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
 
Открыть оригинальное изображение - Министерство образования Полномочный представитель Президента России в Сибирском федеральном округе Сергей Меняйло и Губернатор Новосибирской области Андрей Травников посетили в Бердске площадки форума молодёжи Новосибирской области «PROрегион»,
13.09.2019
Сибирские генетики вместе с Курчатовским институтом выиграли конкурс на геномный центр - Новая Сибирь 13 сентября вице-премьер Татьяна Голикова на заседании Совета по реализации Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019—2027 годы объявила победителей конкурса на создание трех геном
16.09.2019 Новая Сибирь
Открыть оригинальное изображение - Министерство образования 12 сентября участники «PROрегион» вышли на финишную прямую. Познакомившись и обсудив на тренингах и воркшопах существующие принципы культуры мира, а также обозначив задачи и ключевые вопросы,
13.09.2019 Министерство образования
Перспективы наращивания регионом экспорта образовательных услуг, международного сотрудничества для развития бизнеса и культуры стали основными темами международного форума сотрудничества «Образование.
11.09.2019 Сибирский репортер
Польский спектакль «Свинополис» запретили в Воронеже и планировали сорвать в Новосибирске Фестиваль уличных театров «Три вороны» завершился скандальным спектаклем «Свинополис» на Михайловской набережной Фото:
16.09.2019 НГС.Новости
Светлана ФРОЛОВА Новосибирцы стали чаще ходить в театр, зоопарк и на концерты В этом году жители области стали чаще ходить в театры и на концерты.
12.09.2019 Советская Сибирь
Светлана ФРОЛОВА Фото из архива ИД «Советская Сибирь» Что происходит сегодня на «кухне» новой выставки новосибирского исторического парка «Россия — моя история» Первого октября газета «Советская Сибирь» отмечает св
12.09.2019 Советская Сибирь
Наталия ЗАХАРОВА, Наталья СКВОРУНСКАЯ Гала-концерт и награждение победителей — финальный аккорд Культурной Олимпиады области прозвучал 7 сентября Награды высшего достоинства в общекомандном зачете завоевали город Искитим,
12.09.2019 Советская Сибирь
Small %d0%bc%d0%b8%d0%bd%d1%81%d0%ba - ХК Сибирь В заключительном матче первой выездной серии "Сибирь" в Подольске уступила "Витязю" в серии бросков 2:3 (1:0, 1:1, 0:1, 0:0, 1:2), заработав тем самым одно очко в свою копилку.
14.09.2019 ХК Сибирь
Открыть оригинальное изображение - Правительство Новосибирской области У новосибирских фехтовальщиков стало больше возможностей для качественных тренировок и профессионального роста − в Новосибирской области начал работу региональный центр фехтования Станислава Позднякова.
14.09.2019 Правительство Новосибирской области
Что мешает Центру подготовки по спортивной гимнастике Евгения Подгорного в полной мере использовать свои богатые возможности?
12.09.2019 Газета Ведомости
Погрузчик наехал на пешехода в Новосибирской области - ГТРК Новосибирск От полученных травм мужчина скончался По информации пресс-службы ГУ МВД России по Новосибирской области, авария произошла в субботу, 14 сентября, в 20:00 в дереве Белобородово Коченёвского района.
15.09.2019 ГТРК Новосибирск
От полученных травм мужчина скончался По информации пресс-службы ГУ МВД России по Новосибирской области, авария произошла в субботу, 14 сентября, в 20:00 в дереве Белобородово Коченёвского района.
15.09.2019 ГТРК Новосибирск