УДК 541.13; 541.1; 546.212; 541.8

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ЭХА РАСТВОРОВ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО СВЕТОРАССЕЯНИЯ

Ф.Р.Черников, В.И.Прилуцкий, Н.Н.Дмитриев

Международный концерн "ЭДАС"; НПО "Экран" МЗ РФ, г. Москва

Рассматриваются вопросы изучения структурных изменений ЭХА воды методом молекулярного динамического светорассеяния. Полученные данные указывают на возможность формирования в среде католита однородных рассеивателей меньшей величины, чем в контрольной дистиллированной воде. В анолите формируется консервативная структура гетерогенных по размерам и временам жизни микрообластей.

Электрохимическая активация, анолит, католит, светорассеяние, растворы, структура

Электрохимическая активация (ЭХА) воды в значительной степени меняет ее физико-химические и биологические свойства и часть этих изменений имеет прямую связь со сдвигами ОВП и рН [1]. Однако ряд физико-химических эффектов, получаемых в результате такой обработки не имеют прямой количественной зависимости от величины сдвигов указанных параметров. Для исследования этих изменений в водных системах нами был использован метод молекулярного динамического светорассеяния (МДС), характеризующий динамические режимы процессов структурирования жидких сред.

Метод динамического светорассеяния (спектроскопия оптического смещения) давно используется для определения размеров светорассеивающих микрочастиц в разбавленных водных растворах (рассеяние МИ), в частности для определения размеров макромолекул [2]. Метод МДС предназначен для исследования структуры истинных сильно разбавленных растворов, в том числе динамической структуры фазы растворителя, он адаптирован к исследованию "высоких разведений" различных препаратов в гомеопатической практике [3].

Данный метод основан на исследовании структурных флуктуаций в жидкой среде. Это исследование проводится с помощью регистрации флуктуаций интенсивности света, упруго рассеянного средой (релеевского рассеяния). Интенсивность квазиупругого света (I_i) определяется целым рядом параметров молекулярной среды:

I_i = F(I₀, a , b , r , g , e ),

где I₀ - интенсивность зондирующего света, g - оптическая анизотропия молекул, a - поляризуемость атомов, b - изотермическая сжимаемость, r - плотность и e - диэлектрическая проницаемость среды.

Динамические состояния атомно-молекулярных систем среды (трансляционные и вращательные внутри- и межмолекулярные колебания, периодические процессы образования и разрушения клатратных структур и др.) приводят к флуктуациям всех этих параметров, в связи с чем интенсивность рассеянного света имеет сложную зависимость от времени, представляя собой некоторую сумму гармонических составляющих. Флуктуации светорассеяния проявляются в колебаниях выхода количества рассеянных фотонов за микроотрезки времени, график выхода фотонов соответствует сложной ломаной кривой с многочисленными "пиками" и "спадами". При разложении этой кривой в ряд Фурье выявляется набор гармоник (спектр Фурье) зарегистрированного временного ряда значений интенсивности рассеянного света.

Измерения проводились на модифицированной установке "СИСТЕМА-4300" (Malvern, Англия) с введением катушек Гельмгольца для создания МП в объеме кюветы (описание методики см. в [4]), а также на разработанном нами флуктуационном спектрометре АГЛС-ЭДАС-1 [5]. Источником света в этом спектрометре служил красный He-Ne лазер, измерение рассеянного света проводилось под углом 90° от двух точек кюветы с выделением поляризованной компоненты.

Регистрация проводилась при наложении на среду ПМП напряженностью 10 Э после предварительной "накачки" исследуемого образца в кювете коогерентным ИК-излучением (l = 890 нм) в течение 15 - 30 с. Логика получения выходных данных по методу МДС схематически показана на рис.1.

Спектры комбинированного рассеяния исследовались на оптической системе SLM-4800 (Laurel industries, США), методика описана в [6].

Методом МДС в наших работах была показана широкая феноменология структурных динамических процессов в жидких средах [4,6,7,8]. Описано спонтанное упорядочение флуктуаций в воде в первые дни после дистилляции с появлением длиннопериодических колебаний. Параллельно с этим явлением наблюдалось изменение спектра молекулярных колебаний: в деполяризованных спектрах комбинационного рассеяния в течение первых 3 дней наблюдается увеличение 3-го обертона (рис. 2), связанного с либрациями свободных ОН-групп, (увеличение среднего времени жизни свободных ОН-групп, обусловленное увеличением количества разорванных водородных связей.).

Обнаружена высокая чувствительность структурной динамики в жидких средах к постоянным МП (напряженность от 0,5 Э) и переменным МП (напряженностью от десятых долей Э) и ЭМП СВЧ - диапазона (при ППМ от десяти мкВт/см²), оказывающим заметное влияние на спектральный состав исследуемых колебаний [9].

Рис.1. Логическая схема получения выходного сигнала по методу МДС (без учета специальных технологических операций). - луч красного гелий-неонового лазера; - оптическая кювета; - вектор светорассеяния (под углом 90° к зондирующему лучу); - фотоприемник; - Фi - совокупность гармоник Фурье (ряды Фурье или спектральные функции), полученных в результате преобразования функции N = f(t); - статистическое распределение гармоник Фурье по частоте (по ординате интегральное значение амплитуд гармоник Фурье в данном диапазоне частот); И - интеграл спектральных функций, исследуемого образца (интеграл кривой 6).

Рис.2. Спектр КР дистиллированной воды в 1-е сутки (1), 2-е сутки (2) и 3-и сутки (3) после дистилляции. I - интенсивность, l - длина волны (нм).

Было показано, что динамические спектры светорассеяния имеют специфические параметры для каждого вида исследуемой среды: растворы электролитов, растворы белков, нуклеиновых кислот, спиртов и т.д. [4, 7, 9]. Эта специфика сохраняется и при бесконечном разведении растворов этих веществ, используемых, например, в гомеопатии.

Рис.3. Спектр флуктуаций интенсивности рассеянного света дистиллированной воды (1), анолита (2) и католита (3) в 1-е сутки после приготовления. I - интенсивность (отн. ед.); W - частота ( отн. ед).

Было показано [6], что гомеопатическая процедура множественных разведений оказывает существенное влияние на динамическое состояние жидкой среды, подвергшейся этой процедуре. Действующее фармакологическое начало в высокой концентрации исходного раствора обуславливает характерные динамические структурные модификации растворителя, которые сохраняются в процессе множественных разведений (до практически чистого растворителя) и остаются длительное время при последующем хранении полученного разведения. Этот метод широко использовался нами в исследовании принципов построения технологии приготовления гомеопатических лекарственных средств (исследования проводились совместно с В.Н.Сорокиным) [3,10]. Было показано, что динамические состояния жидких сред имеют спектральные различия в гомеопатических препаратах с разным лечебным действием и зависят от параметров всех технологических факторов, используемых при их изготовлении. В этих исследованиях было показано, что получаемые спектральные характеристики препаратов хорошо коррелируют с уровнем их лечебной активности.

Методом МДС нами были исследованы параметры динамического состояния воды, подвергнутой электрохимической обработке. Измерения проводились на флуктуационном спектрометре АГЛС-ЭДАС-1 в частотном диапазоне 0,03 - 16 Гц. Были исследованы родниковая, дистиллированная вода и приготовленные из нее католит и анолит при силе тока 70 мА, измерения проводились в разные дни после приготовления образцов.

Во всех образцах воды (кроме родниковой) наблюдались изменения спектра флуктуаций в течение нескольких дней наблюдения (как и было отмечено в более ранних экспериментах с дистиллированной водой). Это означает, что данные образцы воды в результате тех или иных манипуляций и воздействий, связанных с пробоподготовкой, по структурным параметрам находятся в длительно существующем метастабильном состоянии. В первые сутки католит и анолит имеют спектральные функции с менее выраженными начальными пиками по сравнению с дистиллированной водой (рис. 3).

На 4-е сутки наблюдались разнонаправленные сдвиги в спектрах анолита и католита. В спектре католита увеличивается начальный пик, а в спектре анолита он уменьшается (рис. 4).

Рис.4. Спектр флуктуаций интенсивности рассеянного света дистиллированной воды (1), анолита (2) и католита (3) в 4-е сутки после приготовления. I - интенсивность (отн. ед.); W - частота ( отн. ед).

На 8-е сутки спектральная функция католита имеет узкий высокий начальный пик (с очень малым временем частотной релаксации), анолит имеет самый малый начальный пик (рис. 5) из представленных на рисунке кривых (между ними расположены кривые дистиллированной и родниковой воды). Можно отметить, что католит имеет гораздо большие отличия от дистиллированной воды, чем родниковая вода.

Интегралы спектральной дисперсии в 1 сутки у обработанных сред и дистиллированной воды имеют близкие значения (таб. 1). На 8 сутки этот параметр у активированных сред становится ниже, чем у дистиллированной воды, что свидетельствует о большей устойчивости спектральных характеристик в этих средах по сравнению с дистиллированной водой.

Таблица 1.

Значение интегралов спектральной дисперсии динамического рассеяния света в водных средах

Эволюция спектра католита свидетельствует о формировании в среде структуры однородных рассеивателей меньшей величины, чем в дистиллированной воде, сопровождающимся увеличением числа свободных ОН-групп и повышением динамики сетки водородных связей. Примерно через неделю динамическое состояние католита становится аналогичным состоянию родниковой воды. Это состояние характеризуется упорядоченной динамикой (формирование и разрушение) клатратов малого размера с появлением длиннопериодических структурных колебаний с выделением узкой группы сверхмедленных флуктуаций большой мощности.

Система с подобной динамической структурой обладает высокой устойчивостью и способна к изменению колебательных режимов в широкой области частот, т.е. имея малое время структурной памяти (малое время частотной релаксации), она обладает высокими адаптивными свойствами к разнообразным внешним воздействиям. Как было показано на растворах гликопротеина и гомеопатических препаратах, среды с подобными свойствами обладают повышенной биологической активностью.

Рис. 5. Спектр флуктуаций интенсивности рассеянного света дистиллированной воды (1), анолита (2) и католита (3) на 8-е сутки после приготовления. I - интенсивность (отн. ед.); W - частота ( отн. ед).

Наблюдаемые изменения молекулярной динамики растворителя, в том числе входящего в состав гидратных оболочек и выражающихся в изменении времен жизни водородных связей и режимов внутримолекулярных колебаний, при растворении биополимеров могут приводить к сдвигам в вибронных электронных состояниях (сольватохромные эффекты) [6], вызывая изменения активности ферментов и всей метаболической системы клетки. Можно предполагать, что вода, повышая свое динамическое состояние при катодной электрохимической активации (католит), может способствовать повышению динамической устойчивости биополимерных систем живой клетки и увеличивать адаптивность живого организма в целом.

В анолите формируется структура гетерогенных по размерам и временам жизни ассоциированных микрообластей, дающих динамический спектр шумового характера с широким набором колебаний, мало отличающихся по мощности, с большим временем частотной релаксации и снижением спектральных дисперсий (повышением однородности спектра флуктуаций). В результате возникает система с долговременной памятью, т.е. низкой структурной пластичностью и адаптацией. И даже через 1 - 2 недели вода, подвергнутая анодной электрохимической обработке (анолит), свою структуру не восстанавливает.

Источники информации

1. Прилуцкий В.И., Бахир В.М., Электрохимически активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия. М. 1997.
2. Спектроскопия оптического смещения и корреляция фотонов. Изд. "Мир", М., 1978.
3. Черников Ф.Р., Сорокин В.Н., Гомеопатический ежегодник. Изд. "Валанг". 1998, с. 93.
4. Черников Ф.Р., Биофизика, 1986, т. 31, с. 596.
5. Черников Ф.Р., Сорокин В.Н., Оленев А.Л., Мифтахудинов С.Г., Метод оценки качества гомеопатических лекарственных средств и устройство для его реализации. Патент РФ, 1997.
6. Черников Ф.Р., Биофизика, 1991, т. 36, с. 741.
7. Черников Ф.Р., Биофизика, 1990, т. 35, с. 711.
8. Черников Ф.Р., Биофизика, 1991, т. 35, с. 717.
9. Черников Ф.Р., Симпозиум: "Механизмы биологического действия электромагнитных излучений", Пущино, 1987, с. 19.
10. Сорокин В.Н., Черников Ф.Р., Гомеопатический ежегодник. Изд. "Валанг"" 1998, с. 81.