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
В Новосибирске проходит региональный этап международных соревнований Специальная Олимпиада ─ аналог классических игр для людей с интеллектуальными дефектами В Центре адаптивной физкультуры собрали 28 команд Новосибирс
Башня сбрасывания Исследовательского комплекса аэродинамики, машиностроения и энергетики, имеющая высоту около ста метров, позволит исследовать процессы невесомости в земных условиях. В нашей стране таких установок пока нет. Внутри башни находится капсула, гравитация в которой равна нулю. Такая установка очень важна для фундаментальных исследований в области космических технологий. Фото: Светлана Фролова - Советская Сибирь Светлана ФРОЛОВА Башня сбрасывания Исследовательского комплекса аэродинамики, машиностроения и энергетики, имеющая высоту около ста метров, позволит исследовать процессы невесомости в земных условиях.
Советская Сибирь
фотография: Предоставлено А. Яковлевым - НГТУ 8 сентября 1941 года немецко-фашистские войска овладели Шлиссельбургом и отрезали Ленинград (ныне Санкт–Петербург) от всей страны с суши.
НГТУ
Экологический час «Жемчужины природы» - Черепановская ЦБС 26 января состоялся экологический час «Жемчужины природы» посвящённый теме заповедников и национальных парков, на который были приглашены ученики 4 «А» класса школы №4 (классный руководитель Л.Б.
Черепановская ЦБС
В Новосибирске за совершение коррупционного преступления вынесен приговор женщине - Следственный комитет Собранные следственным отделом по Ленинскому району города Новосибирск следственного управления СК России по Новосибирской области доказательства признаны судом достаточными для вынесения приговора бывшему судебному прис
Следственный комитет
+23 новых случая COVID-19 за сутки - Куйбышевский район По данным оперативного штаба по противодействию распространению коронавирусной инфекции на 26 января, за сутки выявлено 23 новых случая COVID-19, выписаны 2 человека.
Куйбышевский район
Открыть оригинальное изображение - Минпромторг Заместитель министра промышленности, торговли и развития предпринимательства Новосибирской области Максим Останин совместно с представителями полиции и Роспотребнадзора проверил заведения общественного питания Центрально
Минпромторг
Открыть оригинальное изображение - Минздрав Медиков детских поликлиник Новосибирской области обучили правилам обращения с вакциной против коронавируса «Спутник М» Главный специалист по вакцинопрофилактике региона Татьяна Ивлева,
Минздрав
Красота Божьего мира. Итоги конкурса - Центр дополнительного образования Лидер ГАУ ДО НСО «ОЦРТДиЮ» при поддержке министерства образования Новосибирской области совместно с Новосибирской региональной общественной организацией «Союз православных женщин» на протяжении нескольких лет проводят в регион
Центр дополнительного образования Лидер