Мақала инфрадыбыс толқындар

ИНФРАДЫБЫС ТОЛҚЫНДАРЫНЫҢ СУДЫҢ КЕЙБІР ҚАСИЕТТЕРІНЕ ТИГІЗЕТІН ӘСЕРЛЕРІН ЗЕРТТЕУ

Аңдатпа

Бұл ғылыми мақалада суды инфрадыбыс толқындарымен сәулелендіргенде оның кейбір қасиеттері өзгеретіндігі туралы сұрақтар қарастырылған. Қарапайым кран суы 7 мен 19 Гц жиілік аралығында төмен жиіліктегі ифрадыбысты генератор көмегімен сәулеленді. Бір литр көлемдегі су 10-15 минут аралығында төмен жиіліктегі дыбыс тербелістерінің әсерінде болды. Сосын pH сутектік көрсеткіш пен қышқылды-қалпына келтіргіш потенциал немесе редокс потенциалы өлшенді. Зерттеу нәтижелері pH көрсеткіш пен редокс потенциал (ҚҚКП) өлшемдерінің арасында сәулелену жиілігіне қарай тәуелділік болатындығын көрсетті. Сәулелену әсеріне ұшыраған судың бастапқы сумен салыстырғанда, pH және ҚҚКП мәндері сәулелену жиілігінің артуымен төмендейді. Бұл қарапайым кран суын төмен жиіліктегі дыбыс тербелістері көмегімен қасиетін өзгертуге болатындығын білдіреді. Алынған нәтижелер судың жұқа құрылымын анықтауға әрі қарай зерттеулер жүргізуге мүмкіндік береді. Түйін сөздер: инфрадыбыс, толқын, редокс потенциал, қышқылдық- қалпына келтіргіш потенциал, pH көрсеткіш, сәулелену.

Су- тіршілік көзі деп бекер аталмайды. Судың табиғаттағы адамзат тұрмысындағы, сондай-ақ техника мен технологиядағы алатын орны ерекше. Сондықтан да суды әртүрлі әдістермен жан-жақты зерттеудің маңызы өте зор. Су молекуласы O-H ковалентті байланысқан 2 атом сутек пен 1 атом оттектен тұратын, молекулалық массасы 18 г/моль болатын, иіссіз, дәмсіз, түссіз сұйықтық. Су 0°С-та қатып, қалыпты қысым жағдайында 100°С-та қайнайды [1].

Сұйықтардың оның ішінде судың құрылымы мен қасиеттерін зерттеуге арналған еңбектер баршылық. Дегенмен бүгінде сұйықтардың ғылыми көпшілік мойындаған молекулалық-кинетикалық теориясы әлі толық қалыптаспай отыр. Сондықтан да сұйықтардың атап айтқанда судың құрылымы мен қасиеттерін зерттеу өте маңызды.

Бұл ғылыми жобада инфрадыбыс толқындарының кейбір су қасиеттеріне тигізетін әсерлерін зерттеу бағытында тәжірибелер келтірілген. Зерттеу нысаны ретінде краннан күнделікті тұрмыста пайдаланылатын су алынды. Жұмыста инфрадыбыс толқындарының судың қышқылдылығы мен сілтілігінің арақатынасын сипаттайтын pH параметріне әсері тәжірибе жүзінде зерттелді. Тәжірибелік зерттеудің әдістемесі мен техникасы қысқаша былай: инфрадыбыс шығаратын генератор, генераторға жалғанған динамик, үстіне динамик қойылған 1 литрлік суы бар шыны банка (Сурет 1).

Сурет 1. Инфрадыбыс толқынын шығаратын генератор

Біздің тәжірибеде қолданылған инфрадыбыс толқынын шығаратын генератор 7-ден 20 Гц-ке дейінгі аралықта жұмыс атқарады.

Генератор арқылы инфрадыбыспен сәулеленген суды, сәулеленгенге дейін және сәулеленгеннен кейін редокс потенциалы мен pH көрсеткішін ОВП метр және pH метр құралы арқылы өлшеніп отырды.

Кез келген ағзаның өмірлік белсенділігін қамтамасыз ететін негізгі процесс қышқылдық-қалпына келтіргіш потенциал яғни электрондарды беру немесе қосу реакциясы. Қышқылдану немесе қалпына келу реакциясы кезінде қышқылданатын және қалпына келетін заттың электрлік потенциалы өзгереді: бірінші зат өзінің электронын беріп, оң зарядталып қышқылданады; екіншісі электронды алып, теріс зарядталып қалпына келеді. Осылардың арасындағы электрлі потенциал қышқылдық-қалпына келтіргіш потенциал немесе редокс потенциал деп аталады.

ОВП метр – кез келген ерітіндінің қышқылдық-қалпына келтіргіш потенциалын есептеуге арналған ыңғайлы құрылғы (Сурет 2). Құрылғы су өтпейтіндей жасалған және жоғары дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік береді. ОВП метр сұйықтағы қышқылдану және қайта қалпына келу процесі кезінде электрондардың белсенділік деңгейін көрсетеді. Нәтижесі «минус» немесе «плюс» таңбалы милливольтта көрсетіледі. Сұйықтың қышқылдану және қайта қалпына келу процесі оның температурасы мен қышқылдығына байланысты. Қышқылдық- қалпына келтіргіш потенциалдың белгіленуі Eh [2].

Сонымен қышқылдық- қалпына келтіргіш потенциал, қышқылдану компонентінің қалпына келу компонентіне қатынасын анықтайтын көрсеткіш. Қышқылдық-қалпына келтіргіш потенциал температураға тәуелді және pH көрсеткішімен байланысты.

ОВП метр көрсеткіші: адам ағзасына қажет судың редокс потенциалы -90 мВ-тен -200 мВ болуы керек. Aл біздің аyыз cуымыздың редoкс потeнциaлы нөлдeн жоғapы;

aуыз сyының редoкс пoтенциaлының көрcеткіші +80 мВ-тен +300 мВ-ке дейін;

пластикалық бөтелкедегі судың редокс потенциалы +100 мВ-тен +300 мВ-ке дейін;

бұлақ, құдық суларының редокс потенциалы +120 мВ-тен +300 мВ-ке дейін; ана сүті -70 мВ;

иондалған су -100 мВ-тен -300 мВ-ке дейін [3].

ОВП метр құралының сипаттамасы:

өлшеу диапазоны: 0 ± 1999 мВ;

бөлік құны: 1 мВ;

қателігі: ± 5 мВ;

ауыспалы электрод;

жұмыс істеу температурасы: 0-50°C;

өлшемі: 180 х 40 х 40 мм;

салмағы: 120 г [4].

Сурет 2. а) ОВП метр, б) pH метр

Су көптеген параметрлермен сипатталады, солардың ішіндегі маңыздысының бірі: (pH) қышқылды және сілтілі көрсеткіштері. Судың маңызды бір қасиеті бар – ол оның иондалу қабілеті болып табылады. Иондалу- атом немесе мoлекула бір электронды жоғaлтып, басқа атомғa береді немесе басқа атомдардан электрон алатын процеcс. Cу молекуласы иoнизацияланған кезде, екі бөлікке бөлінеді ол сутегі иондары H+ және ОН- гидроксил иондары деп аталады. Егер сyда H+ иондары басым болса, онда ол қышқыл су деп аталады. Керісінше, суда ОН- иондары басым болса, онда ол сілтілік су деп аталады. ОН- және H+ иондaрының концентрациясы тең болса, ол бейтарап су [5].

Судың қышқылдылығы мен сілтілігі төмендегідей байланыста жіктеледі:

рH 1,0- ден 3,0-ге дейін қышқылдығы көп су; рH 3,0- ден 5,0-ге дейін қышқыл су; рH 5,0- ден 6,5-ге дейін қышқылдығы аз су;

рH 6,5- ден 7,5-ге дейін бейтарап немесе нейтральді су;

рH 7,5- ден 8,5-ге дейін сілтілігі аз су;

рH 8,5- ден 9,5-ге дейін сілтілі су;

рH 9,5- тен жоғары сілтілігі көп су.

Иондалу белгілі бір себептермен кез келген суда болатын процесс. Судағы барлық молекулалардың Н+ иондарының қатынасы рH ретінде белгілі. Бұл өте маңызды көрсеткіш себебі pH арқылы қолданып отырған суымыздың қасиетін білеміз. Егер Н+ және ОН- иондары тең болса, рh өлшемі 7 санына тең болады. Егер рh өлшемі өссе, суда ОН- иондары көп.

Стандарт бойынша ауыз судың pH деңгейі 6-дан 9-ға дейінгі аралық болып табылады. 6- дан төменгі деңгейдегі суды сусын деп атайды. Көптеген салқын сулардың рh 5- ке немесе 5,5- ке тең, яғни қышқылдығы аз орта.

PH-метр (аталуы «пэ аш метр», ағыл. pH-meter) —әртүрлі биологиялық объектілердің сілтілік немесе қышқылдық дәрежесін сипаттайтын сутекті иондардың концентрациясын (1.....14 аралықта) өлшеуге арналған аспап. Ол электродтық жүйеден, күшейткіштен, индикатордан (немесе өздігінен жазғыштан), реттеуіш құрылғыдан, орындауыш механизмнен тұрады. PH-метр құрылғысы судың қышқылдығын (сутегі көрсеткіштерін, су тегідегі еркін иондар концентрациясын) және температурасын өлшеуге арналған. Химиялық және биологиялық процестерді болжауда, тұрақтылығын анықтауда, судың pH көрсеткішін өлшеуде өте маңызды (Сурет 2).

PH-метрдің қолдану аясы: гидропоникада, аквариумистикада, су тазалау жүйелерінде, SPA және бассейндерде, қыздыру қазандарында, ғылыми лабараторияларда, экология, астық өндірісінде, ресторандық бизнесте, клинингте [6]. PH- метр құралы судан қорғалған судың pH көрсеткішін есептеуге арналған. PH метр құралының ерекшелігі:

• судың pH көрсеткішін және температурасын өлшеуге мүмкіндік береді;

• калибровка 3 нүкте арқылы және жартылай автоматтандырылған;

• өлшеу диапазоны 0 мен 14 аралығында;

• pH 4.01 ерітіндісінде электродты сақтауға арналған қорғалған қалпағы бар;

• аккумулятор зарядын көрсететін индикаторы, өлшеу нәтижелерін көрсететін дисплейі, жартылай автоматтандырылған функциясы бар;

• LCD дисплейінде санауға оңай сандары;

• құралдың комплектінде батарейкасы, чехолы, мойынға салатын шнуры бар.

Сипатамасы:

• pH 0-14 аралығындағы өлшеу диапазоны;

• 0-80 °C; 32-150 °F аралығында температура өлшеу диапазоны;

• 0.01pH, 0.1 °C/F бөлік құны;

• Толық шкаланың қателігі ±0.02%;

• 0 мен 100°C ортаның өлшеу температурасы;

• Өлшемі 18.5 x 3.4 x 3.4 см;

• Салмағы 96.4 г [7].

Зерттеу нәтижелері:

Тәжірибелік зерттеу жұмысы барысында инфрадыбыс толқындарының суға әсерін бақыладық. 7 Гцтен бастап 19 Гц-ке дейінгі аралықта генераторға динамик жалғап, ал динамикті 1 литрлік банкадағы судың үстіне қойып, инфрадыбыс толқындарымен сәулелендірдік. Құбырдан 1 литрлік шыны банкаға суды құйып алып, 15 минут 7 Гц жиілікте инфрадыбыспен сәулелендірдік. Сәулелендіргенге дейін екеуінің pH көрсеткіші және редокс потенциалы есептелінді. PH көрсеткішін pH метр құралы арқылы, ал редокс потенциалын ОВП метр құралы арқылы мәндерін есептеп алдық. 15 минуттан кейін, 7 Гц жиілікте инфрадыбыспен сәулеленген судың редокс потенциалын, pH көрсеткішін өлшеп алып, оны 9 Гц жиілікте 15 минут инфрадыбыспен сәулелендіріп, оныңда редокс потенциалын, pH көрсеткішін өлшедік. 9 Гц-тен кейін 11 Гц, 13 Гц, 15 Гц, 17 Гц, 19 Гц жиіліктерінде әрі қарай осылай жалғасып отырылды. Тәжірибе бірнеше рет жасалды. Тәжірибе барысында алынған нәтижелер төмендегі кестеде көрсетілген (Кесте 1).

Кесте 1. Судың сәулеленгенге дейінгі және ифрадыбыс толқынымен сәулеленгеннен кейінгі pH пен редокс потенциал мәндері

Бұл тәжірибелік жұмыстардың нәтижелері графиктік түрде келтірілген.

Төмендегі суретте суды жиіліктері 7 Гц-тен 19 Гц аралығында жататын инфрадыбыс толқынымен сәулелендірген кездегі pH көрсеткішінің жиілікке тәуелді өзгерісінің графигі берілген (Сурет 3).

Сурет 3. Сәулеленген судың pH көрсеткіші өзгерісінің мәні

Бұл нәтижелерден суды инфрадыбыс толқынымен сәулелендіру барысында оның pH көрсеткіші мен редокс потенциалының сызықтық заңдылыққа жақын тәуелділікпен өзгерісін байқауға болады. Мысалы суды инфрадыбыс толқынымен сәулелендіргенге дейінгі pH көрсеткіші мәні 8,65 болса, 15 минут жиілігі 7 Гц инфрадыбыс толқынымен сәулелендіргеннен кейін оның pH көрсеткіші 8,65 болғанын, ал жиілігі 19 Гц болатын толқын әсерінен кейін pH 7,86 мәнге ие болатынын көреміз. Бұдан судың pH көрсеткіші 7 Гц жиілік жағдайында 1,04%, ал жиілігі 19 Гц жағдайында 9,13%-ға азаятындығын байқауға болады. Төртінші суретте суды жиіліктері 7 Гц-тен 19 Гц аралығында жататын инфрадыбыс толқынымен сәулелендірілген кездегі редокс потенциалының жиілікке тәуелді өзгерісінің графигі келірілген (Сурет 4).

Сурет 4. Сәулеленген судың редокс потенциал өзгерісінің мәні

Суретте көріп отырғанымыздай суды инфрадыбыс толқынымен сәулелендіргенге дейінгі редокс потенциал мәні 162 мВ-ке ие болса, осы суды 7 Гц жиіліктегі инфрадыбыс толқынымен сәулелендіргеннен кейін редокс потенциалы 135 мВ-ке тең болғанын, ал 19 Гц жиілік аралығында сәулелендіргенде 23 мВ-ке ие болатынын көре аламыз. Яғни редокс потенциал мәні 7 Гц жиілік жағдайында 16,6%, ал жиілігі 19 Гц жағдайында 85,8%-ға азаятындығы байқалады.

Сонымен жоғарыда келтірілген тәжірибелік зерттеулер нәтижесі инфрадыбыс толқындарының судың редокс потенциалы мен оның қышқылдылық пен сілтілік (pH параметрі) қасиеттеріне біршама әсер ететіндігі анықталды. Бұл нәтижелер судың тұрмыстық жағдайдағы талаптарына сәйкес кейбір қасиеттерін (мысалы, қышқылдығы мен сілтілігін) өзгертіп реттеуге мүмкіндіктер береді. Сондықтан да бұл алынған тәжірибелік нәтижелердің ғылыми-практикалық мәнін атап өтуге болады. Инфрадыбыс толқындары арқылы судың қасиетін өзгертуге болатындығы, судың тағыда бір құпиясын зертеуге мүмкіншілік тудыртады, яғни бұндай судың биоактивтік қасиетін зертеуге жол ашады. Сәулеленген судың pH көрсеткіші мен редокс потенциалының өзгерісі, судың нәзік құрылымы жайында мәлімет алуға және зертеулерді жалғастыруға болатындығын көрсетеді.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі:

1 Зацепина Т.Н. Свойства и структура воды - 2-е изд.- М.: МГУ, 1974.- 167 с.

2 Шульц М.М., Белюстин А. А., Писаревский А.М., Никольский Б.П. Стеклянный электрод, чувствительный к изменению окислительного потенциала. // Докл. АН СССР. 1964. Т. 154. № 2. С. 404-406

3 Важнейшие для здоровя параметры питевой воды ОВП- окислительно востононавительный потенциал [электронды ресурс]. -2009.- URL: http://water.64z.ru/Eh.pHp (қаралған күні: 5.02.2019)- интернет көзі

4 ОВП метр [электронды ресурс]: URL: http://www.grips.kz/ovp-meter (қаралған күні: 5.02.2019)

5 Стехин A.A., Яковлева Г.В. Структурированная вода: Нелинейные эффекты.- М.: Изд-во ЛКИ, 2008.- 320 с.

6 Бейтс Р. Определение рН. Теория и практика / пер. с англ. под ред. акад. Б. П. Никольского и проф. М. М. Шульца — 2 изд. — Л. : Химия, 1972.-400 c.

7 Водонепроницаемый профессионалный pH метр [электронды ресурс]: -2011.- URL: http://tdsmeter.kz/pHmeters/pH-200/ (қаралған күні: 7.02.2019)