Фізико-хімічне обгрунтування дії магнітного поля на водні розчини для розробки систем техногенно-екологічної безпеки

На рис. 5 показана залежність оптичної густини 0.4 %-го розчину альбуміну в присутності Cd(NO₃)₂ від часу.

Концентрація іону Cd²⁺ - 0.04 н. Результати дослідів показують, що спочатку реакція хелатоутворення в омагніченому розчині проходить швидше, однак, через деякий час оптична густина звичайного розчину стає більшою, ніж омагніченого, процес денатурації сповільнюється.

Рис. 5. Залежність оптичної густини розчину альбуміну в присутності іонів Cd²⁺ від часу: 1 - в звичайних умовах; 2 - в омагніченому розчині Cd(NO₃)₂

Це можна пояснити зміною гідратації іону Cd²⁺ після дії магнітного поля на розчин. Послаблення водневих зв'язків означає підвищення "структурної" температури, а це в свою чергу призводить до зростання теплоти гідратації, поскільки зменшується енергія, необхідна для відриву молекули води з рідкої фази і переведення її в координаційну сферу іонa.

Такий ефект ще різкіше виражений при взаємодії альбуміну з іонами Pb²⁺. В звичайних умовах помутніння розчину спостерігається при концентраціях альбуміну - 0.2%, i Pb(NO₃)₂ - 1·10^-3н. Вимірювання оптичної густини проводилися через 15 хв. після змішування розчинів (експериментально встановлений час, достатній для настання рівноваги). Результати дослідів наведено на рис. 6.

Рис. 6. Залежність оптичної густини 0.2%-го розчину альбуміну від концентрації Pb(NO₃)₂: 1 - звичайні умови; 2 - в омагніченому розчині Pb(NO₃)₂

Під впливом деяких багатозарядних іонів сироватковий альбумін при кімнатній температурі утворює агрегати з середнім діаметром 100-140 нм. Очевидно, внаслідок послаблення водневих зв'язків між молекулами води під дією магнітного поля процес зміни четвертинної структури білка прискорюється. Утворення глобулярних агрегатів приводить до появи ситового ефекту, як це має місце в мікропористих сорбентах. Збільшення енергії гідратації іонів в омагніченій воді затруднює їх проникнення в мікропори таких агрегатів. Радіус іона Pb²⁺ більший від радіуса Cd²⁺ (відповідно 0.12 і 0.097 нм), вплив магнітного поля на його гідратацію сильніший, ніж на гідратацію іона кадмію.

При термографічних дослідженнях перед аналізом дистильована вода протягом 15 хв. циркулювала через магнітний пристрій (магніт-2), що забезпечувало кількаразове омагнічування. Ендотермічний ефект на термограмі (рис. 7, крива 1; швидкість нагрівання 10 К/хв) свідчить про більшу інтенсивність випаровування омагніченої води, порівняно із звичайною дистильованою водою, а отже і про послаблення водневих зв'язків між молекулами води.

Рис. 7. Термограми дистильованої та омагніченої води:

1- омагнічена дистильована вода; 2 - 20 %-й розчин етанолу

Для порівняння на цьому ж рисунку наведена термограма (крива 2) 20 %-го розчину етанолу, енергія водневих зв'язків в якому менша, ніж в самій воді.

Швидкість випаровування омагніченої води на 9.6 % більша, ніж дистильованої води без дії магнітного поля (за даними термогравіметричного аналізу). Ці результати також свідчать, що внаслідок дії неоднорідного магнітного поля на воду відбувається послаблення енергії водневих зв'язків між молекулами води.

Термографічні вимірювання в режимі енергограм показали, що теплота випаровування омагніченої води на 11 % нижча, ніж теплота випаровування звичайної дистильованої води без магнітної обробки.

В сьомому розділі розглядається вплив конфігурації магнітного поля при його дії на водні розчини. Зроблено висновок, що основним фактором ефективності дії магнітного поля на водні системи є його частота в поєднанні з напруженістю поля. Однак, в кожному конкретному випадку, залежно від якісного та кількісного складу водної системи, ці параметри треба підбирати експериментальним шляхом. В той же час результати дослідів показали, що для досягнення тих чи інших ефектів при дії магнітного поля на водні системи напруженість магнітного поля може бути незначною і співвимірною з напруженістю геомагнітного поля. Стосовно екології це має значення для розроблення базових концепцій захисту від неіонізуючого випромінювання і нормативних актів з контролю та оздоровленню екологічної обстановки.

Восьмий розділ присвячений узагальненню результатів досліджень. . В роботі застосовано новий підхід до проблеми впливу магнітного поля на воду та водні розчини. Омагнічена вода розглядається як інший, хоча з близькими до звичайної води, розчинник. З такої позиції можна пояснити широке коло явищ, які відбуваються у водних розчинах після дії на них магнітного поля. Результати дослідів з кінетики хімічних реакцій, зокрема реакцій гідролізу, свідчать про те, що під впливом магнітного поля вода за здатністю до дисоціації наближається до апротонних розчинників. Всі зміни фізико-хімічних властивостей водних розчинів є результатом післядії магнітного поля.

Магнітне поле призводить до змін в електронній структурі молекул самої води, що зумовлює послаблення енергії водневих зв'язків між ними. Прямим підтвердженням цього є дані інфрачервоної спектроскопії. Розмитість коливних смуг рідкої води та сильне поглинання на всій ділянці основних коливань заважає одержанню більшості спектральних характеристик. Тому для послаблення поглинання води на ділянці валентних коливань було використано розчин води низької концентрації в розчиннику з відносно слабкими водневими зв'язками. На рис.8 показаний ІЧ - спектр 0.1 М розчину води в ацетонітрилі, де пунктиром зображені найсуттєвіші зміни в смугах поглинання після дії електромагнітного поля.

Смуга поглинання 3540 см^-1 зумовлена валентними асиметричними коливаннями молекул води, пов'язаними водневими зв'язками. Її зсув (~50 см^-1) в низькочастотну ділянку спектру після дії магнітного поля на воду є прямим свідченням зменшення енергії водневих зв'язків між молекулами води. Значний інтерес представляє смуга деформаційних коливань в інтервалі 1600 - 1700 см^-1. Ця смуга відносно слабо залежить від різних впливів (температура, присутність розчинених речовин), однак така залежність все таки є. В даних умовах чітко спостерігається зміщення смуги деформаційних коливань на 30 см^-1 в сторону нижчих частот, що також є підтвердженням послаблення енергії водневих зв'язків між молекулами води.

Рис.8. ІЧ - спектри 0.1 М розчину дистильованої води в ацетонітрилі: 1 - контрольний розчин; 2 - омагнічений розчин

Результати досліджень даної роботи показали, що механізм впливу магнітного поля на біохімічні процеси в загальних рисах аналогічний його впливу на хімічні реакції з участю неорганічних або органічних сполук. Це дає можливість моделювати вплив геомагнітного або штучного магнітного поля на біологічні системи в лабораторних умовах. Зміна фізико-хімічних властивостей води під впливом магнітного поля зумовлює якісну зміну води, як носія інформації. Тому доцільно було дослідити вплив попередньої електромагнітної обробки водних розчинів, що містять компоненти досліджуваної системи, на режим перебігу автоколивних реакцій, які в значній мірі зумовлюють нормальну роботу живих клітин. Як модель вибрано реакцію Бєлоусова - Жаботинського (БЖ) - окиснення лимонної кислоти (ЛК) броматом калію в присутності іонної пари Се⁴⁺ - Се³⁺ (каталізатор). При вихідних концентраціях реагентів: [KBrO₃] = 0.04 M, [ЛК] = 0,03 M, [H₂SO₄] = 0,5 M і [Ce₂(SO₄)₃] = 0,004 M в контрольному розчині (без елетромагнітної обробки) система протягом всього часу знаходилася в стаціонарному стані. В омагніченому розчині спостерігаються складноперіодичні коливання. При деяких інших концентраціях після електромагнітної обробки розчину скорочується індукційний період реакції (рис.9а), та змінюється амплітуда і період коливання, що особливо помітно при вихідних концентраціях розчину, яким відповідають криві на рис.9б. Підвищення вихідних концентрацій реагентів дещо нівелює різницю в періоді коливань, однак різниця значень амплітуди коливань залишається суттєвою. Результати цих дослідів пояснюють ще один аспект негативного впливу магнітного поля (“магнітні бурі”) на живі організми, оскільки коливні реакції лежать в основі важливих біологічних процесів: генерації біоритмів, в тому числі нервових імпульсів, що викликається зміною проникливості трансмембранних іонопровідних каналів. Надзвичайно важливу роль в енергетиці живих клітин відіграють гліколітичні коливання, які ведуть до синтезу аденозинтрифосфорної кислоти.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.9. Залежність потенціалу ТПЕ відносно хлорсрібного електроду від часу для автоколивної хімічної реакції БЖ (1 - контрольний розчин; 2 - омагнічений розчин)

Вихідні концентрації реагентів: а - [KBrO₃] = 0.07 M, [ЛК] = 0.15 M, [H₂SO₄] = 0.1 M і [Ce₂(SO₄)₃] = 0.001 M; б - [KBrO₃] = 0.009 M, [ЛК] = 0.2 M, [H₂SO₄] = 0.13 M і [Ce₂(SO₄)₃] = 0.001 M

За останній час активно впроваджується технологічне обладнання різного прзначення, яке використовує електромагнітні поля надвисоких частот (НВЧ). Широке використання таких побутових пристроїв, як мікрохвильові печі, стільникові телефони, монітори персональних комп'ютерів, телевізори і т.д. пов'язане з мікрохвильовим (надвисокочастотним) випромінюванням. В зв'язку з цим постає проблема визначення ступеня негативної дії вказаного фактора на живі організми та розкриття його механізму. Автори багатьох робіт вказують на складність або взагалі неможливість достатньо певного прогнозування негативних біологічних наслідків такого випромінювання. Про це свідчать національні стандарти і рекомендації, які в різних країнах суттєво відрізняються одні від одних. хімічний вода розчин екологічний

Для дослідів з впливу ЕМП надвисоких частот, як модельну окисно-відновну реакцію було вибрано окиснення розчину ліпоєвої (тіоколової) кислоти йодом. Як джерело ЕМП надвисоких частот було використано побутову мікрохвильову піч. Дистильовану воду витримували в мікрохвильовій печі при певних режимах її роботи протягом 10 хв, після чого охолоджували до кімнатної температури.

Результати досліджень показують (рис.10), що у всіх випадках після обробки дистильованої води в мікрохвильовій печі швидкість окиснення ліпоєвої кислоти в такій воді значно зростає, найбільший ефект спостерігається після обробки електромагнітним полем НВЧ потужністю 560 Вт (крива 2). З часом цей ефект зменшується (крива 3).

Рис. 10. Зміна в часі оптичної щільності розчину ліпоєвої кислоти при її окисненні йодом:

1 - контрольний розчин; 2 - НВЧ 560 Вт (через 30 хв після обробки); 3 - НВЧ 560 Вт (через 60 хв після обробки); 4 - НВЧ 400 Вт (через 30 хв після обробки)

Аналіз кривих залежності оптичної щільності від часу показав, що швидкість окиснення ліпоєвої кислоти йодом після обробки дистильованої води в мікрохвильовій печі збльшується в 3 - 5 разів. Сама ліпоєва кислота в живому організмі поряд з участю в окиснювальному декарбоксилюванні -кетокислот ще виконує роль переносника ацильних груп та акцептора електронів при розщепленні піровиноградної кислоти до оксиду вуглецю (IV), оцтової та молочної кислот.

Для дослідження впливу електромагнітного поля НВЧ на реакції гідролізу використано гідроліз крохмалю в присутності ферменту амілази. 0,2 %-й розчин крохмалю витримували в мікрохвильовій печі протягом 5 хв, після чого охолоджували до кімнатної температури.

В результаті дослідів виявилося, що після обробки розчину крохмалю при потужності ЕМП 560 Вт швидкість реакції гідролізу крохмалю, порівняно з швидкістю в контрольному розчині, зменшується в 1,5 рази, а при потужності ЕМП 400 Вт - в 1,3 рази. Це означає сповільнення всіх процесів гідролізу в організмі людини, в тому числі і ферментативного гідролізу аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ) після вживання рідких продуктів, оброблених в мікрохвильовій печі.

Для моделювання біологічної дії стільникових телефонів експеримент проводили наступним чином. Дистильвану воду об'ємом 80 мл опромінювали в циліндричному резонаторі при вихідній потужності 1,5 Вт і резонансній частоті 788 МГц протягом 60 хв, що не призводило до помітного підвищення температури. Ефективність впливу мікрохвильвого випромінювання на воду оцінювали за зміною швидкості деяких окисно-відновних реакцій в середовищі опроміненої води порівняно з їх швидкістю в звичайній воді без електромагнітної обробки. Як модельні реакції ми вибрали, як і в попередньому випадку, окиснення тіоколової (ліпоєвої) кислоти йодом в присутності крохмалю, як індикатора та окиснення метанолу 0,1 М розчину KMnO₄.

Результати дослідів показали, що ефективна константа швидкості окиснення тіоколової кислоти йодом в опроміненій воді зросла в 2,2 рази, порівняно з котрольним розчином (рис.11), а константа швидкості окиснення метанолу перманганатом калію - в 1,8 разів.

Рис.11. Залежність логарифму оптичної щільності розчину тіоколової кислоти при її окисненні йодом від часу реакції: 1 - контрольний розчин; 2 - після МХ опромінювання при 788 МГц

На підставі положень колоїдної хімії, підвищенням “структурної температури” в омагнічених розчинах можна також пояснити антинакипну дію магнітного поля та вплив на неї сторонніх домішок, тобто, сольового складу технічної води. Тобто, модифікація фізико-хімічних властивостей води, як розчинника, зумовлює утворення суспензії в об'ємі рідкої фази і запобігає або гальмує відкладення шламу на стінках систем водопостачання, а також сольових відкладень в трубах нафтових свердловин.

Одержані результати з дослідження механізму впливу магнітного поля на фізико-хімічні властивості водних систем дозволяють зробити конкретні висновки стосовно їх практичного застосування в екології та провести екологічний моніторинг для оцінки техногенного ризику. Найчастіше для інтенсифікації процесів очищення води застосовують метод накладання на водно-дисперсні системи магнітного поля. Недоліком методів іонообмінного корегування мінерального складу природних і стічних вод, які існують на даний час, є невисока робоча обмінна ємність іонообмінного матеріалу, що призводить до зменшення корисної тривалості фільтроциклу, збільшення часу регенерації іонообмінників, росту витрати води на власні потреби і, як наслідок, до підвищення собівартості іонообмінного очищення води. Застосування магнітного поля при такому способі очищення води в значній мірі зменшує ці недоліки. Однак, попри всі переваги даного методу, він також не позбавлений ряду вад. Розміщення магнітів безпосередньо на колонах іонообмінника вимагає виготовлення самих колон з діамагнітного матеріалу і, в залежності від діаметру цих колон, громіздких магнітів. Оскільки, згідно результатів даної роботи, магнітне поле впливає перш за все на саму воду, можна запропонувати інший спосіб - розміщення магніту перед входом вихідного розчину в колону з іонообмінником. Це зумовлює спрощення і здешевлення конструкції очисних систем. Переваги такого способу очевидні. Він не вимагає спеціального створення нової системи сорбційного типу, а передбачає використання будь-якої діючої установки. Для цього потрібно лише провести невелику модифікацію, а власне - перед сорбційною колоною вмонтувати патрубок з діамагнітного матеріалу, на якому розмістити електромагнітний пристрій промислового виробництва. Так само не має значення природа сорбента - це можуть бути іонообмінні смоли, природні чи синтетичні цеоліти, сульфовугілля тощо.

Для прояснення і знебарвлення води часто використовують методи обробки, що базуються на застосуванні реагентів (коагулянтів), які забезпечують переведення в осад колоїдно-дисперсних домішок і забруднень. Як коагулянти найчастіше використовують солі заліза і алюмінію, зокрема його сульфат. І в цьому способі застосування магнітного поля призводить до інтенсифікації процесу очищення води.

Застосування магнітного поля в системах очищення стічних вод має ще одну перевагу, окрім вже зазначених. При утилізації мінералізованих стічних вод після попереднього прояснення від завислих і колоїдно-дисперсних речовин їх піддають концентруванню одним із відомих методів: електродіалізом, зворотним осмосом, виморожуванням або випарюванням. У разі простого випарювання розсолів їх потрібно нагрівати до температури кипіння (понад 100 ?С), що пов'язано з великими витратами теплоти. Оскільки після магнітної обробки температура кипіння води знижується на декілька градусів та зменшується теплота її випаровування, це призводить до значної економії енергоресурсів.

Згідно результатів даної роботи, мікрохвильове випромінювання справляє на воду таку ж саму дію, як і електромагнітне поле низької частоти, або постійне магнітне поле з градієнтом напружності. Отже, механізм впливу магнітного поля на біохімічні процеси в загальних рисах аналогічний його впливу на хімічні реакції з участю неорганічних або органічних сполук. Це дає можливість моделювати вплив геомагнітного або штучного магнітного поля на біологічні системи в лабораторних умовах. В той же час, одержані результати демонструють причини негативної дії електромагнітних полів як низьких, так і високих частот на живі організми, що дає підставу для обгрунтування теоретичних основ оцінок техногенного ризику, а також для розроблення наукових методів дослідження комплексної оцінки та прогнозування впливу техногенного забруднення біосфери. Крім того, результати даної роботи створюють базу для вдосконалення наявних екологічно безпечних технологічних процесів та устаткування, що забезпечують раціональне використання природних ресурсів і додержання нормативів шкідливих впливів на довкілля.

Висновки

Результати досліджень дають підстави для розроблення базових концепцій прогнозування проявів післядії магнітного поля на водні розчини з метою удосконалення систем техногенно-екологічної безпеки та екологічного моніторингу і наукового обгрунтування нормативних актів з контролю та оздоровленню екологічної обстановки.

Запропоновано єдиний підхід для пояснення сукупності явищ, які супроводжують вплив магнітного поля на воду та водні системи: омагнічену воду слід розглядати як дещо інший, ніж звичайна вода, розчинник, хоча з близькими до неї властивостями. Дотеперішні гіпотези стосовно цього питання не дозволяють пояснити біологічну дію (здебільшого негативну) електромагнітного поля та гальмують його ефективне використання для покращення охорони довкілля.

Досліджено механізм впливу магнітного поля на кінетику біохімічних реакцій і показано, що він є аналогічний впливу цього поля на перебіг реакцій з неорганічними реагентами. Це дає можливість пояснити дію магнітного поля на біологічні об'єкти, зокрема на організм людини. На реакції окиснення магнітне поле справляє прискорюючу дію, а на реакції, в механізмі яких хоча б одна ланка пов'язана з гідролізом - гальмівну, що призводить до дисфункції живого організму. В цьому полягає основна причина негативної ролі підвищеної сонячної активності (“магнітні бурі”), а також ЕМП техногенного походження на біосферу.

Запропоновано спосіб іонообміного корегування мінерального складу вод для інтенсифікації їх очистки, пом'ягшення та знесолення. Це досягається розміщенням магнітних пристроїв в наявних системах очищення води без їх суттєвої переробки, підбором оптимальної напруженості магнітного поля та його частоти.

Показано, що антинакипна дія магнітного поля підлягає механізму міцелоутворення та коагуляції колоїдних систем з врахуванням зменшення енергії водневих зв'язків між молекулами води, тобто підвищення “структурної температури” технічної води. За даними термічного аналізу внаслідок магнітної обробки зростає теплопровідність води. Це дає додатковий економічний ефект при використанні такої води у підігрівачах, холодильниках та інших теплообмінних апаратах.

Показано, що магнітне поле впливає на фізико-хімічні властивості самої води. Омагнічена вода за здатністю до дисоціації наближається до апротонних розчинників, на що вказують дослідження перенапруги її розкладу.

Виявлено, що зміни властивостей омагнічених водних розчинів є результатом післядії магнітного поля на воду. Домішки, або розчинені у воді сполуки в механізмі елементарного акту дії магнітного поля на воду відіграють другорядну роль.

Показано, що магнітне поле суттєво впливає на кінетику тих фізико-хімічних процесів у водних розчинах, в механізмі яких домінуючу роль відіграють водневі зв'язки. Внаслідок послаблення енергії водневих зв'язків між молекулами води під дією магнітного поля змінюється структура водних розчинів. Це є однією з причин “магнітної пам'яті” води, яка в залежності від режиму магнітної обробки може тривати декілька діб.

На основі досліджень (кінетичних, термографічних, рефрактометричних тощо), не пов'язаних з додатковою дією магнітного поля на розчини, на відміну від методу протонного магнітного резонансу, показано, що в омагнічених розчинах збільшується рухливість молекул - підвищується “структурна температура”.

В залежності від напруженості магнітного поля, або при постійній напруженості - від швидкості протікання розчину, ефективність омагнічування має поліекстремальний характер. В цілому ця ефективність залежить від частоти магнітного поля в поєднанні з його напруженістю. Абсолютна величина напруженості магнітного поля принципового значення не має. Ефекти дії магнітного поля на водні системи мають місце і при напруженостях, співвимірних з напруженістю геомагнітного поля.

Внаслідок дії магнітного поля зростає швидкість тих окисно-відновних реакцій, в котрих активні центри реагентів при звичайних умовах були блоковані водневими зв'язками з молекулами води, або ж зменшення енергії цих зв'язків сприяє зменшенню електронної густини в молекулах реагентів, необхідному для проходження хімічної реакції. Швидкість реакцій гідролізу, пов'язаних з дисоціацією молекул води під впливом магнітного поля сповільнюється, що зумовлено тимчасовою стабілізацією молекул води, зменшенням її іонного добутку.

Вперше показано, що вплив мікрохвильового випромінювання на воду та водні розчини аналогічний дії електромагнітного поля низьких частот і спостерігається при кімнатній температурі.

Магнітна обробка водних розчинів білків збільшує швидкість їх хімічної денатурації та понижує температуру термічної денатурації, що може бути свідченням послаблення водневих зв'язків між молекулами води, як розчинника, та макромолекулами білку.

Результати досліджень дозволяють пояснити зміни властивостей як гомогенних, так і гетерогенних водних систем, що дає можливість прогнозувати застосування магнітного поля для корегування тих чи інших процесів у водних розчинах.

Публікації за темою дисертації

1. Баран Б.А. Механізм дії магнітного поля на іонний обмін // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. -1997. - № 2. - С. 50-53.

2. Баран Б. А. Вплив магнітного поля на сорбцію катіонів важких металів цеолітом CaA // Вісник технологічного університету Поділля. - 1998, № 1. - C. 63-65.

3. Баран Б.А. Влияние магнитного поля на кинетику химических реакций // Укр. хим. журнал. - 1998. - Т.64, №4. - С. 26-29.

4. Баран Б.А. Влияние переменного магнитного поля на скорость окислительно-восстановительных реакций // Укр. хим. журн. - 1999. -Т.65, №7. - С. 27- 30.

5. Баран Б.А. Влияние магнитного поля на мицеллообразование и коагуляцию сульфата бария в водных растворах // ЖФХ. - 1999. - Т. 73, №11. - С. 2089-2090.

6. Баран.Б.А. Роль водневих зв'язків при дії магнітного поля на воду // Вісник технологічного ун-ту Поділля. - 1999. - №2. - С. 113-115.

7. Баран Б.А. Вплив магнітного поля на фармакодинаміку деяких сполук // Науковий вісник Ужгородського ун-ту. - 1999. - вип.4. - С. 154-156.

8. Баран Б.А. Швидкість хімічних процесів в попередньо омагніченій воді // Вестник Харьковского гос. политех. ун-та. - 1999. - вып.56. - С. 19-24.

9. Баран Б.А.Термографічне та фотометричне дослідження впливу магнітного поля на воду // Вестник Харьковского гос. политех. ун-та. - 1999. - вып.90. - С. 118-123.

10. Баран Б.А. Вплив магнітного поля на кінетику окиснення метанолу перманганатом калію у водному розчині // Вестник Харьковского гос. политех. ун-та. - 2000. - вып. 95. - С. 205-208.

11. Баран.Б.А. Фотометрическое исследование химических реакций в условиях магнитного поля // Вісник Дніпропетровського ун-ту. - 2000. - вип.5. - С. 91-96.

12. Баран Б.А., Криворучко А.П. Применение магнитного поля в процессах водоподготовки // Химия и технология воды. - 2000. - №2. - С. 135-141.

13. Baran B.A. Influence of Magnetic Fields on Adsorption and Ion Exchange from Aqueous Solutions // Adsorption Science and Technology. - 2001. - N1. - P. 85-90.

14. Баран Б.А., Дегтярев Л.С. Влияние магнитного поля на ионный обмен // Журнал общей химии. - 2001. - Т.71, № 11. - С. 1785-1787.

15. Баран Б.А. Вплив магнітного поля на формування структури силікагелів та алюмосилікатів // Науковий вісник Ужгородського нац. ун-ту, сер.''Хімія''. - 2001. - №6. - С. 195-199.

16. Баран Б., Березюк О., Покришко А. Вплив магнітного поля на перенапругу виділення міді // Вісник Львівського ун-ту. Серія хімічна. - 2002. Вип.42. Ч.2 - С. 229 - 232.

17. Баран Б.А., Березюк О.Я. Дія штучних магнітних полів на біохімічні процеси // Науковий вісник Ужгородського університету. Серія Хімія. - 2002. - вип.8. - С. 43 - 46.

18. Баран Б.А., Березюк О.Я. Вплив магнітного поля на електрохімічні процеси // Вопросы химии и хим. технологии. - 2003. - №2.- С. 111-113.

19. Baran B., Berezyuk O. The Influence of Magnetic Field on Overvoltage of Water Decomposition // Chemine technologija. - 2003. - №2(28). - P. 51-55.

20. Baran B., Berezyuk O. Influence of Magnetic Field of Kinetic of Certain Elektrochemical Processes // Chemine technologija. - 2003. - №4(30). - P. 37-41.

21. Баран Б.А., Брезюк О.Я. Вплив магнітного поля на катодні процеси виділення водню та міді // Укр. хим. журн. - 2004. - Т.70, №9. - С. 71 - 73.

22. Пат. 32362 А Україна, 6 CO2F1/48. Експрес-метод контролю магнітної водопідготовки / Баран Б.А. - №99042305; Заявл. 23.04.1999; Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7-11.

23. Пат. 37414 А Україна 6 CO2F1/48. Пристрій для обробки водних розчинів магнітним полем / Баран Б.А., Дроздовський В.Б. - №980951558; Опубл. 15.05.2001, Бюл. № 4.

24. Пат. 59811 А Україна 7 С25D3/38. Спосіб підвищення розсіювальної здатності електролітів міднення магнітним полем. / Баран Б.А., Покришко Г.А., Березюк О.Я. - № 20021210342; Заявл.20.12.2002; Опубл.15.09.2003, Бюл. № 9.

25. Баран Б.А. Інструментальні методи дослідження редокс-реакцій в умовах магнітного поля // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1997. - № 2. - С. 181-183.

26. Баран Б.А., Дроздовський В.Б., Квашенко А.П. Кондуктометричне та потенціометричне вимірювання швидкості фізико-хімічних процесів в магнітному полі // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - №1. - С. 68-70.

27. Баран Б.А. Іонний обмін в магнітному полі з градієнтом напруженості // Вісник технологічного університету Поділля. - 1998. - № 1. - C. 66-68.

28. Баран Б. А., Дроздовський В. Б. Вплив конфігурації магнітного поля на іонний обмін // Вісник технологічного університету Поділля. - 1999. - № 1. - C. 3-5.

29. Баран Б. А., Дроздовський В. Б. Вплив конфігурації магнітного поля на іонний обмін. Частина II // Вісник технологічного університету Поділля. -1999. - № 4. - C. 117-119.

30. Баран Б. А., Дроздовський В. Б. Вплив конфігурації магнітного поля на іонний обмін.Частина III // Вісник технологічного університету Поділля. -1999. - № 6. - C. 174-177.

31. Баран Б.А. Біохімічна активність талої та омагніченої води / Экологические проблемы Черного моря. - Одеса: ОЦНТЭИ, 1999. - С. 41 - 44.

32. Баран Б.А., Дроздовський В.Б., Кондратюк М.О., Чук І.С. Очистка стічних вод від заліза в умовах магнітного поля / Вода и здоровье-2000. - Одеса: ОЦНТЭИ, 2000. - С. 22 - 26.

33. Баран Б.А., Голонжка В.М., Драпак З.Т., Дроздовський В.Б. Зміна якості води омагнічуванням “магнітотрон - лійкою” / Вода и здоровье-2001. - Одеса: ОЦНТЭИ, 2001. - С.12 -16.

34. Баран Б.А., Дроздовський В.Б. Метод ПМР при вивченні дії магнітного поля на воду // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - №1. - С. 64-66.

35. Баран Б.А. Влияние магнитного поля на биохимические процессы в водных растворах // Материалы междунар. научно-практ. конф. “Экология городов и рекреационных зон” - Одесса: ОЦНТЭИ, 1998. - С. 228 - 231.

36. Баран Б.А. Корегування способів очистки стічних вод магнітним полем // Матеріали міжнародної науково-практичної конф. “Вода и здоровье - 98” - Одесса: ОЦНТЭИ, 1998. - С. 219 - 223.

37. Baran B.A. Adsorption and ion-exchange from aqueous solutions under magnetic field influence // Collection of abstracts V Ukrainian-Polish Symposium “Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and Technological Applications”. - Odessa, 2000. - P. 6 - 7.

38. Баран Б., Венгржановський В. Кріоскопічне дослідження впливу магнітного поля на водні розчини // Зб. наук. праць восьмої наукової конф. “Львівські хімічні читання - 2001”. - Львів: Львівський нац. ун-т, 2001. - С.У24.

39. Баран Б.А., Березюк О.Я., Хрящевський В.М. Вплив магнітного поля на кінетику коливних хімічних реакцій // Матеріали 1-ї міжнародної науково-практичної конференції. Науковий потенціал світу `2004. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2004. - Т.75.- С. 57 - 60.

Баран Б.А.Фізико-хімічне обгрунтування дії магнітного поля на водні розчини для розроблення систем техногенно-екологічної безпеки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 21.06.01. - екологічна безпека. - Хмельницький національний університет, м.Хмельницький, 2005.

Дисертаційна робота присвячена обгрунтуванню фізико-хімічних засад магнітної обробки води і водних розчинів та прогнозуванню проявів післядії на них магнітного поля з метою розроблення систем техногенно-екологічної безпеки і екологічного моніторингу.

Проведено експериментальне дослідження впливу магнітного поля на водні системи. Встановлено, що магнітне поле змінює фізико-хімічні властивості самої води, зміна властивостей омагнічених розчинів є результатом післядії магнітного поля. Магнітне поле істотно впливає на кінетику тих фізико-хімічних процесів у водних розчинах, в механізмі яких домінуючу роль відіграють водневі зв'язки. Внаслідок дії магнітного поля на воду, як розчинник, зростає швидкість тих окисно-відновних реакцій, в котрих активні центри реагентів при звичайних умовах були блоковані водневими зв'язками з молекулами води, або ж зменшення енергії цих зв'язків сприяє зміщенню елетронної густини в молекулах реагентів, необхідному для проходження хімічної реакції. Швидкість реакцій гідролізу, пов'язаних з дисоціацією молекул води, під впливом магнітного поля зменшується. Механізм впливу магнітного поля на кінетику біохімічних реакцій аналогічний його дії на перебіг реакцій з неорганічними реагентами. В залежності від режиму магнітної обробки розчинів швидкість іонного обміну може як зростати, так і сповільнюватися. Це дало можливість пояснити основну причину негативного біологічного впливу ЕМП (в тому числі і високочастотного) в побуті та промисловості.

Антинакипна дія магнітного поля підлягає механізму міцелоутворення та коагуляції колоїдних систем з врахуванням зменшення енергії водневих зв'язків між молекулами води, тобто підвищення ''структурної температури'' технічної води. Результати даної роботи створюють базу для вдосконалення наявних екологічно безпечних технологічних процесів та устаткування, що забезпечують раціональне використання природних ресурсів і додержання нормативів шкідливих впливів на довкілля.

Баран Б.А.Физико-химическое обоснование действия магнитного поля на водные растворы для разработки систем техногенно-экологической безопасности. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 21.06.01. - экологическая безопасность. - Хмельницкий национальный университет, г. Хмельницкий, 2005.

Диссертационная работа посвящена обоснованию физико-химических принципов магнитной обработки воды и водных системы и прогнозированию эффектов последействия на них магнитного поля с целью разработки систем техногенно-экологической безопасности и экологического мониторинга.

Проведено экспериментальное исследование влияния магнитного поля на водные системы. Установлено, что магнитное поле изменяет физико-химические свойства самой воды, изменение свойств омагниченных растворов является результатом последействия магнитного поля. В результате действия магнитного поля на воду уменьшается энергия водородных связей между молекулами воды, они становятся более подвижными, вследствие чего возрастает “структурная температура” раствора. Магнитное поле существенно влияет на кинетику тех физико-химических процессов в водных растворах, в механизме которых доминирующую роль играют водородные связи.

Под влиянием магнитного поля возрастает скорость окислительно-восстановительных реакций, в которых активные центры реагентов в обычных условиях были блокированы водородными связями с молекулами воды, или же уменьшение энергии этих связей способствует смещению электронной плотности в молекулах реагентов, необходимой для прохождения химической реакции. Это показано на примере окисления одноатомных и многоатомных спиртов перманганатом калия, окисления изомерных соединений, а также соединений, содержащих карбонильные и карбоксильные группы. Исследовано также влияние магнитного поля на кинетику окислительно-восстановительных реаккций с участием пероксида водорода, ионов йода (I) и некоторых других реагентов. В общем случае, возрастание скорости окислительно-восстановительных реакций под воздействием магнитного поля можно объяснить сдвигом окислительно-восстановительных потенциалов вследствие увеличения диэлектрической проницательности водных растворов. Скорость реакций гидролиза, связанных с диссоциацией молекул воды, под влиянием магнитного поля уменьшается.

Механизм влияния магнитного поля на кинетику биохимических реакций является аналогичным его влиянию на скорость реакций с неорганическими реагентами, в том числе в присутствии таких катализаторов, как ферменты. Таким образом можно объяснить биологическое действие магнитного поля, в том числе и на организм человека. При повышении солнечной активности (“магнитные бури”) или под воздействием магнитных полей техногенного происхождения одни процессы в живом организме ускоряются, другие - замедляются, что и приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности биологических клеток.

Под влиянием магнитного поля возрастает теплота гидратации ионов, что в свою очередь сказывается на кинетике ионного обмена. В зависимости от режима магнитной обработки раствора скорость ионного обмена может как возрасть, так и замедляться.

Антинакипное воздействие магнитного поля подлежит механизму мицеллообразования и коагуляции коллоидных систем с учетом уменьшения энергии водородных связей между молекулами воды, т.е. повышения “структурной температуры” технической воды. Это же относится и к влиянию магнитного поля на формирование пористой структуры силикагелей и алюмосиликатов после предварительной магнитной обработки исходных растворов. При синтезе силикагелей из сернокислых растворов эффект магнитного поля практически не наблюдается. Изменение пористости сорбентов в результате магнитной обработки исходных растворов происходит только при синтезе силикагелей в солянокислой среде, а также при синтезе алюмосиликатов, т.е. в присутствии ионов, разрушающих структуру воды.

Существенное влияние оказывает магнитное поле и на растворы высокомолекулярных соединений. Магнитная обработка водных растворов белков повышает скорость их химической денатурации и снижает температуру термической, что можно объяснить уменьшением энергии водородных связей. Результаты термографических исследований омагниченных растворов некоторых солей путем их нагревания и замораживания подтверждают это заключение. После магнитной обработки дистиллированной воды снижается температура ее кипения, а также на 11.0 % уменьшается теплота испарения. В случае растворов хлоридов магния, кальция и бария под влиянием магнитного поля наблюдается понижение температуры их замерзания и его величина зависит от кристаллографическго радиуса катиона.

Проводилось исследование влияния конфигурации магнитного поля при его воздействии на водные растворы. Показано, что в зависимости от напряженности магнитного поля, или при постоянной напряженности - от скорости прохождения раствора через магнитное поле. Эффективность омагничивания имеет полиэкcтремальный характер. Вцелом эта эффективность зависит от частоты магнитного поля в сочетании с его напряженностью. Результаты исследований создают базу для усовершенствования имеющихся экологически безопасных технологических процессов и оборудования, что обеспечивает рациональное использование природных ресурсов, а также соблюдение нормативов вредных влияний на окружающую среду.

Baran B.A. Physical and Chemical Substantiation magnetic Field Action on Aqueous Solutions with the Object of Development of the Systems of Technogenetic Ecological Safety. - Manuscript. Doctoral dissertation. Chemistry. Speciality 21.06.01. - ecological security. Khmelnytskiy National University, 2005.

The experimental studies of influence of magnetic field on aqueous systems have been carried out. It was shown that the magnetic field changes physical and chemical properties of the same water, the change of properties of magnetized solutions results from after effect of magnetic field. Magnetic field greatly influences the kinetics of those physical and chemical processes taking place in aqueous solution, in mechanism of which the aqueous bonds play the dominating part.

As a result of action of magnetic field on the water as a solvent, the speed increases of this oxidation - reduction reactions in which the active centers of reactants under the ordinary conditions have been blockaded by hydrogen bonds with molecules of water, or decreasing the energy of those bonds promotes the translation of electronic density in the molecules of reactants which is necessary for proceeding the chemical reaction. The speeds of hydrolysis reactions connected with dissociation of water molecules decrease under the influence of magnetic field.

The mechanism of magnetic field influence on the kinetics of biochemical reactions is similar to its action on the course of reactions with inorganic reactants.

Depending on the mode of magnetic treatment of the solutions either the speed of ionic exchange can increase or slow down. Anti - scale forming action of magnetic field is subjected to the mechanism of micelle - forming and coagulation of colloidal systems taking into account the decreasing of the energy of hydrogen bonds among the molecules of water i.e. increasing “structure temperature” of technical water. The results of this research permit to improve some technological processes with aim of preservation of the environement.

Размещено на Allbest.ru