Новосибирские и томские учёные разработали эффективный метод изучения молекул воды

Новосибирские и томские учёные разработали эффективный метод изучения молекул воды - http://ria-sibir.ru/
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
Не так давно в районных судах разрешили суды присяжных - Бердск-Онлайн.Ru Автор:  Ксения Горелова, фото из архива Бердск-Онлайн Суд присяжных решил, что мужчина не виновен Советский районный суд вынес оправдательный приговор жителю новосибирского Академгородка С. Приходченко,
Бердск-Онлайн.Ru
Открыть оригинальное изображение - Карасукский район Образцовый хореографический ансамбль «Зоренька», руководители Лилия Павловна и Татьяна Михайловна Бузмаковы, принял участие в XV Областном конкурсе детских и юношеских хореографических коллективов «Терпсихора»,
Карасукский район