"МИС-РТ" - 2004. Сборник №32-1-2

Влияние сверхмалых количеств пероксида водорода
на водную основу растворов

Г.М.Зубарева*, А.В.Каргаполов*, Л.С.Ягужинский

*Тверская Государственная Медицинская Академия 170642, г.Тверь, ул. Советская, д. 4
Московский Государственный Университет 117234, г.Москва, Ленинские горы

 

Аннотация

В данной работе продолжены исследования, в которых было показано, что катионы в сверхмалых концентрациях резко изменяют целостные показатели состояния водной основы растворов [1, 2]. На модели преобразования пероксида водорода в воде, сделана попытка выявить степень участия структурной организации водного компонента в этом процессе. Проведен анализ величин дисперсий коэффициентов пропускания девяти диапазонов ИК-спектра, в образцах растворов пероксида водорода различных сверхмалых концентраций имеющих максимальные и близкие к эталону критерии Махаланобиса, которые отражают целостное состояние водной основы в присутствии данного вещества.

Ключевые слова: Пероксид водорода, сверхмалые количества, ИК-спектрометрия, водная основа.

Актуальность работы обусловлена тем, что пероксид водорода являясь составным компонентом водных систем, в значительной степени определяет их окислительно-восстановительный потенциал и структурную организацию. Доказано, что многочисленные биологические эффекты в клетке и тканевых жидкостях связаны с изменением концентрации перекисей [3]. Поэтому представляло интерес изучить влияние сверхмалых количеств пероксида водорода на состояние водной основы растворов, что может является важным фактором в объяснении механизма действия данного соединения на биологические процессы.

Цель настоящей работы состояла в том, чтобы идентифицировать степень влияния пероксида водорода на состояние водной основы их растворов с помощью целостного показателя Махаланобиса, а также дисперсии коэффициентов пропускания 9-ти широких диапазонов средней части ИК-спектра.

Материалы и методы

При проведении исследований использовался специально разработанный аппаратно-программный комплекс [4], в котором значения коэффициентов пропускания регистрировали в следующих диапазонах длин волн: 3500-3200см-1, 3085-2832 см-1, 2120-1880см-1, 1710-1610см-1, 1600-1535см-1, 1543-1425см-1, 1430-1210см-1, 1127-1057см-1, 1067-963см-1. Ширина диапазона определялась оптическими параметрами соответствующего интерференционного фильтра. Устройство спектрометра позволяло повторять измерения в каждой полосе через 0,1с. Измерение осуществляли в кюветах из хлористо-бромистого талия и йодисто-бромистого талия толщиной 20мк. Это позволило контролировать колебания коэффициентов пропускания связанные со специфическими преобразованиями кластеров, характеризующих псевдокристаллическую структуру водных компонентов исследуемых растворов, находящихся в тонких слоях [5]. В качестве исследуемых жидкостей использовали дважды перегнанную деионизованную воду, 0,1N растворы пероксида водорода в чистой воде и в присутствии 0,05N сульфата железа (II) с 0,1N серной кислотой, агентов, которые активировали образование перекисей. Анализируемые образцы готовили непосредственно перед снятием спектра в кварцевой посуде, быстрым последовательным десятикратным разбавлением исходных растворов от 10 до 1016 раз. В процессе анализа в кювету аппаратной части системы помещали 20 мкл полученного раствора и проводили многократные измерения коэффициентов пропускания в течение 30с [4, 6]. За один цикл осуществляли около 300 измерений коэффициентов пропускания и в каждом из девяти диапазонов частот рассчитывали значения дисперсий, характеризующих флуктуацию инфракрасного спектра. Полученные результаты обрабатывались методом линейного дискриминантного анализа в вычислительной среде интегрированной системы расчетов MATLAB (лицензия №1462295). Предварительно было отмечено, что в каждом интервале длин волн наблюдалось нормальное распределение величин флуктуаций. Это дало возможность по девяти значениям дисперсий, определенных на исследуемых частотах спектра, количественно охарактеризовать состояния воды в присутствии сверхмалых количеств пероксида водорода по сравнению с эталоном с помощью критерия Махаланобиса, учитывающего корреляционные связи между коэффициентами пропускания и их дисперсиями [7]. В результате по величине отношений критерия "раствор - эталон" определяется близость (принадлежность) спектральной характеристики раствора к эталону. Сравнительный анализ дисперсий коэффициентов пропускания проводился по критерию Фишеру [7].

Результаты и их обсуждение

Как показывают приведенные данные в исследуемых растворах сверхмалые количества пероксида водорода по сравнению с их высокими концентрациями вызывают более существенные изменения критерия Махаланобиса. Отмечается (рис. 1), что анализируемый показатель изменяется волнообразно, что вероятно обусловлено процессами образования и распада гигантских кластеров, определяющих жидкокристаллическое состояние водных систем [5]. При этом максимальные значения наблюдаются при разведении в 1010 и 1015 раз. В этом случае, по-видимому, регистрируется неустойчивое состояние водной основы, которое согласно литературным данным возникает в тонких слоях жидкостей [5, 8]. Одновременно при разведении в 108 и 1014 раз определяются критерии Махаланобиса близкие к эталону и мало отличающиеся от соответствующих показателей растворов с более низким разведением (менее 105).

 

 Изменения расстояния Махаланобиса водных систем при разведении 1N Н2О2  в присутствии 0,1N FeSO4  и 0,005N H2SO4  (раствор 1N Н2О2 2- раствор  1N Н2О2 в присутствии 0,1N FeSO4  и 0,005N H2SO4)

Рис.1 Изменения расстояния Махаланобиса водных систем при разведении 1N Н2О2 в присутствии 0,1N FeSO4 и 0,005N H2SO4 (раствор 1N Н2О2 2- раствор 1N Н2О2 в присутствии 0,1N FeSO4 и 0,005N H2SO4)

Этот факт свидетельствует о том, что процесс образования гигантских кластеров, по-видимому, происходит при строго определенных сверхмалых количествах пероксида водорода и характеризуется высокими критериями Махаланобиса. Таким образом, данный показатель дает возможность оценить целостное состояние системы и ее устойчивость. Однако, как показывает рисунок 1, сходные значения полученной величины могут возникать в присутствии существенно отличающихся друг от друга количеств пероксида водорода. Поэтому представляло интерес провести сравнительный анализ дисперсий коэффициентов пропускания отдельных исследуемых областей инфракрасного спектра в образцах имеющих сходные высокие или низкие критерии Махаланобиса. Эти данные позволяют провести более детальную идентификацию состояний водных систем возникающих в присутствии различных количеств пероксида водорода. Как показывает рисунок 2 состояния водной системы, имеющие сходные минимальные критерии Махаланобиса близкие к эталону, характеризуются достоверной разницей дисперсий коэффициентов пропускания в диапазонах 3085-2832, 2120-1880, 1600-1535см-1.

 

Сравнительный анализ дисперсий коэффициентов пропускания (по критерию Фишера) растворов пероксида водорода (разведения 10<sup>8</sup> и 10<sup>14</sup> раз) имеющих минимальные критерии Махаланобиса.

Рис.2Сравнительный анализ дисперсий коэффициентов пропускания (по критерию Фишера) растворов пероксида водорода (разведения 108 и 1014 раз) имеющих минимальные критерии Махаланобиса.

В отличие от этого, максимальные показатели Махаланобиса, сопровождающие неустойчивое состояние водных систем не обнаруживают отличий значений дисперсий в исследуемых областях ИК-спектра (рис. 3).

Сравнительный анализ дисперсий коэффициентов пропускания (по критерию Фишера) растворов пероксида водорода (разведения 10<sup>10</sup> и 10<sup>15</sup> раз) имеющих максимальные критерии Махаланобиса.

Рис.3Сравнительный анализ дисперсий коэффициентов пропускания (по критерию Фишера) растворов пероксида водорода (разведения 1010 и 1015 раз) имеющих максимальные критерии Махаланобиса.

Следовательно, неустойчивое состояние водной системы в отличие от близкого к эталону возникает в присутствии неодинаковых сверхмалых концентраций переоксида водорода и характеризуется сходными величинами дисперсий.

На следующем этапе исследований определялся эффект влияния пероксида водорода на состояние водной основы в присутствии ионов железа и водорода, которые согласно литературным данным существенным образом изменяют процессы образования перекисей. Как оказалось, в этих растворах высокие значения критерия Махаланобиса отмечены только при разведении в 1015 раз (рис. 1). Этот факт может свидетельствовать о том, что факторы стимулирующие образование пероксида водорода обеспечивают более стабильное состояние водной основы близкое к эталону. Поэтому процессы образования кластерных структур воды интенсивно происходят только при очень сильных разведениях ионов железа и водорода.

Таким образом, полученные данные показывают, что различные сверхмалые количества пероксида водорода, а также факторы стимулирующие его образование (ионы железа и водорода), в узком интервале концентраций влияют на целостное состояние водной основы растворов. При этом максимальные критерии Махаланобиса исследуемых систем сопровождаются сходными значениями дисперсий пропускания средней области ИК-излучения, в то время как целостные показатели близкие к эталону основываются на существенно отличающихся друг от друга величинах дисперсий в областях спектра характеризующих структурную организацию водных ассоциатов.


Список литературы:

  1. Зубарева Г.М., Каргаполов А.В. // Физико-химия полимеров. Тверь; 2002. с. 150-156.
  2. Зубарева Г.М., Шматов Г.П., Каргаполов А.В. // Сб. материалов 5-го международного конгресса "Экватек-2002". Москва. 2002. С.628.
  3. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука. 1972. С. 252
  4. Каргаполов А.В., Плигин А.М., Зубарева Г.М., Шматов Г.П. Способ исследования биологических жидкостей и устройство для его осуществления. Патент Р.Ф. № 2137126 Б.И. 1999. № 25. С. 510.
  5. Фесенко Е.Е, Терпугов Е.Л. // Биофизика. 1999. Т. 44. С. 5-9.
  6. Каргаполов А.В., Зубарева Г.М. Способ исследования чистоты воды. Патент Р.Ф. № 2164685 Б.И. 2001. № 9. С.221.
  7. Сошникова Л.А., Тамашевич В.Н. Многомерный статистический анализ. М.: Юнита-Дана, 1999. С. 350.
  8. Пономарев О.А., Закирьянов Ф.К., Терпугов Е.Л., Фесенко Е.Е. // Биофизика. 2001. Т. 46. С. 402-407.