Новосибирские и томские учёные разработали эффективный метод изучения молекул воды

Новосибирские и томские учёные разработали эффективный метод изучения молекул воды - РИА Сибирь
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" .



Данный материал опубликован на сайте BezFormata 11 января 2019 года,
ниже указана дата, когда материал был опубликован на сайте первоисточника!
 
По теме
Международная научная студенческая конференция – это крупнейшая в Сибири ежегодная конференция для талантливых и целеустремленных студентов, аспирантов, молодых ученых и школьников.

30.03.2020
Министерство просвещения организовало горячие линии по вопросам работы в формате дистанционного обучения для директоров школ и региональных органов управления образованием, методической поддержки учителей и родителей,

30.03.2020
 
Победители конкурса «Большая перемена», который открылся сегодня, получат достойные призы: триста учеников десятых классов – по 1 млн рублей, которые они смогут направить на оплату обучения в ведущих вузах страны,

30.03.2020
Открыть оригинальное изображение - Министерство образования Первая партия медицинских марлевых масок направлена в оперативный штаб министерства образования Новосибирской области.
Министерство образования
30.03.2020
О возможном изменении сроков проведения единого госэкзамена новосибирские учителя, выпускники и их родители начали говорить сразу, как только в городе стали вводиться ограничительные меры в связи с коронавирусом.
29.03.2020 Газета Навигатор
Есть ли «вредные» книги и почему информация может спровоцировать тревогу и стресс?
26.03.2020 Газета Ведомости
Руководитель департамента образования и науки города Москвы Исаак Калина в ходе селекторного совещания, прошедшего 26 марта, пообещал присвоить высшую категорию аттестации учителям столичных школ,
29.03.2020 Газета Эпиграф
Современный пожарный извещатель спас многодетную семью, автоматически передав сообщение в оперативную службу - МЧС Новосибирской области Современный пожарный извещатель с GSM-модулем передал информацию о задымлении в единую дежурно-диспетчерскую службу города Барабинска Новосибирской области,
МЧС Новосибирской области
30.03.2020
JPG Файл - ГУ МВД Новосибирской области Отделом полиции №1 «Центральный» Управления МВД России по городу Новосибирску разыскивается без вести пропавшая Бобровская Мария Александровна, 25.07.1983 г.р.,
ГУ МВД Новосибирской области
30.03.2020
Кто в ответе за причинённые душевные страдания, если их виной стало государство?
23.03.2020 Газета Ведомости
Смотреть на диване! - Газета Ведомости Записи спектаклей, творческих встреч и даже репетиции онлайн смогут увидеть новосибирцы не выходя из дома.
Газета Ведомости
30.03.2020
Вице-мэр Москвы Наталья Сергунина призвала горожан поддержать столичные музеи и ознакомиться с их онлайн-проектами.
28.03.2020 Газета Эпиграф
Два седана столкнулись в Первомайском районе Новосибирска - ГТРК Новосибирск Очевидцы ДТП рассказали о пострадавших Авария произошло в воскресенье, 29 марта 2020 года, на перекрёстке улиц Героев Революции и Марии Ульяновой в Новосибирске, сообщили в группе «АСТ-54» в соцсети «ВКонтакте».
ГТРК Новосибирск
30.03.2020
Фабиан Джизга: Мы не думаем, что нам дали золотые медали бесплатно - ВК Локомотив Связующий «Локомотива» Фабиан Джизга в интервью польскому сайту  TVP Sport поделился впечатлениями от чемпионского титула, который новосибирская команда получила за победу в регулярном чемпионате,
ВК Локомотив
30.03.2020
Губернатор Андрей Травников в аэропорту «Толмачёво» встретился с родителями новосибирских и омских детей-спортсменов, благополучно вернувшихся с территории Киргизской Республики.
29.03.2020 Сибирский репортер
Губернатор Андрей Травников привлечёт прокуратуру и трудовую инспекцию для усиления контроля за исполнением мер по противодействию инфекции - Сибирский репортер Губернатор провёл оперативное совещание в Правительстве региона. Андрей Травников напомнил, что сегодня, 30 марта, первый день нерабочей недели, объявленной Указом Президента России.
Сибирский репортер
30.03.2020
Губернатор провёл оперативное совещание в Правительстве региона. Андрей Травников напомнил, что сегодня, 30 марта, первый день нерабочей недели, объявленной Указом Президента России.
30.03.2020 Сибирский репортер