ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 440, № 6, с. 778-781
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.8;547.565.2;541.128.135
ДЕЙСТВИЕ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ УСЛОВИЕ ОБРАЗОВАНИЯ НАНОАССОЦИАТОВ В ВЫСОКОРАЗБАВЛЕННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРАХ © 2011 г. И. С. Рыжкина, Л. И. Муртазина, академик А. И. Коновалов
Поступило 19.07.2011 г.
В работах [1—6] впервые показано, что в высо-коразбавленных (10-20—10—6 М) водных растворах, приготовленных методом последовательных серийных разбавлений, самопроизвольно образуются наноразмерные заряженные структуры, обозначенные термином "наноассоциаты". Параметры наноассоциатов нелинейно изменяются в зависимости от концентрации растворов вещества (эффективный гидродинамический диаметр и ^-потенциал лежат в интервалах от 100 до 300 нм и от —2 до —20 мВ соответственно). На примере высокоразбавленных растворов соединений различной природы (органические соли, амфифиль-ные и липофильные вещества) установлена взаимосвязь между параметрами наноассоциатов и физико-химическими свойствами растворов, являющимися следствием образования наноассо-циатов (удельная электропроводность, рН, поверхностное натяжение, диэлектрическая проницаемость) [2—6], а также изменениями физико-химических свойств плазматических мембран [6, 7]. Найдено, что экстремальные значения параметров наноассоциатов, характеристик растворов и биоэффектов наблюдаются практически в одинаковых концентрационных интервалах растворов различных биологически активных веществ (БАВ) [2, 4-8].
Учитывая низкие и сверхнизкие концентрации растворенных веществ, нанометровые размеры ассоциатов и достаточно высокую величину отрицательного электрического поверхностного заряда, логично предположить, что наблюдаемые наноассоциаты представляют собой ассоциаты, образованные гидратированными ионами или молекулами вещества и упорядоченными структурами воды, образование которых в растворах сверхнизких концентраций (10-14-10-17 М) экспериментально установлено недавно [9].
Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова
Казанского научного центра Российской Академии наук, Казань
Однако внешние условия, необходимые для самоорганизации высокоразбавленных растворов веществ, до настоящего времени не изучены. Высказано мнение об образовании наноструктур под влиянием низкочастотного электромагнитного излучения, в качестве природного источника таких излучений рассматривают частоты шумановского резонанса [10].
Задачей настоящей работы явилось изучение способности электромагнитных полей влиять на образование наноассоциатов, а отсюда — и на возникновение нелинейных концентрационных зависимостей физико-химических свойств (электропроводность, поверхностное натяжение) вы-сокоразбавленных растворов на примере синтетического поверхностно-активного вещества (ПАВ) Ихфан С-10 (1), обладающего антиок-сидантным и антихолинэстеразным действием [11].
Для этих целей все исследуемые растворы делили на две части, одну из которых оставляли на лабораторном столе (А), и таким образом раствор 1 был подвержен действию электромагнитных полей, а другую (Б) помещали в экранирующий пермаллоевый контейнер, где действие полей практически исключено. Результаты показали, что в первом случае (А) наноассоциаты, как обычно, образуются после истечения определенного времени [2], а во втором случае (Б) не образуются после достижения пороговой концентрации, которая для растворов 1 составляет 10-10 М.
Приготовление и изучение растворов 1 осуществляли с использованием свежеприготовленной бидистиллированной воды, удельная электропроводность которой не превышала 1.5 мкСм • см-1. Растворы готовили методом последовательных десятичных разбавлений из исходного раствора вещества с концентрацией 1 • 10-2 М аналогично [2, 3]. Удельную электропроводность (%), поверхностное натяжение (а) растворов измеряли на кондуктометре inoLab Cond Level 1, тензиометре Sigma 720ET ("KSV Instruments") в условиях тер-мостатирования при 25 ± 0.1 °С. Относительная ошибка измерения удельной электропроводно-
ДЕЙСТВИЕ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
779
Рис. 1. Распределение частиц по размерам в водном растворе Ихфан С-10, выдержанном в течение 18 ч на лабораторном столе (А) и в экранирующем пермаллоевом контейнере (Б).
Здесь и далее температура 25°С. Числа означают концентрацию водного раствора Ихфан С-10: 10-4 (1), 10-6 (2), 10"10 М (2).
сти не превышала 10%, поверхностного натяжения - 1.5%.
Размер частиц (эффективный гидродинамический диаметр кинетически подвижных частиц в максимуме кривой распределения, D) определяли методом динамического светорассеяния (ДСР) на высокочувствительном анализаторе Ze-tasizer Nano ZS ("Malvern Instruments"). Процедура подготовки образцов для изучения размеров и Z-потенциала обеспечивала необходимое "обес-пылевание" растворов (использование одноразовых пипеток, кювет с крышками или погружными электродами, входящими в комплект прибора, одноразовых фильтров 0.45 мкм, HN, "Millex"). Измерение размеров наноассоциатов в растворах 1 проводили после контрольного исследования свежеприготовленной бидистиллированной воды, которую использовали для приготовления растворов только в том случае, если анализатор фиксировал в ней полное отсутствие каких-либо частиц. Все измерения проводили после выдерживания растворов в течение 18 ч в условиях тер-мостатирования при 25 ± 0.1°С. Относительная ошибка измерения размера и Z-потенциала не превышала 15%. Распределение частиц по размерам и физико-химические свойства растворов сохранялись в неизменном виде в течение 1-2 сут.
Влияние электромагнитных полей на водные растворы 1 в широкой области концентраций изучали, сопоставляя данные по параметрам ча-
стиц и физико-химическим свойствам для двух параллельных серий одного и того же раствора при троекратной повторяемости каждого опыта. Различие между первой (А) и второй (Б) сериями состояло только в том, что в первой серии рабочие растворы, прежде чем быть исследованы методом ДСР, тензометрии, кондуктометрии были выдержаны в течение 18 ч на лабораторном столе, а во второй — в двухслойном экранирующем пермаллоевом контейнере, защищающем содержимое от воздействия электромагнитных полей аналогично [10].
Распределение частиц по размерам и ^-потен-циалу в растворах 1 серии А, т.е. не защищенных от воздействия электромагнитных полей, во всем изученном интервале концентраций 1018—10—3 М имеет мономодальный характер (рис. 1А), что позволяет построить концентрационные зависимости размера и ^-потенциала частиц в этом интервале концентраций (рис. 2).
Изучение водных растворов 1 серии Б методом ДСР показало, что растворы после 18-часового пребывания в экранирующем контейнере теряют мономодальный характер распределения в интервале концентраций 1 • 10-5—1 • 10-9 М (рис. 1Б, 2). В этом интервале концентраций в растворах отчетливо наблюдается присутствие частиц размером от 1 до 10 нм, которые, вероятно, представляют собой гидратированные молекулы или не-
780
РЫЖКИНА и др.
Б, нм 280
240 200 160 120 -80-
С, мВ
- 0
- -4
- -8
-12
-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4
с
-16
Рис. 2. Зависимости размера (1) и ^-потенциала (2) наноассоциатов водных растворов Ихфан С-10, выдержанных на лабораторном столе, от концентрации. Пунктирная линия — пороговая концентрация.
СТ, мН•м 1
80
70 60 50 40 30
-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2
1б с
Рис. 3. Изотерма поверхностного натяжения водных растворов Ихфан С-10, выдержанных в экранирующем пермаллоевом контейнере (1) и на лабораторном столе (2).
большие агрегаты 1. Начиная с концентрации 1 • 10-10 и ниже в растворах 1 серии Б никаких частиц не обнаружено (рис. 1Б, 3).
Это свидетельствует о том, что в области низких концентраций 1 • 10-5—1 • 10-9 М низкоинтенсивные электромагнитные поля оказывают весьма существенное влияние на самоорганизацию растворов 1, а в области сверхнизких концентраций без воздействия электромагнитных полей образования наноассоциатов в растворах вообще не происходит. Таким образом, движущими силами образования наноассоциатов в высокоразбавлен-ных растворах помимо молекул или ионов вещества и связанных с ними структур воды являются слабые электромагнитные поля.
На рис. 3 и 4 приведены концентрационные зависимости поверхностного натяжения и удельной электропроводности двух серий растворов 1 в области 10-18—10-2 М, выдержанных в экранирующем пермаллоевом контейнере (кривая 1) и на рабочем столе (кривая 2). Оказалось, что до концентрации 10-6 М растворы серий А и Б практически не отличаются по значениям физико-химических параметров, хотя различия по природе частиц уже заметны (рис. 1). Начиная с концентрации 10-7 М и ниже физико-химические свойства растворов 1 серий А и Б различаются драматическим образом. В растворах, выдержанных в экранирующем пермаллоевом контейнере, начиная с этой концентрации не обнаружено изменения поверхностного натяжения, а значения удельной электропроводности заметно меньше.
При 10-11 М и ниже, т.е. когда в растворах 1 серии Б, защищенной от воздействия электромаг-
нитных полей, отсутствуют наноассоциаты, значение электропроводности падает до 2.5 мкСм/см и далее уже не изменяется (рис. 4). Это значение удельной электропроводности растворов 1 практически соответствует электропроводности биди-стиллированной воды.
Таким образом, нами показано, что два взаимосвязанных процесса — образование наноассоциатов и возникновение "аномальных" нелинейных концентрационных зависимостей физико-химических свойств высокоразбавленных растворов — происходят при воздействии внешних низкоинтенсивных
-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4
1б с
Рис. 4. Зависимости удельной электропроводности водных растворов Ихфан С-10, выдержанных в экранирующем пермаллоевом контейнере (1) и на лабораторном столе (2), от концентрации.
ДЕЙСТВИЕ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
781
электромагнитных полей, обеспечивающих системе постоянный приток энергии извне. Отсутствие действия внешних низкоинтенсивных электромагнитных полей в течение 18 ч после приготовления растворов приводит к потере или заметному ослаблению уникальных физико-химических свойств водных растворов низких и сверхнизких конце
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.