Новосибирские и томские учёные разработали эффективный метод изучения молекул воды

Фото: ria-sibir.ru

Вода

открывает
тайны


Структура воды, несмотря на многочисленные исследования, продолжает вызывать интерес учёных. Сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН и Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) решили изучить молекулы воды методами широкополосной терагерцовой спектроскопии.  Статья об этом вышла в журнале IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology

Вода - один из самых важных элементов на Земле. В молекулу воды входит два атома водорода. Ядро каждого из атомов - протон — имеет специфическое физическое свойство, которое называется спин. Молекула воды, в которой спины двух протонов сонаправлены, называется ортоизомером. Если же они направлены навстречу друг другу, то мы имеем дело с параизомером.

"Наше знание о свойствах спиновых изомеров воды ещё не полно, - поясняет один из авторов статьи кандидат технических наук Александр Мамрашев . - Эти два вида молекул имеют почти идентичные физические и химические свойства, поэтому их трудно отделить друг от друга. Также трудно осуществить превращение одного изомера в другой. В нормальных условиях концентрации изомеров молекул воды относятся как 3:1. Основная задача в рамках гранта Российского научного фонда № 17-12-01418, который мы сейчас выполняем, - изменить это отношение в ту или другую сторону, создав тем самым обогащение одного из изомеров. Далее можно будет исследовать свойства и применения спиновых изомеров воды".

Чтобы следить за концентрацией каждого из изомеров, необходим эффективный метод их детектирования. Учёные разработали эффективный метод измерения содержания орто- и параизомеров паров воды, присутствующих в воздухе. Дело в том, что спектры поглощения этих видов молекул отличаются друг от друга: следуя законам квантовой статистики, два изомера воды находятся в различных вращательных состояниях, и это проявляется в инфракрасных и терагерцовых спектрах поглощения.

Для измерения спектров поглощения на вещество направляется поток излучения, часть которого проходит практически без взаимодействия с субстанцией, а часть поглощается ею. В данном исследовании специалисты использовали импульсное терагерцовое излучение и спектрометр, который позволяет измерять поглощение в широком диапазоне частот от 0,1 до 2,7 ТГц. Измеряя величину поглощения отдельных линий, принадлежащих орто- и пара-H2O, в терагерцовом диапазоне, можно определить концентрацию молекул каждого из изомеров.

Преимуществом разработанного метода по сравнению с методами классической узкополосной спектроскопии является возможность одновременного измерения нескольких линий поглощения молекул воды в одинаковых физических условиях без перестройки частоты излучения.

Процедура измерения отношения орто- и параизомеров молекул воды включала следующие этапы. С помощью созданного в лаборатории информационной оптики Института автоматики и электрометрии СО РАН широкополосного спектрометра измерялись терагерцовые спектры в двух средах: в чистом азоте при атмосферном давлении и в воздухе, содержащем пары воды. Их сопоставление давало экспериментальный спектр поглощения паров воды, который сравнивался с теоретическим, рассчитанным с использованием данных из международной базы HITRAN.

Сопоставление теоретических спектров с экспериментальными позволило определить отношение концентраций орто- и параизомеров молекул воды. По измерениям в диапазоне 0,15-1,05 ТГц их отношение составило 3,03±0,03. Полученное значение согласуется с теоретическим значением, равным 3 в равновесных условиях.

Результат доказывает работоспособность предложенного метода и открывает перспективы его использования для исследования обогащения ядерных спиновых изомеров молекул воды в газовой фазе. Обогащенные изомеры могут найти применение в задачах магнитной томографии и для исследования процессов с участием молекул воды в космосе. (Материал предоставлен Институтом автоматики и электрометрии СО РАН.

 

Из интернет-издания "Наука в Сибири" .



 
По теме
 
В НГАСУ (Сибстрин) начался курс лекций профессора Университета Штутгарта Уве Гайсбауэра - НГАСУ В НГАСУ (Сибстрин) начался курс лекций профессора Университета Штутгарта Уве Гайсбауэра 20 февраля 2019 года в НГАСУ (Сибстрин) состоялась первая из серии онлайн лекций профессора Уве Гайсбауэра (Dr.
20.02.2019
Открыть оригинальное изображение - Правительство Новосибирской области Повышение статуса специализированных учебно-научных центров и развитие НОЦ обсудят эксперты на следующих заседания рабочей группы Госсовета РФ по направлению «Образование и наука».
20.02.2019 Правительство Новосибирской области
День молодого избирателя прошел в библиотеке имени Шолохова Каждый год в третье воскресенье февраля в России проводится важное масштабное мероприятие по повышению правовой культуры юношества – День молодого избирателя.
20.02.2019 Газета Бумеранг
На «Дельфине» праздновали морскую победу В субботу, 16 февраля, в рамках проекта «Паруса» состоялась ролевая тактическая игра «Гренгам: 1720».
20.02.2019 Газета Бумеранг
5 декабря прошлого года в Черепановском районе из квартиры дома по улице Мира поселка Грибной бригадой скорой помощи была доставлена в центральную районную больницу 61-летняя хозяйка квартиры с внутричерепным кровотечени
21.02.2019 ГУ МВД Новосибирской области
В январе 2018 года в отдел полиции № 10 «Советский» обратился местный житель с заявлением о хищении у него из квартиры, расположенной по улице Сиреневой, фотоаппарата «Nikon» стоимостью 17 тысяч рублей.
20.02.2019 Газета Навигатор
Прокурор Бердска Роман Сивак совместно со специалистом отдела по вопросам миграции МВД России проверил соблюдение требований миграционного законодательства в помещениях магазинов ООО «Лента».
19.02.2019 Газета Навигатор
Центру молодежного досуга «Левобережье» исполнилось 10 лет! День рождения бывает раз в год, а юбилей и того реже – раз в пять лет.
20.02.2019 Газета Бумеранг
В «Глобусе» поставили спектакль о любви, судьбе и абсурдной реальности В преддверии Дня защитника Отечества на малой сцене театра «Глобус» состоялась премьера спектакля «Путем взаимной переписки» по повести русского п
20.02.2019 Газета Бумеранг
Пусть во дворе еще стоят высокие сугробы, но солнце светит уже совсем по-весеннему, на новый лад зачирикали городские птицы, а в сердцах людей появилось приятное ощущение оттепели и грядущей весны.
20.02.2019 Газета Бумеранг
Алина ПОЛОННИКОВА, Анастасия КОРОТАЕВА Десятки тысяч новосибирцев как один встали на лыжи Лыжи у нас любят все.
20.02.2019 Советская Сибирь
«Семейная сказка» вышла на Лыжню России – 2019 Хорошо, когда много детей.
20.02.2019 Газета Бумеранг
Оповещение о начале публичных слушаний по проекту решения о предоставлении разрешения на условно разрешенный вид использования земельного участка или объекта капитального строительства - Администрация Новосибирского района Оповещение о начале публичных слушаний по проекту решения о предоставлении разрешения на условно разрешенный вид использования земельного участка или объекта капитального строительства   На публичные слуша
21.02.2019 Администрация Новосибирского района
5 декабря прошлого года в Черепановском районе из квартиры дома по улице Мира поселка Грибной бригадой скорой помощи была доставлена в центральную районную больницу 61-летняя хозяйка квартиры с внутричерепным кровотечени
21.02.2019 ГУ МВД Новосибирской области