. Увеличение индукции магнитного поля приводит к росту ` А_пор (` А_пор = 47нВб/м при индукции поля 7,6 мкТл). Однако слабое механическое возмущение (Р) или действие слабых электромагнитные полей (Е) приводит к существенному уменьшению порогов потенцирования, которые изменяются нелинейно до значения 20 пВб/м.

    Временные изменения выхода НО₂^* и О₂^*- - радикалов и перекиси водорода обусловлены потенцирующим действием градиентов магнитных полей на фоне слабых электромагнитных и акустических полей. Такое потенцирующее действие проявляется также в изменении состояния связанности ион - радикалов, что регистрируется по уменьшению времени выхода максимумов сигналов ХЛ по мере механического возмущения воды (перемешивание механической мешалкой) и спонтанном (на порядки) увеличении концентрации свободных радикалов при достижении критических значений потенцирования в естественном магнитном поле.

Образование свободных радикалов (НО₂^*), перекиси водорода и синхронно с ними ОН^* - радикалов связано с осциллирующим механизмом фазовой трансформации во внешних слоях ассоциатов. Глубина такой трансформации (количество слоев, участвующих в распаде структурированной жидкости) определяется термодинамическими эффектами и физическими параметрами при перестройке ассоциатов, испытывающих модуляцию в процессе образования неустойчивостей при закритических значениях Е и Р.

    Таким образом, образование реакционно - способных радикалов носит осциллирующий характер, а абсолютные значения локальных концентраций образующихся радикалов скачкообразно увеличивается на много порядков при предварительном потенцировании ассоциатов.